第4章_光纤接入技术

1、接入网技术接入网技术第第4章章 光纤接入技术光纤接入技术第第4章章 光纤接入技术光纤接入技术n本章教学重点本章教学重点n简要介绍光纤介质的特点和优势简要介绍光纤介质的特点和优势n介绍光接入网的结构、类型、应用模式等介绍光接入网的结构、类型、应用模式等n介绍两种典型的无源光网络介绍两种典型的无源光网络APON和和EPONn本章要求本章要求n熟悉光纤介质的特点，熟悉光纤介质的特点，FTTX的含义的含义n掌握掌握光接入网的结构、特点、关键技术（特别是测光接入网的结构、特点、关键技术（特别是测距）距）n理解理解EPON特点及主要应用领域特点及主要应用领域 第第4章章 光纤接入技术光纤接入技术4.0 引

2、言引言4.1 光接入网基本结构光接入网基本结构4.2 光纤在接入网中的延伸光纤在接入网中的延伸4.3 光接入网基础知识光接入网基础知识4.4 无源光网络无源光网络4.5 APON4.6 EPON4.0 引言引言n光纤接入前途无限光纤接入前途无限n性能优越的通信光纤性能优越的通信光纤n光接入网络光接入网络4.0 引言引言-光纤接入前途无限光纤接入前途无限n新业务的高性能需要高性能接入新业务的高性能需要高性能接入n接入介质的特点接入介质的特点n性能最优越：光纤性能最优越：光纤n使用最自由：无线使用最自由：无线n光纤接入的弱点：价格相对贵光纤接入的弱点：价格相对贵n绝大多数运营商断言：绝大多数运营商

3、断言：n“理想的宽带接入网将是基于光纤的网络理想的宽带接入网将是基于光纤的网络”4.0引言引言-性能优越的通信光纤性能优越的通信光纤n光纤：性能优异的传输介质光纤：性能优异的传输介质n高带宽，大容量：高带宽，大容量：10Tb/sn单波：单波：10Gb/s, 40Gb/sn多波复用：多波复用：16/40/80/160波波n长距离长距离n光复用段：光复用段：LH/ULH/ELHn单段光传输距离：单段光传输距离： 100200kmn多段光传输距离：多段光传输距离： 30004000kmn其他性能其他性能n抗电磁干扰、保密性好抗电磁干扰、保密性好n安全性好，不易盗听安全性好，不易盗听n价格降低可能性大

4、，节约资源，价格降低可能性大，节约资源，4.0 引言引言-性能优越的通信光纤性能优越的通信光纤n光纤分类光纤分类n多模光纤：用于计算机网络的短距离传输多模光纤：用于计算机网络的短距离传输nMMF: Multi-Mode Fibern常见规格：常见规格：62.5/125 、50/125n系统系统价格低，传输距离短、容量相对小一些价格低，传输距离短、容量相对小一些n单模光纤：用于通信系统和高要求计算机网络单模光纤：用于通信系统和高要求计算机网络nSMF: Single-Mode Fibern常见规格：常见规格：9.5/125n系统系统价格较高，性能很高价格较高，性能很高multiple light

5、 pathsSourceDetectorMMFsingle light pathSMF4.0 引言引言-光接入网络光接入网络n在主干网上，光纤通信已经成为高性能的主流在主干网上，光纤通信已经成为高性能的主流n全业务接入的应用需求全业务接入的应用需求高带宽需求高带宽需求光接入网技术光接入网技术n“三网合一三网合一”在中国已进入实施阶段在中国已进入实施阶段n一个网上实现全业务，并提供各种业务的一个网上实现全业务，并提供各种业务的QoSn“光进铜退光进铜退的浪潮一浪高过一浪的浪潮一浪高过一浪n中国电信、中国移动、中国联通、广电网络都在大力建设中国电信、中国移动、中国联通、广电网络都在大力建设EPON

6、光网络光网络n光纤离用户越来越近光纤离用户越来越近FTTX（Cab、Budding、 Home）n终极目标是光纤到家终极目标是光纤到家FTTH（Home）n“光铜合璧光铜合璧”是目前主要的过渡方式是目前主要的过渡方式n介质：光纤介质：光纤+电话铜线电话铜线 技术：技术：EPON+ xDSL n介质：光纤介质：光纤+超类双绞线超类双绞线 技术：技术： EPON+n。4.1 光接入网的基本结构光接入网的基本结构nOAN：nOptical Access Network，光接入网，光接入网n光接入网概念：光接入网概念：n接入网中部分或全部使用光纤作为传输介质来实现接入网中部分或全部使用光纤作为传输介质

7、来实现信息传输的网络形式信息传输的网络形式n光接入网是光接入网是G.902标准的一个典型实例标准的一个典型实例4.1 光接入网的基本结构光接入网的基本结构用户侧用户侧网络侧网络侧光接入网光接入网(OAN)光光光光用户侧设备（用户侧设备（电电/ /光）光）光接入网光接入网设备设备光光光接入网光接入网设备设备网络侧设备（网络侧设备（电电/ /光）光）光光接入网系统管理功能接入网系统管理功能Q3ONUONUODNOLTAF中心局中心局终端设备终端设备用户侧用户侧网络侧网络侧UNISNI光接入网光接入网(OAN)4.1 光接入网的基本结构光接入网的基本结构n组成：组成：n光网络单元光网络单元ONU （

8、Optical Network Unit）n提供用户到接入网的接口（光电转换、物理接口）提供用户到接入网的接口（光电转换、物理接口）n提供用户业务适配功能（速率适配、信令转换）提供用户业务适配功能（速率适配、信令转换）n光分配网光分配网 ODN（Optical Distribution Network）n为为OLT和和OUN之间提供光传输技术之间提供光传输技术n由光连接器和光分路器由光连接器和光分路器OBD (Optical Branching device)组成组成n完成光信号功率的分配及光信号的分、复接功能完成光信号功率的分配及光信号的分、复接功能n光线路终端光线路终端OLT（Optica

9、l Line Terminal）n提供与中心局设备的接口（光电转换、物理接口）提供与中心局设备的接口（光电转换、物理接口）n提供与提供与ODN的光接口的光接口n分离不同的业务分离不同的业务4.1 光接入网的基本结构光接入网的基本结构n光接入网的特点光接入网的特点n点到多点传输系统，介质共享点到多点传输系统，介质共享n下行：下行：OLT向各个向各个ONU采用广播通信方式采用广播通信方式n上行：上行：ONU向向OLT通信时需要某种分配信道的策略通信时需要某种分配信道的策略n面临的问题面临的问题n需解决需解决OLT和多个和多个ONU之间上下行信号的正确传输之间上下行信号的正确传输n关键是解决上行信道

10、的占用问题关键是解决上行信道的占用问题n下行传输：时分复用传送数据流，各下行传输：时分复用传送数据流，各ONU在规定时隙接收自在规定时隙接收自己的信息己的信息n上行传输：各种多址技术（时分、波分等）上行传输：各种多址技术（时分、波分等）4.2 光纤在接入网中的延伸光纤在接入网中的延伸中中心心局局OLTOAN的应用示意图的应用示意图n根据根据ONU位置，位置，OAN可分为三种应用类型可分为三种应用类型 n光纤到路边光纤到路边 FTTC n光纤到楼光纤到楼 FTTB n光纤到家光纤到家/办公室办公室 FTTH/O ONU FTTFTTC C OBDODNONUBudding FTT FTTB B

11、OBDODNONU FTTFTTH H homeOBDODN光纤到路边光纤到路边 FTTCnFTTC： Fiber To The Curb/CabnONU设在交接箱处设在交接箱处n用户到用户到ONU之间（引入线）仍用双绞铜线连接或同轴缆之间（引入线）仍用双绞铜线连接或同轴缆n通常为点到点和点到多点结构通常为点到点和点到多点结构n一个一个ONU可为一个或多个用户提供接入可为一个或多个用户提供接入n是一种介质混合结构是一种介质混合结构n通常采用通常采用FTTC+xDSL技术或技术或FTTC+Cable Modem技术技术ONU中中心心局局OLT光接入网光接入网ODBODN光纤到楼光纤到楼 FTTB

12、nFTTB： Fiber To The BuddingnONU设在办公楼或居民住宅楼内的某个公共地方设在办公楼或居民住宅楼内的某个公共地方n用户到用户到ONU之间（引入线）用之间（引入线）用UTP5类线（或更高等级线）类线（或更高等级线）连接连接n点到多点结构，一个点到多点结构，一个ONU为多个用户提供接入为多个用户提供接入n通常采用通常采用FTTB+Ethernet技术技术中中心心局局OLT光接入网光接入网ONUBuddingEthernetVDSLODBODN光纤到家光纤到家/办公室办公室 FTTH/OnFTTH： Fiber To The HomenONU直接放在用户家里直接放在用户家里

13、n中心局到用户之间全部为光连接和光传输中心局到用户之间全部为光连接和光传输n接入网无任何有源设备，是一个真正的透明网络接入网无任何有源设备，是一个真正的透明网络n是一种真正意义上的宽带接入技术是一种真正意义上的宽带接入技术n是用户接入网的长远目标是用户接入网的长远目标综上：综上：FTTH和和FTTC更适合分散的个人用户的接入更适合分散的个人用户的接入 FTTB更适合单位和密集小区用户的接入更适合单位和密集小区用户的接入中中心心局局OLT光接入网光接入网ONUhomeODBODN4.3 光接入网基础知识光接入网基础知识n光纤的工作窗口光纤的工作窗口n光接入网的分类光接入网的分类n光接入网的传输技

14、术光接入网的传输技术光纤的工作窗口光纤的工作窗口n光纤的工作窗口（可用工作波长区）有三个：光纤的工作窗口（可用工作波长区）有三个：n850nm窗口窗口 （ 780nm850nm）n1310nm窗口（窗口（ 1260nm1360nm）n1550nm窗口窗口 （ 1480nm1580nm）n三个工作区的使用情况三个工作区的使用情况n850nm波长常用于多模光纤通信，未得到很好使用波长常用于多模光纤通信，未得到很好使用n1310nm波长应用广，主要用于提供波长应用广，主要用于提供2Mb/s及以下业务及以下业务n1550nm波长用于异波长双工下行通信及宽带的新业务波长用于异波长双工下行通信及宽带的新业

15、务n现已打开了第四个工作窗口：现已打开了第四个工作窗口：1625nm 光接入网的传输技术光接入网的传输技术n空分复用空分复用 SDMn时分复用时分复用TDMn波分复用波分复用WDM光接入网的传输技术光接入网的传输技术n空分复用空分复用 SDMn上下行双向通信个各使用一根光纤上下行双向通信个各使用一根光纤n两个方向的通信单独进行，互不影响两个方向的通信单独进行，互不影响n性能最佳，设计最简单性能最佳，设计最简单n光传输设备和线缆双倍，成本高光传输设备和线缆双倍，成本高t t A1 B1 N1 A1保护时间保护时间OLTOBD上行上行 A1 B1 N1ONUONUONU光接入网的传输技术光接入网的

16、传输技术n时分复用时分复用TDMn每个每个ONU动态或固定分配一个时隙动态或固定分配一个时隙n每个每个ONU在分配的时隙内上传数据在分配的时隙内上传数据n固有问题固有问题n每个每个ONU与与OLT距离不等距离不等 n传输时延不同传输时延不同n到达到达OLT的相位不同的相位不同n对对OTL要求要求n完善的测距技术，实现定时调整完善的测距技术，实现定时调整 和同步和同步n快速的同步技术快速的同步技术n快速、动态的门限判决技术快速、动态的门限判决技术PD：光电检测器：光电检测器 2 2 1 1 N N A1 B1 N1ONUONUONUOBD 1 1 N N 2 2上行上行WDMPDPDPD 2 2

17、 1 1 N NOLT光接入网的传输技术光接入网的传输技术n波分复用波分复用WDMn不同波长的信号共享一根光纤传输，彼此不干扰不同波长的信号共享一根光纤传输，彼此不干扰n要求每个要求每个ONU在指定波长上发射在指定波长上发射n对激光二极管要求高（温度、环境影响大）对激光二极管要求高（温度、环境影响大）nOLT设备复杂，成本高（每个波长都需光发射器和检测器）设备复杂，成本高（每个波长都需光发射器和检测器）光接入网的分类光接入网的分类n根据光分配网是采用有源或无源设备，根据光分配网是采用有源或无源设备，OAN分：分：nAON和和PONnAON：Active Optical Network，有源光网

18、络，有源光网络nODN全部由有源器件组成（光放大器等）全部由有源器件组成（光放大器等）n特点：特点：n传输容量大：传输容量大：155Mb/s或或622Mb/s的接入速率的接入速率 n传输距离远：不加中继器，距离为传输距离远：不加中继器，距离为70多公里多公里n技术成熟：无论技术成熟：无论PDH设备还是设备还是SDH设备，都已广泛应用设备，都已广泛应用n给有源设备供电是一件麻烦事给有源设备供电是一件麻烦事nPON：Passive Optical Network，无源光网络，无源光网络nAPON、EPON和和GPON 4.4 无源光网络无源光网络n基本概念基本概念n系统结构系统结构n数据传输数据传

19、输n关键技术关键技术PON的基本概念的基本概念nODN全部由无源器件组成（无源光分路器等）全部由无源器件组成（无源光分路器等）n信号在传输过程中无再生放大信号在传输过程中无再生放大n信号由光分路器、无源光功率分配器等传至用户信号由光分路器、无源光功率分配器等传至用户n实现透明传输，信号处理全由局端和用户端设备完成实现透明传输，信号处理全由局端和用户端设备完成n与有源光网络比：与有源光网络比：n覆盖范围和传输距离更小覆盖范围和传输距离更小n可靠性更高（户外无有源设备，提高抗干扰能力）可靠性更高（户外无有源设备，提高抗干扰能力）n价格更低、安装维护更方便价格更低、安装维护更方便n是光接入网有发展潜

20、力的技术（价格、维护等优势）是光接入网有发展潜力的技术（价格、维护等优势）PON的系统结构的系统结构OLTONU1ONU2ONUnPON用户用户用户用户用户用户OBD业业务务网网络络UNISNIODNn组成：组成：OLT、ODN、ONU，且，且ODN中全是无源器件中全是无源器件n共享介质共享介质n逻辑上是点到多点结构，物理拓扑可有多种形式逻辑上是点到多点结构，物理拓扑可有多种形式PON的数据传输的数据传输n下行：下行：OLT向各向各ONU广播通信，传输连续时隙流（下行帧）广播通信，传输连续时隙流（下行帧）n局端数据局端数据 OLT 封装成连续时隙流下行帧封装成连续时隙流下行帧 n以广播方式传送

21、以广播方式传送 各各ONU收到信元流，取出属于自己的数收到信元流，取出属于自己的数据据用户终端用户终端n上行：上行：TDMA技术（动态分配），突发传送时隙流（上行帧）技术（动态分配），突发传送时隙流（上行帧）n各各ONU共享共享ODN，且数据突发性强。，且数据突发性强。n各各ONU向向OLT申请带宽申请带宽OLT授权授权ONU发送（上行的发送发送（上行的发送时隙、带宽分配等）时隙、带宽分配等） 获得授权的获得授权的ONU在指定时隙发送在指定时隙发送ONUONUOLTONUOBD上行突发模式上行突发模式下行连续模式下行连续模式保护时隙保护时隙PON的数据传输的数据传输nPON的帧都是定时长帧，分

22、上行帧和下行帧的帧都是定时长帧，分上行帧和下行帧n为了实现为了实现TDMA接入，在上行时隙中传输的数据要求附加开销。接入，在上行时隙中传输的数据要求附加开销。上行时隙格式如下：上行时隙格式如下：ONUONUOLTONUOBD上行突发模式上行突发模式下行连续模式下行连续模式保护时隙保护时隙附加开销附加开销ATMATM信元信元/OAM/OAM信元信元/ /以太帧以太帧用于用于OLTOLT同步、标同步、标识信元开始识信元开始OAMOAM信元为管理信元，如信元为管理信元，如带宽申请、测距等带宽申请、测距等PON的关键技术的关键技术n测距技术测距技术n快速比特传送技术快速比特传送技术n突发信号的收发突发

23、信号的收发n搅码技术（扰码）搅码技术（扰码）n媒质接入控制（媒质接入控制（MAC）技术）技术测距技术测距技术 为何需要测距？为何需要测距？n采用采用TDMATDMA，必须保证每个时隙的数据彼此独立，必须保证每个时隙的数据彼此独立，互不干扰互不干扰nAPONAPON结构中，各结构中，各ONUONU到到OLTOLT的物理距离不等，则的物理距离不等，则各各ONUONU到到OLTOLT的传输时延不同，如不进行时延补的传输时延不同，如不进行时延补偿，会出现时隙的重叠，造成数据干扰偿，会出现时隙的重叠，造成数据干扰n为确保多个为确保多个ONUONU到到OLTOLT间的正确传输，必须引入间的正确传输，必须引

24、入测距机制，使各测距机制，使各ONUONU到到OLTOLT的逻辑距离相等的逻辑距离相等测距技术测距技术测距技术基本策略测距技术基本策略n单独测距单独测距+ +传输数据时测距相结合传输数据时测距相结合( (粗测精测）粗测精测）n单独测距在单独测距在ONUONU初装联网时必须进行初装联网时必须进行n传输数据时测距可根据传输数据时测距可根据OLTOLT的配置而定的配置而定n测距的基本原理测距的基本原理nOLTOLT向向ONUONU发送测距允许消息，消息中指明发送测距允许消息，消息中指明ONUONU的上行应答的的上行应答的时隙时隙nONUONU在指定的上行时隙中用测距在指定的上行时隙中用测距PLOAM

25、PLOAM信元应答信元应答nOLTOLT计算往返时延，并与理想时延比较，计算出差值，发送计算往返时延，并与理想时延比较，计算出差值，发送一个测距时间给一个测距时间给ONUONUnONUONU根据测距时间调整均衡时延根据测距时间调整均衡时延快速比特传送技术快速比特传送技术n测距精度有限，各测距精度有限，各ONU到到OLT的上行比特流存在相位差异的上行比特流存在相位差异n需要采用某种技术实现快速同步需要采用某种技术实现快速同步n基本策略先实现位同步、再进行信元同步基本策略先实现位同步、再进行信元同步n普通的滑动技术不能满足快速同步要求，需采用其他技术普通的滑动技术不能满足快速同步要求，需采用其他技

26、术突发信号的收发突发信号的收发n需要快速开启和关闭光电路，以适应上行的突发数据传输需要快速开启和关闭光电路，以适应上行的突发数据传输n接收端，需要快速调整接收门限，以适应不同距离用户的信号接收端，需要快速调整接收门限，以适应不同距离用户的信号衰减衰减搅码技术（扰码）搅码技术（扰码）n为了保证共享介质传输的安全性，引入搅码技术为了保证共享介质传输的安全性，引入搅码技术n在发送端：通过一个随机码对信息进行异或运算后传送在发送端：通过一个随机码对信息进行异或运算后传送n在接收端：采用相同的随机码再进行一次异或运算，得到原始在接收端：采用相同的随机码再进行一次异或运算，得到原始数据数据n数据数据的时隙

27、分配的时隙分配n接入请求接入请求/允许允许n带宽的动态分配带宽的动态分配n带宽管理由带宽管理由OLT完成完成n为不同的业务提供优先级和带宽为不同的业务提供优先级和带宽n上行带宽的占用由媒质接入控制上行带宽的占用由媒质接入控制MAC协议实现协议实现媒质接入控制（媒质接入控制（MAC）技术）技术4.5 APONnAPON：nATM Passive optical network，ATM无源光网络无源光网络 n在在PON上传送上传送ATM信元，即在信元，即在ONU与与OLT之间之间传送传送ATM信元信元n物理层采用物理层采用PON，链路层采用，链路层采用ATMn存在存在PON中同样的技术问题中同样的

28、技术问题n标准规范：标准规范：ITU-T的的G.983 G.983基本特点基本特点n基于基于ATM信元（信元（ONU与与OLT之间）之间）n支持对称和非对称工作方式支持对称和非对称工作方式n对称方式：对称方式： 双向双向 155.520Mb/sn非对称方式：上、下行分别为非对称方式：上、下行分别为155.520Mb/s、622.080Mb/sn双向通信：双向通信：n可用两条光纤，波长可用两条光纤，波长1310nm区区n或一条光纤，异波长双工或一条光纤，异波长双工(上行：上行：1310nm区区,下行：下行：1550nm区区)n无放大器最大距离：无放大器最大距离：20kmn最高最高32个用户光分支

29、个用户光分支n利用波长分配增加业务能力利用波长分配增加业务能力n传输技术：上、下行均采用时分复用传输技术：上、下行均采用时分复用APON的系统结构的系统结构n接入的主干网为接入的主干网为ATM网网n传输的数据流为传输的数据流为ATM信元流信元流n拓扑：无源双星结构拓扑：无源双星结构n一个一个ODN（即（即1个个OBD）最多支持）最多支持32个个ONU（用户单元）（用户单元）n当当ONU大于大于32时，要求一个时，要求一个OLT提供多个提供多个ODN接口接口OLTODNONU1ONU2ONUnAPON（传输（传输ATM信元流）信元流）ATM 交换机交换机用户用户用户用户用户用户OBDAPON的数

30、据传输的数据传输nAPON在在PON上传送上传送ATM信元信元nAPON帧传输的基本原理同帧传输的基本原理同PON，只是，只是APON帧中封帧中封装的是装的是ATM信元信元nAPON帧中上行信元格式如下：帧中上行信元格式如下：3 3字节字节保障区间保障区间前导符前导符定界符定界符ATMATM（OAMOAM）信元）信元5353字节字节测距要求测距要求用于用于OLTOLT同步同步信元的开始信元的开始PLOAMPLOAM 1 1ATMATM信元信元1 1ATMATM信元信元2 2ATMATM信元信元2727PLOAMPLOAM 2 2ATMATM信元信元2828ATMATM信元信元5353PLOAM

31、PLOAM 3 3下行帧格式下行帧格式1 1帧帧=56=56个信元，每信元个信元，每信元5353字节字节ATMATM信元信元1 1ATMATM信元信元2 2ATMATM信元信元5252ATMATM信元信元5353上行帧格式上行帧格式1 1帧帧=53=53个信元，每信元个信元，每信元5656字节字节3 3字节头部字节头部上下行速率为上下行速率为155.520Mb/s155.520Mb/s的帧结构的帧结构n定时长帧定时长帧n下行速率为下行速率为155.52Mb/s时，每帧时，每帧56个信元个信元n下行速率为下行速率为622.08Mb/s时，每帧时，每帧224个信元个信元APON的帧格式的帧格式AP

32、ON的延续的延续GPONn弱化弱化ATMn保留了保留了APON的许多优点，与的许多优点，与APON有很多相同之处，但更高有很多相同之处，但更高效、高速效、高速n支持上、下行不对称速率：支持上、下行不对称速率：n下行下行2.488Gb/s，上行，上行1.244Gb/sn适配协议采用适配协议采用ITU-T G.7041： GFP（通用成帧协议）（通用成帧协议）n支持多业务、多承载（包括支持多业务、多承载（包括ATM业务、业务、TDM业务以及业务以及IP/Ethernet业务），提供明确的服务质量保证和服务级别，业务），提供明确的服务质量保证和服务级别，具有电信级的网络监测和业务管理能力。具有电信级的网络监测和业务管理能力。nGPON成为目前最为理想的宽带光纤接入网技术成为目前最为理想的宽带光纤接入网技术4.6 EPONnEPON：Ethernet Passive optical networkn在在PON上传送上传送Ethernet帧帧n基于基于Ethernet技术和技