第4章 光纤接入技术2010.ppt

1 接入网技术 第4章光纤接入技术 2020 1 21 2 第4章光纤接入技术 本章教学重点简要介绍光纤介质的特点和优势介绍光接入网的结构 类型 应用模式等介绍两种典型的无源光网络APON和EPON本章要求熟悉光纤介质的特点 FTTX的含义掌握光接入网的结构 特点 关键技术 特别是测距 APON与EPON的异同 2020 1 21 3 第4章光纤接入技术 4 1光纤的优势4 2光纤在接入网中的延伸4 3光接入网基础知识4 4无源光网络4 5APON4 6EPON 2020 1 21 4 4 1光纤的优势 带宽优势与双绞线和同轴缆相比 光纤的理论带宽几乎是无限的单个波长可传输10Gb s 采用波分复用可传输更高的速率长距离传输优势衰减很小 不加中继的距离现在可达数百公里抗恶劣环境优势抗腐蚀能力强 不受电磁波干扰安全性优势盗接线头困难 不易盗听 大多数运营商断言 未来理想的宽带接入网是基于光纤的网络 2020 1 21 5 4 2光纤在接入网中的延伸 ONU OBD 中心局 ONU ONU Budding OBD OBD FTTC FTTB FTTH home OLT OAN的应用示意图 根据ONU位置 OAN可分为三种应用类型光纤到路边FTTC光纤到楼FTTB光纤到家 办公室FTTH O OBD Opticalbranchingdevice 光分路器 2020 1 21 6 光纤到路边FTTC FTTC FiberToTheCurb CabONU设在交接箱处用户到ONU之间 引入线 仍用双绞铜线连接或同轴缆通常为点到点和点到多点结构一个ONU可为一个或多个用户提供接入是一种介质混合结构 存在室外有源设备 不利于运行维护ONU设在路边 存在供电 散热等问题通常采用FTTC xDSL技术或FTTC CableModem技术 ONU OBD 中心局 OLT 光接入网 OBD Opticalbranchingdevice 光分路器 2020 1 21 7 光纤到楼FTTB FTTB FiberToTheBuildingONU设在办公楼或居民住宅楼内的某个公共地方用户到ONU之间 引入线 用UTP5类线 或更高等级线 连接点到多点结构 一个ONU为多个用户提供接入通常采用FTTB Ethernet FTTB XDSL技术ONU放在公共地方 存在对设备的管辖和维护问题 OBD 中心局 OLT 光接入网 ONU Budding Ethernet OBD Opticalbranchingdevice 光分路器 2020 1 21 8 光纤到家 办公室FTTH O FTTH FiberToTheHomeONU直接放在用户家里中心局到用户之间全部为光连接和光传输接入网无任何有源设备 是一个真正的透明网络是一种真正意义上的宽带接入技术是用户接入网的长远目标 综上 FTTH和FTTC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 OBD 中心局 OLT 光接入网 ONU home 2020 1 21 9 4 3光接入网基础知识 光纤的工作窗口光接入网的基本结构光接入网的分类光接入网的传输技术 2020 1 21 10 光纤的工作窗口 根据光在光纤中的传输模式分成单模光纤和双模光纤多模光纤 纤芯直径50um 62 5um 包层外直径125um单模光纤 纤芯直径8 3um 包层外直径125um光纤的工作窗口 可用工作波长区 有三个 850nm窗口 780nm 850nm 1310nm窗口 1260nm 1360nm 1550nm窗口 1480nm 1580nm 三个工作区的使用情况850nm波长常用于多模光纤通信 未得到很好使用1310nm波长应用广泛 主要用于提供2Mb s及以下的业务1550nm波长用于异波长双工的下行通信以及宽带的新业务现已打开了第四个工作窗口 1625nm 2020 1 21 11 光接入网的基本结构 OAN OpticalAccessNetwork 光接入网光接入网概念 接入网中部分或全部使用光纤作为传输介质来实现信息传输的网络形式光接入网是G 902标准的一个典型实例 光接入网的基本结构 2020 1 21 13 光接入网的基本结构 组成 光网络单元ONU OpticalNetworkUnit 提供用户到接入网的接口 光电转换 物理接口 提供用户业务适配功能 速率适配 信令转换 光分配网ODN OpticalDistributionNetwork 为OLT和OUN之间提供光传输技术由光连接器和光分路器OBD OpticalBranchingdevice 组成完成光信号功率的分配及光信号的分 复接功能光线路终端OLT OpticalLineTerminal 提供与中心局设备的接口 光电转换 物理接口 提供与ODN的光接口分离不同的业务 2020 1 21 14 光接入网的基本结构 光接入网的特点点到多点传输系统 介质共享OLT和ONU之间的传输分成上行和下行两个方向下行 OLT向各个ONU采用广播通信方式OLT先将要送至各个ONU的信号时分复用成时隙流 然后再送至馈线光线 经光分路器进行功率分路后 再广播至各个ONU 各个ONU在规定的时隙接收自己的信息 上行 ONU向OLT通信时需要某种分配信道的策略由于多个ONU共享一根光纤传输 而每个ONU发送信号是突发的 避免产生碰撞 保证任意一个时刻只能有一个ONU发送信号 各个ONU轮流发送 以实现传输信道共享 2020 1 21 15 光接入网的基本结构 面临的问题需解决OLT和多个ONU之间上下行信号的正确传输关键是解决上行信道的占用问题下行传输 时分复用传送信元流 各ONU在规定时隙接收自己的信息上行传输 各种多址技术 时分 波分等 2020 1 21 16 光接入网的传输技术 空分复用SDM上下行双向通信个各使用一根光纤两个方向的通信单独进行 互不影响性能最佳 设计最简单光传输设备和线缆双倍 成本高 2020 1 21 17 t 保护时间 光接入网的传输技术 时分复用TDM同一光载波波长上 把时间分成周期性的帧 每一帧再分成若干个时隙每个ONU动态或固定分配一个时隙每个ONU在分配的时隙内上传数据固有问题每个ONU与OLT距离不等传输时延不同到达OLT的相位不同对OTL要求完善的测距技术 实现定时调整和同步快速的同步技术快速 动态的门限判决技术 光接入网的传输技术 波分复用WDM不同波长的信号共享一根光纤传输 每个波长作为一个独立的通道传输一种预定波长的光信号 彼此不干扰要求每个ONU在指定波长上发射将各个ONU的上行传输信号调制为不同波长的信号 送至OBD并耦合进馈线光线 实现上行传输 在OLT处利用WDM器件分出属于各个ONU的光信号 最后再通过PD解调出电信号对激光二极管要求高 温度 环境影响大 OLT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 根据光分配网是采用有源或无源设备 OAN分 AON和PONAON ActiveOpticalNetwork 有源光网络ODN全部由有源器件组成 光放大器等 特点 传输容量大 155Mb s或622Mb s的接入速率传输距离远 不加中继器 距离为70多公里技术成熟 无论PDH设备还是SDH设备 都已广泛应用给有源设备供电是一件麻烦事PON PassiveOpticalNetwork 无源光网络APON接入网PON与核心网ATM相兼容 ATM作为传输协议 支持对称和非对称业务技术复杂 成本高 效率低EPONEFMA提出 EthernetintheFirstMileAlliance PON上传输以太帧 纳入以太网接入标准IEEE802 3ah无需转换IP数据传输的协议和格式 速率1 25Gb s对话音和视频等实时业务不能提供Qos保证GPONFSAN提出 fullserviceaccessnetwork 2 4Gb s 带宽利用率 93 提供Qos保证 有电信级网络监测和业务管理能力 2020 1 21 20 4 4无源光网络 基本概念系统结构数据传输关键技术 2020 1 21 21 PON的基本概念 ODN全部由无源器件组成 无源光分路器等 信号在传输过程中无再生放大信号由光分路器 无源光功率分配器等传至用户实现透明传输 信号处理全由局端和用户端设备完成与有源光网络比 覆盖范围和传输距离更小可靠性更高 户外无有源设备 提高抗干扰能力 价格更低 安装维护更方便是光接入网有发展潜力的技术 价格 维护等优势 2020 1 21 22 PON的系统结构 组成 OLT ODN ONU 且ODN中全是无源器件共享介质逻辑上是点到多点结构 物理拓扑可有多种形式 单星型 树型 总线型 环型 2020 1 21 23 单星型结构ONU分别通过一根或一对光纤与局端的同一OLT相连OLT的输出信号通过一个OBD均匀分到各个ONU多星型结构 树型 ODN由很多OBD串联组成连接OLT的第一个OBD将光分成n路 每一路通向下一级的OBD所有的ONU功率都由OLT的一个光源提供 限制了传输距离和ONU的数量多星型 均匀分光树型 按额定比例的非均匀分光总线型结构各OBD沿线状排列采用非均匀分光的OBD实现环形结构把总线结构中的OBD与OLT组成一个闭合的环OBD可以通过两个不同的方向通到OLT 2020 1 21 24 PON的数据传输 下行 OLT向各ONU采用广播通信方式 传输连续时隙流 下行帧 局端数据 OLT 封装成连续时隙流下行帧以广播方式传送 各ONU收到信元流 取出属于自己的数据 用户终端上行 采用TDMA技术 动态分配 突发传送时隙流 上行帧 各ONU共享ODN 且数据突发性强 各ONU向OLT申请带宽 OLT授权ONU发送 上行的发送时隙 带宽分配等 获得授权的ONU在指定时隙发送 PON的数据传输 PON的帧都是定时长帧 分上行帧和下行帧为了实现TDMA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 用于OLT同步 标识信元开始 OAM信元为管理信元 如带宽申请 测距等 2020 1 21 26 PON的关键技术 测距技术快速比特传送技术突发信号的收发搅码技术 扰码 媒质接入控制 MAC 技术 2020 1 21 27 测距技术 为何需要测距 采用TDMA 必须保证每个时隙的数据彼此独立 互不干扰APON结构中 各ONU到OLT的物理距离不等 则各ONU到OLT的传输时延不同 如不进行时延补偿 会出现时隙的重叠 造成数据干扰为确保多个ONU到OLT间的正确传输 必须引入测距机制 使各ONU到OLT的逻辑距离相等 2020 1 21 28 测距技术 测距技术基本策略单独测距 传输数据时测距相结合 粗测 精测 单独测距在ONU初装联网时必须进行传输数据时测距可根据OLT的配置而定测距的基本原理OLT向ONU发送测距允许消息 消息中指明ONU的上行应答的时隙ONU在指定的上行时隙中用测距PLOAM信元应答OLT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ONUONU根据测距时间调整均衡时延 2020 1 21 29 快速比特传送技术 测距精度有限 各ONU到OLT的上行比特流存在相位差异需要采用某种技术实现快速同步 将OLT的接收时钟同步到当前所接收的 来自某一ONU的比特流基本策略先实现位同步 再进行信元同步在上行帧的每个时隙里有3个字节的开销 开销占用的时间作为保护时间 用于防止微小的相位漂移损害信号 前置比特图案用于同步获取 OLT在接收上行帧时 搜索同步图案 并以此快速获取比特流的相位信息 达到比特同步根据界定图案确定ATM信元的边界 完成字节同步OLT必须在收到ONU上行突发的前几个比特实现比特同步 才能恢复ONU的信号普通的滑动技术不能满足快速同步要求 需采用其他技术利用多相位时钟 采用并行的滑动技术来选择最佳时钟源以电路的复杂为代价来换取时间上的收益 2020 1 21 30 突发信号的收发 在采用TDMA的上行接入中 各个ONU到OLT接收机的传输损耗不同 因此所接收到的上行光功率将存在较大的动态范围 需要快速开启和关闭光电路 以适应上行的突发数据传输接收端 需要快速调整接收门限 以适应不同距离用户的信号衰减 2020 1 21 31 搅码技术 扰码 由于是共享介质的网络 其下行方向上固有的广播特性给用户信息带来了安全性和保密性问题为了保证共享介质传输的安全性 引入搅码技术在发送端 通过一个随机码对信息进行异或运算后传送在接收端 采用相同的随机码再进行一次异或运算 得到原始数据信息扰码的长度一般为 个字节 利用随机产生的 个字节和从上行用户信息中提取的 个自己进行异或运算得到 2020 1 21 32 媒质接入控制 MAC 技术 信元的时隙分配接入请求 允许带宽的动态分配基于信元的授权分配机制只有OLT发送授权信号给各个ONU后 ONU收到自己的授权信号才会发送上行信元带宽管理由OLT完成为不同的业务提供优先级和带宽上行带宽的占用由媒质接入控制MAC协议实现 2020 1 21 33 4 5APON APON ATMPassiveopticalnetwork ATM无源光网络在PON上传送ATM信元 即在ONU与OLT之间传送ATM信元物理层采用PON 链路层采用ATM存在PON中同样的技术问题标准规范 ITU T的G 983 2020 1 21 34 G 983基本特点 基于ATM信元 ONU与OLT之间 支持对称和非对称工作方式对称方式 双向155 520Mb s非对称方式 上 下行分别为155 520Mb s 622 080Mb s双向通信 单向双纤空分复用 可用两条光纤 波长1310nm区单纤波分复用 一条光纤 异波长双工 上行 1310nm区 下行 1550nm区 无放大器最大距离 20km最高32个用户光分支利用波长分配增加业务能力的宽带光接入系统传输技术 上 下行均采用时分复用 2020 1 21 35 APON的系统结构 接入的主干网为ATM网传输的数据流为ATM信元流拓扑 无源双星结构一个ODN 即1个OBD 最多支持32个ONU 用户数 当ONU大于32时 要求一个OLT提供多个ODN接口 2020 1 21 36 APON的数据传输 APON在PON上传送ATM信元APON帧传输的基本原理同PON 只是APON帧中封装的是ATM信元APON帧中上行信元格式如下 APON上下行速率为155 520Mb s的帧结构 定时长帧下行速率为155 52Mb s时 每帧56个信元下行速率为622 08Mb s时 每帧224个信元 APON的帧格式 2020 1 21 38 APON的延续 GPON 弱化ATM保留了APON的许多优点 与APON有很多相同之处 但更高效 高速支持上 下行不对称速率 下行2 488Gb s 上行1 244Gb s适配协议采用ITU TG 7041 GFP 通用成帧协议 支持多业务 多承载 包括ATM业务 TDM业务以及IP Ethernet业务 提供明确