10.1光纖接入技術的概念10.2EPON光纖接入網10.3GPON光纖接入網10.4光纖接入網的應用舉例第10章光纖接入網技術10.1.1接入網的基本概念按照電信網的概念，可以將全網分為公用電信網和用戶駐地網兩大塊。用戶駐地網是屬于用戶所有，因而，通常電信網是指公用電信網部分。公用電信網可以分為長途網（長途端局以上部分），中繼網（長途端局和市話局之間以及市話局之間的部分）和接入網（端局至用戶之間的部分）。目前國際上已經傾向于將長途網和中繼網合在一起稱為核心網。相對于核心網而言，其他部分統稱為接入網。接入網主要完成將所有用戶接入到核心網的任務。1.接入網定義

ITU-T建議G.902對接入網的定義如下：

接入網是由業務節點接口（SNI）和用戶網絡接口（UNI）之間的一系列傳送實體（如線路設施和傳輸設施）組成的、為傳送電信業務提供所需要的傳送承載能力的實施系統，可經由Q3接口進行配置和管理。其中的傳送實體可提供必要的傳送承載能力，通常接入網對用戶信令是透明的，可不作解釋。原則上，對接入網可以實現的SNI和UNI的類型和數目沒有限制。

Y.1231IP接入網隨著Internet和各種IP類數據業務應用的快速普及，ITU-T提出了適應于IP業務的IP接入網定義。建議Y.1231將IP接入網定義為IP用戶和ISP之間為提供所需的、接入到IP業務的能力的網絡實體的實現。Y.1231定義的接入網的結構和實現形式都較G.902靈活。為便于讀者理解和把握接入網的總體概念，本章中所涉及的接入網內容主要以G.902建議為參照。2.接入網的定界在電信網中接入網的定界如圖10-1所示。從圖中可知，接入網所覆蓋的范圍是由三個接口來定界，即網絡側經業務節點接口（SNI）與業務節點（SN）相連；用戶側經用戶網絡接口（UNI）與用戶相連；管理側經Q3接口與電信管理網（TMN）相連，不具備Q3接口時通常需經由協調設備（MD）與TMN相連。SN是提供業務的實體，是一種可以接入各種交換型和/或永久連接型電信業務的網絡單元。圖10-1接入網的定界3.接入網的分層為了便于網絡設計與管理，接入網按垂直方向分為三個獨立的層次。其中每一層為其相鄰的高階層提供傳送服務，同時又使用相鄰的低階層所提供的傳送服務，這三層分別是電路層、通道層和傳輸媒質層。在網絡分層后，每一層仍顯得很復雜，因此可以進一步將每一層網絡劃分為若干個子網，每一個子網又可以進一步分割成若干個更小的子網。圖10-2接入網通用協議參考模型4.接入網的主要特點完成復用、交叉連接和傳輸功能提供各種綜合業務網徑較小成本與用戶有關線路施工難度較大光纖化程度高對環境的適應能力強組網能力強圖10-3接入網分類示意圖線對增容技術PG數字用戶線技術（xDSL）電力線接入技術PLC有線接入網無線接入網有線無線混合接入網接入網銅線接入網光纖接入網光纖銅線混合接入網（HFC）固定終端無線接入網移動終端無線接入網有源光纖接入網AON無源光纖接入網PON10.1.2光纖接入網的概念1.光纖接入網的定義

光纖接入網（OAN，OpticalAccessNetwork）是指在接入網中采用光纖作為主要傳輸媒質來實現信息傳送的網絡形式。它不是傳統意義上的光纖傳輸系統，而是針對接入網環境所設計的特殊的光纖傳輸網絡。1.光纖接入網的基本結構光纖接入網采用光纖作為主要傳輸媒質，而局側和用戶側發出和接收的均為電信號，所以在局側要進行電/光變換，在用戶側要進行光/電變換，才可實現中間線路的光信號傳輸。一個一般意義上的光纖接入網示意圖如圖10-4所示。一個光接入網主要由光線路終端OLT、光分配網絡ODN和光網絡單元ONU等組成。圖10-4光纖接入網示意圖圖10-5光纖接入網的參考配置有源光網絡AON和無源光網絡PON

從系統配置上可將OAN分為無源光網絡PON和有源光網絡AON。無源光網絡PON是指在OLT和ONU之間沒有任何有源的設備而只使用光纖等無源器件。PON對各種業務透明，易于升級擴容，便于維護管理。有源光網絡（AON）中，用有源設備或網絡系統（如SDH環網）的ODT代替無源光網絡中的ODN，傳輸距離和容量大大增加，易于擴展帶寬，網絡規劃和運行的靈活性大，不足的是有源設備需要機房、供電和維護等輔助設施。圖10-6ODN中的光通道光纖接入網的拓撲結構光纖接入網的拓撲結構主要有總線形、環形和星形。由此又可以派生出樹形、雙星形、環形－星形等結構，如圖10-7所示。圖10-7光纖接入網的拓撲結構(部分)10.1.3光纖接入網技術的分類

根據ONU位置的不同，可以將OAN劃分為幾種基本的應用類型，即光纖到路邊FTTC、光纖到樓FTTB、光纖到家或辦公室FTTH/FTTO、光纖到桌面FTTPC等。從發展來看，光接入網的普及主要受到成本和內容等多方面的制約，從長遠來看，以FTTH/O＋家庭（辦公室）無線網的形式實現寬帶接入可能是一種較好的選擇。根據ONU位置，OAN可分為三種應用類型光纖到路邊FTTC光纖到樓FTTB光纖到家/辦公室FTTH/O

ONUOBD中心局ONUONUBuddingOBDOBD

FTTC

FTTB

FTTH

homeOLTOAN的應用示意圖光纖到路邊FTTCFTTC：FiberToTheCurb/CabONU設在交接箱處用戶到ONU之間（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構一個ONU可為一個或多個用戶提供接入是一種介質混合結構通常采用FTTC+xDSL技術或FTTC+CableModem技術ONUOBD中心局OLT光接入網光纖到樓FTTBFTTB：FiberToTheBuddingONU設在辦公樓或居民住宅樓內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）連接點到多點結構，一個ONU為多個用戶提供接入通常采用FTTB+Ethernet技術OBD中心局OLT光接入網ONUBuddingEthernet光纖到家/辦公室FTTH/OFTTH：FiberToTheHomeONU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無任何有源設備，是一個真正的透明網絡是一種真正意義上的寬帶接入技術是用戶接入網的長遠目標OBD中心局OLT光接入網ONUhome圖10-8FHHH/FTTO+無線接入示例10.1光纖接入技術的概念10.2EPON光纖接入網10.3GPON光纖接入網10.4光纖接入網的應用舉例第10章光纖接入網技術無源光網絡(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信號由光分路器、無源光功率分配器等傳至用戶實現透明傳輸，信號處理全由局端和用戶端設備完成與有源光網絡比：覆蓋范圍和傳輸距離更小可靠性更高（戶外無有源設備，提高抗干擾能力）價格更低、安裝維護更方便是光接入網有發展潛力的技術（價格、維護等優勢）PON的系統結構OLTONU1ONU2ONUnPON用戶用戶用戶OBD業務網絡UNISNIODN組成：OLT、ODN、ONU，且ODN中全是無源器件共享介質邏輯上是點到多點結構，物理拓撲可有多種形式PON基本概念（續）

PON的結構中，OLT和多個ONU（有時也將用戶側設備稱為光網絡終端ONT）之間進行通信，一般采用的方法是下行數據信號使用1480nm信號，上行數據信號采用1310nm信號，而下行視頻業務流則采用1550nm信號。如果PON的分路比較高，即一個OLT需要連接較多個ONU，且距離較長時，也可考慮在OLT側設置光放大器，提高總的功率。ITU-T在G.983系列建議中規定，PON的分路比至少支持1：16或更高（目前多為1：32或1：64），OLT與ONU之間的物理距離不得少于20km。10.2.1基于Ethernet的EPON

EPON在現有IEEE802.3協議的基礎上，通過較小的修改實現在用戶接入網絡中傳輸以太網幀，是一種采用點到多點網絡結構、無源光纖傳輸方式、基于高速以太網平臺和TDM（TimeDivisionMultiplexing）時分MAC（MediaAccessControl）媒體訪問控制方式提供多種綜合業務的寬帶接入技術。EPON的ODN由無源分光器件和光纖線路構成，EFM確定分路器的分光能力在1：16到1：128之間．從OLT到ONU的方向稱為下行方向，反之稱為上行方向。上行和下行線路的光信號占用C波段（1550nm窗口）的某兩個不同波長，速率均為1Gbit/s，傳輸距離可達20km。1.技術優勢

(1)與現有以太網的兼容性：以太網技術，是迄今為止最成功和成熟的局域網技術。EPON只是對現有IEEE802.3協議作一定的補充，基本上是與其兼容的。(2)高帶寬：根據目前的討論，EPON的下行信道為百兆/千兆的廣播方式，而上行信道為用戶共享的百兆/千兆信道。這比目前的接入方式，如Modem、ISDN、ADSL甚至ATMPON（下行622/155Mbps，上行共享155Mbps）都要高得多。（3）低成本：減少了大量的光纖和光器件以及維護的成本。以太網本身的價格優勢，如廉價的器件和安裝維護使EPON具有ATMPON所無法比擬的低成本。2.網絡結構EPON位于業務往來接口到用戶網絡接口間，通過SNI與業務節點連接，通過UNI與用戶設備相連。EPON主要分為三部分：即光線路終端（OLT）、光配線網絡（ODN）和光網絡單元/光網絡終端（ONU/ONT）組成。其中OLT位于局端，ONU/ONT位于用戶側。OLT到ONU/ONT的方向為下行方向，反之為上行方向。EPON接入網絡結構如圖10-9所示。圖10-9EPON接入網結構在EPON系統中，OLT既是一個交換機或路由器，又是一個多業務提供平臺（MultipleServiceProvidingPlatform，MSPP），它提供面向無源光纖網絡的光纖接口。根據以太網向城域或廣域發展的趨勢，OLT將提供多個Gbit/s和10Gbit/s的以太接口，支持WDM傳輸。為了支持其他流行的協議，OLT還支持ATM，FR以及等速率的SONET的連接。若需要支持傳統的TDM話音，普通電話線（POTS）和其他類型的TDM通信（T1/E1）可以被復用連接到PSTN接口。OLT除了提供網絡集中和接入的功能外，還可以針對用戶的Qos/SLA的不同要求進行帶寬分配、網絡安全和管理配置。

ONU的主要功能是選擇接收OLT發送的廣播數據；響應OLT發出的測距及功率控制命令，并作相應的調整；對用戶的以太網數據進行緩存，并在OLT分配的發送窗口中向上行方向發送；實現其他相關的以太網功能。

在EPON中，從OLT到ONU距離最大可達20km，若使用光纖放大器（有源中繼器），距離還可以擴展。3.傳輸原理和幀結構

EPON的工作原理如圖10.10所示，EPON系統采用WDM技術，實現單芯雙向傳輸（下行1490nm，上行1310nm）。下行方向的光信號被廣播到所有ONU，通過過濾的機制，ONU僅接收屬于自己的數據幀。上行方向通過TDMA方式進行業務傳輸，ONU根據OLT發送的帶寬授權發送上行業務。EPON上下行方案

在下行鏈路上，OLT以廣播方式發送以太網數據幀。通過1：N的無源分光器，數據幀到達各ONU，ONU通過檢查接收到的數據幀的目的媒體接入控制（MAC）地址和幀類型（如：廣播幀、OAM幀）來判斷是否接收此幀．

在上行鏈路上，各ONU的數據幀以突發方式通過共同的無源分配網傳輸到OLT，因此必須有一種多址接入方式保證每個激活的ONU能夠占用一定的上行信道帶寬?？紤]到業務的不對稱性和ONU的低成本，EFM工作組決定在上行鏈路上采用TDMA方式。EPON系統中的上行方向工作原理EPON系統中的下行方向工作原理EPON傳送可變長Ethernet幀（64～1518字節） 是由一個被分割成固定長度幀的連續信息流組成，其傳輸速率為1.25Gbit/s。EPON幀為定時長幀 下行：采用TDM技術，固定長度幀的連續數據流（2ms），內含多個不同長度的以太幀（時隙）＋頭部＋校驗部分，其中：信息頭部含ONU標識符和同步頭 上行：采用TDMA技術，每個ONU在授權給定的時隙內發送數據幀，不會發生碰撞（注：申請帶寬時可能發生碰撞）。幀長度也為2msEPON工作原理－上行數據幀結構EPON工作原理－下行數據幀結構10.2.2EPON光纖接入網的關鍵技術突發同步大動態范圍光功率接收測距和ONU數據發送時刻控制帶寬分配10.1光纖接入技術的概念10.2EPON光纖接入網10.3GPON光纖接入網10.4光纖接入網的應用舉例第10章光纖接入網技術10.3千兆比特兼容的無源光接入網GPONGPON（Gigabit-CapablePassiveOpticalNetwork，千兆無源光網絡）技術是無源光網絡（PON）家族中一個重要的技術分支。GPON技術是基于ITU-TG.984.x標準的最新一代寬帶無源光綜合接入標準，具有高帶寬，高效率，大覆蓋范圍，用戶接口豐富等眾多優點，被大多數運營商視為實現接入網業務寬帶化，綜合化改造的理想技術。

GPON的主要技術特點是采用最新的“通用成幀協議（GFP）”，實現對各種業務數據流的通用成幀規程封裝。GPON的幀結構是在各種用戶信號原有格式的基礎上進行封裝，因此能夠高效、通用而又能簡單地支持所有各種業務。

GPON具有如下主要技術特點：(1)業務支持能力強，具有全業務接入能力。(2)可提供較高帶寬和較遠的覆蓋距離。下行2.488Gbit/s，上行1.244Gbit/s(3)帶寬分配靈活，有服務質量保證。(4)ODN的無源特性減少了故障點，便于維護。(5)PON可以采用級聯的ODN結構，即多個光分路器可以進行級聯，大大節約了主干光纜。(6)系統擴展容易，便于升級。10.3.1GPON光纖接入網的原理1.GPON的基本結構根據G.984.1標準的建議，GPON的參考模型如圖10.15所示。GPON系統包括OLT、ODN、ONU等。其中OLT是位于局端的通信設備，在整個ONU系統中有著核心的作用。其主要功能是向上行提供廣域網或骨干城域網提供接口（包括支持基于以太網的EPON、以ATM為承載的APON和DS-3接口等），并且將廣域網或骨干城域網傳來的數據信息經ODN傳給ONU。OLT作為PON系統的核心的功能器件，為接入網提供網絡側與核心網之間的接口，一般放在中心機房或城域核心機房，具有帶寬分配、控制各ONU、實時監控、運行維護管理PON系統的功能。圖10-15GPON系統結構2.GPON協議結構

GPON的協議結構參考模型如表10.1所示，GPON的層次結構主要包括物理媒介相關層(