1、接入网技术接入网技术第第4章章 光纤接入技术光纤接入技术第第4章章 光纤接入技术光纤接入技术n本章教学重点本章教学重点n简要介绍光纤介质的特点和优势简要介绍光纤介质的特点和优势n介绍光接入网的结构、类型、应用模式等介绍光接入网的结构、类型、应用模式等n介绍两种典型的无源光网络介绍两种典型的无源光网络APON和和EPONn本章要求本章要求n熟悉光纤介质的特点，熟悉光纤介质的特点，FTTX的含义的含义n掌握掌握光接入网的结构、特点、关键技术（特别光接入网的结构、特点、关键技术（特别是测距）；是测距）；APON与与EPON的异同的异同 第第4章章 光纤接入技术光纤接入技术4.1 光纤的优势光纤的优势
2、4.2 光纤在接入网中的延伸光纤在接入网中的延伸4.3 光接入网基础知识光接入网基础知识4.4 无源光网络无源光网络4.5 APON4.6 EPON4.1 光纤的优势光纤的优势n带宽优势带宽优势n与双绞线和同轴缆相比，光纤的理论带宽几乎是无限的与双绞线和同轴缆相比，光纤的理论带宽几乎是无限的n单个波长可传输单个波长可传输10Gb/s，采用波分复用可传输更高的，采用波分复用可传输更高的速率速率n长距离传输优势长距离传输优势n衰减很小，不加中继的距离现在可达数百公里衰减很小，不加中继的距离现在可达数百公里n抗恶劣环境优势抗恶劣环境优势n抗腐蚀能力强，不受电磁波干扰抗腐蚀能力强，不受电磁波干扰n安全
3、性优势安全性优势n盗接线头困难，不易盗听盗接线头困难，不易盗听大多数运营商断言：未来理想的宽带接入网是基于光纤的网络大多数运营商断言：未来理想的宽带接入网是基于光纤的网络4.2 光纤在接入网中的延伸光纤在接入网中的延伸ONUOBD中中心心局局ONUONUBuddingOBDOBD FTTC FTTC FTTB FTTB FTTHFTTH homeOLTOAN的应用示意图的应用示意图n根据根据ONU位置，位置，OAN可分为三种应用类型可分为三种应用类型 n光纤到路边光纤到路边 FTTC n光纤到楼光纤到楼 FTTB n光纤到家光纤到家/办公室办公室 FTTH/O 光纤到路边光纤到路边 FTTCn
4、FTTC：Fiber To The Curb/CabnOUN设在交接箱处设在交接箱处n用户到用户到OUN之间（引入线）仍用双绞铜线连接或同轴缆之间（引入线）仍用双绞铜线连接或同轴缆n通常为点到点和点到多点结构通常为点到点和点到多点结构n一个一个OUN可为一个或多个用户提供接入可为一个或多个用户提供接入n是一种介质混合结构是一种介质混合结构n通常采用通常采用FTTC+xDSL技术或技术或FTTC+Cable Modem技术技术ONUOBD中中心心局局OLT光接入网光接入网光纤到楼光纤到楼 FTTBnFTTB：Fiber To The BuddingnOUN设在办公楼或居民住宅楼内的某个公共地方设
5、在办公楼或居民住宅楼内的某个公共地方n用户到用户到OUN之间（引入线）用之间（引入线）用UTP5类线（或更高等级类线（或更高等级线）连接线）连接n点到多点结构，一个点到多点结构，一个OUN为多个用户提供接入为多个用户提供接入n通常采用通常采用FTTB+Ethernet技术技术OBD中中心心局局OLT光接入网光接入网ONUBuddingEthernet光纤到家光纤到家/办公室办公室 FTTH/OnFTTH：Fiber To The HomenONU直接放在用户家里直接放在用户家里n中心局到用户之间全部为光连接和光传输中心局到用户之间全部为光连接和光传输n接入网无任何有源设备，是一个真正的透明网络
6、接入网无任何有源设备，是一个真正的透明网络n是一种真正意义上的宽带接入技术是一种真正意义上的宽带接入技术n是用户接入网的长远目标是用户接入网的长远目标综上：综上：FTTH和和FTTC更适合分散的个人用户的接入更适合分散的个人用户的接入 FTTB更适合单位和密集小区用户的接入更适合单位和密集小区用户的接入OBD中中心心局局OLT光接入网光接入网ONUhome4.3 光接入网基础知识光接入网基础知识n光纤的工作窗口光纤的工作窗口n光接入网的基本结构光接入网的基本结构n光接入网的分类光接入网的分类n光接入网的传输技术光接入网的传输技术光纤的工作窗口光纤的工作窗口n光纤的工作窗口（可用工作波长区）有三
7、个：光纤的工作窗口（可用工作波长区）有三个：n850nm窗口窗口（780nm850nm）n1310nm窗口（窗口（1260nm1360nm）n1550nm窗口窗口（1480nm1580nm）n三个工作区的使用情况三个工作区的使用情况n850nm波长常用于多模光纤通信，未得到很好使用波长常用于多模光纤通信，未得到很好使用n1310nm波长应用广泛，主要用于提供波长应用广泛，主要用于提供2Mb/s及以下的及以下的业务业务n1550nm波长用于异波长双工的下行通信以及宽带的新波长用于异波长双工的下行通信以及宽带的新业务业务n现已打开了第四个工作窗口：现已打开了第四个工作窗口：1625nm 光接入网的
8、基本结构光接入网的基本结构nOAN：nOptical Access Network，光接入网，光接入网n光接入网概念：光接入网概念：n接入网中部分或全部使用光纤作为传输介质来实接入网中部分或全部使用光纤作为传输介质来实现信息传输的网络形式现信息传输的网络形式n光接入网是光接入网是G.902标准的一个典型实例标准的一个典型实例光接入网的基本结构光接入网的基本结构用户侧用户侧网络侧网络侧光接入网光接入网(OAN)光光光光用户侧设备（用户侧设备（电电/光）光）光接入网光接入网设备设备光光光接入网光接入网设备设备网络侧设备网络侧设备（电（电/光）光）光光接入网系统管理功能接入网系统管理功能Q3ONUO
9、NUODNOLTAF中心局中心局终端设备终端设备用户侧用户侧网络侧网络侧UNISNI光接入网光接入网(OAN)光接入网的基本结构光接入网的基本结构n组成：组成：n光网络单元光网络单元ONU（Optical Network Unit）n提供用户到接入网的接口（光电转换、物理接口）提供用户到接入网的接口（光电转换、物理接口）n提供用户业务适配功能（速率适配、信令转换）提供用户业务适配功能（速率适配、信令转换）n光分配网光分配网 ODN（Optical Distribution Network）n为为OLT和和OUN之间提供光传输技术之间提供光传输技术n由光连接器和光分路器由光连接器和光分路器OBD
10、(Optical Branching device)组成组成n完成光信号功率的分配及光信号的分、复接功能完成光信号功率的分配及光信号的分、复接功能n光线路终端光线路终端OLT（Optical Line Terminal）n提供与中心局设备的接口（光电转换、物理接口）提供与中心局设备的接口（光电转换、物理接口）n提供与提供与ODN的光接口的光接口n分离不同的业务分离不同的业务光接入网的基本结构光接入网的基本结构n光接入网的特点光接入网的特点n点到多点传输系统，介质共享点到多点传输系统，介质共享n下行：下行：OLT向各个向各个ONU采用广播通信方式采用广播通信方式n上行：上行：ONU向向OLT通信
11、时需要某种分配信道的策略通信时需要某种分配信道的策略n面临的问题面临的问题n需解决需解决OLT和多个和多个ONU之间上下行信号的正确传输之间上下行信号的正确传输n关键是解决上行信道的占用问题关键是解决上行信道的占用问题n下行传输：时分复用传送信元流，各下行传输：时分复用传送信元流，各ONU在规定时隙接在规定时隙接收自己的信息收自己的信息n上行传输：各种多址技术（时分、波分等）上行传输：各种多址技术（时分、波分等）光接入网的传输技术光接入网的传输技术n空分复用空分复用 SDMn上下行双向通信个各使用一根光纤上下行双向通信个各使用一根光纤n两个方向的通信单独进行，互不影响两个方向的通信单独进行，互
12、不影响n性能最佳，设计最简单性能最佳，设计最简单n光传输设备和线缆双倍，成本高光传输设备和线缆双倍，成本高t t A1 B1 N1 A1保护时间保护时间OLTOBD上行上行 A1 B1 N1ONUONUONU光接入网的传输技术光接入网的传输技术n时分复用时分复用TDMn每个每个ONU动态或固定分配一个时隙动态或固定分配一个时隙n每个每个ONU在分配的时隙内上传数据在分配的时隙内上传数据n固有问题固有问题n每个每个ONU与与OLT距离不等距离不等 n传输时延不同传输时延不同n到达到达OLT的相位不同的相位不同n对对OTL要求要求n完善的测距技术，实现定时调整完善的测距技术，实现定时调整 和同步和
13、同步n快速的同步技术快速的同步技术n快速、动态的门限判决技术快速、动态的门限判决技术PD：光电检测器：光电检测器 2 2 1 1 N N A1 B1 N1ONUONUONUOBD 1 1 N N 2 2上行上行WDMPDPDPD 2 2 1 1 N NOLT光接入网的传输技术光接入网的传输技术n波分复用波分复用WDMn不同波长的信号共享一根光纤传输，彼此不干扰不同波长的信号共享一根光纤传输，彼此不干扰n要求每个要求每个ONU在指定波长上发射在指定波长上发射n对激光二极管要求高（温度、环境影响大）对激光二极管要求高（温度、环境影响大）nOLT设备复杂，成本高（每个波长都需光发射器和检测器）设备复
14、杂，成本高（每个波长都需光发射器和检测器）光接入网的分类光接入网的分类n根据光分配网是采用有源或无源设备，根据光分配网是采用有源或无源设备，OAN分：分：nAON和和PONnAON：Active Optical Network，有源光网络，有源光网络nODN全部由有源器件组成（光放大器等）全部由有源器件组成（光放大器等）n特点：特点：n传输容量大：传输容量大：155Mb/s或或622Mb/s的接入速率的接入速率 n传输距离远：不加中继器，距离为传输距离远：不加中继器，距离为70多公里多公里n技术成熟：无论技术成熟：无论PDH设备还是设备还是SDH设备，都已广泛应用设备，都已广泛应用n给有源设备
15、供电是一件麻烦事给有源设备供电是一件麻烦事nPON：Passive Optical Network，无源光网络，无源光网络nAPON、EPON和和GPON 4.4 无源光网络无源光网络n基本概念基本概念n系统结构系统结构n数据传输数据传输n关键技术关键技术PON的基本概念的基本概念nODN全部由无源器件组成（无源光分路器等）全部由无源器件组成（无源光分路器等）n信号在传输过程中无再生放大信号在传输过程中无再生放大n信号由光分路器、无源光功率分配器等传至用户信号由光分路器、无源光功率分配器等传至用户n实现透明传输，信号处理全由局端和用户端设备完实现透明传输，信号处理全由局端和用户端设备完成成n与
16、有源光网络比：与有源光网络比：n覆盖范围和传输距离更小覆盖范围和传输距离更小n可靠性更高（户外无有源设备，提高抗干扰能力）可靠性更高（户外无有源设备，提高抗干扰能力）n价格更低、安装维护更方便价格更低、安装维护更方便n是光接入网有发展潜力的技术（价格、维护等优势）是光接入网有发展潜力的技术（价格、维护等优势）PON的系统结构的系统结构OLTONU1ONU2ONUnPON用户用户用户用户用户用户OBD业业务务网网络络UNISNIODNn组成：组成：OLT、ODN、ONU，且，且ODN中全是无源器件中全是无源器件n共享介质共享介质n逻辑上是点到多点结构，物理拓扑可有多种形式逻辑上是点到多点结构，物
17、理拓扑可有多种形式PON的数据传输的数据传输n下行：下行：OLT向各向各ONU采用广播通信方式，传输连续时隙流采用广播通信方式，传输连续时隙流（下行帧）（下行帧）n局端数据局端数据 OLT 封装成连续时隙流下行帧封装成连续时隙流下行帧 n以广播方式传送以广播方式传送 各各ONU收到信元流，取出属于自己收到信元流，取出属于自己的数据的数据用户终端用户终端n上行：采用上行：采用TDMA技术（动态分配），突发传送时隙流技术（动态分配），突发传送时隙流（上行帧）（上行帧）n各各ONU共享共享ODN，且数据突发性强。，且数据突发性强。n各各ONU向向OLT申请带宽申请带宽OLT授权授权ONU发送（上行的
18、发发送（上行的发送时隙、带宽分配等）送时隙、带宽分配等）获得授权的获得授权的ONU在指定时隙在指定时隙发送发送PON的数据传输的数据传输nPON的帧都是定时长帧，分上行帧和下行帧的帧都是定时长帧，分上行帧和下行帧n为了实现为了实现TDMA接入，在上行时隙中传输的数据要求附加接入，在上行时隙中传输的数据要求附加开销。上行时隙格式如下：开销。上行时隙格式如下：ONUONUOLTONUOBD上行突发模式上行突发模式下行连续模式下行连续模式保护时隙保护时隙附加开销附加开销 ATMATM信元信元/OAM/OAM信元信元/以太帧以太帧用于用于OLTOLT同步、标同步、标识信元开始识信元开始OAMOAM信元
19、为管理信元，信元为管理信元，如带宽申请、测距等如带宽申请、测距等PON的关键技术的关键技术n测距技术测距技术n快速比特传送技术快速比特传送技术n突发信号的收发突发信号的收发n搅码技术（扰码）搅码技术（扰码）n媒质接入控制（媒质接入控制（MAC）技术）技术测距技术测距技术 为何需要测距？为何需要测距？n采用采用TDMATDMA，必须保证每个时隙的数据彼此独，必须保证每个时隙的数据彼此独立，互不干扰立，互不干扰nAPONAPON结构中，各结构中，各ONUONU到到OLTOLT的物理距离不等，的物理距离不等，则各则各ONUONU到到OLTOLT的传输时延不同，如不进行时的传输时延不同，如不进行时延补
20、偿，会出现时隙的重叠，造成数据干扰延补偿，会出现时隙的重叠，造成数据干扰n为确保多个为确保多个ONUONU到到OLTOLT间的正确传输，必须引间的正确传输，必须引入测距机制，使各入测距机制，使各ONUONU到到OLTOLT的逻辑距离相等的逻辑距离相等测距技术测距技术测距技术基本策略测距技术基本策略n单独测距单独测距+传输数据时测距相结合传输数据时测距相结合(粗测精测）粗测精测）n单独测距在单独测距在ONUONU初装联网时必须进行初装联网时必须进行n传输数据时测距可根据传输数据时测距可根据OLTOLT的配置而定的配置而定n测距的基本原理测距的基本原理nOLTOLT向向ONUONU发送测距允许消息
21、，消息中指明发送测距允许消息，消息中指明ONUONU的上行应答的上行应答的时隙的时隙nONUONU在指定的上行时隙中用测距在指定的上行时隙中用测距PLOAMPLOAM信元应答信元应答nOLTOLT计算往返时延，并与理想时延比较，计算出差值，发计算往返时延，并与理想时延比较，计算出差值，发送一个测距时间给送一个测距时间给ONUONUnONUONU根据测距时间调整均衡时延根据测距时间调整均衡时延快速比特传送技术快速比特传送技术n测距精度有限，各测距精度有限，各ONU到到OLT的上行比特流存在相位差异的上行比特流存在相位差异n需要采用某种技术实现快速同步需要采用某种技术实现快速同步n基本策略先实现位
22、同步、再进行信元同步基本策略先实现位同步、再进行信元同步n普通的滑动技术不能满足快速同步要求，需采用其他技术普通的滑动技术不能满足快速同步要求，需采用其他技术突发信号的收发突发信号的收发n需要快速开启和关闭光电路，以适应上行的突发数据传输需要快速开启和关闭光电路，以适应上行的突发数据传输n接收端，需要快速调整接收门限，以适应不同距离用户的接收端，需要快速调整接收门限，以适应不同距离用户的信号衰减信号衰减搅码技术（扰码）搅码技术（扰码）n为了保证共享介质传输的安全性，引入搅码技术为了保证共享介质传输的安全性，引入搅码技术n在发送端：通过一个随机码对信息进行异或运算后传送在发送端：通过一个随机码对
23、信息进行异或运算后传送n在接收端：采用相同的随机码再进行一次异或运算，得到在接收端：采用相同的随机码再进行一次异或运算，得到原始数据原始数据n信元的时隙分配信元的时隙分配n接入请求接入请求/允许允许n带宽的动态分配带宽的动态分配n带宽管理由带宽管理由OLT完成完成n为不同的业务提供优先级和带宽为不同的业务提供优先级和带宽n上行带宽的占用由媒质接入控制上行带宽的占用由媒质接入控制MAC协议实现协议实现媒质接入控制（媒质接入控制（MAC）技术）技术4.5 APONnAPON：nATM Passive optical network，ATM无源光无源光网络网络 n在在PON上传送上传送ATM信元，即
24、在信元，即在ONU与与OLT之间传送之间传送ATM信元信元n物理层采用物理层采用PON，链路层采用，链路层采用ATMn存在存在PON中同样的技术问题中同样的技术问题n标准规范：标准规范：ITU-T的的G.983 G.983基本特点基本特点n基于基于ATM信元（信元（ONU与与OLT之间）之间）n支持对称和非对称工作方式支持对称和非对称工作方式n对称方式：对称方式：双向双向 155.520Mb/sn非对称方式：上、下行分别为非对称方式：上、下行分别为155.520Mb/s、622.080Mb/sn双向通信：双向通信：n可用两条光纤，波长可用两条光纤，波长1310nm区区n或一条光纤，异波长双工或
25、一条光纤，异波长双工(上行：上行：1310nm区区,下行：下行：1550nm区区)n无放大器最大距离：无放大器最大距离：20kmn最高最高32个用户光分支个用户光分支n利用波长分配增加业务能力利用波长分配增加业务能力n传输技术：上、下行均采用时分复用传输技术：上、下行均采用时分复用APON的系统结构的系统结构n接入的主干网为接入的主干网为ATM网网n传输的数据流为传输的数据流为ATM信元流信元流n拓扑：无源双星结构拓扑：无源双星结构n一个一个ODN（即（即1个个OBD）最多支持）最多支持32个个ONU（用户数）（用户数）n当当ONU大于大于32时，要求一个时，要求一个OLT提供多个提供多个OD
26、N接口接口OLTODNONU1ONU2ONUnAPON（传输（传输ATM信元流）信元流）ATM 交换机交换机用户用户用户用户用户用户OBDAPON的数据传输的数据传输nAPON在在PON上传送上传送ATM信元信元nAPON帧传输的基本原理同帧传输的基本原理同PON，只是，只是APON帧中帧中封装的是封装的是ATM信元信元nAPON帧中上行信元格式如下：帧中上行信元格式如下：3 3字节字节保障区间保障区间前导符前导符定界符定界符ATMATM（OAMOAM）信元）信元5353字节字节测距要求测距要求用于用于OLTOLT同步同步 信元的开始信元的开始PLOAMPLOAM 1 1ATMATM信元信元1
27、 1ATMATM信元信元2 2ATMATM信元信元2727PLOAMPLOAM 2 2ATMATM信元信元2828ATMATM信元信元5353PLOAMPLOAM 3 3下行帧格式下行帧格式1 1帧帧=56=56个信元，每信元个信元，每信元5353字节字节ATMATM信元信元1 1ATMATM信元信元2 2ATMATM信元信元5252ATMATM信元信元5353上行帧格式上行帧格式1 1帧帧=53=53个信元，每信元个信元，每信元5656字节字节3 3字节头部字节头部上下行速率为上下行速率为155.520Mb/s155.520Mb/s的帧结构的帧结构n定时长帧定时长帧n下行速率为下行速率为15
28、5.52Mb/s时，每帧时，每帧56个信元个信元n下行速率为下行速率为622.08Mb/s时，每帧时，每帧224个信元个信元APON的帧格式的帧格式APON的延续的延续GPONn弱化弱化ATMn保留了保留了APON的许多优点，与的许多优点，与APON有很多相同之处，但更有很多相同之处，但更高效、高速高效、高速n支持上、下行不对称速率：支持上、下行不对称速率：n下行下行2.488Gb/s，上行，上行1.244Gb/sn适配协议采用适配协议采用ITU-T G.7041：GFP（通用成帧协议）（通用成帧协议）n支持多业务、多承载（包括支持多业务、多承载（包括ATM业务、业务、TDM业务以及业务以及I
29、P/Ethernet业务），提供明确的服务质量保证和服务级业务），提供明确的服务质量保证和服务级别，具有电信级的网络监测和业务管理能力。别，具有电信级的网络监测和业务管理能力。nGPON成为目前最为理想的宽带光纤接入网技术成为目前最为理想的宽带光纤接入网技术4.6 EPONnEPON：Ethernet Passive optical networkn在在PON上传送上传送Ethernet帧帧n基于基于Ethernet技术和技术和PON技术技术n网络结构与网络结构与APON类似类似nMAC协议与协议与APON不同不同n速率：速率：n下行：百兆下行：百兆/千兆，广播方式千兆，广播方式n上行：百兆上
30、行：百兆/千兆，共享千兆，共享n传输技术：上、下行均采用时分复用传输技术：上、下行均采用时分复用n存在存在PON中同样的技术问题中同样的技术问题EPON的系统结构的系统结构n网络结构与网络结构与APON相似，但：相似，但：n接入的主干网为以太网接入的主干网为以太网n传输的数据流为以太帧流传输的数据流为以太帧流OLTODNONU1ONU2ONUnEPON（传输以太帧流）（传输以太帧流）Ethernet 交换机交换机用户用户用户用户用户用户OBDEPON的数据传输的数据传输nEPON传送可变长传送可变长Ethernet帧（帧（641518字节）字节）nEPON帧为定时长帧帧为定时长帧n下行：下行：
31、n固定长度帧的连续数据流（固定长度帧的连续数据流（2ms），内含多个不同长度），内含多个不同长度的以太帧（时隙）头部校验部分，其中：信息头部的以太帧（时隙）头部校验部分，其中：信息头部含含ONU标识符和同步头标识符和同步头n上行：上行：n采用采用TDM技术，每个技术，每个ONU在授权给定的时隙内发送数据在授权给定的时隙内发送数据帧，不会发生碰撞（注：申请带宽时可能发生碰撞）。帧，不会发生碰撞（注：申请带宽时可能发生碰撞）。帧长度也为帧长度也为2msAPON与与EPON的技术差别的技术差别nEPON和和APON最主要的区别：最主要的区别：n帧结构和分组大小帧结构和分组大小nEPON和和APON的帧格式的帧格式n帧周期长度帧周期长度n封装方式封装方式nEPON分组长度可变：分组长度可变：641518 BytenAPON分组长度固定：分组长度固定：53 Byte1 1、理解光网络的概念、光接入网的结构。、理解光网络的概念、光接入网的结构。2 2、理解、理解FTTBFTTB、FTTCFTTC、FTTHFTTH的含义。的含义。3 3、PONPON为何需要采用测距协议？测距协议的基本思想为何需要采用测距协议？测距协议的基本思想是什么？是什么？4 4、APONAPON和和EPONEPON有哪有哪些相同点？哪些不同点？些相同点？哪些不同点？本章思考复习题本章思考复习题
