光纤接入技术

1、第四章 光纤接入技术第一节 光纤接入网概述一、光纤接入网的基本概念若传输媒质是光纤，同时利用光波进行接入网的信号传送，称为光纤接入网oan（optical access network）。由于目前接入网的用户终端设备大都属于电气设备（如电话、传真、电视、计算机等），故在传输系统的两端（局端和用户端）之间以光纤作为传输媒质时，必须首先在发送端把各种电信号转换为光信号，才能在光纤上进行传输。而在接收端必须把光信号恢复为电信号，才能在电的终端设备上显示各种原始信息，见图4-1所示。图4-1 光/电转换设备工作原理这种光电转换设备（o/e或e/o），在局端通常称作光线路终端（optical line

2、terminal,olt）,在用户端通常称作光网络单元（optical network unit,onu）。光纤是目前带宽最宽的传输介质。在所有的传输介质中，光纤可以说是最理想的一种，可提供最大的带宽，可抗电磁干扰，抗雷击，不会产生腐蚀，可以长距离传输。目前绝大部分的主干网都已采用光纤。但在整体网络中，最主要的瓶颈在于接入网，这才是真正的网络堵塞路段。如将光纤应用到用户线路中，取代现有的电话铜线，一定能够满足各种宽带服务的需要，光纤接入网可以说是有线宽带接入网的最佳解决方案。光纤接入网（oan）不是传统的光纤传输系统，而是一种针对接入网环境所设计的特殊的光纤传输系统。尽管有人将之称为小型数字环

3、路载波系统（dlc），其实两者在设计思想、结构、成本和应用环境等方面都有不少差别。建设光纤接入网的主要目标是：1、为小型企业和事业单位及住宅用户最大程度地提高接入网的带宽。2、使宽带接入网与核心网相互独立，即oan不应依赖于交换机的类型，既要能与现有模拟和数字交换机兼容，也要能与新的数字交换机兼容，能够工作于多厂家、多类型交换机环境。3、oan不仅能提供原铜线网所能提供的所有业务，将来还能方便升级，支持多媒体、图像以及高速数据等新的宽带业务。4、实现灵活的、高可靠性的网络结构，进一步提高网络的使用效率，降低网络结构的实现成本。要全面建设光纤接入网，就必须铺设相当密度的光纤线路，这在短期内是不可

4、能完全实现的，因此，可采用光纤逐步向用户端推进的方式，所以，目前接入网仍是以铜缆为主要传输介质。光纤接入网的简单结构如图4-2所示。图4-2 光纤接入网的简单结构二、光纤通信的基本概念为了便于理解和学习光纤接入网的概念和原理，先简单讨论一下光纤通信的基本概念。1、光纤通信系统的组成一个光纤通信系统主要应该包括四个部分：光纤光缆、光源、光检测器、光分合器件。图4-3 光纤通信系统基本模型光纤在任何时间都只能单向传输，因而要实现双向通信，需要两根光纤，一个用于输入，一个用于输出，光纤两端接在光学接口上。2、光纤光缆（1）光纤的结构和分类光纤的横截面很细，由三个部分组成：即纤芯、包层和涂层。光波的传

5、输是由芯子和包层完成的，其中纤芯为光通路；包层由多层反射玻璃纤维构成，用来将光线反射到纤芯上，而涂层只是起保护的作用，见图4-4和图4-5所示。图4-4光纤截面结构图图4-5 光纤层面结构图按光纤截面上折射率分布形状分类见图4-6所示，光纤可以是：阶跃型光纤（均匀光纤）渐变型光纤三角型光纤包层凹陷型光纤图4-6 光纤截面上折射率分布图按光纤传输的模式分类，主要有：多模光纤：在光纤中传输的是多个模式，即发散为多路光波，每一路光波走一条通路。它的折射率分布多是渐变的。多模光纤的纤芯和外保护层为：5075m/125m。单模光纤：在光纤中只能传输一个模式，即只提供单条光通路，光纤的芯径很细，其折射率分

6、布一般是阶跃型。单模光纤的纤芯和外保护层为：8.69.5m/125m。常用光纤的规格有：单模光纤：8/125m，9/125m，10/125m多模光纤：50/125m 欧洲标准62.5/125m 美国标准见图4-7所示图4-7 增强型多模光纤（2）光纤传输原理：光在不同物质中的传播速度是不同的，所以光从一种物质射向另一种物质时，在两种物质的交界面处会产生折射和反射。而且，折射光的角度会随入射光的角度变化而变化。当入射光的角度达到或超过某一角度时，折射光会消失，入射光全部被反射回来，这就是光的全反射。在两种介质的界面上，当光从折射率高的一侧射入折射率低的一侧时，只要入射高度大于一个临界值，就会发生

7、反射现象，能量将不受损失。不同的物质对相同波长光的折射角度是不同的（即不同的物质有不同的光折射率），相同的物质对不同波长光的折射角度也是不同的。光纤通信就是基于以上光传输原理而实现的。（3）光纤的主要传输性能：损耗：光纤损耗是光纤最重要的传输性能指标，也是衡量光纤质量的首要参数，损耗主要有吸收损耗和散射损耗。吸收损耗是指光波在传输过程中被光纤材料吸收，使光能转变为热能的一种损耗现象。散射损耗是由于光纤的结构和材料的不均匀性，使光线在不均匀点变更其传播方向，导致光线的传播出现散乱，结果使得在终端的光功率减少的一种损耗现象。色散：在光纤通信系统中，一般采用数字通信方式，也就是用数字脉冲信号去调制光

8、载频，因而在光纤中传输是一个个的光脉冲信号。传输的速率越高，脉冲宽度越窄。由于脉冲宽度与频带宽度成反比，故脉冲越窄，频带就越宽。脉冲信号含有各个不同的频率成份，不同的频率经同样长的距离会产生不同的速度，或者说是产生不同的时延。于是，一个脉冲的各个不同的频率成份到达接收端的时间各不相同，因而使脉冲的形状发生畸变，出现展宽的现象，称为色散。故可知光纤的色散是由于光纤所传信号的不同频率成份的群速不同，从而引起传输信号畸变的一种物理现象。当色散严重时，前后脉冲将出现重叠，形成码间干扰，造成误码。这时，为了保证通信质量，必须加大码间距离，这就降低了传输速率，减少了通信容量，或限制了信号的传输距离。光纤主

9、要有四种类型色散：模式色散（模间色散）、材料色散、波导色散、偏振色散。模式色散：产生于多模光纤中，它是指不同的传输模式在光纤中传输时，由于传输速度不同，各模式到达终点的时间不同，从而引起色散。渐变型多模光纤的模式色散比阶跃型多模光纤的模式色散小得多。故采用多模光纤传送信息时，都采用渐变型多模光纤。材料色散：光纤材料的折射率是随频率变化的，而一般光源所产生的光存在一定数量的不同波长，称为光谱，其光谱总占有一定的宽度。一般激光器的光谱宽度较窄，约几个nm；发光二极管的光谱宽度较宽，约几十个nm。这样，从光源产生的光沿光纤传输时，将出现由于光纤材料折射率的频率特性所引起的色散。这种色散是单模光纤的主

10、要色散。波导色散：波导色散是由于波导效应引起模内频率较高或波长较短的光信号进入包层，而包层折射率小于纤芯折射率，导致模内各信号传输速度不同而产生的色散。偏振色散：单模光纤没有模式色散，但是存在偏振色散。这种由单模光纤中双折射现象产生的色散称为偏振色散。单模光纤所传输的模式实际上相当于两个相互正交的模式。偏振色散与光纤的双折射参数成正比。当光纤的不完善性严重时，偏振色散很大。为了减少单模光纤的色散，必须设法减少光纤的双折射参数，严格光纤的几何尺寸标准。材料色散和波导色散都是因为模内各信号频率成份的传输速度不同引起的，所以过去习惯上也称为模内色散。这两种色散都与光源谱宽有关。对于多模阶跃型光纤，模

11、式色散影响最大，其次是材料色散，波导色散很小；多模渐变型光纤的模式色散很小。对于单模光纤来说，没有模式色散，单模光纤的总色散为材料色散与波导色散之和。1988年国际电信联盟建议把总色散分为模式色散和频率色散（包括材料色散和波导色散在内）两部分组成，不单独计算材料色散或波导色散。在光纤的传输参数中，通常认为最重要的是衰减和色散两个参数。国际电联itu-t曾经提出四种不同类型的光纤光缆特性的建议。在我国，目前使用最广泛的是g652单模光纤光缆（标准规定只推荐使用1310nm波长性能最佳的单模光纤），在用户接入网中使用的光纤光缆也多是这种类型。不同衰减系数等级的光纤光缆，其价格是不相同的，一般用户接

12、入网的距离都很短，平均距离只有几公里，故一般不必选择高等级的光纤光缆，只有特殊长度或特殊要求的情况下，才考虑采用较高等级的光纤光缆。（4）光纤的波长光纤应用的波长是：850nm、1300nm、1550nm三种。通常多模光纤使用850nm和1300nm的波长，单模光纤使用1310nm、1550nm的波长。（5）光纤的成缆为了保证光纤的安全和使用寿命，免受各种外部机械力和环境变化的影响，必须加装各种护层、构件或护套制成光缆，俗称为成缆。光纤的结构已在前面作了介绍，这种光纤结构也称裸光纤，其涂层也叫一次涂覆。裸光纤是不能单独应用的，因为其机械性能太差。一般要进行二次涂覆或套塑，以便隔离外部机械力及环

13、境的直接影响，防止光纤直接受力或暴露在外界环境中。二次涂覆可以分紧套和松套（前者指光纤与二次涂覆全粘接在一起，后者指光纤可以在二次涂覆内自由活动）两种方式。在二次涂覆外面一般还要加装加强芯（钢芯、尼龙、聚酯丝等）、骨架、油膏、防潮层、护套和铠装等构件。其部分作用与电缆的构件类似，但其性能要求更加严格。成缆的作用，除了防止外界机械力和环境因素对光纤的影响外，还应根据各种不同的应用场合提供防虫鼠生物、化学、雷电等功能，还应考虑易于施工、维护、运输、价格成本低等因素。光缆的种类：按敷设方式分：自承重架空光缆，管道光缆，铠装地埋光缆和海底光缆。按光缆结构分：束管式光缆，层绞式光缆，紧抱式光缆，带式光缆

14、，非金属光缆和可分支光缆。按用途分：长途通讯用光缆，短途室外光缆，混合光缆和建筑物内用光缆。见图4-8和图4-9所示图4-8 骨架型铠装/绞式光缆结构图4-9 多骨架层绞式薄涂层8芯带纤结构1000芯用户光缆3、光源用于光纤通信的光源主要有发光二极管和注入型激光二极管。发光二极管（led）：绝大多数的局域网网络在速度达到622mbps时，需要使用发光二极管（led）作为光源，这种光源是专门设计用于多模光纤工作的。他们可以提供的工作距离为3002000米，且比激光器光源更经济实惠。注入型激光二极管（ild）：是在千兆字节的高速网络项目中使用的，因为发光二极管不能快速传送窄小的光脉冲信号。激光器主

15、要工作在单模光纤上。4、光检测器在接收端，当接收到从发送端经过光纤送来的光载波时，首先要经过光检测器进行光/电转换，然后经过放大均衡，才能变为所需要的电信号。故在整个光接收过程中，光检测器是关键器件。常用的半导体光检测器有：pin光电二极管和apd光电二极管5、光分路器将一根光纤中的光信号藕合到两根或多根光纤中的一种器件称为光分路器件。常用的有一分二光分路器或一分n光分路器，见图4-10和图4-11所示。图4-10 光分路器原理结构图4-11 “1分8”光分路器的构成6、光分波器（合波器）将一根光纤中多个不同波长的光信号分离，此器件称为光分波器；完成相反功能的器件则为合波器，见图4-12所示。

16、图4-12 光复用器原理示意图第二节 数字光纤通信体系光纤接入网不是传统的光纤传输系统，但它将用到传统光纤通信中的相关技术，在此有必要回顾一下骨干网中得到广泛应用的数字光纤通信系统传输技术： 准同步数字体系（pdh）同步数字体系（sdh）一、准同步数字体系pdh过去的光纤通信系统是pdh体系，全网没有统一的时钟，各个国家、各个厂家生产的设备不能互联，它们的制式和性能也不一致，难以支持新业务的开发和现代网络的管理。其主要缺点是：1、pdh存在两大体系（含三个地区性标准），彼此不能兼容，造成国际上互通困难详见表4-1所示。pdh传输速率（单位：mbit/s）北美1.544 6.312 44.736

17、 274.176日本1.544 6.312 32.064 97.728 397.200欧洲2.048 8.448 34.368 139.264 564.992中国欧洲体系表4-1 各个体系pdh传输速率表2、准同步复用实现高次群（五次以上）复用困难，不适应光纤数字通信大容量超高速传输的发展。3、没有统一的标准光接口规范，各个厂家生产的设备无法在光路上互通，无法调配电路，灵活性差。各厂家产品唯有通过光电转换成标准电接口才能互通，限制了联网应用的灵活性，也增加了网络的复杂性和运营成本。4、上、下电路困难。要从pdh的高速信号中识别并提取低速支路信号或送入信号，需要将整个高速信号逐级地解复用到所要的

18、低速信号等级，提取或送入信号后，再逐级地复用至高速信号。实现不方便，结构复杂，成本也较高，见图4-13所示。图4-13 异步复用图4、pdh复用信号帧结构中管理维护的比特量少，操作、维护、管理能力差，不能满足现代通信网对监控和网管的需要,无法适应迅速发展的电信网的需求，使维护和管理能力难以提高。二、同步数字体系sdh为了克服pdh存在的缺点，在光路上实现标准化，便于不同厂家的产品可以在光路上互通，增加整个网络的灵活性，国际上经过反复协商，原国际电报电话咨询委员会（ccitt，现称国际电信联盟-电信小组,itu-t）于1988年在美国同步光纤网（sonet）的基础上，修改形成了同步数字系列(sd

19、h)。sdh与sonet规范略有差异,但基本原理完全相同,标准也相互兼容。通常统称为光同步数字传送网sdh/sonet。1、什么是sdh：sdh（synchronous digital hierarchy），即同步数字体系，是国际统一的关于数字通信多路复用和传输方面的等级通用标准。同步：数字信号的传输严格按相同的传输速率。准同步：数字信号的传输按“几乎”相同的传输速率。异步：允许传输速率有“较大”误差。sdh是一套可进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的标准化数字信号的结构等级，而sdh网络则是由一些基本网络单元（ne）组成的，在传输介质上（如光纤、微波等）进行同步信息传输、复用、分插和交叉

20、连接的传送网络，它具有全世界统一的网络节点接口（nni）。同步数字体系等级比特率stm-1155mbpastm-4622mbpastm-162.5gbpastm-6410gbpa表4-2 sdh速率分级表2、sdh的主要特点：（1）速率分为四个等级。sdh具有全世界数字传输体系的统一标准。sdh网不仅与现有的pdh网能实现完全兼容，使pdh的1.544mbit/s；和2.048mbits两大体系（含三个地区性标准）在stm-1等级上获得统一，实现了数字传输体制上的世界性标准；而且还可容纳各种新的数字业务信号（如atm信元、fddi信号等），因此sdh网具有完全的前向兼容性和后向兼容性，见图4-

21、14所示。图 4-14 sdh复用路线图4-14中：c：容器，用来装载各种不同速率的数字信号（净负荷）。vc：虚容器，由容器加上通道层开销构成，用于支持通道层连接。tu：支路单元，由虚容器加上支路单元指针构成，用于为低阶通道与高阶通道提供适配功能。为适配不同的速率，独立的通道必须要有信息指针。tug：支路单元，由多个支路单元组合而成（支路单元复用）。au：管理单元，由虚容器加上管理单元指针构成，用于为高阶通道与复用段层提供适配功能。aug：管理单元组，由多个管理单元组合而成，是复用段基本复用单元。一个国家或地区应保证使每一种支路信号只有唯一的路线可以到达stm-n帧。我国sdh传输体系规定：p

22、dh支路速率以2mbit/s和140mbit/s为主，部分地区经批准可以使用34mbit/s。stm-1（vc-4）为基本传输复用单位，大于c-4容量的信号采用au-4级联方式传输。 （2）具有全世界统一的网络节点接口（nni），并对各网络单元的光接口有严格的规范要求，从而使得任何网络单元在光路上得以互通。提出了一系列较完整的标准，使各生产单位和应用单位均有章可循，同时也使各厂家的产品可以直接互通，使电信网最终工作于多厂家的产品环境中，另外也便于国际互通。（3）帧结构中安排了丰富的开销比特，使网络的运行、管理、维护与指配能力大大加强，通过软件下载的方式，可实现对各网络单元的分布式管理，同时也便

23、于新功能和新特性的及时开发与升级，促进了先进的网络管理系统和智能化设备的发展。（4）sdh以155mbit/s为基本模块，采用指针调整新技术和同步复接方式，简化了数字复接分接过程，避免了pdh复用、分用过程中的分插过程。见图4-16所示图4-15 从高速stm-n信号中取出和插入低速支路信号（5）采用先进的分插复用器（adm）、数字交叉连接（dxc）等设备，使组网能力和自愈能力大大增强，同时也降低了网络的维护管理费用。归纳起来，sdh最为核心的三大特点是同步复用、强大的网络管理能力和统一的光接口及复用标准，并由此带来了许多优良的性能。3、sdh的缺点：频带利用率不如pdh系统；采用指针调整，大

24、量使用软件而使得设备变得复杂。综上所述，sdh技术以其良好的性能得到了举世公认，因此必将最终替代pdh，成为传输网的发展主流。尤其是与一些先进技术相结合，如光波分复用（wdm）技术、atm技术、ip技术（ip over sdh）等，使sdh网络的作用越来越大，是未来信息高速公路不可缺少的主要物理传送平台。4、在接入网中sdh的主要应用场合：(1）对容量较高的大企事业用户，sdh可以作为点到点方式应用，直接将光纤敷设到用户处，实现ftto方式。(2）sdh也可以作为环形网应用或星形网应用，直接将大企事业用户相连或者经业务复用器与用户相连。(3）对于小企事业用户和住宅居民用户，只要有足够容量需求，

25、sdh可以用于馈线段，待标准和设备成熟后，sdh可以进一步用于配线段。第三节 光纤接入网的基本结构一、光纤接入网的参考配置光纤接入网的参考配置如图所示，该图是以无源光网络（pon）为例，并与业务和应用无关的接入网参考配置示例，但原则上它也适用于其它配置结构,图4-16所示.图4-16 oan的参考配置参考配置中从给定网络接口(v接口)到单个用户接口(t接口)之间的传输手段的总和称为接入链路。光接入传输系统可以看作是一种使用光纤的具体实现手段，用以支持接入链路。因此，光接入网(oan)可定义为：共享同样网络侧接口，且由光接入传输系统支持的一系列接入链路，由光线路终端(olt)、光配线网(odn)

26、、光网络单元(onu)及适配功能(af)组成，可能包含若干与同一olt相连的odn。olt的作用是为光接入网提供网络侧与本地交换机之间的接口并经一个或多个odn与用户侧的onu通信，olt与onu的关系为主从通信关系。olt可以直接设置在本地交换机接口处，也可以设置在远端，与远端集中器或复用器接口。olt在物理上可以是独立设备，也可以与其他功能集成一个设备内；odn为olt与onu之间提供光传输手段，其主要功能是完成光信号功率的分配任务。odn是由无源光元件(诸如光纤光缆、光连接器和光分路器等)的纯无源的光配线网组成，通常呈树形-分支结构；onu是为光接入网提供远端用户侧接口，处于odn的用户

27、侧。af为onu和用户设备提供适配功能，具体物理实现则既可以包含在onu内，也可以完全独立。图4-16中发送参考点s是紧靠在发送机(onu或olt)光连接器后的光纤点；而接收参考点r是紧靠在接收机(onu或olt)光连接器前的光纤点；a参考点是onu与af之间的参考点；v参考点是用户接入网与业务节点间参考点，t参考点是用户网络接口参考点；q3为网管接口。光接入网既可以是一点对多点，也可以是一点对一点方式，具体的光配线网（odn）形式要根据用户情况而定。二、基本功能块1、olt功能块光线路终端（olt，optical line terminal）的作用是为光接入网提供网络侧与本地交换机之间的接口

28、，并经一个或多个odn与用户侧的onu通信，olt与onu的关系为主从通信关系。即olt提供网络与光配线网（odn）之间的光接口，并提供必要的手段来传递不同的业务。olt可以分离交换和非交换业务，对来自onu的信令和监控信息进行管理，从而为onu和自身提供维护与供给功能。olt可以设置在本地交换机接口处，也可设置在远端，与远端集中器或复用器接口。它在物理上可以是独立设备，也可以与其它设备集成在一个总设备内。olt的内部由核心部分、业务部分和公共部分组成，见图4-17所示。图4-17 olt功能块(1) 业务部分功能业务部分主要是指业务端口功能，对它的要求至少应能携带isdn的一次群速率，并能配

29、置成至少能同时支持两种以上不同的业务。(2) 核心部分功能核心部分功能包括以下三种功能：数字交叉连接功能：为olt的odn侧的可用带宽与olt网络侧的可用带宽提供交叉连接能力。传输复用功能：该功能是为能在odn上发送和接收业务通路提供必要服务而设置的。odn接口功能：该功能是根据odn的各种光纤类型而提供一系列的物理光接口，实现电/光和光/电变换。(3）公共部分功能公共部分功能包括供电功能和oam功能：供电功能：该功能用于将外部供电电源转变为内部所需数值的电源。oam功能：该功能通过相应的接口实现对所有功能块的运行、管理与维护（oam）。对于本地控制，可以提供测试接口。通过协调功能经q3管理接

30、口还可以与上层网管操作系统相连。2、onu功能块光网络单元（onu，optical network unit）位于光分配网（odn）和用户之间。onu的网络侧具有光接口，而用户侧为电接口，因此需要具有光/电变换功能，onu提供了必要的手段来传递系统所处理的各种不同业务，并能实现对各种电信号处理与维护管理功能。同olt一样onu的功能也由三部分组成，即核心部分，业务部分和公共部分,见图4-18所示。图4-18 onu功能块(1）核心部分功能odn接口功能：该功能可提供一系列物理光接口，与odn相连接，并完成光/电和电/光的转换。传输复用功能：为来自与送给odn接口功能的进出信号进行处理和分配，提

31、取和输入与onu相关的信息。用户和业务复用功能：该功能可对来自或送给不同用户的信息进行组装或拆卸。并与每种不同的业务接口功能相连。(2）业务部分功能业务部分功能主要提供用户端口功能。用户端口功能提供用户业务接口并将其适配入64kbit/s或n64kbit/s。上述功能既可以提供给单个用户，又可以提供给一群用户。最后，用户端口功能还能按照物理接口来提供信令转换功能，诸如振铃、信令、a/d和d/a转换等。包括nx64kbit/s适配、信令转换等。(3）公共部分功能公共部分功能主要用于供电和oam，其中供电功能为onu供电（例如交/直流转换或直流/直流转换），供电既可以是本地供电，又可以为远程供电，

32、几个onu可以公用同一供电系统。onu在备用电池供电条件下也能正常工作。oam功能为onu的所有功能块提供处理操作、管理和维护功能，例如不同功能块的环回控制功能等。3、odn功能块光配线网络（odn，optical distribution network）位于onu和olt之间，其主要功能是完成光信号的功率分配任务。多个odn可以通过光纤放大器结合起来延长传输距离和扩大服务用户数。odn主要由无源光器件（诸如光纤光缆、光连接器和光分路器等）构成无源光路分配网络，通常采用树型-分支结构。4、af功能块适配功能块（af，adaptation function）主要为onu和用户设备提供适配功能，

33、在具体物理实施时，它既可以包含在onu之间，也可以完全独立。三、光纤接入网的网络拓扑：光纤接入网可有多种网络拓扑结构，常见的有：l 单星型结构l 有源多星型结构l 无源多星型结构（树形）l 总线型结构l 环型结构1、单星型结构当onu与olt之间按点到点配置，即每一onu经一专用光链路直接与olt相连，中间没有光分路器(obd)，就构成了所谓的单星形结构。光链路可以是一根光纤，也可以是一对光纤。由于这种配置不存在光分路引入的损耗，因此传输距离远大于点到多点配置，见图4-19所示。图4-19 单星形结构示例2、树形结构树形结构是点到多点配置的基本结构，这种结构利用了一系列级联的光分路器对下行信息

34、进行分路，传给多个用户，同时也靠这些光分路器将上行信号结合在一起送给olt。光分路器通常为1：n型，见图4-20所示。图4-20 树形结构示意图3、总线结构总线结构也是点到多点配置的基本结构，这种结构利用了一系列串联的非平衡光分路器件以便从光总线上检出olt发送的信号，同时又能将每一onu发送的信号插入光总线送回给olt。采用这种非平衡光分路器后会在光总线中引入损耗从而消耗掉一些光功率，见图4-21所示。图4-21 总线结构示例4、环形结构环形结构也是点到多点配置，无源环形结构可以看作是无源总线结构的一种特例，即逻辑上等效于一折叠的总线结构。这种闭合的总线结构在某些情况下可以改进网络的可靠性，

35、见图4-22所示。图4-22 环形结构示例拓扑结构的选择需要考虑多种因素，包括用户所在地的分布，olt和onu之间的距离，不同业务的光通道，可用的技术，光功率预算值，波长的分配，升级的需要，可靠性和可用性，操作管理和维护，onu供电，安全，光缆容量等等。第四节 光纤接入网的基本形式根据光网络单元（onu）与用户位置的远近，oan又可分成若干种专门的传输结构。当前，在光纤用户接入网中，高速数据传输、多媒体业务接入等宽带业务需求并不多，大多数需求只是窄带或话音接入，另外，考虑到光纤替代铜缆接入的可观费用，以及olt和onu的实现成本，在用户接入网的整个长度上，并不必全部采用光纤来实现ftth，而可

36、以根据实际情况，分别采用以下一些基本形式：ftth 光纤到家fttb 光纤到大楼fttc 光纤到路边ftto 光纤到办公室fttz 光纤到小区fttf 光纤到楼层fttn 光纤到邻里fttr 光纤到远端节点事实上，光纤直通到用户终端仍存在着许多困难。因而在这最后的一段又出现了各种不同的解决方案，但无论是什么方法，光纤接入网的基本元素是不变的，其差异在于从光纤网单元（onu）到用户终端之间采用了那一种接入线路，这些接入线路包括同轴电缆以及双绞线。各种不同接入方式的主要区别在于onu放置的位置不同。其中最典型的方式有三种（见图4-23所示）：ftth 光纤到家fttb 光纤到大楼fttc 光纤到路

37、边图4-23 光接入网常见应用类型1、fttcfttc（fiber to the curb）是指从端局接出的光纤经过各种线路设备（如光耦合器、光分支器、入孔）后，到达靠近用户群的路边设备（如分线盒、人孔等）上安装的onu（光网络单元），onu放置在室外场所。由onu经过光电转换后引出的电信号，用铜双绞线或同轴电缆把电话、数据信号或宽带图像信号接至用户。fttc结构主要适用于点到点或点到多点的树形分支拓扑，用户可以是住宅用户或小企事业用户，典型用户数在128个以下。所谓fttc也是指光纤到小区（fiber to the curb）。此方案的架设成本较低，可提供约55mbps的带宽进行高速inte

38、rnet接入、vod以及pots，见图4-24所示。图4-24 fttc光纤到小区fttc典型的实现方式有pon-fttc：信号从交换局经过无源光网络直接分配到用户。这种方式的优点是在建设初期投资少，大部分费用将推迟到用户正式开通宽带业务时的投入。onu至用户接入线部分仍可利用原有铜线，而这部分的投资比例是最大的。从olt到onu的光纤传输设施由多个用户共享分担，故每户成本较低，宽带设备的费用可推迟到以后解决，见图4-25所示。图4-25 基于无源光网络的“光纤到路边”（pon-fttc）方式2、fttbfttb的结构与fttc的相似，fttb可以看作是fttc的一种变型，不同之处在于fttb

39、方式将onu直接放到楼内（通常为居民住宅公寓或小企事业单位办公楼），再经多对双绞线将业务分送给各个用户。fttb是一种点到多点结构，通常不用于点到点结构。fttb的光纤化程度比fttc更进一步，光纤已到楼，因而更适于高密度用户区，也更接近于长远发展目标。很适合于那些新建工业区或居民楼以及与宽带传输系统共处一地的场合。3、ftth（ftto）ftth(fiber to the home)称为光纤到户。顾名思义，光纤到户（ftth）是指最后的一段接入线路也采用光纤直通到家庭用户或是。理想的ftth结构（见图4-26所示）能够提供高达1gbps的带宽，可进行高速internet接入、多媒体视频以及原

40、有的pots电话服务。ftth是把onu装置在用户住宅内，直接以最短的距离连接到终端用户，由用户专用。从端局olt连接到用户家中onu全程都是采用光纤，中间不入任何铜线，也没有有源设备，是全透明的。图4-26 ftth光纤到户这种结构可说是光纤接入网的最终版本。但以目前的运用而言，当终端为一般家庭用户时，由于所需求的带宽较小，且onu较为昂贵，因此位于局交换机房中的光纤线路终端（olt）先连接到一个地区服务柜（serving area cabinet）,再从地区服务柜连接到范围更小的地区服务柜，然后连接至onu，也可以直接连接onu，onu通常由数个家庭用户所共享，由此onu同时支持多个家庭用

41、户，其比例约为1：16（通常为10到16户，图中所示为1：1的理想情况）。以点对多点的模式（星形拓扑排列）连接到各个家庭用户，再利用某些接口（例如用户分布网）连接各种用户终端设备。实际上，在原来的fttc结构中，如果将设置在路边的onu换成无源光分路器，然后将onu移到用户家即为ftth结构。如果将onu放在企事业用户(公司、大学、研究所、政府机关等等)终端设备处并能提供一定范围的灵活的业务，则构成所谓的光纤到办公室（ftto，fiber to the office)结构。ftto主要用于企事业用户，业务量需求大，因而结构上适于点到点或环形结构，从onu再通过接口连接到企业的内部网（见图4-2

42、7所示）。而fttth用于居民住宅用户，业务量需求很小，因而经济的结构必然是点到多点方式。图4-27 ftto光纤到办公室ftth的主要优点：1）对任何一种传输制式都没有限制，很适用于引入新业务，潜在的容量很大，是用户有线接入网的发展方向。2）由于一般用户与端局的平均距离都很短，对传输性能的要求不如干线光缆的要求高，带宽的要求一般也较低，因而可以采用成本较低的元器件。3）端局至用户之间没有任何有源设备，onu可以由用户本地供电，成本较低，故障率低，维护方便。ftth的主要缺点是目前olt和onu的成本还比较高，每户需要一套的话，使用户的负担比较重。但随着光纤通信的迅速发展，光纤光缆和各种光器件

43、的成本将逐步降低，加上各类用户对宽带业务的需求越来越大，ftth的实现前景将会越来越近。第五节 无源光网络根据接入网室外传输设施中是否含有有源设备，oan可以划分为无源光网络（pon，passive optical network）和有源光网络（aon，active optical network），前者采用光分路器分路，后者采用电复用器分路。一、oan（pon）的业务支持能力oan是一种为双向交互式业务而设计的系统，初期主要支持2mbit/s以下速率的窄带业务，基本业务有下面7类：普通电话业务（pots）；租用线；分组数据；isdn基本速率接入(bra)；isdn一次群速率接入(pra)；n

44、64kbit/s；2mbit/s（成帧和不成帧）。除这7种基本窄带业务之外，还可能支持一些其它的业务，特别是对宽带业务的支持，诸如单向广播式业务（如catv业务），双向交互式业务（如vod或数据通信业务）等，而且还可能支持模拟广播式业务。二、无源光网络的结构与原理无源光网络（pon）主要采用无源光功率分配器（耦合器）将信息送至各用户。由于采用了光功率分配器，使功率降低，因此较适合于短距离使用。若需要传输较长距离，或用户较多，可采用光纤放大器（edfa）来增加功率。但pon对光器件要求较高，而且需要较为复杂的多址接入协议。另外在实现双向通信时，如何解决不同地点、不同长度的信号传输损耗、时延与同步

45、也是难点之一。无源光网络的发展速度很快，并且不断升级，其演变过程将经历无源电话光网络（tpon）、宽带无源光网络（bpon）以及宽带综合分配网（bidn），所提供的业务也从单一型向综合型发展。目前商用的pon系统主要是窄带pon（2mbit/s以下业务），宽带pon（bpon）尚处于研究试验阶段，但发展前景很好，值得密切关注。1、无源光网络（pon）的主要特点pon主要具有以下特点：（1）pon使用无源光分路器或耦合器，替代了sdh网络中昂贵的有源器件，是接入网的最佳选择。（2）有源网络一般需要所有节点提前安装，而pon则可以根据需要增加配置，从而降低了前期投资。（3）在pon中很容易增加wd

46、n层，可以进一步降低投资。（4）pon可以不对称传输（如：上行155mbps，下行622mbps），因此允许使用低速率的onu设备，从而降低了onu的花费。（5）pon下行时的点对多点结构，适合于广播应用。如通过tdm或wdm可轻松加载模拟或数字视频信号，以实现广播业务。2、无源光网络采用的双向传输技术一般电信业务都是交互式的，因而必须解决信号的上、下行的关系，把用户的上行和下行业务分开，保证能实现全双向式通信。在光接入网中，下行信号都采取tdm方式（时分复用技术）。由于在odn中全是无源器件，整个无源分配网（不含wdm分路器件时）只对信号进行衰减，而不对信号进行分离和过滤，因而信号在odn上

47、的传送是透明的，广播式的，每个onu都能收到所有的下行信号，每个onu也只能解复用出那些属于自己的时隙信号。对于上行信号采用tdma（时分多址接入）技术的，各个onu上行信号通过占有不同的时隙，从而在时域上划分开来。上行信号的传送，与选用的具体技术有很大关系，双向传输技术主要有以下四种：sdm（空分复用技术）tcm（时间压缩复用技术）wdm（波分复用技术）scm（副载波复用技术）（1）sdm技术所谓空分复用，即在常规的光纤通信系统中，每根光纤只用于一个方向的信号传输，双向通信则需要一对光纤。也就是采用一对光（两根光纤）来实现局端到用户的双工通信。下行信号为tdm，上行信号则采取tdma（时分多

48、址技术），每个onu有其固定的时隙分配。此外，在olt中必须对每个onu进行距离测量，即所谓“测距”，并对每个onu的发脉冲时间进行调整，以便在olt处使各个onu发来的脉冲正确地复用在一起，见图4-28所示。图4-28 采用sdm技术的oan系统结构这是一种最直接、最简单的方式。缺点是采用双纤，增加了系统成本。而且当olt配置的odn数目较大时，因纤数很多，管理起来比较复杂。（2）tcm技术tcm技术，即时间压缩复用技术，也是我们平常所说的乒乓法。通过在时域上对上下行脉冲信号进行压缩，宽度分别压缩到原来的50%以下，从而能在原来脉冲时间的一半就可发送完脉冲。这样可以在上半个脉冲时间向下行方向

49、发下行信号，下半个脉冲时间向上行方向发上行信号，以实现单根光纤上下行双向通信。下行信号为tdm信号，上行则为tdma信号。采用这种技术，线路上传输的速率其实是下(上)行标称速率的2倍。发送和接收信号必须通过光耦合器耦合到光纤线路中，而耦合器会带来3db的功率代价，减少了可用功率。同样，tcm技术也必须有精确“测距”功能，见图4-29所示。图4-29 采用tcm技术的oan系统结构（3）wdm技术波分复用技术就是采用波分复用器（合波器）在发送端将不同规定的信号光载波合并起来并送入一根光纤进行传输。而在接收端，再由一波分解复用器（分波器）将这些承载不同信号的光载波分开的复用方式。同样，wdm技术也

50、必须有精确的“测距”功能，见图4-30所示。图4-30 采用wdm技术的oan系统结构为了解决信号的上、下行关系，我们只需要采用1310nm/1550nm的两波分用技术即可。该技术十分简单，成本较低。利用一个波长发送下行信号，另一个波长传送上行信号，通常采用1310nm传送上行业务，1550nm传输下行信号。也可以在1310nm窗口进行两波分复用。采用wdm技术时，由于波分复用器的引入，将带来一定的插入损耗，减少了系统可用功率，限制了传输距离。另外如果现在使用了1550nm窗口，则有可能影响未来宽带分配业务在该波长区的应用。（4）scm技术scm即副载波复用技术。首先，各路基带信号（模拟或数字

51、，即每个onu的上行信号）对不同的副载波频率振荡器进行调制，经调制后的各路变频信号再经过带通滤波和功率放大后调制一个光发送机成为受调光信号向上行方向发送。在该技术中，下行信号采用tdm方式，由于下行基带数字信号的带宽有限，而光纤具有很宽的宽带，我们有可能在下地数字信号频谱分量高端以上的频带采用副载波复用技术传送上行信号，每一个onu占用一个副载波。在olt处对各个副载波进行合路，同时进行解调。上行信号由于每个onu占用一个副载波，因而每个onu所占用的带宽在频率上被区分开来，即每个onu确定地占用一段频带，这样就消除了使用tdma方式中为了避开“时隙”碰撞而必须对onu进行“测距”的复杂程序，

52、也减少了反射的影响。采用scm技术的oan系统工作原理如图4-31所示。图4-31 采用scm技术的oan系统工作原理scm方式中上行信号采用了模拟的副载波复用技术，各副载波间不可避免地存在着交调，因而要求各个激光器的线性要非常好，各路副载波的频率定位要十分准确，以避免相互干扰。另外，副载波调制含有模拟技术的成分，有模拟技术不可克服的某些弱点。4、传输技术在无源光网络（pon）中，olt与onu的信号交互通过上行信号和下行信号来进行。一般来说，olt至onu的下行信号的传输进程较为简单，但onu至olt的上行信号的传输过程就较为复杂。无源光网络中常见的上行信道传输技术有：时分复用/时分多址接入

53、方式（tdm/tdma）波分复用/波分多址接入方式（wdm/wdma）副载波复用/副载波多址接入方式（scm/scma）码分复用/码分多址接入方式（cdm/cdma）时间压缩复用/时间压缩多址接入方式（tcm/tcma）（1）时分复用/时分多址接入方式（tdm/tdma）时分复用方式所用器件相对简单，技术上也相对成熟。实际组网时遇到的一个难题是，各个onu与olt之间的距离并不相同，因而在上行传输时，会引出两个关键问题：相位问题：在上行传输时，依其工作原理，将时间分成若干个时隙，每一个时隙内只安排一个onu以分组方式向olt发送分组信息，各个onu严格按预先规定的顺序依次发送。为防止在光分路器

54、（obd）处出现碰撞，olt必须在测定它与各onu的相对距离的基础上（olt内必须具备整套完善的测距手段），对各onu进行严格的发送定时。由于各个onu的定时信号都是由olt发送的下行信号中提取出来的，因此在频率上可实现同步。但由于传输距离的不同，造成各个onu的上行信号到达olt时的相位并不一致，所以要求olt中必须具有快速比特同步电路，即在每一个onu按规定时隙发送上行分组信号的开始几个比特时间内就要迅速建立比特同步。幅度问题：由于各个onu与olt的距离不一样，因此它们各自传输的分组信号在到达olt时，幅度上也会出现差异，正是由于这样一种幅度高低不等的接收信号，造成在olt端不能采用常规

55、的光接收机，实施固定的门限判决，而只能采用突发模式的光接收机，即根据每一个分组信号开始的几个比特信号幅度的大小迅速建立合理的判决门限，以便正确还原出该分组信号。除相位与幅度问题之外，采用时分复用方式还会出现上行数据速度较低，难以升级到宽带速度、所有用户采用同一个光载体，难以进一步升级、以及系统中所涉及的电子电路较复杂等的问题，见图4-32所示。图4-32 tdm/tdma-pon示意图（2）波分复用/波分多址接入方式（wdm/wdma）波分复用方式与时分复用方式不同，它是采用不同的波长对应于不同的onu，因而不需要复杂的电子器件，而且充分利用了光纤的低损耗波长窗口。在上行和下行信号的处理上，可

56、分别采用不同的波长予以区分。如采用1310nm波段传送窄带上行信号，采用1550nm波段传送宽带下行信号，且上行和下行信道完全透明。若下行信号衰减较大，可采用掺铒光纤放大器（edfa）予以放大。例如，在wdm方式的pon系统结构中，各个onu的上行传输信号分别调制为不同波长的光信号，送至光分路器（obd）并耦合进馈线光纤。该复用信号到达olt后，利用wdm器件可以分出属于各个onu的光信号，再分别通过光电探测器（pd）解调出电信号。wdm方式的主要缺点是对光源的波长稳定度要求很高；上行通道数受限；不能共享olt光设备；成本较高等，见图4-33所示。图4-33 wdm/tdma-pon示意图（3）副载波复用/副载波多址接入方式（scm/scma）副载波复用技术是以射频信号比如微波作为副载波（频率一般为几百兆至十几吉赫范围内），将各个onu的上行信号调制在其上，再用已调副载波去分别调制各onu的激光器（波长相同）。产生的已调光信号通过光分路器（obd）后，经光纤传输到olt，通过光电探测器（pd）检测、放大、及解调等装置后还原出各onu的上行信号。在下行信号传输时，可先将其调制为另一个副载波，再调制成同一波长的光信号，通过同一根馈线光纤传输到各终端，见图4-34