7.3 光纤接入技术

光纤通信技术光纤接入技术授课教师：无源光网络技术01ATM无源光网络02以太网无源光网络03吉比特无源光网络0401无源光网络技术无源光网络技术信息网通常由核心主干网、城域网、接入网和用户驻地网组成，其模型如下图所示。接入网处于城域网和用户驻地网之间，它是大量用户驻地网进入城域网的桥梁。下面将简要介绍几种常见的光纤接入网。无源光网络技术无源光网络（PassiveOpticalNetwork，PON）是一种纯介质网络，无须向其提供能量就可运行，它的优点是能避免外围设备的电磁干扰和雷电影响。在PON中，不包含任何有源光器件，这样可以减少线路和外围设备的故障率，提高系统的可靠性，同时可以大量节约维护费用。PON具有良好的业务透明性，原则上讲任何速率和制式的信号都可以在PON上传输。光线路终端（OLT）、光配线网络（ODN）以及光网络单元（ONU）是构成PON的基本要素。可根据ONU在光纤接入网（OAN）中所处位置的不同将OAN划分为光纤到路也（FTTC）、光纤到大楼（FTTB）、光纤到办公室（FTTO）和光纤到户（FTTH）等多种应用类型。PON网络模型如下图所示。02ATM无源光网络ATM无源光网络通过在PON网络中采用ATM信元作为信息基本结构的ATM无源光网络（ATMPassiveOpticalNetwork，APON）技术利用ATM的集中和统计复用技术，再结合无源分路器实现对光纤和OLT的共享。早在20世纪90年代之前，几个全球最大的电信运营商就开始讨论发展一种能支持话音、数据、视频的接入网全业务解决方案。在21个全球主要电信运营商为主的FSAN（全业务接入网）集团的不懈努力下，在1998年10月通过了全业务接入网采用的APON格式标准（ITU-TG.983.1）；于2000年4月批准其控制通道规范的标准（ITU-TG.983.2）；于2001年发布了关于波长分配的标准（ITU-TG.983.3），利用波长分配增加业务能力的宽带光接入系统。ATM无源光网络1．APON的系统结构APON系统的网络拓扑结构为星形结构，如下图示。作为点到多点的应用来说，这种结构有利于系统的升级和扩容，同时加上ODN的灵活性，使得APON系统支持更多种类的拓扑结构。因此，在实际应用中，可以针对用户的分散和对于业务阶段性实施的不同需求，通过APON系统实施一步到位的方案，不仅可以满足大用户对于网络服务的要求，而且可以避免重复投资和重复施工。ATM无源光网络2．APON的工作方式在传输下行方向上，OLT将到达各个ONU的下行业务组装成帧，然后以广播的方式发送到下行信道上，各个ONU收到所有的下行信元后，根据信元头信息从中取出属于自己的信元；在上行方向上，由OLT轮询各个ONU，得到ONU的上行带宽要求，OLT合理分配带宽后，以上行授权的形式允许ONU发送上行信元，即只有收到有效上行授权的ONU才有权利在上行帧中占有指定的时隙。在APON系统中，关键技术有多址和接入控制技术、突发信号的发送和接收技术、快速比特同步技术以及安全保密等。APON的业务开发是分阶段实施的，初期主要是VP专线业务。相对普通专线业务，APON提供的VP专线业务设备成本低、体积小、系统可靠稳定且性价比有一定优势；第二步实现一次群和二次群电路仿真业务，提供企业内部网的连接、企业电话和数据业务；第三步实现以太网接口，提供互联网上网业务和VLAN业务。以后逐步扩展至其他业务，成为名符其实的全业务接入网系统。03以太网无源光网络以太网无源光网络随着技术的发展，一种新型的PON技术以太网无源光网络（EthernetPassiveOpticalNetwork，EPON）出现了。它是一种采用点到多点网络结构、无源光纤传输方式、基于高速以太网平台和TDM（TimeDivisionMultipexing）、MAC（MediaAccessControl）方式提供多种综合业务的宽带接入技术。它的优势主要有容易扩展、易于升级、成本低、维护简单，提供非常高的带宽且分配灵活。在EPON系统中，并不需要特别复杂的协议，就可以将光信号准确地传送到最终用户终端，来自终端用户的数据也能被集中传送到中心网络上。在物理层，EPON通过新增加的MAC控制命令来控制和优化各个ONU与OLT之间突发性数据通信和实时的TDM通信；在第二层，EPON采用成熟的全双工TDM技术，此时，由于ONU在自己的时隙内发送数据报，因此没有碰撞，也就不需要CDMA/CD，可以充分利用带宽。以太网无源光网络在EPON系统中，有以下几个关键技术：（1）测距。由于EPON采用点对多点拓扑结构和TDMA技术实现信息的传输，而此时各个ONU与OLT之间的逻辑距离是不等的，因此，需要一种方法来确定每一个ONU与OLT之间的逻辑距离，这样就可以确定不同的ONU相应的发送延时时间，从而使不同的ONU将信号同时传送到OLT端并复用在一起。数字计时技术的带内开窗测距法是目前比较成熟的测距方法。（2）突发接收。ONU与OLT之间的距离不同以及线路特性差异将导致OLT接收到的各个ONU发送的功率不同，而ONU本身发送的功率相同，这就要求OLT接收机能实现突发接收功能。（3）带宽分配。上行信道中的传输是采用时分复用接入方式来共享光纤的，带宽则根据ONU的需要，由OLT分配。各个ONU收集来自用户的信息并高速向OLT发送数据，不同的ONU发送的数据占用不同的时隙，提高上行带宽的利用率。根据不同用户的业务类型与业务特点合理分配信道带宽，在带宽相同的情况下可以承载更多的终端用户，从而降低用户成本，最有效地利用网络资源。以太网无源光网络（4）时钟提取。一般系统的运行速率非常高，此时同步问题的解决就非常重要。在EPON系统中，同步的最核心点就是ONU和OLT以及上下行比特码的时钟一致，目前一般采用的方法就是利用PLL（PhaseLockedLoop）从下行信号中提取时钟，使用帧同步字检测方式实现帧同步。（5）传输质量。当传输话音和视频业务时，对延时要求很高。为了保证该类业务的质量，可采用的方法是对不同服务质量要求的信号设置不同的优先权等级；或者采用保留带的方法，提供一个开放的高速通道，不传输数据，而专门用来传输语音业务。（6）安全问题。在点对多点的模式下，EPON的下行信道以广播的方式发送给与此相连接的所有ONU，每个ONU都可以接收OLT发送的信息，这样就会产生安全隐患，要保证安全，就必须将送给每个ONU的下行信号加密。目前使用比较多的是DES（DataEncryptionStandard）和AES（AdvancedEncryptionStandard）。04吉比特无源光网络吉比特无源光网络吉比特无源光网络（Gigabit-CapablePassiveOpticalNetwork，GPON）技术是基于ITU-TG.984.x标准的新一代宽带无源光接入技术。GPON支持多种速率等级，可以支持上下行不对称速率，下行2.5Gbit/s或1.25Gbit/s，上行1.25Gbit/s或622Gbit/s，根据实际需求来决定上下行速率。GPON提