宽带接入网技术总复习.doc

宽带接入网技术主讲：宁帆北京邮电大学网络教育学院第一章 接入网概述一、接入网的定义和定界1接入网的定义和定界ITU-T G. .902的定义，接入网（AN）是由业务节点接口（Service Node Interface，SNI）和相关用户网络接口（User Network Interface，UNI）之间的一系列传送实体（诸如线路设施和传输设施）所组成的、为传送电信业务提供所需传送承载能力的实施系统，可以经由Q 3接口进行配置和管理。接入网的功能定界如图接入网（AN）业务结点（SN）用户终端或用户驻地网（CPN）电信管理网（TMN）业务结点接口SNI用户网络接口UNIQ3Q3图1.2 接入网的定界2接入网与核心网比较后的特点（1）业务量密度低（2）缺乏规模经济，成本高（3）成本差异大（4）运行环境恶劣（5）技术变化慢3接入网的业务需求（1）业务需求和网络结构接入网现在支持的主要业务：模拟租用线、ISDN基本接入和一次群接入、非本地交换业务、低速数据业务、N64kbit/s数据租用业务等2Mbit/s以下的窄带业务。宽带接入数据业务，视频交互业务等。（2）宽带业务如视频点播（VOD）。交互式图像游戏。交互式图像业务。远程教育。多媒体库。广播电视；事务业务；目标型广告；可视电话，CATV业务等。二、接入网的功能通用协议参考模型：以ITU-T的 G.803分层模型建议为基础。接入承载处理功能电路层（CL）通道层（TP）传输媒质层（TM）层管理系统管理接入承载能力要求图1.3 接入网的通用协议参考模型接入网主要功能有5种，即用户口功能（User Port Function，UPF）、业务口功能（Service Port Function，SPF）、核心功能（Core Function，CF）、传送功能（Transfort Function，TF）和AN系统管理功能（System Management Function，SMF）。用户口功能（UPF）传送功能（TF）业务口功能（SPF）核心功能(CF)核心功能(CF)AN系统管理功能（AN-SMF）图1.4 接入网功能结构UNISNI以ITU-T的 G.803分层模型建议为基础三、接入网的分类 两大类：有线接入方式，无线接入方式。1、有线接入网技术有线接入方式主要是光纤接入网和利用现成的铜线电话用户接入网。有线接入技术 2、无线接入网技术 3、综述 光纤接入技术是实现宽带接入网技术的最佳手段。光纤传输系统优势： 传输容量大； 无中继距离长（4080km）； 抗电磁干扰强，误码率低； 采用新颖的网络结构改进了网路的可用性； 成本大幅度降低。四、接入网的拓扑结构接入网环境下的基本网络拓扑结构有6种，即星型结构、双星型结构、环型结构、树型结构、链型和总线结构。1星型结构图1.5 星型结构用户端局用户用户用户用户图1.6 双星型结构端局RN/RT用户用户用户用户远端结点2双星型结构3链型（线形）结构图27 链形/线形结构用户光纤光纤端局RNRN光纤用户ADMADM 4、总线形结构 图1.8 环型结构 5环型结构6树型结构本地交换机（a）PON技术本地交换机RN/RT （b）DLC技术说明： 光缆 双绞线 光分路器 复用器 用户图1.9 树型-分支结构7混合结构第二章 铜线接入技术2.1 HDSL接入技术一、 HDSL系统的基本构成HDSL技术：采用数字信号自适应均衡技术和回波抵消技术，消除传输线路中近端串音、脉冲噪声和波形噪声、以及因线路阻抗不匹配而产生的回波对信号的干扰，从而能够在现有的普通电话双绞铜线（两对或三对）上提供PDH一次群速率（T1或E1）的全双工数字连接，无中继传输距离可达35 km。HDSL收发信机用户终端铜线对G703接口G703接口图2.1 HDSL系统构成交换机HDSL收发信机应用接口映射功能公用电路公用电路HDSL收发器遵循“CSA”环路1对，2B1Q可选对，2B1Q可选对，2B1QHDSL内核（对CAP的使用不同）)网络终端单元（NTU）映射功能应用接口E1E1到CPE线路终端单元（LTU）1对，收发双方间是2320kbit/s双工信道 DCS表示数字交叉连接2对，各为1168kbit/s双工 CPE表示用户驻地设备3对，各位784kbit/s双工图2.2 HDSL系统的参考配置到DCSHDSL收发器HDSL收发器HDSL收发器HDSL收发器HDSL收发器 二、 HDSL帧结构（E1，基于2B1Q编码情况）信号传输：HDSL帧结构和空闲比特码组HDSL的数据帧有三种：应用帧、核心帧、HDSL帧。应用帧是根据用户应用而决定的数据帧结构；核心帧是HDSL内部的数据帧，是将不同应用帧数据映射为统一的144字节的净荷，HDSL可以由此统一处理不同应用的数据，HDSL帧是对应每个HDSL收发器的数据帧。包括核心帧和定位比特、维护比特和开销比特等。2Mbit/s的比特流被分割在两对（或三对）传输线上传输，分割的信号映射入HDSL帧，接收端再把这些分割的HDSL帧重新组合成原始信号。核心帧：144字节，500vs时长，比特率1448/5001062304kbps。HDSL帧长度：6ms。2B1Q特点：四元符号，每个符号可表示2比特的信息。HDSL帧结构特点：（1）采用13对线传输，比特率、波特率不同，帧时间相同，帧长度不同。（2）不同线对的电气特性可能不同，造成多路信号之间有不同的延迟，解决的办法是在HDSL帧中加入02个填充符号（四元符号，2B1Q码，相当于4个比特）。同步字H0数据块0H1子数据块0H3H2数据块3数据块1数据块2HDSL帧 （ 6ms）图2.4 HDSL帧结构 子数据块1子数据块111Z-bit数据字节2数据字节36数据字节4 1Z-bit数据字节1数据字节35数据字节3 18B2对线帧映射结构1168kbit/s1168kbit/s1Z-bit数据字节1数据字节34数据字节41Z-bit数据字节2数据字节35数据字节51Z-bit数据字节3数据字节36数据字节6784kbit/s784kbit/s784kbit/s12B3对线帧映射结构bit142101010填充符号2 HDSL帧结构共有48个数据块。三线对系统每数据块97961比特，12字节，总比特数14（同步字）32（H开销）97（数据块）480（4）（填充符号）4702（4706）。二线对系统每数据块1451441比特，18字节，总比特数14（同步字）32（H开销）145（数据块）480（4）7006（7010）。一线对系统每数据块2892881比特，36字节，总比特数14（同步字）32（H开销）289（数据块）480（4）13918（13922）。三线对系统：HDSL帧长度6ms，平均长度4704比特，速率4704/6=784kbps。二线对系统：HDSL帧长度6ms，平均长度7008比特，速率1168kbps。一线对系统：HDSL帧长度6ms，平均长度13920比特，速率2320kbps。加入填充符号后，将调整帧长度，平均长度和速率，如三线对时间范围是（62/784）ms或（62/784）ms。数据块中的每个字节8个比特，为64kbps，故三对线全双工系统，传输速率为1264kbit/s16kbit/s=784kbit/s；两对线全双工系统，传输速率为 1864kbit/s16kbit/s=1168 kbit/s；一对线全双工系统，传输速率为3664kbit/s16kbit/s =2.320Mbit/s。三、HDSL的应用1、 高速访问Internet，用作客户端和主干网的连接；2、 校园网的建设；3、 局域网扩展和连接光纤环；4、 视频会议和远程教学应用；5、 连接无线基站系统；6、 ISDN的基群接入（PRA），等等。2.2 HDSL2接入技术HDSL2是继HDSL后的技术，“第二代HDSL”。本质上是在一对线上传送T1或E1速率信号。 HDSL2的设计目标一对线上实现两线对HDSL的传输速率；获得与两线对HDSL相等的传输距离；对环路损坏（衰减、桥接头、串音等）的容忍能力不能低于HDSL；对现有业务造成的损害不能超过两线对HDSL；能够在实际环路上可靠地运行；价格要比传统HDSL低。总复习22.3 ADSL接入技术一、 ADSL的定义和参考模型1、 定义不对称数字用户线（Asymmetric Digital Subscriber Line，ADSL）是一种利用现有的传统电话线路高速传输数字信息的技术，以上、下行的传输速率不相等的DSL技术而得名。ADSL下行传输速率接近8Mbps，上行传输速率接近640kbps，并且在同一对双绞线上可以同时传输传统的模拟话音信号。ADSL采用不对称的主要原因：（1）在目前的DSL应用中，大多用户是从主干网络大量获取数据，而发送出去的数据却少得多；（2）非对称传输可以大大减小近端串扰。2、ADSL接入网的参考模型VCVAU-C2U-CU-RU-R2T-SMTATU-CATU-CATU-CATU-CATU-R用户分配网PSTN电话数字广播宽带网窄带网网络管理接入节点BTETETETEPOTS-CPOTS-R环路分离器图2.12 ADSL接入网参考模型二、 ADSL的技术特点ADSL主要技术特点：（1） 充分利用现有铜线网络及带宽，只要在用户线路两端加装ADSL设备即可。方便、灵活，时间短，系统投资小。（2） 同时提供普通电话业务、数字通路（个人计算机）、高速远程接收（电视和电话频道）等。（3） 关键技术1）使用高于4kHz的频带来传输数字信号；2）使用高性能的离散多音频DMT调制编码技术；3）使用FDM频分复用和回波抵消（EC）技术；4）使用Splitter信号分离技术。三、 ADSL的系统构成1、Gdmt标准的ADSL系统构成Gdmt标准即为G.992.1 ，其最低的下行传输速率为6.144Mbps，上行传输速率为640kbps。系统构成如图中上部分。2、Glite标准的ADSL系统构成在G.dmt标准中，用户端需要采用splitter分离器，由于分离器安装的复杂性，考虑在用户端去掉分离器，这就是G.lite标准。可以实现“即插即用”的功能。系统构成如图下部分。规定其最高的下行传输速率为1.536Mbps，上行传输速率为512kbps。PC机G.dmtADSL ModemPOTS分离器局端分离器电话PC机G.liteADSL Modem电话PSTNDSLAMATMISP路由器Internet网络服务器电话线图 全速率ADSL与G.lite ADSL系统构成DSLAM是DSL的接入复用器。3、ADSL传输带宽（能力）传输带宽是在不同的应用环境中所能达到的上、下行传输数据速率。传输带宽和传输距离有关。在ADSL标准中，规定上、下行标称速率分别为640kbps和8Mbps，在实际工作中，根据不同应用的速率要求，ADSL可非常灵活地提供带宽，即A DSL系统可以通过调整每条承载信道的传输速率实现多种速率配置方式。介绍几个重要的概念：1、总速率是指ADSL系统在任一方向发送的速率，分为上行总速率和下行总速率2种，且相互独立。它们包括净负荷和系统用于各种数据流的同步开销以及固定指示比特，但不包括FEC冗余码。它用来规定ADSL总体的上、下行速率。2、净负荷速率 是任一方向用于用户数据的总速率。某方向的净负荷速率等于该方向的总速率减去同步开销、CRC校验等的速率。3、承载信道是ADSL透明传输的逻辑通道，是提供给上层设备的不同速率和方向的数据流。ADSL系统最多可同时传送7个承载通道，其中最多4个独立的下行信道和最多3个双工承载通道。承载通道的速率由ADSL的标准规定。4、ADSL子信道 是用于传送数据的物理接口。它们是7个承载信道的物理实体，分别按照各自传送的承载信道的配置速率实现独立的传输。在ATUR和ATUC的结构中可以看出，收发器有7个子信道，其中4个单工子信道，3个双工子信道。5、传输等级四个传送等级：2M0，2M1，2M2，2M3。6、速率配置过程过程如下：先根据所要提供的服务类型和要求，规定当前链路上使用的传送等级。每种等级都详细规定了要配置的承载信道个数和每个承载信道的速率。每个承载信道将所配置的速率映射到其对应的子信道上，最终实现特定速率的数据传输。此外，在数据传输的同时，还要提供ADSL开销信道，以提供正常的维护和控制。所以各承载信道的速率之和加上开销信道速率，才是当前ADSL回路提供的总速率。ADSL系统传输的数据可分为两类：一类是下行速率为2.048Mbps整数倍的普通数据（可能是以太网包或IP包），另一类是单工ATM信元数据。这两种情况下，系统的速率配置有很大不同。 （1）下行单工承载信道的速率配置子信道为AS0、AS1、AS2、AS3。标准中规定四种传送等级2M0，2M1，2M2，2M3和4个承载通道AS0、AS1、AS2、AS3之间的配置关系是：四种传送等级规定下行单工信道速率分别为：8.192Mbps，6.144Mbps，4.096Mbps，2.048Mbps。2M0的承载通道的组配方式：5种1） 1个8.192Mbps承载信道；2） 1个6.144Mbps和1个2.048Mbps承载信道；3） 2个4.096Mbps承载信道；4） 1个4.096Mbps承载信道和2个2.048Mbps承载信道；5） 4个2.048Mbps承载信道。2M1传送等级实际使用的子信道只从AS0、AS1、AS2中选取；2M2等级子信道只从AS0、AS1中选取；2M3等级只使用AS0子信道。（2）双工承载信道3个双工承载信道LS0、LS1、LS2，其中一个为控制信道（C信道），在所有的传送等级下都有效。它们之间的组合不是任意的方式。在等级2M0、2M1和2M2中，LS0为C信道速率64kbps，在2M3中，C信道速率16kbps，不占用承载信道，在同步开销中传送。四ADSL帧结构1ADSL超帧结构每16.72824617毫秒一个ADSL超帧同步帧67帧66帧35帧2帧34帧1帧0传送其它标识比特传输纠错控制和一些标识比特快速字节 快速数据缓存区内容 FEC 交错数据缓存区内容（帧被分割为基于线路比特速率的不同尺寸）有FEC保护的快速数据每246微秒一个ADSL帧图2.21 ADSL超帧和幀结构 2ADSL的帧头ADSL是使用帧头来同步承载通道的。这样ADSL链路两端的设备才能知道链路是如何配置（AS和LS）的，它们的速率是多少，以及如何在ADSL帧流中对其进行定位。ADSL帧头的其他功能包括远程控制和速率适配、循环冗余校验（CRC）进行检错、前向纠错（FEC）、操作管理与维护（Operation Aministration and Maintenance，OAM）。ADSL帧头的所有比特都同时在上行和下行方向传输。多数情况下，帧头比特作为32kbit/s比特流传输，但也有例外。对于高速通道结构，下行流最大比特率是128kbit/s，最小是64kbit/s，缺省值代表96kbit/s；上行流最大比特率是64kbit/s，最小是32kbit/s，缺省值代表64kbit/s。2.4 VDSL接入技术甚高速数字用户线（Very high speed Digital Subscriber Line，VDSL）的系统。VDSL可在对称或不对称速率下运行，其速率配置为： 最高速率对称速率是26Mbit/s13Mbit/s的对称速率52Mbit/s的下行速率和6.4Mbit/s的上行速率26Mbit/s的下行速率和3.2Mbit/s的上行速率13Mbit/s的下行速率和1.6Mbit/s的上行速率VDSL可以和POTS运行在同一对双绞线上。本节讨论VDSL，基本构成、相关技术以及存在问题，最后讨论了VDSL的应用。一VDSL系统结构本地交换图像接口收发机图像接口双绞线光纤收发机TVVCRPC电话双绞线远端端局用户图2.31 VDSL系统结构VDSL收发机通常采用DMT调制（也考虑CAP码），在双绞线上，其上行传输速率可达1.5Mbit/s；而下行速率可以扩展至25Mbit/s甚至52Mbit/s，能够容纳48个6Mbit/s的MPEG-2信号，同时允许普通电话业务继续工作于4kHz以下频段，通过频分复用方式将电话信号和25Mbit/s或52Mbit/s的数字信号结合在一起送往双绞线。当然，其传输距离分别缩短至1km或300m左右。二VDSL的体系结构2.4.2 VDSL的相关技术一传输模式5种主要的传输模式，见图2.33，其大部分的结构类似于ADSL。ONUVDSLVDSL终端设备业务STM模式传输模式：光纤环路分组模式STM端到端ATM 分组ATM ATM 图2.33 VDSL传输模式三其他技术2.4.3 VDSL存在的问题VDSL存在的问题主要有以下几个方面。（1）不能确定VDSL能可靠传输数据的最大距离（2）业务环境问题（3）用户设备分配及电话网络与用户设备之间的接口（4）开销也是一个不能忽略的因素第三章 电缆调制解调器接入技术电缆调制解调器（Cable Modem）技术是在有线电视公司推出的混合光纤同轴网（HFC）上发展起来的。只要在有线电视（CATV）网络内添置电缆调制解调器（Cable Modem）后，就建立了强大的数据接入网，不仅可以提供高速数据业务，还能支持电话业务。基于HFC技术：CATVCM数据接入网电话业务+电视业务绪：混合光纤/同轴电缆（HFC）接入网FTTCHFC1、CATV网属单向分配型的网络。同轴电缆模拟和数字视像前端光纤节点同轴电缆同轴电缆250500户2、HFC结构引入线同轴电缆供电线路延伸器分支器视像数据话音前端光纤节点宽带网关光纤节点光纤节点250500户250500户干线网配线网拓扑结构：干线网星型结构，配线网树型结构。引入线：对应各种业务。3、HFC的频谱分配方案HFC采用副载波频分复用方式，各种图像、数据和语音信号通过调制解调器同时在同轴电缆上传输。建议的频谱方案有多种，其中之一如下图。15060路模拟CATV指导PCNPCN200路数据通信VOD或CATV信号其他双向通信业务50MHz50MHz（dB）（MHz）5 30 42 50 550 750 1000图 一种典型的频谱分配建议4、HFC的特点优点：（1）成本较低。与FTTC相比，仅线路设备低2030。（2）HFC频带较宽，能适应未来一段时间内的业务需求，并能向光纤接入网发展。（3）HFC适合当前模拟制式为主体的视像业务及设备市场，用户使用方便。（4）与现有铜线接入网相比，运营、维护、管理费用较低。不足之处：(1)成本虽然低于光纤接入网，但要取代现存的铜线环境投入将很大。（2）建设周期长；（3）拓扑结构须进一步改进，以提高网络可靠性，一个光电节点为500用户服务，出问题影响面大。（4）电话信道有限，扩容难。 HFC网络对Cable Modem的要求1、系统结构用户设备广域网WANPSTNHFC网本地服务器局端交换机或传输适配器电话回传访问集线器安全性与访问控制器CMTSCableModemCMTS网络接口CMTS RF接口操作支持系统接口OSSCable Modem电话回传接口电话线CableModemRF接口与用户接口DS1orDS3图3.3 HFC的数据通信系统安全系统接口2、 影响Cable Modem发展的因素第四章 光纤接入技术绪 光纤接入网概念光纤接入网（OAN）是采用光纤传输技术的接入网，泛指本地交换机或远端模块与用户之间采用光纤通信或部分采用光纤通信的系统。OAN分为有源光网络（AON）和无源光网络（PON）两类。1、OAN的参考配置和应用类型 ITUT建议G.982提出了一个与业务和应用无关的光纤接入网功能参考配置，如图所示。 根据ONU在光纤接入网中的位置，OAN可以被划分为如图22所示的三种基本应用类型。 2、OAN业务支持能力4.1PON接入技术4.1.1 PON拓扑结构基本拓扑结构1单星型结构2树型结构3总线结构4环型结构4.1.2PON关键技术一PON的双向传输技术各ONU至OLT的上行信号采用OTDMA（光时分多址）、OWDMA（光波分多址） 、OCDMA（光码分多址）、OSCMA（光副载波多址）等多址接入技术。1光时分多址（OTDMA）OTDMA（Optical Time Division Multiple Access）方式是指将上行传输时间分为若干时隙，在每个时隙只安排一个ONU，以分组的方式向OLT发送分组信息，各ONU按OLT规定的顺序依次向上游发送。存在对各ONU测距问题，即进行严格的发送定时，解决碰撞的问题；各ONU与OLT间距离不一样，它们各自传输的上行码流衰减也不一样，到达OLT时的各分组信号辐度不同，在OLT端只能采用突发模式的光接收机，根据每一分组开始的几比特信号幅度的大小建立合理的判决门限，以正确接收该分组信号。各ONU从OLT发送的下行信号获取定时信息，并在OLT规定的时隙内发送上行分组信号，故到达OLT的各上行分组信号在频率上是同步的。由于传输距离不同，到达OLT时的相位差也就不同，故在OLT端必须采用快速比特同步电路，在每一分组开始几个比特的时间范围内迅速建立比特同步。2光波分多址（OWDMA）采用光波分多址（Optical Wavelength Division Multiple Access，OWDMA）接入技术，将各ONU的上行传输信号分别调制为不同波长的光信号，送至ODN后耦合到馈线光纤（合波），到达OLT后利用光分波器分别取出属于各ONU的不同波长的光信号，再分别通过光电探测器解调为电信号。3光码分多址（OCDMA）OCDMA（Optical Code Division Multiple Access）是指给每一个ONU分配一个多址码，各ONU的上行信码与相应多址码进行模二加后将其调制为同一波长的信号，各路上行光信号经ODN合路送馈线光纤到达OLT，在OLT端经探测器检测出电信号后，再分别与相同ONU端同步的相应的多址码进行模二加，分别恢复各ONU传输来的信码。由于多址码的速率远大于信码速率，故CDMA系统实际上是一种扩频通信系统。OCDMA系统用户地址分配灵活，抗干扰性能强，由于每个ONU都有自己独特的多址码，故它有十分优越的保密性能。OCDMA不像OTDMA那样划分时隙，也不像OWDMA那样划分频隙，ONU可以更灵活地随机接入，而不需要与别的ONU同步，但OCDMA系统容量不大。4光副载波多址（OSCMA）OSCMA（Optical Subcarrier Multiple Access）采用模拟调制技术，将各个ONU的上行信号分别用不同的调制频率调制到不同的射频段，然后用此模拟射频信号分别调制各ONU的激光器（laser Device，LD），把波长相同的各模拟光信号传输至ODN合路点后再耦合到同一馈线光纤到达OLT，在OLT端经光电探测器后输出的电信号通过不同的滤波器和鉴相器分别得到各ONU的上行信号。二PON的双向复用技术光复用技术：光波分复用（OWDM或WDM）技术、光时分复用（OTDM或TDM）技术、光码分复用（OCDM或CDMA）技术、光频分复用（OFDM或FDM）技术、光空分复用（OSDM或SDM）技术、光副载波复用（OSCM）技术。其中光波分复用技术、频分复用技术、码分复用技术和时分复用技术以及它们的混合应用技术被认为是最具潜力的光复用技术。多路复用技术与多址接入技术区别：多路复用技术中所有用户共用一个复用器；在多址接入技术中，由于各用户所处的位置距离较远，所以用户侧没有复用器。1光波分复用（OWDM）技术在PON系统中采用WDM方式进行双向传输，即上行和下行信号被调制为不同波长光信号在同一根馈线光纤上传输。光波分复用技术是指将多个不同波长的信息光载波复接到同一光纤中传输，来提高光纤传输容量的技术。根据被复用的光波长间隔的不同，光波分复用系统又有WDM系统（波长间隔50100nm）、DWDM（Dense WDM）系统（波长间隔110nm）和OFDM系统（波长间隔小于1nm）之分。ITU-T参考标准G.983.3。WDMWDM光源n光源1光检测光检测光检测光源n光源11n1n光检测信道S1信道Sn信道S1信道Sn信道S1信道Sn信道S1信道Sn1n1n1n1n图4.1WDM工作原理图2光时分复用（OTDM）技术基本工作方式是让各路信号在信道上占用不同的时间间隔，也就是把时间分成均匀间隔，将各路信号的传输时间分配在不同的时间间隔内进行传输，以达到互相分开，互不干扰的目的。在光信号上进行的时分复用是指在发送端，来自各支路的电信号分别经过一个相同波长的激光器转变为支路光信号，各支路的光信号分别经过延时调整后，经合路器合成一路高速光复用信号并馈入光纤；在接收端，收到的光复用信号首先经过光分路器分解为支路光信号，各支路的光信号再分送到各支路的光接收机转换为各支路电信号。这种方式的复用速率比电的TDM高，一般达100Gbit/s。3光码分复用（OCDM）技术光码分复用技术在原理上与电码分复用技术相似。它是给系统中的每个用户分配一个唯一的光正交码的码字作为该用户的地址码。在发送端，对要发送的数据的地址码进行正交编码，然后进行信道复用。在接收端，用与发送端相同的地址码进行正交解码。星形耦合器光源光编码器光解码器光电检测图4.3OCDM典型系统框图4光频分复用（OFDM）技术OWDM和OFDM技术都是在光层按其波长将可传输带宽范围分割成若干光载波通道。OFDM与OWDM本质上没有什么太大的区别，因为电磁波基本参数频率、波长与速度三者间存在着“速度频率波长”的固有关系。f1,f2,fn光信号f1光信号f2光信号fnFDMFDM光接收器单纤f2fnf1光接收器光接收器图4.4OFDM系统原理图5光副载波复用（OSCM）技术OSCM技术不同于OWDM和OFDM技术，OWDM和OFDM都是指在光波层进行复用。其实，OSCM与电子学的SCM复用方法相似，区别仅在于最后的载波是用光波而已。简单地说，OSCM是电的频分复用技术与光的调制技术的结合技术。在OSCM中，首先将多路基带信号调制到不同频率的射频（超短波到微波的频率）波上，然后将多路射频信号复用后再去调制一个光载波。在接收端同样也需要二步解调，首先利用光探测器从光信号中得到多路射频信号，然后再用电子学的方法从各射频波中恢复出多路基带信号。模拟基带信号模拟基带信号第一级调制器第二级调制器光源光检测器放大器解调图4.5OSCM光纤通信系统6光空分复用（OSDM）技术空分复用（Space Division Multiplexing，SDM）指利用不同空间位置传输不同信号的复用方式，如利用多芯缆传输多路信号就是空分复用方式。一根光纤电端机电端机光 源光 源光检测器光检测器电端机电端机一根光纤电信号电信号图4.6OSDM系统原理图7时间压缩复用（TCM）技术时间压缩复用（Time Compression Multiplexing,，TCM）又称“光乒乓传输”。在一根光纤上以脉冲串形式的时分复用技术，每个方向传送的信息，首先放在发送缓存中，然后每个方向在不同的时间间隔内发送到单根光纤上。接收端收到时间上压缩的信息在接收缓存中解除压缩。因为在任一时刻仅有一个方向的光信号在光纤上，不受近端串扰的影响。4.1.4PON技术应用一PON组网应用二WDM-PON技术应用1两波分复用PON2波分复用PON4.2APON接入技术在PON中采用ATM技术，就成为ATM-PON，简称APON。4.3EPON接入技术以太网无源光网络（Ethernet PON或Ethernet Over PON）简称EPON。EPON指采用PON的拓扑结构实现以太网的接入。4.3.1EPON技术特点及网络结构一EPON技术特点EPON的优势：（1）高带宽：下行信道为百兆/千兆的广播方式；上行信道为用户共享的百兆/千兆信道。（2）低成本：接入用户设备成本较低，PON结构，减少了大量的光纤和光器件以及维护的成本，降低了预先支付的设备资金和与SDH及ATM有关的运行成本。以太网本身的价格优势。（3）易兼容：互连互通容易，以太网技术是目前最成熟的局域网技术。EPON只是对现有IEEE802.3协议作一定的补充，基本上是与其兼容的。二网络结构4.3.2EPON传输原理及帧结构EPON和APON的主要区别是：在EPON中，根据IEEE802.3以太网协议，传送的是可变长度的数据包，最长可为1518个字节；在APON中，根据ATM协议的规定，传送的是包含48个字节净负荷和5字节信头的53字节固定长度信元。IP要求将待传数据分割成可变长度的数据包，最长可为65535个字节。EPON比APON传送IP业务，可极大地减少了开销。 在EPON中，下行采用TDM传输方式；上行采用TDMA传输方式，其下行信息流如图4.30所示。ONUnONU1 1 2 n OLTONU2 1N 1 2 n 2 1 2 n n图4.30EPON下行信息流的分发 1 2 n 1EPON下行传输帧结构是由一个被分割成固定长度帧的连续信息流组成，其传输速率为1.250Gbit/s，每帧携带多个可变长度的数据包（时隙）。含有同步标识符的时钟信息位于每帧的开头，用于ONU与OLT的同步，帧长2ms，同步标识符占1个字节。误码检测域 净荷 信头 长度可变2ms2ms同步标识符同步标识符图4.31 EPON下行帧结构N 3 2 1 n 2 1 一个数据包EPON在上行传输时，采用TDMA技术将多个ONU的上行信息组织成一个TDM信息流传送到OLT。ONUnONU1ONU2 1 2 n OLT 1N 1 1 n n2 2图4.32 EPON上行信息流汇集EPON上行帧结构及组成:其帧长也是2ms，每帧有一个帧头，表示该帧的开始。每帧进一步分割成可变长度的时隙，每个时隙分配给一个ONU。1 2 3 N1 2 3 N1 2 3 N帧长2ms3 3 第3个ONU的时隙信头 净荷 误码检测域 长度可变图4.33EPON上行帧结构每个ONU有一个TDMA控制器，它与OLT的定时信息一起，控制上行数据包的发送时刻，以避免复合时相互间发生碰撞和冲突。1 2 3 N1 2 3 N1 2 3 N帧长2ms1 2 3 N1 2 3 N1 2 3 NONU1ONU2ONU3ONUN合路信号图4.34 EPON上行帧的组成过程4.3.3EPON光路波长分配EPON的光路使用二个波长时，下行使用151（5）0nm，上行使用1310nm。用于分配数据、语音和IP交换式数字视频（SDV）业务。使用1.250Gbit/s的双向EPON，即使分光比为32，也可以传输20km。1510nm光发射机1510nm1310nm光接收机WDM WDM 1510nm光接收机1310nm光发射机光分路器OLTONU图4.35二波长EPON结构使用三个波长时，下行使用1510nm、上行使用1310nm，增加一个下行1550nm窗口（15301565nm）波长。提供二个波长业务及CATV业务或者发展的DWDM业务。即使分光比为32，也可以传输18km。1510nm光发射机1510nm1310nm光接收机WDM WDM 1510nm光接收机1310nm光发射机光分路器OLTONU图4.36三波长EPON结构1550nm光接收机1550nm光发射机CATVCATVEDFA4.3.4EPON关键技术难点一突发同步上传的光信号来自不同的端点，所以可能导致光信号的偏差，消除这种微小偏差的措施是采用突发同频技术。在OLT中采用此技术。二大动态范围光功率接收各ONU到OLT的距离各不相同，到达OLT后的光功率互不相同，要用特殊办法来保证能够接收足够大的动态范围光功率。此种方法的实现也是一个难题。三测距和ONU数据发送时刻控制上传信号冲突通过距离修正的技术就可以消除这种冲突。EPON上行传输采用时分多址（TDMA）方式接入，一个OLT可以接1664个ONU，G.983.1建议要求测距精度为1bit。测距过程是：OLT发出一个测距信息，此信息经过OLT内的电子电路和光电转换延时后，光信号进入光纤传输并产生延时到达ONU，经过ONU内的光电转换和电子电路延时后，又发送光信号到光纤并再次产生延时，最后到达OLT，OLT把收到的传输延时信号和它发出去的信号相位进行比较，从而获得传输延时值。OLT以距离最远的ONU的延时为基准，算出每个ONU的延时补偿值Td，并通知ONU。该ONU在收到OLT允许它发送信息的授权后，延时Td补偿值后再发送自己的信息，这样各个ONU采用不同的Td补偿时延进行调整自己的发送时刻，以便使所有ONU到达OLT的时间都相同。四带宽分配OLT控制每个ONU的上行接入带宽，即ONU的窗口大小和上行传输速率。静态和动态两种带宽分配，静态带宽由开的窗口尺寸决定，动态带宽根据ONU的需要，由OLT分配决定。五实时业务传输质量传输实时语音和视频业务要求传输延迟时间既恒定又很小，时延抖动也要小。由于以太网技术的固有机制，不提供端到端的包延时、包丢失率以及带宽控制能力，因此难以支持实时业务的服务质量。如何确保实时语音和IP视频业务，在一个传输平台上以与ATM和SDH的QoS相同的性能分送到每个用户，是亟待解决的问题。解决技术其一的技术是对于不同的业务采用不同的优先权等级，对实时的业务优先传送。其二的技术是带宽预留技术，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，以便确保POTS业务的质量。六安全性和可靠性EPON下行信号以广播的方式发送给所有ONU，对每个ONU的下行信号单独进行加密，对密钥定期更新。G.983.1建议采用双PON系统，保证EPON系统的可靠性。4.4AON接入技术有源光网络（Active Optical Network，AON）由OLT、ODT、ONU和光纤传输线路构成，ODT可以是一个有源复用设备，远端集中器（HUB），也可以是一个环网。一般有源光网络属于一点到多点光通信系统，按其传输体制可分为PDH（Plesiochronous Digital Hierarchy）和SDH（Synchronous Digital Hierarchy）两大类。4.4.1 AON简化技术一简化SDH标准二简化SDH设