第6章无源光网络接入技术

1、光纤通信简明教程 原 荣1 第第 6章章 无源光网络接入技术无源光网络接入技术 6.1 接入网在网络建设中的作用及发展趋势接入网在网络建设中的作用及发展趋势 6.2 网络结构网络结构 6.3 无源光网络（无源光网络（PON）基础）基础 6.4 PON接入系统接入系统 光纤通信简明教程 原 荣2 6.1 接入网在网络建设中的作用接入网在网络建设中的作用 及发展趋势及发展趋势 6.1.1 接入网在网络建设中的作用接入网在网络建设中的作用 6.1.2 光接入网技术演进光接入网技术演进 6.1.3 三网融合三网融合 接入网的发展趋势接入网的发展趋势 光纤通信简明教程 原 荣3 6.1 接入网在网络建设

2、中的作用及接入网在网络建设中的作用及 发展趋势发展趋势 6.1.1 接入网在网络建设中的作用接入网在网络建设中的作用 图图6.1.1 信息网模型信息网模型 接入网 HFC xDSL 用户驻地网 电话机 计算机 电视机 大用户 局域网 核心 骨干网 WDM SDH PON 城域网 DWDM 以太网 以太网 无线接入 SDH 10 Gb/s 光纤通信简明教程 原 荣4 6.1.2 光接入网技术演进光接入网技术演进 窄带接入逐渐被宽带接入所取代，最终实现光纤窄带接入逐渐被宽带接入所取代，最终实现光纤 到家；到家； 铜缆接入已逐渐被光缆接入所取代；铜缆接入已逐渐被光缆接入所取代； xDSL：ADSL,

3、 VDSL SDH, 以太网接入以太网接入 HFC, 3G PON接入：接入：APON、EPON、GPON、WDM- PON、WDM/TDM-PON、OFDM-PON 光纤通信简明教程 原 荣5 无源与有源接入无源与有源接入 光纤接入有无源与有源之分，基于同步数字制式光纤接入有无源与有源之分，基于同步数字制式 （SDH）或准同步数字制式（）或准同步数字制式（PDH）的光纤接入）的光纤接入 是有源接入，基于无源光网络（是有源接入，基于无源光网络（PON）的接入是）的接入是 无源接入。无源接入。 由于由于PON具有独特的优点，它能够提供透明宽带具有独特的优点，它能够提供透明宽带 的传送能力；因为的

4、传送能力；因为PON本身是一种多用户共享的本身是一种多用户共享的 系统，即多个用户共享同一个设备、同一条光缆系统，即多个用户共享同一个设备、同一条光缆 和同一个光分路器，所以成本低；和同一个光分路器，所以成本低； 与有源光网络相比，由于与有源光网络相比，由于PON的固有特性，它的的固有特性，它的 安装、开通和维护运营成本大为降低，使系统更安装、开通和维护运营成本大为降低，使系统更 可靠、更稳定，因此接入网正在大量应用可靠、更稳定，因此接入网正在大量应用PON系系 统。统。 光纤通信简明教程 原 荣6 异步传输模式（异步传输模式（ATM） 异步传输模式（异步传输模式（ATM）技术支持可变速率业务

5、，支持时）技术支持可变速率业务，支持时 延要求较小的业务，具有支持多业务多比特率的能力，因延要求较小的业务，具有支持多业务多比特率的能力，因 此此ATM接入系统能够完成不同速率的多种业务接入，它接入系统能够完成不同速率的多种业务接入，它 既能够提供窄带业务，又能提供宽带业务，即能提供全业既能够提供窄带业务，又能提供宽带业务，即能提供全业 务接入。务接入。 另外，电信网的核心部分正在另外，电信网的核心部分正在ATM化，为了使用户接入化，为了使用户接入 网部分的网部分的PON和核心网的和核心网的ATM化相兼容，化相兼容，ITU-T自自1998年年 以来，已完成了一整套以来，已完成了一整套G.983

6、建议，其目的就是使建议，其目的就是使PON携携 带的信息带的信息ATM化，这种化，这种ATM化的化的PON称为称为APON，利用，利用 APON构成的网络是一种全业务接入网（构成的网络是一种全业务接入网（FSAN）。）。 但是，但是，G.983.1规定规定APON接入网传输系统下行传输速率最接入网传输系统下行传输速率最 高为高为622 Mb/s，随着，随着PON分光比的增加，光网络单元分光比的增加，光网络单元 （ONU）数也随之增多，每个）数也随之增多，每个ONU所用的带宽就有限。所用的带宽就有限。 光纤通信简明教程 原 荣7 EPON 2000年年12月，以太网设备供应商提出了将月，以太网设

7、备供应商提出了将PON用于以太网用于以太网 接入的标准研究计划，这种使用接入的标准研究计划，这种使用PON的以太网称为的以太网称为EPON。 EPON与与APON相比，上下行传输速率比相比，上下行传输速率比APON的高，的高， EPON提供较大的带宽和较低的用户设备成本，除帧结构提供较大的带宽和较低的用户设备成本，除帧结构 和和APON不同外，其余所用的技术与不同外，其余所用的技术与G.983建议中的许多建议中的许多 内容类似，如下行采用内容类似，如下行采用TDM，上行采用，上行采用TDMA。 2004年年6月，由月，由EFM 工作组起草制订的以太网标准工作组起草制订的以太网标准IEEE 80

8、2.3ah正式获得通过，该标准规定传输速率上下行均为正式获得通过，该标准规定传输速率上下行均为 1.25 Gb/s。IEEE在在2006年成立了一个年成立了一个TaskForce工作组，工作组， 进行进行10G EPON标准标准IEEE 802.3av的研究和制订工作。的研究和制订工作。 10 G EPON标准的制订进程较快，已于标准的制订进程较快，已于 2009年年9月正式发月正式发 布。布。 光纤通信简明教程 原 荣8 GPON（千兆无源光网络）（千兆无源光网络） 鉴于鉴于APON标准复杂，成本高，在传输以太网和标准复杂，成本高，在传输以太网和 IP数据业务时效率低，以及在数据业务时效率低

9、，以及在ATM层上适配和提层上适配和提 供业务复杂。供业务复杂。 而而EPON存在两大致命的缺陷，即带宽利用率低存在两大致命的缺陷，即带宽利用率低 和难以支持以太网之外的业务。和难以支持以太网之外的业务。 因此，全业务接入网（因此，全业务接入网（FSAN）组织已制定了一）组织已制定了一 种融合种融合APON和和EPON的优点，克服其缺点的新的优点，克服其缺点的新 的的PON，那就是，那就是GPON（千兆无源光网络）。（千兆无源光网络）。 GPON具有吉比特高速率，具有吉比特高速率，92 %的带宽利用率和的带宽利用率和 支持多业务透明传输的能力，同时能够保证服务支持多业务透明传输的能力，同时能够

10、保证服务 质量和级别，提供电信级的网络监测和业务管理。质量和级别，提供电信级的网络监测和业务管理。 光纤通信简明教程 原 荣9 WDM-PON APON、EPON和和GPON都是都是TDM-PON。APON较低的承较低的承 载效率以及在载效率以及在ATM层上适配和提供业务复杂等缺点，现层上适配和提供业务复杂等缺点，现 在已渐渐淡出人们的视线。而在已渐渐淡出人们的视线。而EPON存在两大致命的缺陷，存在两大致命的缺陷， 即带宽利用率低和难以支持以太网之外的业务。即带宽利用率低和难以支持以太网之外的业务。GPON虽虽 然能克服上述的缺点，但上下行均工作在单一波长，各用然能克服上述的缺点，但上下行均

11、工作在单一波长，各用 户通过时分方式进行数据传输。这种在单一波长上为每个户通过时分方式进行数据传输。这种在单一波长上为每个 用户分配时隙的机制，既限制了每用户的可用带宽，又大用户分配时隙的机制，既限制了每用户的可用带宽，又大 大浪费了光纤自身的可用带宽，不能满足不断出现的宽带大浪费了光纤自身的可用带宽，不能满足不断出现的宽带 网络应用业务的需求。网络应用业务的需求。 在这种背景下，人们就提出了在这种背景下，人们就提出了WDM-PON的技术构想。的技术构想。 WDM-PON能克服上面所述的各种能克服上面所述的各种PON缺点。近年来，缺点。近年来， 由于由于WDM器件价格的不断下降，器件价格的不断

12、下降，WDM-PON技术本身的技术本身的 不断完善，不断完善，WDM-PON接入网应用到通信网络中已成为可接入网应用到通信网络中已成为可 能。相信，随着时间的推移，把能。相信，随着时间的推移，把WDM技术引入接入网将技术引入接入网将 是下一代接入网发展的必然趋势。是下一代接入网发展的必然趋势。 光纤通信简明教程 原 荣10 光正交频分复用光正交频分复用PON（OFDM-PON） WDM-PON可以透明地分发多种业务，然可以透明地分发多种业务，然 而多个波长可能要求多个收发机和阵列波而多个波长可能要求多个收发机和阵列波 导光栅（导光栅（AWG）或光滤波器，这样就增加）或光滤波器，这样就增加 了系

13、统费用和成本。了系统费用和成本。 此外，此外，WDM-PON也缺乏在不同业务间动也缺乏在不同业务间动 态分配资源的灵活性。态分配资源的灵活性。 为了克服以上为了克服以上PON的缺陷，科学家们就提的缺陷，科学家们就提 出了光正交频分出了光正交频分PON（OFDM-PON）。）。 光纤通信简明教程 原 荣11 6.1.3 三网融合三网融合 接入网的发展趋势接入网的发展趋势 图图6.1.2 三网融合示意图三网融合示意图 制造商融合 行业融合 终端融合 网络融合 在相当长一段时间内 长期共存 互相竞争 统一网 数据 综合网 电视 综合网 电信网 互联网 技术融合 业务融合 市场融合 行业融合 电信 综

14、合网 有线 电视网 光纤通信简明教程 原 荣12 何谓三网融合？何谓三网融合？ 所谓三网融合就是将归属于工业和信息化所谓三网融合就是将归属于工业和信息化 部的电信网、互联网和归属于广电总局的部的电信网、互联网和归属于广电总局的 广播电视网在技术上趋向一致，网络层互广播电视网在技术上趋向一致，网络层互 联互通，业务层互相渗透交叉，应用层使联互通，业务层互相渗透交叉，应用层使 用统一的协议，经营上互相竞争合作，政用统一的协议，经营上互相竞争合作，政 策层面趋向统一。策层面趋向统一。 三大网络通过技术改造均能提供语音、数三大网络通过技术改造均能提供语音、数 据和图像等综合多媒体的通信服务。据和图像等

15、综合多媒体的通信服务。 光纤通信简明教程 原 荣13 三网融合的技术基础三网融合的技术基础 数字技术：电话、数据和图像业务都可以数字技术：电话、数据和图像业务都可以 变成二进制变成二进制“1”和和“0”信号在网络中传输，信号在网络中传输， 无任何区别；无任何区别； 光通信技术：为各种业务信息传送提供了光通信技术：为各种业务信息传送提供了 宽敞廉价高质量的信息通道；宽敞廉价高质量的信息通道； 软件技术：通过软件变更可支持三大网络软件技术：通过软件变更可支持三大网络 各种用户的多种业务。各种用户的多种业务。 光纤通信简明教程 原 荣14 6.2 网络结构网络结构 OLT FTTB/C FTTH F

16、TTCab UNISNI ONT ONU ONUNT NT 光纤 光纤 光纤 铜线 铜线 接入网家庭网 光线路终端 光网络单元 光网络终端 网络终端 用户网络接口 业务结点接口 OLT： ONU： ONT： NT： UNI： SNI： 光纤通信简明教程 原 荣15 图图6.2.2 PON接入网的参考结构接入网的参考结构 ONU/ ONT ODNOLT Q3 S/RR/S UNI SNI 参考点 适配 功能 ONU/ ONT 业务结 点功能 接入网系统管理功能 参考点 用户 . . . IFPONIFPON 光纤通信简明教程 原 荣16 图图6.2.3 WDM-OLT/ONU PON接入网的参考

17、结构接入网的参考结构 OLT S/R SNI 业务结 点功能 IFPON ODN R/S UNI 参考点 适配 功能 Q3 接入网系统管理功能 . . . IFPON E-OLT ONU WDM WDM WDM E-ONU ONU 参考点 VB/V5TB/T E-OLT E-ONU :使用波分复用 后增加的 :使用波分复用 后增加的 (WDM)OLT (WDM) ONU 光纤通信简明教程 原 荣17 图图6.2.4 OLT构成框图构成框图 业务单元 公共单元 OAM电源 业务接 口功能 . . . ODN 接口功能 ODN 静/动态 授权分配 核心网 ATM 传输 复用/ 解复用 功能 ATM

18、 交叉 连接 功能 ODN 接口功能 静/动态 授权分配 . . . . . . . . . 本地交换 V5.x 业务接 口功能 . . . VB5.x ODN接口单元 复用交叉单元 光纤通信简明教程 原 荣18 1. OLT功能模块功能模块 下面以下面以ATM-PON为例，介绍光线路终端（为例，介绍光线路终端（OLT）和光网络）和光网络 单元（单元（ONU）的构成、作用和工作原理。）的构成、作用和工作原理。 OLT由由ODN接口单元、接口单元、ATM复用交叉单元、业务单元和公共复用交叉单元、业务单元和公共 单元组成，如图单元组成，如图6.2.4所示。所示。 ODN接口单元完成物理层功能和接口

19、单元完成物理层功能和TC子层功能，主要包括光子层功能，主要包括光/ 电和电电和电/光变换、速率耦合光变换、速率耦合/解耦、测距、信元定界和帧同步、解耦、测距、信元定界和帧同步、 时隙和带宽分配、口令识别、扰码和解扰码、搅动和搅动键时隙和带宽分配、口令识别、扰码和解扰码、搅动和搅动键 更新、信头误码控制（更新、信头误码控制（HEC）和比特交错校验（）和比特交错校验（BIP8）、比）、比 特误码率（特误码率（BER）计算和运行维护管理（）计算和运行维护管理（OAM）等，特别是）等，特别是 在在OLT上行方向要完成突发同步和数据恢复等功能。在具有上行方向要完成突发同步和数据恢复等功能。在具有 动态带

20、宽分配（动态带宽分配（DBA）功能的系统中，）功能的系统中，ODN还完成动态授权还完成动态授权 分配功能。为了实现分配功能。为了实现OLT和和ODN间的保护切换，间的保护切换，OLT通常配通常配 备有备份的备有备份的ODN接口（见接口（见6.3节）。节）。 ATM复用交叉单元完成多种业务在复用交叉单元完成多种业务在ATM层的交叉连接功能、层的交叉连接功能、 传输复用传输复用/解复用功能、流量管理和整形功能、运行维护和管解复用功能、流量管理和整形功能、运行维护和管 理（理（OAM）等功能。在下行）等功能。在下行ATM净荷中插入信头构成净荷中插入信头构成ATM 信元，并从上行信元，并从上行ATM信

21、元中提取信元中提取ATM净荷。净荷。 光纤通信简明教程 原 荣19 OLT业务单元业务单元 业务单元完成业务接口功能，如采用基于业务单元完成业务接口功能，如采用基于SDH接接 口，除完成电口，除完成电/光或光光或光/电转换外电转换外, 在下行方向，从输入的在下行方向，从输入的SDH信息流中提取时钟和信息流中提取时钟和 恢复数据，用信元定界方式从恢复数据，用信元定界方式从SDH帧中提取帧中提取ATM 信元，滤除空闲信元（即速率解耦），通过通用信元，滤除空闲信元（即速率解耦），通过通用 测试和运行物理接口（测试和运行物理接口（UTOPIA）输出到）输出到ATM复复 用交叉单元；用交叉单元； 在上行

22、方向，把在上行方向，把ATM信元和空闲信元（如有必要）信元和空闲信元（如有必要） 插入插入SDH帧的净荷中（即速率耦合），并插入各帧的净荷中（即速率耦合），并插入各 种种SDH开销，以便组成开销，以便组成SDH帧。另外业务单元还帧。另外业务单元还 应具有信令处理的能力。应具有信令处理的能力。 光纤通信简明教程 原 荣20 OLT工作原理工作原理-下行方向下行方向 在下行方向，接收来自业务端的数字流，经速率在下行方向，接收来自业务端的数字流，经速率 解耦去掉空闲信元，提取出解耦去掉空闲信元，提取出ATM信元，根据其虚信元，根据其虚 通道标识符（通道标识符（VPI）/虚信道标识符（虚信道标识符（V

23、CI）交叉）交叉 连接到相应的通路，重新组成连接到相应的通路，重新组成ATM信元，然后对信元，然后对 其净荷进行搅动加密。下行传输复用采用时分复其净荷进行搅动加密。下行传输复用采用时分复 用（用（TDM）方式，每发送）方式，每发送27个个ATM信元就插入信元就插入1 个物理层个物理层OAM（PLOAM）信元，由此形成）信元，由此形成PON 的下行传输帧，经扰码后送给光发送模块，进行的下行传输帧，经扰码后送给光发送模块，进行 电电/光变换，以广播方式传送给所有与之相连的光变换，以广播方式传送给所有与之相连的 ONU。 光纤通信简明教程 原 荣21 在上行方向，在上行方向，OLT在接收到在接收到O

24、NU的突发数据时，的突发数据时， 根据前导码恢复判决门限并提取时钟信号，实现根据前导码恢复判决门限并提取时钟信号，实现 比特同步。接着根据定界符对信元进行定界。获比特同步。接着根据定界符对信元进行定界。获 得信元同步后，首先进行解扰码，恢复信元原貌。得信元同步后，首先进行解扰码，恢复信元原貌。 经速率解耦后提取出经速率解耦后提取出ATM信元，然后根据信元类信元，然后根据信元类 型进行不同的处理。若是型进行不同的处理。若是PLOAM信元，则根据信元，则根据 其中的信息类型分别送到测距、搅动、其中的信息类型分别送到测距、搅动、OAM等功等功 能模块进行处理。若是能模块进行处理。若是ATM信元，则送

25、到信元，则送到ATM交交 叉连接单元进行叉连接单元进行VPI/VCI转换，连接到相应的业转换，连接到相应的业 务源。务源。 OLT工作原理工作原理-上行方向上行方向 光纤通信简明教程 原 荣22 动态带宽分配（动态带宽分配（DBA）方法）方法 通常，实现动态带宽分配（通常，实现动态带宽分配（DBA）可以分）可以分 成三步：成三步： 第一步，第一步，DBA-OLT综合使用流量监测结果综合使用流量监测结果 和和ONU对带宽需求的情况报告更新带宽分对带宽需求的情况报告更新带宽分 配；配； 第二步，第二步，DBA-OLT根据根据ONU对带宽需求的对带宽需求的 情况报告更新带宽分配；情况报告更新带宽分配

26、； 第三步，第三步，DBA-OLT根据流量监测结果更新根据流量监测结果更新 带宽分配。带宽分配。 光纤通信简明教程 原 荣23 6.2.3 光网络单元（光网络单元（ONU） ONU处于用户网络接口（处于用户网络接口（UNI）和）和PON接接 口（口（IFPON）之间，提供与）之间，提供与ODN的光接口，的光接口， 实现用户侧的端口功能。与实现用户侧的端口功能。与OLT一起，一起， ONU负责在负责在UNI和和SNI之间提供透明的业务之间提供透明的业务 传输。传输。ONU根据用户需要，利用根据用户需要，利用ATM复用复用 交叉连接功能，提供交叉连接功能，提供10/100 Base T以太网以太网

27、 业务、电路仿真业务（业务、电路仿真业务（CES）、）、ATM E1业业 务和务和xDSL等业务，从而可实现多业务的综等业务，从而可实现多业务的综 合接入。合接入。 光纤通信简明教程 原 荣24 图图6.2.5 ONU功能构成框图功能构成框图 业务单元 复用/解复用单元 公共单元 用户业务 复用/ 解复用 功能 电源 用户端 口功能 . . . . . . 用户端 口功能 . . . 传输 复用/ 解复用 功能 OAM ODN ODN 接口单元 状态报告功能 信息检测功能 DBR 使用 ATM TC层功能 物理层功能 光纤通信简明教程 原 荣25 1. ONU完成功能完成功能 ODN接口单元完

28、成物理层功能和接口单元完成物理层功能和ATM传输会聚子层（传输会聚子层（TC） 功能，物理层功能包括对下行信号进行光功能，物理层功能包括对下行信号进行光/电变换，从下电变换，从下 行数据中提取时钟，从下行行数据中提取时钟，从下行PON净荷中提取净荷中提取ATM信元，信元， 在上行在上行PON净荷中插入净荷中插入ATM信元。如上行接入采用时分信元。如上行接入采用时分 多址（多址（TDMA）方式，则对上行信号完成突发模式发射。）方式，则对上行信号完成突发模式发射。 通常，通常，TC子层完成速率耦合子层完成速率耦合/解耦、串解耦、串/并变换、信元定界并变换、信元定界 和帧同步、扰码和帧同步、扰码/解

29、扰码、解扰码、ATM信元和信元和PLOAM信元识别信元识别 分类、测距延时补偿、口令识别、搅动键更新和解搅动、分类、测距延时补偿、口令识别、搅动键更新和解搅动、 信头误码控制（信头误码控制（HEC）和比特交错校验（）和比特交错校验（BIP8）、比特）、比特 误码率（误码率（BER）计算和运行维护管理（）计算和运行维护管理（OAM）等功能。）等功能。 如果在一个如果在一个ONU中有多个传输容器（中有多个传输容器（T-CONT），每个），每个T- CONT都要完成以上的功能。都要完成以上的功能。 光纤通信简明教程 原 荣26 ONU复用复用/解复用功能解复用功能 ONU提供的业务，既可以给单个用户

30、，也提供的业务，既可以给单个用户，也 可以给多个用户。所以要求复用可以给多个用户。所以要求复用/解复用单解复用单 元完成传输复用元完成传输复用/解复用功能、用户业务复解复用功能、用户业务复 用用/解复用功能。在上行解复用功能。在上行ATM净荷中插入信净荷中插入信 头构成头构成ATM信元，从下行信元，从下行ATM信元中提取信元中提取 ATM净荷，根据净荷，根据VPI/VCI值完成多种业务值完成多种业务 在在ATM层的交叉连接、组装层的交叉连接、组装/拆卸（拆卸（SAR） 和分发功能，以及运行维护和管理（和分发功能，以及运行维护和管理（OAM） 等功能。等功能。 光纤通信简明教程 原 荣27 ON

31、U工作原理工作原理-接收下行数据时接收下行数据时 当接收下行数据时，当接收下行数据时，ONU利用锁相环（利用锁相环（PLL）技）技 术从下行数据中提取时钟，并按照术从下行数据中提取时钟，并按照ITU-T I.432.1 建议进行信元定界和解扰码。然后识别信元类型，建议进行信元定界和解扰码。然后识别信元类型， 若是空闲信元则直接丢弃，若是若是空闲信元则直接丢弃，若是PLOAM信元，信元， 则根据其中的信息类型分别送到测距、搅动键更则根据其中的信息类型分别送到测距、搅动键更 新、新、OAM等功能模块进行处理。等功能模块进行处理。 若是若是ATM信元，则解搅动后根据信元，则解搅动后根据VPI/VCI

32、值选出值选出 属于自己的属于自己的ATM信元，送到信元，送到ATM复用复用/解复用单解复用单 元进行元进行VPI/VCI转换，然后送到相应的用户终端。转换，然后送到相应的用户终端。 光纤通信简明教程 原 荣28 ONU从业务单元接收到各种用户业务（如从业务单元接收到各种用户业务（如E1、 CES等）的等）的ATM信元后，进行拆包，根据传送的信元后，进行拆包，根据传送的 目的地加上目的地加上VPI/VCI值，重新打包成值，重新打包成ATM信元，信元， 然后存储起来。然后存储起来。 根据从下行根据从下行PLOAM信元中收到的数据授权和测信元中收到的数据授权和测 距延时补偿授权，延迟规定的时间后把信

33、元发送距延时补偿授权，延迟规定的时间后把信元发送 出去，当没有信元发送时就发送空闲信元，当接出去，当没有信元发送时就发送空闲信元，当接 收到收到PLOAM授权后就发送授权后就发送PLOAM信元或在接收信元或在接收 到可分割时隙授权后就发送微时隙。到可分割时隙授权后就发送微时隙。 对该信元进行电对该信元进行电/光变换前，先要对除开销字节外光变换前，先要对除开销字节外 的净荷进行扰码。的净荷进行扰码。 ONU工作原理工作原理-发送上行数据时发送上行数据时 光纤通信简明教程 原 荣29 6.2.4 光分配网络（光分配网络（ODN） 光分配网络（光分配网络（ODN）提供）提供ONU到到OLT的光纤连接

34、，如图的光纤连接，如图 6.2.2所示。所示。ODN将光能分配给各个将光能分配给各个ONU，这些，这些ONU共享共享 一根光纤的容量。在该分配网中，使用无源光器件实现光一根光纤的容量。在该分配网中，使用无源光器件实现光 的连接和光的分路的连接和光的分路/合路，所以这种光分配系统称为无源合路，所以这种光分配系统称为无源 光网络（光网络（PON）。主要的无源光器件有：单模光纤光缆、）。主要的无源光器件有：单模光纤光缆、 光连接器、光分路器和光纤接头等。光连接器、光分路器和光纤接头等。 ODN采用树形结构的点到多点方式，即多个采用树形结构的点到多点方式，即多个ONU与一个与一个 OLT相连。这样，多

35、个相连。这样，多个ONU可以共享同一根光纤、同一可以共享同一根光纤、同一 个光分路器和同一个个光分路器和同一个OLT，从而节约了成本。这种结构利，从而节约了成本。这种结构利 用了一系列级联的光分路器对下行信号进行分路，传输给用了一系列级联的光分路器对下行信号进行分路，传输给 多个用户，同时也靠这些分路器将上行信号汇合在一起送多个用户，同时也靠这些分路器将上行信号汇合在一起送 给给OLT。 光纤通信简明教程 原 荣30 光分路器的功能光分路器的功能 光分路器的功能是把一个输入的光功率分配给多光分路器的功能是把一个输入的光功率分配给多 个光输出。作为光分路器使用的光耦合器，只用个光输出。作为光分路

36、器使用的光耦合器，只用 其一个输入端口。其一个输入端口。 光分路器的基本结构如右上角图所示，它是星形光分路器的基本结构如右上角图所示，它是星形 耦合器的一个特例。耦合器的一个特例。1 N光分路器可以由多个光分路器可以由多个2 2 耦合器组合。右上角图表示由耦合器组合。右上角图表示由7个个2 2单模光纤耦单模光纤耦 合器组成的合器组成的1 8光分路器结构。光分路器对线路光分路器结构。光分路器对线路 的影响是附加插入损耗，可能还有一定的反射和的影响是附加插入损耗，可能还有一定的反射和 串音。串音。 分配损耗是分配损耗是 Lspl = 10 log N （6.2.1） 光纤通信简明教程 原 荣31

37、1 2 耦合器耦合器 1 2耦合器的损耗大约是耦合器的损耗大约是3.5 dB，其中，其中3 dB 是分配损耗，是分配损耗，0.5 dB是插入损耗。是插入损耗。 这种耦合器的体积和重量都比较大，一致这种耦合器的体积和重量都比较大，一致 性并不好，损耗对光波长敏感，特别是对性并不好，损耗对光波长敏感，特别是对 于使用于使用3个波长（个波长（1 310 nm、1 490 nm和和1 550 nm）PON的应用场合，这是一个致命的应用场合，这是一个致命 的缺陷，不过其反射及方向性都非常好，的缺陷，不过其反射及方向性都非常好， 均可以达到均可以达到50 dB或更高的水平。或更高的水平。 光纤通信简明教程

38、 原 荣32 表表6.2.1 1 N光分路器不同分路比的光分路器不同分路比的 分配损耗和插入损耗分配损耗和插入损耗 光纤通信简明教程 原 荣33 1 N 光分路器传输损耗光分路器传输损耗 光纤通信简明教程 原 荣34 ODN设计设计 上行方向和下行方向可以用同一根光纤传输（单纤双工），上行方向和下行方向可以用同一根光纤传输（单纤双工）， 也可以用不同的光纤传输（双纤双工）。也可以用不同的光纤传输（双纤双工）。 为了提高为了提高ODN的可靠性，通常需要对其进行保护配置。的可靠性，通常需要对其进行保护配置。 保护通常指在网络的某部分建立备用光通道，备用光通道保护通常指在网络的某部分建立备用光通道，

39、备用光通道 往往靠近往往靠近OLT，以便保护尽可能多的用户。，以便保护尽可能多的用户。 设计设计ODN时，应考虑不仅能提供目前业务的需要，而且时，应考虑不仅能提供目前业务的需要，而且 还能提供将来可预见到的任何业务需要，而不必对还能提供将来可预见到的任何业务需要，而不必对ODN 本身做较大的改动。这就要求在选择组成本身做较大的改动。这就要求在选择组成ODN的无源光的无源光 器件时，要考虑器件的以下特性：器件时，要考虑器件的以下特性： 对光波长的透明性：如光分路器应能支持对光波长的透明性：如光分路器应能支持1 310 nm 和和1 550 nm波长区的任何波长信号的传输；波长区的任何波长信号的传

40、输； 可逆性：输入口和输出口掉换后不会引起光损耗的可逆性：输入口和输出口掉换后不会引起光损耗的 明显变化，这样可以简化网络的设计；明显变化，这样可以简化网络的设计； 与光纤的兼容性：所有光器件应能与与光纤的兼容性：所有光器件应能与G.652单模光纤单模光纤 兼容，因为到目前为止，兼容，因为到目前为止，ITU-T并不打算在光接入网中采并不打算在光接入网中采 用其他光纤。用其他光纤。 光纤通信简明教程 原 荣35 无源光器件的规范无源光器件的规范 光纤通信简明教程 原 荣36 无源光网络（无源光网络（PON）分类）分类 PON是一个点到多点（是一个点到多点（PTM）系统；）系统； 各种各种PON都

41、具有相同的拓扑特性，即所有来自都具有相同的拓扑特性，即所有来自ONU的上行传输都在的上行传输都在 树状树状ODN中以无源方式复用，再通过单根光纤传送到中以无源方式复用，再通过单根光纤传送到OLT后解复用；后解复用； 各个各个ONU都不能访问其他都不能访问其他ONU的上行传输；的上行传输； 在在ODN中有两种发送下行信号的基本方法，一种是功率分配中有两种发送下行信号的基本方法，一种是功率分配PON （PS-PON），一种是波长路由），一种是波长路由PON，也称，也称WDM-PON。 在在PS-PON中，一般我们简称为中，一般我们简称为PON，下行信号的功率平均分配给每，下行信号的功率平均分配给每

42、 个分支，分光比为个分支，分光比为1632是最经济的是最经济的 ； 在在WDM-PON中，每个中，每个ONU有一个或多个专用波长；有一个或多个专用波长； 在在OFDMA-PON中，可动态分配不同的副载波给多个用户，从而可中，可动态分配不同的副载波给多个用户，从而可 以同时实现时域和频域的资源分配，透明地支持各种业务，动态地在以同时实现时域和频域的资源分配，透明地支持各种业务，动态地在 这些业务中进行带宽分配。这些业务中进行带宽分配。 OFDM-PON可以与可以与TDM-PON结合，提供附加的资源管理功能，例结合，提供附加的资源管理功能，例 如在时域，如在时域，PON可以提供数据的突发流量；在频

43、域，可以提供数据的突发流量；在频域，PON可以提供可以提供 精细的信道调度。精细的信道调度。 光纤通信简明教程 原 荣37 6.3 无源光网络（无源光网络（PON）基础）基础 6.3.1 分光比分光比 6.3.2 结构和要求结构和要求 6.3.3 下行复用技术下行复用技术 6.3.4 上行接入技术上行接入技术 6.3.5 安全性和私密性安全性和私密性 光纤通信简明教程 原 荣38 6.3.1 分光比分光比 允许允许PON以一定的分光比配置，从完全不分路（变成点对以一定的分光比配置，从完全不分路（变成点对 点系统）到通过光损耗预算和点系统）到通过光损耗预算和PON协议规定的最大分路值。协议规定的

44、最大分路值。 PON容量是共享的，所以分光比越大，每个容量是共享的，所以分光比越大，每个ONU的平均的平均 可用带宽就越小。同样，分光损耗越多，留给光缆的光功可用带宽就越小。同样，分光损耗越多，留给光缆的光功 率预算就越小，系统的有效范围也就越小。但采用率预算就越小，系统的有效范围也就越小。但采用PON最最 主要的原因是为了分担馈线光纤和主要的原因是为了分担馈线光纤和OLT光接口的费用，所光接口的费用，所 以分光比越大，系统所需器件的平均成本就越低。以分光比越大，系统所需器件的平均成本就越低。 不过，系统总成本不会一直随分光比的增大而减少。这是不过，系统总成本不会一直随分光比的增大而减少。这是

45、 因为，对于给定的系统有效范围，分光比越大，对光电器因为，对于给定的系统有效范围，分光比越大，对光电器 件的要求也越高，成本也随之增加。件的要求也越高，成本也随之增加。 综合以上因素，分光比为综合以上因素，分光比为1632是最经济的，是最经济的，FSAN则可以则可以 用用64。如果。如果ODN采用图采用图3.2.2表示的星形耦合器，每个表示的星形耦合器，每个 ONU接收到的功率可以用式（接收到的功率可以用式（6.1.2）计算。）计算。 光纤通信简明教程 原 荣39 图图6.3.1 只有只有OLT具有保护功能的具有保护功能的 PON系统系统 OLT PON线路 终端（0） . . . . . .

46、 N :2 光分路器 ONU 线路终端 PON PON线路 终端（1） ONU 线路终端 PON 光纤通信简明教程 原 荣40 图图6.3.2 1:1和和1+1全保护全保护PON系统系统 OLT PON线路 终端 （0） PON线路 终端 （1） ONU 1 . . . . . . ONU N . . . 线路 终端 PON (1) (0) 线路 终端 PON 线路 终端 PON (1) (0) 线路 终端 PON 光分路器 N :1双 光纤通信简明教程 原 荣41 6.3.3 下行复用技术下行复用技术 电复用，电复用，OLT采用时分复用（采用时分复用（TDM），将），将 分配给各个分配给各个

47、ONU的信号按一定的规律插入的信号按一定的规律插入 时隙中，在接收端，时隙中，在接收端，ONU把给自己的有效把给自己的有效 载荷从集合信号中再分解出来。载荷从集合信号中再分解出来。 光复用，可以采用密集波分复用光复用，可以采用密集波分复用 DWDM， 给每个给每个ONU分配一个下行波长，将分配给分配一个下行波长，将分配给 各个各个ONU的信号直接由该波长载送。在接的信号直接由该波长载送。在接 收端，收端，ONU使用光滤波器再从使用光滤波器再从WDM信号中信号中 分解出自己的信号波长。分解出自己的信号波长。 光纤通信简明教程 原 荣42 6.3.4 上行接入技术上行接入技术 在点对点的系统中，信

48、道的接入称为复用，在点对点的系统中，信道的接入称为复用， 而在接入网中则称为多址接入而在接入网中则称为多址接入(Access)。 对应的频分复用称为频分多址接入对应的频分复用称为频分多址接入 （FDMA），在光域内的频分复用则称为），在光域内的频分复用则称为 波分复用（波分复用（WDM），对应的时分复用称为），对应的时分复用称为 时分多址接入（时分多址接入（TDMA），对应的码分复），对应的码分复 用则称为码分多址接入（用则称为码分多址接入（CDMA），对应），对应 的光正交频分复用则称为正交频分复用多的光正交频分复用则称为正交频分复用多 址接入（址接入（OFDMA）。）。 光纤通信简明教程

49、原 荣43 图图6.3.3 四种基本的多址接入技术四种基本的多址接入技术 光纤通信简明教程 原 荣44 1. 时分多址接入（时分多址接入（TDMA） 时分多址接入（时分多址接入（TDMA）是把传输带宽划分成一列连续的）是把传输带宽划分成一列连续的 时隙，根据传送模式的不同，预先分配或者根据用户需要时隙，根据传送模式的不同，预先分配或者根据用户需要 分配这些时隙给用户。通常有同步传送模式（分配这些时隙给用户。通常有同步传送模式（STM）和异）和异 步传送模式（步传送模式（ATM）。）。 STM分配固定时隙给用户，因此可保证每个用户有固定的分配固定时隙给用户，因此可保证每个用户有固定的 可用带宽。

50、时隙可以静态分配，也可以根据呼叫动态分配。可用带宽。时隙可以静态分配，也可以根据呼叫动态分配。 不管是哪种情况，分配给某个用户的时隙只能由该用户使不管是哪种情况，分配给某个用户的时隙只能由该用户使 用，其他用户不能使用。有关动态分配带宽的进一步介绍用，其他用户不能使用。有关动态分配带宽的进一步介绍 见文献见文献2中的第中的第9章。章。 相反，相反，ATM根据数据传输的实际需要分配时隙给用户，根据数据传输的实际需要分配时隙给用户， 因此可以更有效地使用总带宽。与因此可以更有效地使用总带宽。与STM相比，相比，ATM要求要求 更多的有关业务的类型和流量特性，以确保每个用户公平更多的有关业务的类型和

51、流量特性，以确保每个用户公平 地使用带宽。地使用带宽。 光纤通信简明教程 原 荣45 图图6.3.4 PON系统各系统各ONU采用采用TDMA 突发模式接入突发模式接入 该系统允许每个用户在指定的时隙发送上行数据到该系统允许每个用户在指定的时隙发送上行数据到OLT。 OLT可以根据每个时隙位置或时隙本身发送的信息，取出可以根据每个时隙位置或时隙本身发送的信息，取出 属于每个属于每个ONU的时隙数据。的时隙数据。 在下行方向，在下行方向，OLT采用采用TDM技术，在规定的时隙传送数技术，在规定的时隙传送数 据给每个据给每个ONU。 ONU-1 ONU-2 ONU-N 1N 10km 上行光 接收

52、机 OLT 20km 2km TDMA 12 N gapT . 1 2N t. 1 2N . 1 2N 帧帧帧 . 1 t. 1 . 1 帧帧帧 . 2 t. 2 . 2 帧帧帧 . N t. N . N 帧帧帧 光纤通信简明教程 原 荣46 突发模式发射和测距突发模式发射和测距 在使用在使用TDMA技术的树形技术的树形PON中，上行接入采用突发模式，中，上行接入采用突发模式， 一个重要特点是必须保证一个重要特点是必须保证ONU上行时隙的同步，所以必上行时隙的同步，所以必 须采用测距技术，以便控制每个须采用测距技术，以便控制每个ONU的发送时间，确保的发送时间，确保 各各ONU发送的时隙插入指

53、定的位置，避免在组成上行传发送的时隙插入指定的位置，避免在组成上行传 输帧时发生碰撞。输帧时发生碰撞。 为防止各为防止各ONU时隙发生碰撞，要求时隙间留有保护间隙。时隙发生碰撞，要求时隙间留有保护间隙。 测距精度通常为测距精度通常为12 bit，所以各，所以各ONU信元在组成上行帧时信元在组成上行帧时 的间隙有几个比特，因此到达的间隙有几个比特，因此到达OLT的信元几乎是连续的比的信元几乎是连续的比 特流。特流。ONU占据多少时隙由媒质接入控制协议（占据多少时隙由媒质接入控制协议（ MAC） 完成，完成，ONU何时发送数据时隙（即在收到数据发送授权何时发送数据时隙（即在收到数据发送授权 后延迟

54、多长时间），由后延迟多长时间），由OLT根据测距（测量根据测距（测量ONU到到OLT 的距离）结果通知的距离）结果通知ONU。关于测距的更多细节见文献。关于测距的更多细节见文献2中中 的的8.4节和节和8.5节。节。 光纤通信简明教程 原 荣47 时钟提取和同步时钟提取和同步 在突发模式接收的在突发模式接收的TDMA系统中，除要求系统中，除要求 OLT测量每个测量每个ONU到到OLT的距离外，还要的距离外，还要 求求OLT利用上行突发数据时隙开始的前几利用上行突发数据时隙开始的前几 个比特尽快地恢复出采样时钟，并利用该个比特尽快地恢复出采样时钟，并利用该 时钟进行该时隙数据的恢复。也就是说同时

55、钟进行该时隙数据的恢复。也就是说同 步电路必须能够确定突发时隙信号到达步电路必须能够确定突发时隙信号到达 OLT的相位和开始时间，同时还要为测距的相位和开始时间，同时还要为测距 计数器提供开始计数和计数终了的时刻。计数器提供开始计数和计数终了的时刻。 光纤通信简明教程 原 荣48 对对OLT接收机的动态范围的要求接收机的动态范围的要求 在使用在使用TDMA技术的树形技术的树形PON中，中，OLT突发模式突发模式 接收机接收从不同距离的接收机接收从不同距离的ONU发送来的数据包，发送来的数据包， 并恢复它们的幅度，正确判决它们是并恢复它们的幅度，正确判决它们是“1”还是还是 “0”。 由于每个由

56、于每个ONU的的LD发射功率都相同，但它们到发射功率都相同，但它们到 达达OLT的距离互不相同，所以它们的数据包到达的距离互不相同，所以它们的数据包到达 OLT时的功率变化很大，如图时的功率变化很大，如图6.3.4所示。所示。OLT突突 发模式接收机必须能够应付这些功率的变化，正发模式接收机必须能够应付这些功率的变化，正 确恢复出数据，不管它们离确恢复出数据，不管它们离OLT多远。多远。 光纤通信简明教程 原 荣49 2. 波分多址接入（波分多址接入（WDMA） 图图6.3.5 波分多址接入（波分多址接入（WDMA）树形）树形PON系统结构系统结构 光发 射机 光发 射机 光复用 光解复用器

57、光接 收机 1 2 N 光接 收机 光接 收机 OLT ONU1 ONU2 光发 射机 ONU N . . . 1 N2 光纤通信简明教程 原 荣50 6.3.5 安全性和私密性安全性和私密性 用户通信可能会被同一用户通信可能会被同一PON中的其他用户中的其他用户 窃听窃听 ITU-T G.983.1采用扰码加密机制采用扰码加密机制 避免；避免； 侵入者可能接入某个侵入者可能接入某个ONU窃取相关服务窃取相关服务 这种侵入行为可以通过口令协议加以阻这种侵入行为可以通过口令协议加以阻 止，止，ONU在初始化时向在初始化时向OLT注册密码注册密码 （password），并得到），并得到OLT的确认

58、，在的确认，在 ITU-T G.983.1中称为中称为“验证验证”。 光纤通信简明教程 原 荣51 6.4 PON接入系统接入系统 6.4.1 EPON系统系统 6.4.2 GPON系统系统 6.4.3 WDM-PON系统系统 6.4.5 光正交频分复用光正交频分复用PON(O-OFDM-PON) 光纤通信简明教程 原 荣52 6.4.1 EPON系统系统 EPON和和APON的主要区别是，在的主要区别是，在EPON中，根据中，根据 IEEE 802.3以太网协议，传送的是可变长度的数以太网协议，传送的是可变长度的数 据包，最长可为据包，最长可为1 526个字节；个字节； 而在而在APON中，

59、根据中，根据ATM协议的规定，传送的是协议的规定，传送的是 包含包含48个字节的净荷和个字节的净荷和5字节信头的字节信头的53字节的固定字节的固定 长度信元。长度信元。 IP要求将待传数据分割成可变长度的数据包，最要求将待传数据分割成可变长度的数据包，最 长可为长可为65 535个字节。与此相反，以太网适合携个字节。与此相反，以太网适合携 带带IP业务，与业务，与ATM相比，极大地减少了开销。相比，极大地减少了开销。 光纤通信简明教程 原 荣53 表表6.4.1 1 000 Base-PX10和和1 000 Base-PX20 主要技术规范主要技术规范 光纤通信简明教程 原 荣54 EPON的

60、标准化的标准化 IEEE早在早在2006年就成立了一个年就成立了一个TaskForce工工 作组，进行作组，进行10 G EPON标准标准IEEE 802.3av 的研究和制订工作。的研究和制订工作。 10 G EPON采用采用64B/66B线路编码，效率高线路编码，效率高 达达97%；更高的链路光功率预算（；更高的链路光功率预算（29 dB）；）； 前向纠错（前向纠错（FEC）功能采用）功能采用RS（255，223） 多进制编码，可以使光功率预算相对于没多进制编码，可以使光功率预算相对于没 有有FEC增加增加 56dB。 光纤通信简明教程 原 荣55 图图6.4.1 10 G EPON与与1