1、1,接入網(wǎng)技術(shù),第4章 光纖接入技術(shù),第4章 光纖接入技術(shù),本章教學重點 簡要介紹光纖介質(zhì)的特點和優(yōu)勢 介紹光接入網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、類型、應(yīng)用模式等 介紹兩種典型的無源光網(wǎng)絡(luò)APON和EPON 本章要求 熟悉光纖介質(zhì)的特點，F(xiàn)TTX的含義 掌握光接入網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、特點、關(guān)鍵技術(shù)（特別是測距）；APON與EPON的異同,第4章 光纖接入技術(shù),4.1 光纖的優(yōu)勢 4.2 光纖在接入網(wǎng)中的延伸 4.3 光接入網(wǎng)基礎(chǔ)知識 4.4 無源光網(wǎng)絡(luò) 4.5 APON 4.6 EPON,4.1 光纖的優(yōu)勢,帶寬優(yōu)勢 與雙絞線和同軸纜相比，光纖的理論帶寬幾乎是無限的 單個波長可傳輸10Gb/s，采用波分復(fù)用可傳輸更高的速率

2、長距離傳輸優(yōu)勢 衰減很小，不加中繼的距離現(xiàn)在可達數(shù)百公里 抗惡劣環(huán)境優(yōu)勢 抗腐蝕能力強，不受電磁波干擾 安全性優(yōu)勢 盜接線頭困難，不易盜聽,大多數(shù)運營商斷言：未來理想的寬帶接入網(wǎng)是基于光纖的網(wǎng)絡(luò),4.2 光纖在接入網(wǎng)中的延伸,ONU,OBD,中 心 局,ONU,ONU,Budding,OBD,OBD,FTTC,FTTB,FTTH,home,OLT,OAN的應(yīng)用示意圖,根據(jù)ONU位置，OAN可分為三種應(yīng)用類型 光纖到路邊 FTTC 光纖到樓 FTTB 光纖到家/辦公室 FTTH/O,光纖到路邊 FTTC,FTTC： Fiber To The Curb/Cab ONU設(shè)在交接箱處 用戶到ONU之間

3、（引入線）仍用雙絞銅線連接或同軸纜 通常為點到點和點到多點結(jié)構(gòu) 一個ONU可為一個或多個用戶提供接入 是一種介質(zhì)混合結(jié)構(gòu)，存在室外有源設(shè)備，不利于運行維護 ONU設(shè)在路邊，存在供電、散熱等問題 通常采用FTTC+xDSL技術(shù)或FTTC+Cable Modem技術(shù),ONU,OBD,中 心 局,OLT,光接入網(wǎng),光纖到樓 FTTB,FTTB： Fiber To The Budding ONU設(shè)在辦公樓或居民住宅樓內(nèi)的某個公共地方 用戶到ONU之間（引入線）用UTP5類線（或更高等級線）連接 點到多點結(jié)構(gòu)，一個ONU為多個用戶提供接入 通常采用FTTB+Ethernet、FTTB+XDSL技術(shù) ON

4、U放在公共地方，存在對設(shè)備的管轄和維護問題,OBD,中 心 局,OLT,光接入網(wǎng),ONU,Budding,Ethernet,光纖到家/辦公室 FTTH/O,FTTH： Fiber To The Home ONU直接放在用戶家里 中心局到用戶之間全部為光連接和光傳輸 接入網(wǎng)無任何有源設(shè)備，是一個真正的透明網(wǎng)絡(luò) 是一種真正意義上的寬帶接入技術(shù) 是用戶接入網(wǎng)的長遠目標,綜上：FTTH和FTTC更適合分散的個人用戶的接入 FTTB更適合單位和密集小區(qū)用戶的接入,OBD,中 心 局,OLT,光接入網(wǎng),ONU,home,4.3 光接入網(wǎng)基礎(chǔ)知識,光纖的工作窗口 光接入網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu) 光接入網(wǎng)的分類 光接入網(wǎng)

5、的傳輸技術(shù),光纖的工作窗口,根據(jù)光在光纖中的傳輸模式分成單模光纖和雙模光纖 多模光纖：纖芯直徑50um-62.5um，包層外直徑125um 單模光纖：纖芯直徑8.3um，包層外直徑125um 光纖的工作窗口（可用工作波長區(qū)）有三個： 850nm窗口 （ 780nm850nm） 1310nm窗口（ 1260nm1360nm） 1550nm窗口 （ 1480nm1580nm） 三個工作區(qū)的使用情況 850nm波長常用于多模光纖通信，未得到很好使用 1310nm波長應(yīng)用廣泛，主要用于提供2Mb/s及以下的業(yè)務(wù) 1550nm波長用于異波長雙工的下行通信以及寬帶的新業(yè)務(wù) 現(xiàn)已打開了第四個工作窗口：162

6、5nm,光接入網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu),OAN： Optical Access Network，光接入網(wǎng) 光接入網(wǎng)概念： 接入網(wǎng)中部分或全部使用光纖作為傳輸介質(zhì)來實現(xiàn)信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)形式 光接入網(wǎng)是G.902標準的一個典型實例,光接入網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu),光接入網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu),組成： 光網(wǎng)絡(luò)單元ONU （Optical Network Unit） 提供用戶到接入網(wǎng)的接口（光電轉(zhuǎn)換、物理接口） 提供用戶業(yè)務(wù)適配功能（速率適配、信令轉(zhuǎn)換） 光分配網(wǎng) ODN（Optical Distribution Network） 為OLT和OUN之間提供光傳輸技術(shù) 由光連接器和光分路器OBD (Optical Branching de

7、vice)組成 完成光信號功率的分配及光信號的分、復(fù)接功能 光線路終端OLT（Optical Line Terminal） 提供與中心局設(shè)備的接口（光電轉(zhuǎn)換、物理接口） 提供與ODN的光接口 分離不同的業(yè)務(wù),光接入網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu),光接入網(wǎng)的特點 點到多點傳輸系統(tǒng)，介質(zhì)共享 OLT和ONU之間的傳輸分成上行和下行兩個方向 下行：OLT向各個ONU采用廣播通信方式 OLT先將要送至各個ONU的信號時分復(fù)用成時隙流，然后再送至饋線光線，經(jīng)光分路器進行功率分路后，再廣播至各個ONU。各個ONU在規(guī)定的時隙接收自己的信息。 上行：ONU向OLT通信時需要某種分配信道的策略 由于多個ONU共享一根光纖傳輸，

8、而每個ONU發(fā)送信號是突發(fā)的，避免產(chǎn)生碰撞，保證任意一個時刻只能有一個ONU發(fā)送信號，各個ONU輪流發(fā)送，以實現(xiàn)傳輸信道共享,光接入網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu),面臨的問題 需解決OLT和多個ONU之間上下行信號的正確傳輸 關(guān)鍵是解決上行信道的占用問題 下行傳輸：時分復(fù)用傳送信元流，各ONU在規(guī)定時隙接收自己的信息 上行傳輸：各種多址技術(shù)（時分、波分等）,光接入網(wǎng)的傳輸技術(shù),空分復(fù)用 SDM 上下行雙向通信個各使用一根光纖 兩個方向的通信單獨進行，互不影響 性能最佳，設(shè)計最簡單 光傳輸設(shè)備和線纜雙倍，成本高,t,保護時間,光接入網(wǎng)的傳輸技術(shù),時分復(fù)用TDM 同一光載波波長上，把時間分成周期性的幀，每一幀再分成

9、若干個時隙 每個ONU動態(tài)或固定分配一個時隙 每個ONU在分配的時隙內(nèi)上傳數(shù)據(jù) 固有問題 每個ONU與OLT距離不等 傳輸時延不同 到達OLT的相位不同 對OTL要求 完善的測距技術(shù)，實現(xiàn)定時調(diào)整 和同步 快速的同步技術(shù) 快速、動態(tài)的門限判決技術(shù),光接入網(wǎng)的傳輸技術(shù),波分復(fù)用WDM 不同波長的信號共享一根光纖傳輸，每個波長作為一個獨立的通道傳輸一種預(yù)定波長的光信號，彼此不干擾 要求每個ONU在指定波長上發(fā)射 將各個ONU的上行傳輸信號調(diào)制為不同波長的信號，送至OBD并耦合進饋線光線，實現(xiàn)上行傳輸。在OLT處利用WDM器件分出屬于各個ONU的光信號，最后再通過PD解調(diào)出電信號 對激光二極管要求高

10、（溫度、環(huán)境影響大） OLT設(shè)備復(fù)雜，成本高（每個波長都需光發(fā)射器和檢測器）,光接入網(wǎng)的分類,根據(jù)光分配網(wǎng)是采用有源或無源設(shè)備，OAN分： AON和PON AON：Active Optical Network，有源光網(wǎng)絡(luò) ODN全部由有源器件組成（光放大器等） 特點： 傳輸容量大：155Mb/s或622Mb/s的接入速率 傳輸距離遠：不加中繼器，距離為70多公里 技術(shù)成熟：無論PDH設(shè)備還是SDH設(shè)備，都已廣泛應(yīng)用 給有源設(shè)備供電是一件麻煩事 PON：Passive Optical Network，無源光網(wǎng)絡(luò) APON 接入網(wǎng)PON與核心網(wǎng)ATM相兼容，ATM作為傳輸協(xié)議，支持對稱和非對稱業(yè)務(wù)

11、 技術(shù)復(fù)雜，成本高，效率低 EPON EFMA提出（Ethernet in the First Mile Alliance） PON上傳輸以太幀，納入以太網(wǎng)接入標準IEEE802.3ah 無需轉(zhuǎn)換IP數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議和格式，速率1.25Gb/s 對話音和視頻等實時業(yè)務(wù)不能提供Qos保證 GPON FSAN提出（full service access network） 2.4Gb/s，帶寬利用率=93%，提供Qos保證，有電信級網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測和業(yè)務(wù)管理能力,4.4 無源光網(wǎng)絡(luò),基本概念 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)傳輸 關(guān)鍵技術(shù),PON的基本概念,ODN全部由無源器件組成（無源光分路器等） 信號在傳輸過程中無再生放大

12、 信號由光分路器、無源光功率分配器等傳至用戶 實現(xiàn)透明傳輸，信號處理全由局端和用戶端設(shè)備完成 與有源光網(wǎng)絡(luò)比： 覆蓋范圍和傳輸距離更小 可靠性更高（戶外無有源設(shè)備，提高抗干擾能力） 價格更低、安裝維護更方便 是光接入網(wǎng)有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)（價格、維護等優(yōu)勢）,PON的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),組成：OLT、ODN、ONU，且ODN中全是無源器件 共享介質(zhì) 邏輯上是點到多點結(jié)構(gòu)，物理拓撲可有多種形式（單星型、樹型、總線型、環(huán)型）,單星型結(jié)構(gòu) ONU分別通過一根或一對光纖與局端的同一OLT相連 OLT的輸出信號通過一個OBD均勻分到各個ONU 多星型結(jié)構(gòu)（樹型） ODN由很多OBD串聯(lián)組成 連接OLT的第一個OBD將

13、光分成n路，每一路通向下一級的OBD 所有的ONU功率都由OLT的一個光源提供，限制了傳輸距離和ONU的數(shù)量 多星型：均勻分光 樹型：按額定比例的非均勻分光 總線型結(jié)構(gòu) 各OBD沿線狀排列 采用非均勻分光的OBD實現(xiàn) 環(huán)形結(jié)構(gòu) 把總線結(jié)構(gòu)中的OBD與OLT組成一個閉合的環(huán) OBD可以通過兩個不同的方向通到OLT,PON的數(shù)據(jù)傳輸,下行：OLT向各ONU采用廣播通信方式，傳輸連續(xù)時隙流（下行幀） 局端數(shù)據(jù) OLT 封裝成連續(xù)時隙流下行幀 以廣播方式傳送 各ONU收到信元流，取出屬于自己的數(shù)據(jù)用戶終端 上行：采用TDMA技術(shù)（動態(tài)分配），突發(fā)傳送時隙流（上行幀） 各ONU共享ODN，且數(shù)據(jù)突發(fā)性強

14、。 各ONU向OLT申請帶寬OLT授權(quán)ONU發(fā)送（上行的發(fā)送時隙、帶寬分配等） 獲得授權(quán)的ONU在指定時隙發(fā)送,PON的數(shù)據(jù)傳輸,PON的幀都是定時長幀，分上行幀和下行幀 為了實現(xiàn)TDMA接入，在上行時隙中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)要求附加開銷。上行時隙格式如下：,用于OLT同步、標識信元開始,OAM信元為管理信元，如帶寬申請、測距等,PON的關(guān)鍵技術(shù),測距技術(shù) 快速比特傳送技術(shù) 突發(fā)信號的收發(fā) 攪碼技術(shù)（擾碼） 媒質(zhì)接入控制（MAC）技術(shù),測距技術(shù),為何需要測距？ 采用TDMA，必須保證每個時隙的數(shù)據(jù)彼此獨立，互不干擾 APON結(jié)構(gòu)中，各ONU到OLT的物理距離不等，則各ONU到OLT的傳輸時延不同，如不進

15、行時延補償，會出現(xiàn)時隙的重疊，造成數(shù)據(jù)干擾 為確保多個ONU到OLT間的正確傳輸，必須引入測距機制，使各ONU到OLT的邏輯距離相等,測距技術(shù),測距技術(shù)基本策略 單獨測距+傳輸數(shù)據(jù)時測距相結(jié)合(粗測精測） 單獨測距在ONU初裝聯(lián)網(wǎng)時必須進行 傳輸數(shù)據(jù)時測距可根據(jù)OLT的配置而定 測距的基本原理 OLT向ONU發(fā)送測距允許消息，消息中指明ONU的上行應(yīng)答的時隙 ONU在指定的上行時隙中用測距PLOAM信元應(yīng)答 OLT計算往返時延，并與理想時延比較，計算出差值，發(fā)送一個測距時間給ONU ONU根據(jù)測距時間調(diào)整均衡時延,快速比特傳送技術(shù),測距精度有限，各ONU到OLT的上行比特流存在相位差異 需要采

16、用某種技術(shù)實現(xiàn)快速同步，將OLT的接收時鐘同步到當前所接收的、來自某一ONU的比特流 基本策略先實現(xiàn)位同步、再進行信元同步 在上行幀的每個時隙里有3個字節(jié)的開銷，開銷占用的時間作為保護時間，用于防止微小的相位漂移損害信號，前置比特圖案用于同步獲取。OLT在接收上行幀時，搜索同步圖案，并以此快速獲取比特流的相位信息，達到比特同步 根據(jù)界定圖案確定ATM信元的邊界，完成字節(jié)同步 OLT必須在收到ONU上行突發(fā)的前幾個比特實現(xiàn)比特同步，才能恢復(fù)ONU的信號 普通的滑動技術(shù)不能滿足快速同步要求，需采用其他技術(shù) 利用多相位時鐘，采用并行的滑動技術(shù)來選擇最佳時鐘源 以電路的復(fù)雜為代價來換取時間上的收益,突

17、發(fā)信號的收發(fā),在采用TDMA的上行接入中，各個ONU到OLT 接收機的傳輸損耗不同，因此所接收到的上行光功率 將存在較大的動態(tài)范圍。 需要快速開啟和關(guān)閉光電路，以適應(yīng)上行的突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸 接收端，需要快速調(diào)整接收門限，以適應(yīng)不同距離用戶的信號衰減,攪碼技術(shù)（擾碼）,由于是共享介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)，其下行方向上固有的廣播特性給用戶信息帶來了安全性和保密性問題 為了保證共享介質(zhì)傳輸?shù)陌踩?，引入攪碼技術(shù) 在發(fā)送端：通過一個隨機碼對信息進行異或運算后傳送 在接收端：采用相同的隨機碼再進行一次異或運算，得到原始數(shù)據(jù) 信息擾碼的長度一般為個字節(jié)，利用隨機產(chǎn)生的個字節(jié)和從上行用戶信息中提取的個自己進行異或運算得到,媒

18、質(zhì)接入控制（MAC）技術(shù),信元的時隙分配 接入請求/允許 帶寬的動態(tài)分配 基于信元的授權(quán)分配機制 只有OLT發(fā)送授權(quán)信號給各個ONU后，ONU收到自己的授權(quán)信號才會發(fā)送上行信元 帶寬管理由OLT完成 為不同的業(yè)務(wù)提供優(yōu)先級和帶寬 上行帶寬的占用由媒質(zhì)接入控制MAC協(xié)議實現(xiàn),4.5 APON,APON： ATM Passive optical network，ATM無源光網(wǎng)絡(luò) 在PON上傳送ATM信元，即在ONU與OLT之間傳送ATM信元 物理層采用PON，鏈路層采用ATM 存在PON中同樣的技術(shù)問題 標準規(guī)范：ITU-T的G.983,G.983基本特點,基于ATM信元（ONU與OLT之間） 支

19、持對稱和非對稱工作方式 對稱方式： 雙向 155.520Mb/s 非對稱方式：上、下行分別為155.520Mb/s、622.080Mb/s 雙向通信： 單向雙纖空分復(fù)用：可用兩條光纖，波長1310nm區(qū) 單纖波分復(fù)用：一條光纖，異波長雙工(上行：1310nm區(qū),下行：1550nm區(qū)) 無放大器最大距離：20km 最高32個用戶光分支 利用波長分配增加業(yè)務(wù)能力的寬帶光接入系統(tǒng) 傳輸技術(shù)：上、下行均采用時分復(fù)用,APON的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),接入的主干網(wǎng)為ATM網(wǎng) 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流為ATM信元流 拓撲：無源雙星結(jié)構(gòu) 一個ODN（即1個OBD）最多支持32個ONU（用戶數(shù)） 當ONU大于32時，要求一個OLT提供多個ODN接口,APON的數(shù)據(jù)傳輸,APON在PON上傳送ATM信元 APON幀傳輸?shù)幕驹硗琍ON，只是APON幀中封裝的是ATM信元 APON幀中上行信元格式如下：,上下行速率為155.520Mb/s的幀結(jié)構(gòu),定時長幀 下行速率為155.52Mb/s時，每幀56個信元 下行速率為622.08Mb/s時，每幀224個信元,APON的幀格式,APON的延續(xù)GPON,弱化ATM 保留了APON的許多優(yōu)點，與APON有很多相同之處，但更高效、高速 支持上、下行不對稱速