光纖接入技術第一頁，共39頁。第4章光纖接入技術本章教學重點簡要介紹光纖介質的特點和優勢介紹光接入網的結構、類型、應用模式等介紹兩種典型的無源光網絡APON和EPON本章要求熟悉光纖介質的特點，FTTX的含義掌握光接入網的結構、特點、關鍵技術（特別是測距）；APON與EPON的異同

第二頁，共39頁。第4章光纖接入技術4.1光纖的優勢4.2光纖在接入網中的延伸4.3光接入網基礎知識4.4無源光網絡4.5APON4.6EPON第三頁，共39頁。4.1光纖的優勢帶寬優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，采用波分復用可傳輸更高的速率長距離傳輸優勢衰減很小，不加中繼的距離現在可達數百公里抗惡劣環境優勢抗腐蝕能力強，不受電磁波干擾安全性優勢盜接線頭困難，不易盜聽大多數運營商斷言：未來理想的寬帶接入網是基于光纖的網絡第四頁，共39頁。4.2光纖在接入網中的延伸ONUOBD中心局ONUONUBuddingOBDOBD

FTTCFTTB

FTTH

homeOLTOAN的應用示意圖根據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第五頁，共39頁。光纖到路邊FTTCFTTC：FiberToTheCurb/CabOUN設在交接箱處用戶到OUN之間（引入線）仍用雙絞銅線連接或同軸電纜通常為點到點和點到多點結構一個OUN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光接入網第六頁，共39頁。光纖到樓FTTBFTTB：FiberToTheBuddingOUN設在辦公樓或居民住宅樓內的某個公共地方用戶到OUN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OUN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第七頁，共39頁。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用戶的接入OBD中心局OLT光接入網ONUhome第八頁，共39頁。4.3光接入網基礎知識光纖的工作窗口光接入網的基本結構光接入網的分類光接入網的傳輸技術第九頁，共39頁。光纖的工作窗口光纖的工作窗口（可用工作波長區）有三個：850nm窗口（780nm～850nm）1310nm窗口（1260nm～1360nm）1550nm窗口（1480nm～1580nm）三個工作區的使用情況850nm波長常用于多模光纖通信，未得到很好使用1310nm波長應用廣泛，主要用于提供2Mb/s及以下的業務1550nm波長用于異波長雙工的下行通信以及寬帶的新業務現已打開了第四個工作窗口：1625nm第十頁，共39頁。光接入網的基本結構OAN：OpticalAccessNetwork，光接入網光接入網概念：接入網中部分或全部使用光纖作為傳輸介質來實現信息傳輸的網絡形式光接入網是G.902標準的一個典型實例第十一頁，共39頁。光接入網的基本結構用戶側網絡側光接入網(OAN)光光用戶側設備（電/光）光接入網設備光光接入網設備網絡側設備（電/光）光ITU-T提出的光接入網的基本結構接入網系統管理功能Q3ONUONUODNOLTAF中心局終端設備用戶側網絡側UNISNI光接入網(OAN)第十二頁，共39頁。光接入網的基本結構組成：光網絡單元ONU（OpticalNetworkUnit）提供用戶到接入網的接口（光電轉換、物理接口）提供用戶業務適配功能（速率適配、信令轉換）光分配網ODN（OpticalDistributionNetwork）為OLT和OUN之間提供光傳輸技術由光連接器和光分路器OBD(OpticalBranchingdevice)組成完成光信號功率的分配及光信號的分、復接功能光線路終端OLT（OpticalLineTerminal）提供與中心局設備的接口（光電轉換、物理接口）提供與ODN的光接口分離不同的業務第十三頁，共39頁。光接入網的基本結構光接入網的特點點到多點傳輸系統，介質共享下行：OLT向各個ONU采用廣播通信方式上行：ONU向OLT通信時需要某種分配信道的策略面臨的問題需解決OLT和多個ONU之間上下行信號的正確傳輸關鍵是解決上行信道的占用問題下行傳輸：時分復用傳送信元流，各ONU在規定時隙接收自己的信息上行傳輸：各種多址技術（時分、波分等）第十四頁，共39頁。光接入網的傳輸技術空分復用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，設計最簡單光傳輸設備和線纜雙倍，成本高第十五頁，共39頁。t

A1

B1

N1

A1保護時間OLTOBD上行

A1

B1

N1ONUONUONU光接入網的傳輸技術時分復用TDM每個ONU動態或固定分配一個時隙每個ONU在分配的時隙內上傳數據固有問題每個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，實現定時調整和同步快速的同步技術快速、動態的門限判決技術第十六頁，共39頁。PD：光電檢測器2

1NA1B1N1ONUONUONUOBD

1

N2上行WDMPDPDPD2

1NOLT光接入網的傳輸技術波分復用 WDM不同波長的信號共享一根光纖傳輸，彼此不干擾要求每個ONU在指定波長上發射對激光二極管要求高（溫度、環境影響大）OLT設備復雜，成本高（每個波長都需光發射器和檢測器）第十七頁，共39頁。光接入網的分類根據光分配網是采用有源或無源設備，OAN分：AON和PONAON：ActiveOpticalNetwork，有源光網絡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多公里技術成熟：無論PDH設備還是SDH設備，都已廣泛應用給有源設備供電是一件麻煩事PON：PassiveOpticalNetwork，無源光網絡APON、EPON和GPON第十八頁，共39頁。4.4無源光網絡基本概念系統結構數據傳輸關鍵技術第十九頁，共39頁。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）第二十頁，共39頁。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第二十一頁，共39頁。PON的數據傳輸下行：OLT向各ONU采用廣播通信方式，傳輸連續時隙流（下行幀）局端數據→OLT→封裝成連續時隙流下行幀以廣播方式傳送→各ONU收到信元流，取出屬于自己的數據→用戶終端上行：采用TDMA技術（動態分配），突發傳送時隙流（上行幀）各ONU共享ODN，且數據突發性強。各ONU向OLT申請帶寬→OLT授權ONU發送（上行的發送時隙、帶寬分配等）→獲得授權的ONU在指定時隙發送第二十二頁，共39頁。PON的數據傳輸PON的幀都是定時長幀，分上行幀和下行幀為了實現TDMA接入，在上行時隙中傳輸的數據要求附加開銷。上行時隙格式如下：ONUONUOLTONUOBD上行突發模式下行連續模式保護時隙附加開銷ATM信元/OAM信元/以太幀用于OLT同步、標識信元開始OAM信元為管理信元，如帶寬申請、測距等第二十三頁，共39頁。PON的關鍵技術測距技術快速比特傳送技術突發信號的收發攪碼技術（擾碼）媒質接入控制（MAC）技術第二十四頁，共39頁。測距技術

為何需要測距？采用TDMA，必須保證每個時隙的數據彼此獨立，互不干擾APON結構中，各ONU到OLT的物理距離不等，則各ONU到OLT的傳輸時延不同，如不進行時延補償，會出現時隙的重疊，造成數據干擾為確保多個ONU到OLT間的正確傳輸，必須引入測距機制，使各ONU到OLT的邏輯距離相等第二十五頁，共39頁。測距技術測距技術基本策略單獨測距+傳輸數據時測距相結合(粗測＋精測）單獨測距在ONU初裝聯網時必須進行傳輸數據時測距可根據OLT的配置而定測距的基本原理OLT向ONU發送測距允許消息，消息中指明ONU的上行應答的時隙ONU在指定的上行時隙中用測距PLOAM信元應答OLT計算往返時延，并與理想時延比較，計算出差值，發送一個測距時間給ONUONU根據測距時間調整均衡時延第二十六頁，共39頁。快速比特傳送技術測距精度有限，各ONU到OLT的上行比特流存在相位差異需要采用某種技術實現快速同步基本策略先實現位同步、再進行信元同步普通的滑動技術不能滿足快速同步要求，需采用其他技術突發信號的收發需要快速開啟和關閉光電路，以適應上行的突發數據傳輸接收端，需要快速調整接收門限，以適應不同距離用戶的信號衰減第二十七頁，共39頁。攪碼技術（擾碼）為了保證共享介質傳輸的安全性，引入攪碼技術在發送端：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，得到原始數據信元的時隙分配接入請求/允許帶寬的動態分配帶寬管理由OLT完成為不同的業務提供優先級和帶寬上行帶寬的占用由媒質接入控制MAC協議實現媒質接入控制（MAC）技術第二十八頁，共39頁。4.5APONAPON：ATMPassiveopticalnetwork，ATM無源光網絡在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中同樣的技術問題標準規范：ITU-T的G.983第二十九頁，共39頁。G.983基本特點基于ATM信元（ONU與OLT之間）支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：可用兩條光纖，波長1310nm區或一條光纖，異波長雙工(上行：1310nm區,下行：1550nm區)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務能力傳輸技術：上、下行均采用時分復用第三十頁，共39頁。APON的系統結構接入的主干網為ATM網傳輸的數據流為ATM信元流拓撲：無源雙星結構一個ODN（即1個OBD）最多支持32個ONU（用戶數）當ONU大于32時，要求一個OLT提供多個ODN接口OLTODNONU1ONU2ONUnAPON（傳輸ATM信元流）ATM交換機用戶用戶用戶OBD第三十一頁，共39頁。APON的數據傳輸APON在PON上傳送ATM信元APON幀傳輸的基本原理同PON，只是APON幀中封裝的是ATM信元APON幀中上行信元格式如下：3字節保障區間前導符定界符ATM（OAM）信元53字節測距要求用于OLT同步信元的開始第三十二頁，共39頁。…PLOAM1ATM信元1ATM信元2ATM信元27PLOAM2ATM信元28ATM信元53PLOAM3…下行幀格式1幀=56個信元，每信元53字節……ATM信元1ATM信元2ATM信元52ATM信元53上行幀格式1幀=53個信元，每信元56字節3字節頭部上下行速率為155.520Mb/s的幀結構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的幀格式第三十三頁，共39頁。APON的延續－GPON弱化ATM保留了APON的許多優點，與APON有很多相同之處，但更高效、高速支持上、下行不對稱速率：下行2.488Gb/s，上行1.244Gb/s適配協議采用ITU-TG.7041：GFP（通用成幀協議）支持多業務、多承載（包括ATM業務、TDM業務以及IP/Ethernet業務），提供明確的服務質量保證和服務級別，具有電信級的網絡監測和業務管理能力。GPON成為目前最為理想的寬帶光纖接入網技術第三十四頁，共39頁。4.