1、三网融合光纤到户接入系统光纤通信技术实验光纤通信技术实验光纤通信技术实验光纤通信技术实验一、实验目的一、实验目的2022-12-13一、实验目的一、实验目的n1、了解三网融合光纤到户接入系统的网络拓扑结构，、了解三网融合光纤到户接入系统的网络拓扑结构，掌握星形网络和总线型网络的组网方法，了解数据、语掌握星形网络和总线型网络的组网方法，了解数据、语音、视频三网融合业务的单纤传输和双纤传输方案。音、视频三网融合业务的单纤传输和双纤传输方案。n2、掌握无源光网络中光功率预算的设计和计算方法，、掌握无源光网络中光功率预算的设计和计算方法，以及传输波长的选择和分配方法。以及传输波长的选择和分配方法。n3
2、、完成三网融合光纤到户接入系统的设计构建和业务、完成三网融合光纤到户接入系统的设计构建和业务配置，了解根据不同应用需求进行业务配置的方法和实配置，了解根据不同应用需求进行业务配置的方法和实现原理，学习三网融合光纤到户接入系统网络管理的基现原理，学习三网融合光纤到户接入系统网络管理的基本方法。本方法。光纤通信技术实验光纤通信技术实验二、实验原理二、实验原理2022-12-15接入网的定义 接入网接入网是在业务节点接口是在业务节点接口(SNI)和与其关联的每一个用和与其关联的每一个用户网络接口户网络接口(UNI)之间由提供电信业务的传送实体组成的系之间由提供电信业务的传送实体组成的系统统。SN（业
3、务节点）是提供接入到各种交换和（业务节点）是提供接入到各种交换和/或非交换或非交换电信业务的网元。电信业务的网元。SNI（业务节点接口）是提供用户接入到（业务节点接口）是提供用户接入到SN的接口。的接口。UNI（用户网络接口）指的是终端设备与应用（用户网络接口）指的是终端设备与应用接入协议的网络终端之间的接口接入协议的网络终端之间的接口。接入网在整个通信网中的位置接入网在整个通信网中的位置 2022-12-16接入网的技术演进nxDSL ADSL、ADSL2、ADSL2+、VDSLnP2P Ethernet 100BASE-LX10、100BASE-BX10、1000BASE-LX10、100
4、0BASE-BX10 nCable Modem/PLCnxPON APON，EPON、GPON、WDM-PON2022-12-17xDSLDSL类型类型最大传出最大传出速度速度最大接收速最大接收速度度最大距离最大距离是否支持多是否支持多路绑定路绑定ADSL(G.dmt)1.5Mbit/s8Mbit/s5.5km否否ADSL(G.lite)512kbit/s1.5Mbit/s5.5km否否ADSL21.2Mbit/s12Mbit/s6.1km是是ADSL2+1.2Mbit/s25Mbit/s6.1km是是VDSL19.2Mbit/s55Mbit/s1.3km是是EoVDSL-10PASS-TS1
5、0Mbit/s10Mbit/s750m是是EoVDSL-2BASE-TL2Mbit/s2Mbit/s2.7km是是2022-12-18P2P Ethernetn点对点以太网可以提供较宽的带宽，传输点对点以太网可以提供较宽的带宽，传输距离也较长，但使用的光纤光缆的数目较距离也较长，但使用的光纤光缆的数目较点对多点的点对多点的PON结构要多得多，另外在局结构要多得多，另外在局端需要很多光收发模块。端需要很多光收发模块。n因此，点对点以太网技术并不适合于用户因此，点对点以太网技术并不适合于用户密度较大的区域。密度较大的区域。2022-12-19Cable Modemn网络线路带宽是共享的，在用户达到
6、一定规网络线路带宽是共享的，在用户达到一定规模后实际上无法提供宽带数据业务，用户分模后实际上无法提供宽带数据业务，用户分享到的带宽是非常有限的。享到的带宽是非常有限的。nCable Modem所有用户的信号都是在同一所有用户的信号都是在同一根同轴电缆上进行传送的，因此有被搭线窃根同轴电缆上进行传送的，因此有被搭线窃听的危险。听的危险。n要实现双向的要实现双向的HFC需要更换目前有线电视网需要更换目前有线电视网上使用的单向放大器，这一部分改造费用也上使用的单向放大器，这一部分改造费用也是相当高的。是相当高的。2022-12-110PLCnPLC是指电力线上网，只要有电力插座的地是指电力线上网，只
7、要有电力插座的地方就可以上网，方便，但因为其安全性和标方就可以上网，方便，但因为其安全性和标准上的障碍，目前其市场基本上可以忽略不准上的障碍，目前其市场基本上可以忽略不计。计。2022-12-111xPONnPON是一种点到多点（是一种点到多点（P2MP）结构的无源）结构的无源光网络（光网络（Passive Optical Network）2022-12-112目前通信网络现状2022-12-113接入网的宽带发展趋势q宽带化宽带化从业务发展现状来看，高带宽的消耗业务逐步涌现，带宽提速成为迫切从业务发展现状来看，高带宽的消耗业务逐步涌现，带宽提速成为迫切需求，每用户至少需要需求，每用户至少需要
8、10Mbit/s 带宽。但是，带宽永远没有够的时候。带宽。但是，带宽永远没有够的时候。q业务综合化业务综合化基于各种传统网络技术的业务接入逐步走向融合，要求在一个接入网内基于各种传统网络技术的业务接入逐步走向融合，要求在一个接入网内实现专线实现专线/VPN、Stream Video/VOD、Video phone/VoIP、HSIA（高（高速互联网接入）等；速互联网接入）等；这不仅要求接入网络能够实现各种接入技术，更需要一个有机的平台能这不仅要求接入网络能够实现各种接入技术，更需要一个有机的平台能够很好地承载各类业务，并保证业务质量。够很好地承载各类业务，并保证业务质量。q无线化及移动化无线化
9、及移动化无线及移动提供了接入方便性。根据场合的不同，对无线无线及移动提供了接入方便性。根据场合的不同，对无线/移动的技术移动的技术要求也不同，相应技术对业务的支持能力也不同。要求也不同，相应技术对业务的支持能力也不同。WiMAX 成为最新的成为最新的热门话题。热门话题。q光纤化光纤化引入引入FTTH的必然性的必然性随着光纤在长途网、城域网乃至接入网主干段的大量应用，合理的发展随着光纤在长途网、城域网乃至接入网主干段的大量应用，合理的发展是：将光纤继续线接入网的配线段和引入线部分延伸，最终实现光纤到是：将光纤继续线接入网的配线段和引入线部分延伸，最终实现光纤到用户！用户！FTTHFTTH实现有一
10、个渐进的过程，如从实现有一个渐进的过程，如从FTTC FTTB FTTH。2022-12-114光纤接入网简介2022-12-115xPON的技术比较相同的拓扑相同的拓扑P2MP光纤光纤APON/BPONEPONGPON封装协议不同封装协议不同lFSAN提出，提出，ITU-T标准化；标准化；lATM封装；封装；l目前标准化最完善；目前标准化最完善；lG.983.110lIEEE EFM工作组标工作组标准化准化；l以太网封装；以太网封装；l2004年年6月形成标准；月形成标准；l802.3ahl产品开始在市场上迅产品开始在市场上迅速应用。速应用。lFSAN提出，提出，ITU-T标准化；标准化；l
11、ATM、GEM封装；封装；l2004年年6月形成标准；月形成标准；lG.984.14l尚无商用芯片，支持尚无商用芯片，支持厂家极少。厂家极少。BPON业务适配复杂，业务提供能力有限，传送速率和效率都不高；GPON继承引用了BPON的部分优点，在速率上提升到1.25G/2.5Gbps；EPON直接采用以太网作为数据链路层，简单高效，成本低廉，成为主流。2022-12-116xPON的技术标准最新动向2022-12-117EPON网络结构n无源光网络（无源光网络（PONPassive Optical Networks）技术是为了支）技术是为了支持点到多点应用发展起来的光接入技术持点到多点应用发展起
12、来的光接入技术。nOLTOptical Line Terminal，光线路终端，光线路终端nONUOptical Network Unit，光网络单元，光网络单元 nPOSPassive Optical Splitter，无源光分路器，无源光分路器/耦合器耦合器nODNOptical Distribution Networks，光纤分布网，光纤分布网ODNPOSOLTONUONUONUONUONU光分路器光分路器光分路器光分路器语音网语音网数据网数据网视频网视频网局端局端无源光网络（无源光网络（GEPON）2022-12-118数据发送数据发送数据接收数据接收光发送器光发送器光接收器光接收器O
13、NU 1ONU 2ONU 3OLT光发送器光发送器光接收器光接收器数据发送数据发送数据接收数据接收1:n无源光无源光分路器分路器介质介质接入接入逻辑逻辑介质介质接入接入逻辑逻辑波分波分合路合路波分波分合路合路GEPON原理nGEPONGEPON采用单纤波分复用技术采用单纤波分复用技术n下行下行1490nm；n上行上行1310nm；n1550nm可选用于视频可选用于视频；2022-12-119GEPON上行流n由由MPCPMPCP协议完成上行流的控制管理协议完成上行流的控制管理n时隙中含多个时隙中含多个802.3802.3的以太网帧的以太网帧n发送发送6464字节的字节的REPORTREPORT
14、信息向信息向OLTOLT报告报告ONUONU的状态的状态n避免冲突避免冲突2022-12-120GEPON下行流n802.3802.3帧广播帧广播n数据的导出是由数据的导出是由802.3802.3帧的前导码中的帧的前导码中的LLIDLLID来标识来标识n6464字节字节GATEGATE信息来分配带宽信息来分配带宽2022-12-121EPON中的关键技术n突发发射，需要较高的响应速度。开启和关闭时突发发射，需要较高的响应速度。开启和关闭时间应该较短。间应该较短。n突发接收，因为突发接收，因为ONU的距离不同，需要较宽的光的距离不同，需要较宽的光功率响应范围。功率响应范围。n注册和自动发现注册和
15、自动发现n测距和定时测距和定时n请求报告和允许处理请求报告和允许处理2022-12-122EPON局端设备OLT简介特点特点：标准电信级产品设计，标准电信级产品设计，1U高，高，19英寸宽英寸宽标准通信机框标准通信机框 1-4路千兆路千兆UpLink，1-4路千兆路千兆PON DownLink，16G全线速转发，超大带全线速转发，超大带宽宽 最大支持最大支持4个个PON，覆盖，覆盖20公里，公里，1:32分支比模式分支比模式 220V电源系统，软件平滑升级，增强的电源系统，软件平滑升级，增强的稳定性稳定性 粒度粒度64kbps的动态带宽分配能力，多达的动态带宽分配能力，多达10级用户级用户SL
16、A服务分级，服务分级，128位位ASE双双向数据加密，增强的可运营性向数据加密，增强的可运营性2022-12-123三网融合宽带接入架构2022-12-124三网融合的发展阶段2022-12-125基于EPON的光纤到户1xnCouplerIP视频网视频网C1000M3000 CATVPOTSLANRFTV多业务融合多业务融合n IPIP（LANLAN、WLANWLAN）n TDMTDM（POTSPOTS电话、语音专线电话、语音专线)n CATV CATVM30002022-12-126常用光器件和光纤简介n光分路器光分路器n光合波光合波/分波器分波器n法兰盘和光纤跳线法兰盘和光纤跳线n光纤的
17、种类和选取光纤的种类和选取分光器分光器1:2分光器分光器1:4分光器分光器1:162022-12-127光分路器n光分路器的作用是进行光功率分配，一般光分路器的作用是进行光功率分配，一般为均分，我们在工程中使用的是为均分，我们在工程中使用的是1N树型树型光分路器。光分路器的正向和反向插入损光分路器。光分路器的正向和反向插入损耗相同，耗相同，12分路器理论插损为分路器理论插损为3dB，依，依次的次的14的的6dB，18的的9dB。n光分路器反向使用就是耦合器，也可以用光分路器反向使用就是耦合器，也可以用于合波，但是比起合波器，其插损很大。于合波，但是比起合波器，其插损很大。n光分路器有熔融拉锥和
18、光分路器有熔融拉锥和PLC（平面光波导）（平面光波导）两种，前者廉价但体积较大，且一致性不两种，前者廉价但体积较大，且一致性不好，后者较贵，但体积小，一致性好。好，后者较贵，但体积小，一致性好。2022-12-128光分路器熔锥型光波导型两种常用的无源光分路器（ODN，Splitter）：器件功能：将一路输入光信号进行光功率分割，分成多路输出（可以等分，也可以按照需要定制功率分配比）典型的分路器实现1：2到1：32的分光 器件特点：无源器件，不需要供电，环境适应能力较强2022-12-129光合波器、光分波器n光合波器的作用是将多个输入端口的不同光合波器的作用是将多个输入端口的不同的波长的光耦
19、合到一个输出端口。的波长的光耦合到一个输出端口。n光合波器也分几种：熔融拉锥，光合波器也分几种：熔融拉锥，AWG和薄和薄膜式。膜式。n光合波器反向使用就是分波器。插损较小，光合波器反向使用就是分波器。插损较小，一般的都在一般的都在5dB以下。以下。2022-12-130法兰盘和光纤跳线n法兰盘就是光纤适配器，用于连接光纤跳线或尾纤；光纤法兰盘就是光纤适配器，用于连接光纤跳线或尾纤；光纤跳线是指带两个光纤连接头的光纤；尾纤则是指带一个光跳线是指带两个光纤连接头的光纤；尾纤则是指带一个光纤连接头的光纤。纤连接头的光纤。n光纤跳线的种类有很多，根据接头形状可分为：光纤跳线的种类有很多，根据接头形状可
20、分为：FC、SC、ST、LC等；根据插芯的类型可分为：等；根据插芯的类型可分为：PC、UPC、APC等；等；根据光纤种类可分为单模、根据光纤种类可分为单模、50/125多模、多模、62.5/125多多模、保偏等；根据光纤直径可分为：模、保偏等；根据光纤直径可分为：900m、2mm、3mm 等。等。n CATV对回波损耗有要求，需要使用对回波损耗有要求，需要使用APC端面。端面。2022-12-131光纤种类n目前常用的光纤种类有常规单模光纤目前常用的光纤种类有常规单模光纤G.652、色散位移光纤色散位移光纤G.653和非零色散位移光纤和非零色散位移光纤G.655以及无水峰光纤。以及无水峰光纤。
21、nEPON中一般采用中一般采用G.652光纤。光纤。nWDM-PON中中DWDM一般采用一般采用G.655光纤，光纤，CWDM 18信道一般采用无水峰光纤。信道一般采用无水峰光纤。2022-12-132G.652传统和无水光纤比较2022-12-133功率预算的计算方法n何谓功率预算？何谓功率预算？n功率预算的计算方法功率预算的计算方法2022-12-134何谓功率预算n功率预算是指对于特定的距离、光纤功率预算是指对于特定的距离、光纤/缆缆和光器件，从发端到收端的光功率损耗和光器件，从发端到收端的光功率损耗的预算。的预算。n功率预算可以用于指导选择光纤光缆和功率预算可以用于指导选择光纤光缆和光
22、器件以及光模块的规格和指标。光器件以及光模块的规格和指标。2022-12-135光功率预算的计算方法n对于对于1N分路器，插损记为分路器，插损记为PIL=log2N3+2dB，速算方法如，速算方法如N=2m，则则PIL=3m+2dBn常规单模光纤常规单模光纤G.652，传水峰以外的波长，传水峰以外的波长，插损按插损按0.3dB/km计算。计算。n合波器插损一般按合波器插损一般按5dB计算。计算。n各种插损简单相加后再增加各种插损简单相加后再增加3dBm的功率余的功率余量，以弥补器件老化带来的功率损耗。量，以弥补器件老化带来的功率损耗。2022-12-136光功率预算举例nEPON使用常规单模光
23、纤，使用使用常规单模光纤，使用1:32分路分路器，最远传输距离器，最远传输距离20km。则。则其功率预其功率预算为算为532200.33=26dB（注（注:3225）2022-12-137网络拓扑2022-12-138网络拓扑可采用不对称分光比分支器，保证每条链可采用不对称分光比分支器，保证每条链路在设备光接受灵敏度范围内路在设备光接受灵敏度范围内10%90%总线型总线型2022-12-139最大为最大为1：32的光分支比，适用于用户较集的光分支比，适用于用户较集中的情况中的情况树型树型网络拓扑光纤通信技术实验光纤通信技术实验三、实验仪器和装置三、实验仪器和装置2022-12-141三网融合光
24、纤到户接入综合实验系统简介三网融合光纤到户接入综合实验系统简介 本实验使用的三网融合光纤到户接入综合实验系统是采用国本实验使用的三网融合光纤到户接入综合实验系统是采用国际标准际标准IEEE802.3ah制作的制作的EPON综合光接入网络系统设备。综合光接入网络系统设备。实验系统总体包括局端设备、终端设备和光配线设备。实验系统总体包括局端设备、终端设备和光配线设备。局端设备局端设备有数据光线路终端（有数据光线路终端（OLT，Optical Line Terminal）、）、CATV光发射机（光发射机（1550nm波长）、电话语音网关波长）、电话语音网关（VoIP FXO网关）；网关）；终端设备终
25、端设备有数据光网络单元（有数据光网络单元（ONU，Optical Network Unit）、）、CATV光接收机、电话语音终端（光接收机、电话语音终端（VoIP FXS网关）；网关）；光配线设备光配线设备有光分支器（有光分支器（POS，Passive Optical Splitter）、光复用）、光复用/解复用器（解复用器（CWDM MUX/DMUX）、单模光）、单模光纤（纤（G.652标准光纤）、光纤跳线和法兰盘等。标准光纤）、光纤跳线和法兰盘等。2022-12-142三网融合EPON综合接入网典型组网2022-12-143 上图给出了采用三网融合光纤到户接入综合上图给出了采用三网融合光纤
26、到户接入综合实验系统的实验设备搭建的典型网络。在该网络实验系统的实验设备搭建的典型网络。在该网络中，中，局端设备局端设备分别分别连接数据网络、电视网络和语连接数据网络、电视网络和语音网络，音网络，将从上一级网络传来的信号将从上一级网络传来的信号通过光纤传通过光纤传输至终端设备，终端设备通过输至终端设备，终端设备通过不同的不同的信号处理信号处理方方式式还原成原始信号，输出给电视、电话和电脑还原成原始信号，输出给电视、电话和电脑等等最终用户设备。最终用户设备。光纤通信技术实验光纤通信技术实验四、实验内容和步骤四、实验内容和步骤2022-12-145三网融合EPON综合接入设计设计实验内容：设计实验
27、内容：1、三网融合光纤到户接入网络设计、三网融合光纤到户接入网络设计 （1）比较并分析各种光纤接入网络拓扑结构的特点，选）比较并分析各种光纤接入网络拓扑结构的特点，选择三网融合光纤到户接入网络实验的择三网融合光纤到户接入网络实验的网络拓扑结构网络拓扑结构。（2）分析三网融合光纤到户接入网络系统的各组成部分）分析三网融合光纤到户接入网络系统的各组成部分的功能和作用，选择三网融合光纤到户接入网络的的功能和作用，选择三网融合光纤到户接入网络的构成组构成组件件。（3）完成三网融合光纤到户接入网络设计，形成体系结）完成三网融合光纤到户接入网络设计，形成体系结构框图，并进行光链路构框图，并进行光链路功率预
28、算功率预算。2022-12-146三网融合EPON综合接入设计2、三网融合光纤到户接入网络的搭建和业务开通、三网融合光纤到户接入网络的搭建和业务开通 （1）根据设计的三网融合光纤到户接入网络方案，）根据设计的三网融合光纤到户接入网络方案，搭建实搭建实验系统验系统。（2）在搭建的三网融合光纤到户接入网络中，逐一）在搭建的三网融合光纤到户接入网络中，逐一开通数开通数据、语音和视频业务据、语音和视频业务。对开通业务的功能和质量进行评测，。对开通业务的功能和质量进行评测，对于调试中出现的问题进行分析解决。对于调试中出现的问题进行分析解决。3、实验数据和结论分析、实验数据和结论分析 （1）对三网融合光纤到户接入网络的光链路功率进行测量，）对三网融合光纤到户接入网络的光链路功率进行测量，并和前面的预算数据进行并和前面的预算数据进行比较分析比较分析。（2）对不同的网络拓扑结构下的搭建情况和业务开通情况）对不同的网络拓扑结构下的搭建情况和业务开通情况进行对比分析，对其中遇到的问题进行分析说明。进行对比分析，对其中遇到的问题进行分析说明。
