PON技術基礎綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u3762PON技術基礎綜述 166011.1PON的結構與原理 119161.1.1PON的結構 176591.1.2PON的工作原理 1222001.2PON技術分類 2102241.1.1APON/BPON 2127021.1.2EPON/GPON 230771.1.310GPON技術 320941.3PON技術的選擇 4236881.3.1EPON技術 410631.3.2GPON技術 4250081.3.3EPON與GPON技術對比 417554表2-1EPON與GPON技術對比 4326141.3.4GPON的關鍵技術 51.1PON的結構與原理1.1.1PON的結構PON由OLT（光線路終端）、POS（無源光分路器）和ONU（光網絡單元）組成，采用星形、總線形、環形、樹形等拓撲結構。OLT屬于接入網的業務節點側設備，用于連接光纖干線的終端設備，放置在小區或大樓機房，分配和控制信道的連接，并有多種業務功能。ONU放置在用戶側，OLT和ONU之間通過光纜、無源光分路器、光纖等器件連接。所謂無源，是指在ONU與OLT中間的ODN(光分配網絡)是沒有任何有源電子設備的。1.1.2PON的工作原理PON系統采用波分復用技術，實現雙向數據傳輸。下行數據流采用廣播技術，OLT將送達各個ONU的下行業務組裝成幀，以廣播方式發送給各個ONU，即利用分光器分成多路獨立信號，每路信號都含有發送給各個特定ONU的幀，各個ONU只選取發給自己的數據幀，屏蔽其它ONU的數據幀。上行數據流采用TDMA技術，從各ONU到OLT的上行通過時分多址共享信道傳輸數據，OLT為每個ONU都分配不同的時隙來使用相同頻率傳輸數據。這些時隙補償了每個ONU傳輸時間的差距，保障不同ONU的數據包之間不會產生重疊碰撞。1.2PON技術分類上世紀90年代初期PON技術概念被提出，1995年全球7個主要運營商與其設備供應商宣布成立FSAN(FullServiceAccessNetwork)聯盟，FSAN聯盟的宗旨是制定光接入網設備標準并提供解決方案。隨著互聯網的蓬勃發展，用戶對接入網寬帶需求不停提高，無源光網絡作為光纖接入網的重要技術，發展大體分為三個發展階段。1.1.1APON/BPON1995年FSAN聯盟成立后開始制定光接入網的規范標準，1996年ITU-T（國際電聯電信標準化部門）聯合FSAN聯盟頒布了G.982（PON的標準建議）為PON技術發展做好了鋪墊。1998年，FSAN聯盟的OAN工作組與ITU-T負責制定了基于ATM（AsynchronousTransferMode，異步傳輸模式）的PON網絡技術:G.983（APON標準建議）。這種標準之前在發達國家應用較多,在這些國家都有APON技術產品的實際應用。其中G.983.1是無源光網絡技術第一個國際標準文件，代表業務類型由窄帶到寬帶的的轉變。此后，在1999年FSAN聯盟的OAN工作組發布的APON/BPON標準被國際電聯電信標準化部門接納為G.983.x系列標準。基于ATM的APON網絡技術下行方向采用TDM（時分復用）技術，OLT到ONU傳輸連續的時隙流，以廣播方式發送到下行信道。上行方向通過突發模式傳輸ATM信源，采用TDMA（時分多址）技術。APON技術擁有兩種速率不同的幀結構：一種是上行約155Mbps，下行約622Mbps的非對稱速率幀結構；另一種是上、下行速率均為155Mbps的對稱速率幀結構。1999年，FSAN聯盟對APON標準進行加強改進提出BPON標準，BPON提供了動態帶寬分配、保護等功能，上下行速度分別為155Mbps和622Mbps。受限于當時BPON設備器件的成本高昂、光接入網外部配套設施不成熟，因此BPON技術并沒有大規模應用。此后由于ATM技術的逐步萎縮和網絡IP化進程加速導致之前基于ATM技術的APON/BPON技術在商用化和實用化方面嚴重受阻。1.1.2EPON/GPON隨著ATM技術的衰落，繼BPON之后IP技術迅速興起，業界迫切需要一種適宜IP業務承載、傳輸速率更高同時具有綜合業務接入能力的光接入技術出現。2001年初，EFMA（第一英里以太網）組織為順應快速發展的通信業務提出在二層用以太網取代異步傳輸的EPON技術概念，隨后IEEE（電氣和電子工程師協會）成立了801.3ah工作組，開始制定EPON標準建議。同時期，FSAN聯盟也開始研究傳輸效率更高，帶寬更大的GPON技術。2003年3月ITU-T與FSAN聯盟合作，在APON架構的基礎上重新設計后頒布了G.984（GPON標準建議），在2004年ITU-T又制定并發布了G.984.3與G.984.4的GPON標準細則。在EPON/GPON技術中，根據801.3以太網協議無源光網絡傳輸的是長度可變的數據幀，且適合網絡IP化進程加速前景下的IP業務承載，極大減少了傳輸開銷，同時具有綜合業務接入能力。EPON是以太網無源光網絡。EPON綜合了PON技術和以太網技術的優勢，在以太網之上提供多種業務。采用無源點到多點結構、光纖傳輸，所以EPON部署高效且經濟，是實現“最后一公里”、“光進銅退”和“三網合一”的最有效通信方法。EPON擁有上、下行均為1250Mbps的對稱速率，EPON的分光比最大可達1:64，最大傳輸距離為20公里。EPON下行數據流采用廣播技術，上行數據流采用TDMA技術，下行效率約72%，上行效率約68%，與GPON相比效率偏低。GPON與EPON相比采用的標準大不相同，可以說GPON比EPON更先進，在傳輸更大帶寬的同時效率更高，可帶的用戶也比EPON更多。雖然GPON相比于EPON在高速率和多業務更有優勢，但GPON的技術比較復雜，成本也是高于EPON。隨著社會發展和科技的進步GPON的應用前景越來越廣，GPON具有吉比特高速率，上行速率為1.25Gbps，下行速率為1.5Gbps。GPON使用NRZ擾碼作線路碼相比EPON使用的8B/10B編碼來說沒有帶寬損失，上下行效率分別為92%和89%。在保證服務質量和級別情況下，提供多業務透明傳輸和高帶寬利用率的能力，擁有電信級的業務管理和網絡監測。從單比特成本來講，GPON的成本要低于EPON。1.1.310GPON技術完成GPON技術標準之后，FSAN與ITU-T迅速鋪開下一代PON的技術標準工作，“全業務、低成本、廣覆蓋、高互通、高容量”將會成為下一代PON技術的演進目標，2009年10月，ITU-TSG15通過了10GPON的物理層規范(G.987.2)和總體需求(G.987.1)。2010年ITU-T發布通用OMCI標準（G.988）和10GPON傳輸匯聚層標準(G.987.3)，這標志著10GPON標準主體的初步完成。10GEPON最大分光比為1:256，可采用對稱或非對稱傳輸速率兩種傳輸模式，對稱速率上、下行均為10Gbps,非對稱速率上行為1.25Gbps下行為10Gbps。10G-GPON又稱為XG-PON，其中非對稱系統（上行速率1.5Gbps，下行速率10Gbps）稱為XG-PON1，對稱系統（上行速率10Gbps，下行速率10Gbps）稱為XG-PON2。GPON系統可以在原ODN組網安裝波分合波器進行由GPON到10G-GPON系統的升級更新。當前，ITU-T只在XGPON1階段上取得實質性進展，NGPON1中的XGPON2暫時還處在實驗室研究階段。1.3PON技術的選擇1.3.1EPON技術EPON具有對稱的上、下行1.25Gbps的傳輸速率，實際普遍使用的分光比為1:32，采用8B/10B的線路編碼方式上下行效率較低，實際速率不到1Gbps。EPON具有PX10、PX20光收發模塊，理論傳輸距離為20千米，實際傳輸距離為10千米。支持升級到10G-EPON，速率能夠擴容到10Gbps；由于EPON運用以太網技術和PON技術，整合了兩者的優勢有較高的兼容性，且EPON的技術要求不高，芯片研究技術較成熟。目前，EPON技術在日韓等地區使用較普遍。EPON技術由于自身的缺陷，下行數據沒有加密算法機制，廣播傳輸給各ONU時，網絡安全性差，信息容易被竊取；由于EPON只具有對稱的上下行速率，傳輸速率比較單一，不能滿足不同用戶對不同帶寬的需求。1.3.2GPON技術GPON相比于其他PON技術傳輸速率高；GPON技術的傳輸速率不僅包括EPON技術上下行對稱的傳輸速率，還擁有多種不對稱上下行速率可適應復雜的用戶需求。GPON采用NRZ擾碼，相對于EPON的編碼方式來說效率更高。GPON技術一般采用1:64的分光比，較大的分光比可以攜帶更多用戶。GPON的理論傳輸距離為60公里，實際傳輸距離為20公里，與EPON相比傳輸距離更遠。為防止下行數據被竊聽，GPON技術支持12bit嚴格的加密機制，同時系統實時更新各個光網絡單元密鑰，提高了傳輸的安全性。1.3.3EPON與GPON技術對比表2-1EPON與GPON技術對比GPONEPON協議標準ITU-TG.984IEEE801.3ah上行速率1250Mbps1250Mbps下行速率2500Mbps1250Mbps編碼方式NRZ編碼8B/10B編碼傳輸效率上行約89%，下行約92%上行約68%，下行約72%實際上行帶寬1110Mbps850Mbps實際下行帶寬2300Mbps900Mbps最大傳輸距離20km10km最大分光比1:128（常用1:64）1:64（常用1:32）網絡保護50ms主干光纜保護倒換無服務質量高，以太網、ATM、TDM低，以太網產業鏈互通性好差1.3.4GPON的關鍵技術（1）GEM幀結構GEM幀由5字節的幀頭和4-4095個字節承載的用戶數據組成。GEM幀頭包括PTI（凈荷類型指示），PLI（凈荷長度指示），HEC（幀頭錯誤檢驗）和Port-ID（端口指示）五個部分組成。由于GPON采用自己高效、獨特的封裝方式，可把固定或可變的幀統一處理，對所有業務進行高效率的封裝。（2）測距技術由于上行數據采用時分多址技術，為了補償溫度和老化引起的時延