光纤通信接入网技术研究

私立华联学院毕业设计论文- 1 -摘 要信息产业是当今世界经济领域中最具有活力和竞争力的产业之一，它影响着人类的生活方式和生活质量。接入网是用户网进入城域网/骨干网的桥梁。随着 SDH 技术的大规模推广应用和 ATM 技术的发展，电信网的主干网已经基本上实现了光纤化、宽带化和数字化。本文首先对接入网技术做了概述。通过对定义、物理参考模型、接入技术、发展趋势等相关内容的简要介绍，说明了光纤接入网是接入网技术发展的必然趋势。然后，本文深入研究了铜线接入和光纤接入这两种接入网的接入技术，着重研究光纤接入尤其是无源光网络(PONPassive Optical Network)和目前主流的 FTTx (Fiber To The x)。接着，本文对“光进铜退” 的解决方案进行了具体的研究和分析。主流运营商的第一公里接入网络仍然主要以双绞线铜缆网络为主，为了满足日益增长的带宽需求，实现光纤接入，现有的铜缆接入网就必须进行改造。最后，本文对光接入网网管技术进行了介绍，讲述符合 TMN 要求的接入网管理系统的结构和功能，以及接入网网管功能的实现。关键词：接入网，光纤通信，PON私立华联学院毕业设计论文- 2 -ABSTRACTInformation industry is the worlds economy the most dynamic and competitive industries in the world, it affects the way people live and the quality of life. Access network is the user network access to metro/backbone bridge. With the popularization and application of SDH technology and large-scale development of ATM technology, telecommunications network backbone has been basically realized fiber, broadband and digital.Firstly, an overview of access network technology. By definition, the physical reference model, access technology, trends and other related content outline indicating the access network, optical access network is the inevitable trend of technological development. Secondly, this in-depth study of the copper access and optical access to both the access network access technology, and focused on particular passive optical fiber access networks (PON - Passive Optical Network) and the current mainstream FTTx (Fiber To The x/some place) .Then, the paper “Light of Copper“ solution for specific research and analysis. mainstream operators first kilometer access networks are still largely dominated by twisted pair copper network, in order to meet the growing bandwidth demand, to achieve optical access, the existing copper access network must be modified. Finally, on the optical access network technologies are introduced, consistent with TMN requirements about the access network management system structure and function, and the realization of the access network of network management.KEY WORDS: access network, optical fiber communication, PON私立华联学院毕业设计论文- 3 -目 录第 1 章 概论 .- 5 -1.1 接入网发展概述 .- 5 -1.1.1 接入网简介 .- 5 -1.1.2 接入网的定义 .- 5 -1.1.3 接入网的物理参考模型 .- 6 -1.1.4 接入网的业务 .- 7 -1.2 主要接入网技术 .- 8 -1.2.1 铜线接入 .- 8 -1.2.2 光纤接入 .- 8 -1.2.3 无线接入 .- 8 -1.3 接入网的发展趋势 .- 9 -1.4 论文的主要内容和章节安排 .- 10 -1.4.1 论文的主要内容 .- 10 -1.4.2 论文章节安排 .- 10 -第 2 章 光接入技术 .- 12 -2.1 光纤通信简介 .- 12 -2.1.1 光纤通信的概念 .- 12 -2.1.2 光纤通信的优点 .- 12 -2.2 光纤接入技术 .- 13 -2.2.1 光纤接入 FTTx.- 13 -2.2.2 光纤接入网的分类 .- 15 -2.2.3 光纤接入的拓扑结构 .- 16 -2.3 PON 技术 .- 17 -2.3.1 PON 的拓扑结构 .- 17 -2.3.2 PON 技术的标准化 .- 18 -2.4 光接入网中的复用方式 .- 19 -第 3 章 光发送与光接收 .- 20 -3.1 天线 .- 20 -3.1.1 卡塞格伦天线结构 .- 20 -3.1.2 天线的性能分析 .- 21 -3.1.3 无线光接入系统的多孔径天线 .- 21 -3.2 光发送单元 .- 22 -3.2.1 无线光接入发送单元的结构 .- 22 -3.2.2 无线光接入系统光源的选取 .- 23 -3.3 光接收单元 .- 23 -3.3.1 接收单元结构和光探测器分析 .- 24 -3.3.2 前置放大器的分析 .- 25 -第 4 章 接入网升级技术研究 .- 28 -4.1 升级技术提出的背景 .- 28 -私立华联学院毕业设计论文- 4 -4.2“光进铜退 ”技术实施要求 .- 29 -4 3“光进铜退 ”采用的主要技术和相关设备 .- 31 -4.3.1 EPON 技术 .- 31 -4.3.2 接入网关 AG、综合接入设备 IAD .- 34 -第 5 章 无线光接入网的组网技术 .- 36 -5.1 接入网网管功能 .- 36 -5.1.1 接入网网管系统功能结构 .- 37 -5.1.2 接入网网管向 TMN 的过渡 .- 38 -5.2 光接入网网管系统功能实现 .- 38 -第 6 章 全文总结 .- 39 -参考文献 .- 41 -致 谢 .- 42 -毕业设计小结 .- 43 -私立华联学院毕业设计论文- 5 -第 1 章 概论1.1 接入网发展概述1.1.1 接入网简介电信网包含了各种电信业务的所有传输及复用设备、交换设备，以为各种线路设施等。整个电信网按功能可分为 3 个部分，即传输网、交换网和接入网，它们的关系如图 1.1 所示。C P N C P N接入网交换网 交换网传输网 接入网图 1.1 电信网功能模型1.1.2 接入网的定义整个电信网从地理上可以分成三部分，即核心网(CN)、接入网(AN)和用户驻地网(CPN)，如图 1.2 所示。其中核心网包括长途网(长途端局以上部分)和中继网( 长途端局与市话局之间以及市话局之间的部分)。按照 G.902 的定义，接入网是由业务节点接口(SNI)和用户网络接口(UNI)之间的一系列传送实体(如线路设施和传输设施)组成的，是为供给电信业务而提供所需传送承载能力的实施系统，可经由管理接口(Q3)配置和管理。C P N接入网 核心网 接入网C P NU N IS N IU N ICPN：用户驻地点 UNI：用户网络接口 SNI：业务节点接口图 1.1 电信网的基本组成接入网是电信网的一个组成部分，负责将电信业务透明地传送到用户，也私立华联学院毕业设计论文- 6 -就是说用户通过接入网的传输，能灵活地接入到不同的电信业务节点上。具体而言，接入网即为本地交换机与用户之间的连接部分，通常包括用户线传输系统、复用设备、交叉连接设备或用户/网络终端设备。近年来随着传输技术和交换技术的不断进步，核心网已经基本实现了光纤化、数字化和宽带化。同时，随着 IP 业务的迅速增长和多媒体业务的日益丰富，使得用户住宅网的业务需求也不只局限于原来的语音业务，数据和多媒体业务的需求已经成为不可阻挡的趋势，现有的语音业务接入网越来越成为制约信息高速公路建设的瓶颈，成为发展宽带综合业务数字网(B-ISDN-Broadband Integrated Service Digital Network)的障碍。进入 20 世纪 90 年代以来，新的政策法规、新的业务需求以及一系列新的技术手段的出现为接入网发展提供了新的契机，使得占电信网络总资产 50%左右的接入网变得十分活跃，各种技术方案层出不穷，令人目不暇接。现在接入网已经成为世界各国研究和开发的热点。1.1.3 接入网的物理参考模型以典型的市内铜缆用户接入网为例，其典型结构如图 1.3 所示。图中端局就是人们所说的电话局。由端局到交接箱之间的这一段线路称为馈线段。馈线电缆的线径较大，线对数也多。交接箱就是业务接入点，其作用是完成馈线电缆中双绞线与配线电缆中双绞线之间的交叉连接。从交接箱开始经线径较小、线对数较少的配线电缆连至分线盒。分线盒的作用是终结配线电缆并将之与引入线相连。由分线盒开始通常为若干单对或双对双绞线，与用户端相连，用户引入线为用户专用。通常，接入网的馈线段长度约 35km ；配线电缆长度约0.5 1km；引入线长度约 10300m。局端交接箱分线盒用户用户馈线配线馈线接入网S N IU N I图 1.3 接入网的物理参考模型在光纤接入网中情况将发生较大的变化，除一些术语名称不同外，功能有显著不同。不仅通信容量不同，业务种类也有很大变化，而且在整个信息传输私立华联学院毕业设计论文- 7 -过程中要完成光/电和电/光交换。然而接入网的含义和网络框架是相同的或者说是相似通信接入网的光纤化技术研究与实现的。光纤在接入网中的应用首先是用光缆代替馈线电缆。交接箱由远端局(RORemote Office)代替，RO 又称远端节点(RNRemote Node)，或简称远端(RTRemote Termination)。随着光纤继续向用户延伸，其成本越来越高，因而目前主要是到路边的分线盒，在该处需设置光网络单元(ONU) ，一边完成光电变换和分用功能。最终目标则是将光纤引入到住宅用户，届时 ONU 也将设置到住宅处。1.1.4 接入网的业务接入网的业务接入有两类：一类是支持单个业务的业务节点，另一类是支持一个以上业务的业务节点，即组合业务节点。业务接入点可提供的业务归纳起来可分为四类，如表 1.1 所示。表 1.1 接入网业务及其带宽带宽 带宽类型 业务峰值 平均值类型 业务峰值 平均值交互式业务文档转移CAD/CAM1 Mbit/s10 Mbit/s0.1Mbit/s1 Mbit/s检 索业 务音响检索图像检索数据检索混合检索1.4Mbit/s34 Mbit/s1 Mbit/s2 Mbit/s0.5Mbit/s10 Mbit/s0.1Mbit/s0.5Mbit/s闭路分配业务闭路音响分配闭路图像分配闭路公文分配1.4Mbit/s34 Mbit/s2 Mbit/s0.5 Mbit/s10 Mbit/s0.5 Mbit/s交互式业务电话会议电话可视电话图像监视可视会议语音邮政图像邮政字符式公文邮政图像式公文邮政混合式公文邮政可视图文32Mbit/s32Mbit/s2 Mbit/s2 Mbit/s2 Mbit/s32Mbit/s34Mbit/s80Mbit/s4 Mbit/s2 Mbit/s1 Mbit/s12Mbit/s12Mbit/s1 Mbit/s1 Mbit/s1 Mbit/s12Mbit/s10Mbit/s10Mbit/s2 Mbit/s0.5Mbit/s0.1Mbit/s广播式分配业务广播式音响分配广播式图像分配1.4Mbit/s34 Mbit/s0.5 Mbit/s10 Mbit/s可见，接入网承担的业务范围很广泛，是实现多媒体通信的关键网络之一，是实现未来信息高速公路的基本设施和重要网络。由于用户类型不同，所需要的业务也各不相同。大企事业用户，主要是高速数据、会议电视、可视电话等宽带用户，而住宅用户则主要是电话和广播式图像分配业务，如有线电视私立华联学院毕业设计论文- 8 -(CATV)以及一些窄带综合数字网业务(NISDN) 。此外，正在迅速发展的高清晰度电视(HDTV)也是人们普遍注意的方向。1.2 主要接入网技术接入网技术种类繁多，根据传输媒质的不同可将其分为铜线接入、光纤接入和无线接入三大类。1.2.1 铜线接入目前，铜线接入主要有高速 DSL(HNSLHighRate Digital Subscriber Loop)、非对称 DSL(ADSLAsymmetric Digital Subscriber Loop)、超高速DSL(VDSLVery-High-Bit-Rate Digital Subscriber Loop)、ISDN-DSL(Integrated Services Digital Network-Digital Subscriber Loop)、速率自适应 DSL(Rate Adaptive Digital Subscriber Loop)等技术。由于电话网已非常普及，电话线已居全世界用户线的 90%以上，对于具有铜线资源的通信网络，基于铜线的宽带技术作为接入网的一种选择。如何充分利用这部分宝贵资源，采用各种先进的调制技术和编码技术，提高铜线的传输速率，是接入网宽带化的重要任务之一。1.2.2 光纤接入光纤接入网是指局端与用户之间完全以光纤作为传输媒体。接入网光纤化有很多方案，有光纤到路边(FTTCFiber To The Curb)、光纤到小区（FTTZFiber To The Zone） 、光纤到办公室(FTTBFiber To The Building)、光纤到楼面（FTTFFiber To The Feeder） 、光纤到家庭（FTTH Fiber To The Home） 。采用光纤接入网是光纤通信发展的必然趋势，尽管目前各国发展光纤接入网的步伐各不相同，但光纤到家庭是公认的接入网发展目标。现阶段大规模实现 FTTH 还不经济，主要是实现 FTTB 用 TTC，目前可采用的传送技术手段以有源光纤接入(如 PDHPlesiochronous Digital Hierarchy、ATMAsynchronous Transfer Mode、SDHSynchronous Digital Hierarchy、GE/FE 等)为主，但当无源光纤接入开始得到应用时，其将成为FTTH 的一种最经济有效的技术手段。1.2.3 无线接入无线接入技术可以分为移动接入和固定接入两大类。与宽带接入方式相比，虽然无线接入技术的应用还面临着开发新频段、完善调制和多址技术、防止信私立华联学院毕业设计论文- 9 -元丢失等方面的问题，但无线接入的最大特点是无需敷设线路、建设速度快、初期投资小、安装灵活、维护方便等。对于没有有线资源的通信网络而言，为了能够尽快提供接入服务，无线接入特别是固定无线接入技术将有可能成为选择对象。1.3 接入网的发展趋势从目前的接入网的发展情况看，主要有下面几种情况：(l) 光纤接入网 (含光接入网技术 )是接入网技术的发展方向有线接入网在接入网中处于主体地位。全光接入网技术，即光纤到桌面、光纤到家，随着用户对带宽需求的不断增加，将得到不断的发展。与传统的用户网相比，光纤网络有很多优点，两者的特点如表 1.2 所示：表 1.2 传统用户网与光纤网的特点比较传统用户网 光纤网络用户网局域受限制且仅为窄带业务 从窄带到宽带提供多种业务宽带业务传输能力差 建设适宜未来需要的通信基础设施统一的网络/一样的可靠性 实现灵活的、高可靠性的网络结构设备庞大，维护使用效率差 进一步提高网络的维护和使用效率经济性差 实现降低总成本的网络结构(2) 综合接入网技术是接入网技术发展的方向综合接入网设备同时具备普通电话 POTS(Plain Old Telephone Service)、综合数字业务 ISDN、数字数据 DDN(Digital Data Network)、IP(Internet Protocol)等业务的接入功能，既能降低网络建设成本，又方便网络的统一维护。以后的综合接入网设备将能同时提供各类宽带和窄带业务的接入。(3) 以 ATM 技术或以太网技术为基础的无源光网络以 ATM 为基础的无源光网络(APON)代表了宽带接入技术的发展方向之一，其优势在于它结合了 ATM 多业务，多比特率支持能力和 PON(无源光网络)透明宽带传输能力，业务的接入非常灵活。其提供的业务范围从具有交互性的图像分配业务到数据传送、局域网互联、透明的虚通道等。(4) 无线接入是接入网的一个重要组成部分就目前无线接入技术和设备而言，能提供电话业务和低/中速数据业务的系统主要有 CDMA(CodeDivision Multiple Access)系统(19GHz 频段)、S-CDMA系统(l.8GHz 频段)、个人手持式电话系统 PHSPersonal Handy-phone 私立华联学院毕业设计论文- 10 -System(19GHz 频段)、数字增强无绳通信 DECTDigital Enhanced Cordless Telecommunications 系统及 450MHz 模拟系统等；能提