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26.1 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36.1 接入网在网络建设中的作用及接入网在

2、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 SDH10 Gb/s光纤通信简明教程 原 荣46.1.2 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, VDSL SDH, 以太网接入以太网接入 HFC, 3

3、G 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，

4、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，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

5、，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

6、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7EPON 2000年年12月，以太网设备供应商提出了将月，以太网设备供应商提出了将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

7、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 802.3ah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。I

8、EEE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8GPON（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，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

9、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9WDM-PON

10、 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

11、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

12、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

13、，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116.1.3 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

14、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

15、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146.2 网络结构网络结构OLTFTTB/CFTTHFTTCabUNISNIONTONUONUNTNT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

16、的参考结构ONU/ONTODNOLTQ3S/RR/SUNISNI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接入网的参考结构接入网的参考结构OLTS/RSNI业务结点功能IFPONODNR/SUNI参考点适配功能Q3接入网系统管理功能.IFPONE-OLTONUWDMWDMWDME-ONUONU参考点VB/V5TB/TE-OLTE-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

17、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.xODN接口单元复用交叉单元光纤通信简明教程 原 荣181. 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

18、示。所示。 ODN接口单元完成物理层功能和接口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

19、同步和数据恢复等功能。在具有动态带宽分配（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

20、行信元，并从上行ATM信元中提取信元中提取ATM净荷。净荷。光纤通信简明教程 原 荣19OLT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

21、； 在上行方向，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20OLT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（VCI

22、）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ONU的突发数据时，

23、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，则送到信元，则送到ATM交交叉连接单

24、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； 第三步，第三步，DBA-OLT根据流量监测结果

25、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236.2.3 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以太网以太网业务、电路仿真业务（业务、电路仿真业务（CES）、）、ATM E1

26、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OAMODNODN 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251. ONU完成功能完成功能 ODN接口单元完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，

27、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

28、（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26ONU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，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

29、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27ONU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

30、.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

31、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

32、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296.2.4 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，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

33、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

34、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

35、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311 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

36、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 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331 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34ODN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

37、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，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

38、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

39、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

40、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

41、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376.3 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

42、简明教程 原 荣386.3.1 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O

43、LT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

44、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OLTPON线路终端（0）.N :2 光分路器ONU线路终端PONPON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OLTPON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416.3.3 下行复用技术下行复用技术

45、 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

46、教程 原 荣426.3.4 上行接入技术上行接入技术 在点对点的系统中，信道的接入称为复用，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

47、复用多址接入（址接入（OFDMA）。）。 光纤通信简明教程 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441. 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

48、隙给用户，因此可保证每个用户有固定的可用带宽。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

49、保每个用户公平更多的有关业务的类型和流量特性，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-1ONU-2ONU-N 1N10km

50、上行光接收机OLT20km2kmTDMA12NgapT.1 2Nt.1 2N.1 2N帧帧帧.1t.1.1帧帧帧.2t.2.2帧帧帧.Nt.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

51、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OL

52、T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

53、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

54、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492. 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光接收机12N光接收机光接收机OLTONU1ONU2光发射机ONU N. . .1N2光纤通信简明教程 原 荣506.3.5 安全性和私密

55、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，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516.4 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

56、 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526.4.1 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，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

57、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 EP

58、ON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 G EPON系统共存系统共存兼容与波长分配示意图兼容与波长分配示意图 下行采用双波长波分，上行采用双速率突发模式下行采用双波长波分，上行采用双速率突发模式接收技术，通过接收技术，通过TDMA机制协调机制协调1 G和和10

59、 G ONU共存。共存。 10 Gb/s L1 Gb/s 1 490 nm1 555 nm视频下行上行10 G-1 G ONU10 G-10G ONU1 G-1G ONU10 Gb/s 1 270 nm1 Gb/s 1 310 nmPON OLT 双速率突发接收视频视频波段光纤通信简明教程 原 荣56从从EPON到到GPON 由于以太网技术的固有机制，不提供端到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，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。如何因此难以支持实时业务的服务质量。如何确保实时语音和确保实时语音和IP视频业务，在一个传输

60、视频业务，在一个传输平台上以与平台上以与ATM和和SDH的的QoS相同的性能相同的性能分送到每个用户，分送到每个用户，GPON则是一个最好的则是一个最好的选择。选择。光纤通信简明教程 原 荣576.4.2 GPON系统系统 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数数据业务时效率低，以及在据业务时效率低，以及在ATM层上适配和提供业层上适配和提供业务复杂。而务复杂。而EPON存在两大致命的缺陷，即带宽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实时业务。因利用率低和难以支持以太网之外的实时业务。因此，全业务接入网（此，全业务接入网（FSAN）组织