接入網(wǎng)技術(shù)第4章光纖接入技術(shù)研究

1、接入網(wǎng)技術(shù)第4章 光纖接入技術(shù)研究2022/7/20接入網(wǎng)技術(shù)第4章 光纖接入技術(shù)本章教學(xué)重點(diǎn)簡要介紹光纖介質(zhì)的特點(diǎn)和優(yōu)勢介紹光接入網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、類型、應(yīng)用模式等介紹兩種典型的無源光網(wǎng)絡(luò)APON和EPON本章要求熟悉光纖介質(zhì)的特點(diǎn)，F(xiàn)TTX的含義掌握光接入網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)（特別是測距）；APON與EPON的異同 接入網(wǎng)技術(shù)第4章 光纖接入技術(shù)4.1 光纖的優(yōu)勢4.2 光纖在接入網(wǎng)中的延伸4.3 光接入網(wǎng)基礎(chǔ)知識(shí)4.4 無源光網(wǎng)絡(luò)4.5 APON4.6 EPON 接入網(wǎng)技術(shù)4.1 光纖的優(yōu)勢帶寬優(yōu)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(gè)波長可傳輸10Gb/s，采用波分復(fù)用可傳輸

2、更高的速率長距離傳輸優(yōu)勢衰減很小，不加中繼的距離現(xiàn)在可達(dá)數(shù)百公里抗惡劣環(huán)境優(yōu)勢抗腐蝕能力強(qiáng)，不受電磁波干擾安全性優(yōu)勢盜接線頭困難，不易盜聽 接入網(wǎng)技術(shù)大多數(shù)運(yùn)營商斷言：未來理想的寬帶接入網(wǎng)是基于光纖的網(wǎng)絡(luò)4.2 光纖在接入網(wǎng)中的延伸根據(jù)ONU位置，OAN可分為三種應(yīng)用類型 光纖到路邊 FTTC 光纖到樓 FTTB 光纖到家/辦公室 FTTH/O 接入網(wǎng)技術(shù)ONUOBD中心局ONUONUBuddingOBDOBD FTTC FTTB FTTH homeOLTOAN的應(yīng)用示意圖光纖到路邊 FTTCFTTC： Fiber To The Curb/CabOUN設(shè)在交接箱處用戶到OUN之間（引入線）仍用

3、雙絞銅線連接或同軸電纜通常為點(diǎn)到點(diǎn)和點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)一個(gè)OUN可為一個(gè)或多個(gè)用戶提供接入是一種介質(zhì)混合結(jié)構(gòu)通常采用FTTC+xDSL技術(shù)或FTTC+Cable Modem技術(shù) 接入網(wǎng)技術(shù)ONUOBD中心局OLT光接入網(wǎng)光纖到樓 FTTBFTTB： Fiber To The BuddingOUN設(shè)在辦公樓或居民住宅樓內(nèi)的某個(gè)公共地方用戶到OUN之間（引入線）用UTP5類線（或更高等級(jí)線）連接點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)，一個(gè)OUN為多個(gè)用戶提供接入通常采用FTTB+Ethernet技術(shù) 接入網(wǎng)技術(shù)OBD中心局OLT光接入網(wǎng)ONUBuddingEthernet光纖到家/辦公室 FTTH/OFTTH： Fiber To

4、 The HomeONU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(wǎng)無任何有源設(shè)備，是一個(gè)真正的透明網(wǎng)絡(luò)是一種真正意義上的寬帶接入技術(shù)是用戶接入網(wǎng)的長遠(yuǎn)目標(biāo) 接入網(wǎng)技術(shù)綜上：FTTH和FTTC更適合分散的個(gè)人用戶的接入 FTTB更適合單位和密集小區(qū)用戶的接入OBD中心局OLT光接入網(wǎng)ONUhome4.3 光接入網(wǎng)基礎(chǔ)知識(shí)光纖的工作窗口光接入網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)光接入網(wǎng)的分類光接入網(wǎng)的傳輸技術(shù) 接入網(wǎng)技術(shù)光纖的工作窗口光纖的工作窗口（可用工作波長區(qū)）有三個(gè)：850nm窗口 （ 780nm850nm）1310nm窗口（ 1260nm1360nm）1550nm窗口 （ 1480nm1580nm

5、）三個(gè)工作區(qū)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(yīng)用廣泛，主要用于提供2Mb/s及以下的業(yè)務(wù)1550nm波長用于異波長雙工的下行通信以及寬帶的新業(yè)務(wù)現(xiàn)已打開了第四個(gè)工作窗口：1625nm 接入網(wǎng)技術(shù)光接入網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)OAN：Optical Access Network，光接入網(wǎng)光接入網(wǎng)概念：接入網(wǎng)中部分或全部使用光纖作為傳輸介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)形式光接入網(wǎng)是標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)典型實(shí)例 接入網(wǎng)技術(shù)光接入網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu) 接入網(wǎng)技術(shù)用戶側(cè)網(wǎng)絡(luò)側(cè)光接入網(wǎng)(OAN)光光用戶側(cè)設(shè)備（電/光）光接入網(wǎng)設(shè)備光光接入網(wǎng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)側(cè)設(shè)備（電/光）光ITU-T提出的光接入網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)接

6、入網(wǎng)系統(tǒng)管理功能Q3ONUONUODNOLTAF中心局終端設(shè)備用戶側(cè)網(wǎng)絡(luò)側(cè)UNISNI光接入網(wǎng)(OAN)光接入網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)組成：光網(wǎng)絡(luò)單元ONU （Optical Network Unit）提供用戶到接入網(wǎng)的接口（光電轉(zhuǎn)換、物理接口）提供用戶業(yè)務(wù)適配功能（速率適配、信令轉(zhuǎn)換）光分配網(wǎng) ODN（Optical Distribution Network）為OLT和OUN之間提供光傳輸技術(shù)由光連接器和光分路器OBD (Optical Branching device)組成完成光信號(hào)功率的分配及光信號(hào)的分、復(fù)接功能光線路終端OLT（Optical Line Terminal）提供與中心局設(shè)備的接口（光

7、電轉(zhuǎn)換、物理接口）提供與ODN的光接口分離不同的業(yè)務(wù) 接入網(wǎng)技術(shù)光接入網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)光接入網(wǎng)的特點(diǎn)點(diǎn)到多點(diǎn)傳輸系統(tǒng)，介質(zhì)共享下行：OLT向各個(gè)ONU采用廣播通信方式上行：ONU向OLT通信時(shí)需要某種分配信道的策略面臨的問題需解決OLT和多個(gè)ONU之間上下行信號(hào)的正確傳輸關(guān)鍵是解決上行信道的占用問題下行傳輸：時(shí)分復(fù)用傳送信元流，各ONU在規(guī)定時(shí)隙接收自己的信息上行傳輸：各種多址技術(shù)（時(shí)分、波分等） 接入網(wǎng)技術(shù)光接入網(wǎng)的傳輸技術(shù)空分復(fù)用 SDM上下行雙向通信個(gè)各使用一根光纖兩個(gè)方向的通信單獨(dú)進(jìn)行，互不影響性能最佳，設(shè)計(jì)最簡單光傳輸設(shè)備和線纜雙倍，成本高 接入網(wǎng)技術(shù)光接入網(wǎng)的傳輸技術(shù)時(shí)分復(fù)用TDM每個(gè)

8、ONU動(dòng)態(tài)或固定分配一個(gè)時(shí)隙每個(gè)ONU在分配的時(shí)隙內(nèi)上傳數(shù)據(jù)固有問題每個(gè)ONU與OLT距離不等 傳輸時(shí)延不同到達(dá)OLT的相位不同對(duì)OTL要求完善的測距技術(shù)，實(shí)現(xiàn)定時(shí)調(diào)整 和同步快速的同步技術(shù)快速、動(dòng)態(tài)的門限判決技術(shù) 接入網(wǎng)技術(shù)t A1 B1 N1 A1保護(hù)時(shí)間OLTOBD上行 A1 B1 N1ONUONUONU光接入網(wǎng)的傳輸技術(shù)波分復(fù)用WDM不同波長的信號(hào)共享一根光纖傳輸，彼此不干擾要求每個(gè)ONU在指定波長上發(fā)射對(duì)激光二極管要求高（溫度、環(huán)境影響大）OLT設(shè)備復(fù)雜，成本高（每個(gè)波長都需光發(fā)射器和檢測器） 接入網(wǎng)技術(shù)PD：光電檢測器 2 1 N A1 B1 N1ONUONUONUOBD 1 N

9、2上行WDMPDPDPD 2 1 NOLT光接入網(wǎng)的分類根據(jù)光分配網(wǎng)是采用有源或無源設(shè)備，OAN分：AON和PONAON：Active Optical Network，有源光網(wǎng)絡(luò)ODN全部由有源器件組成（光放大器等）特點(diǎn)：傳輸容量大：155Mb/s或622Mb/s的接入速率 傳輸距離遠(yuǎn)：不加中繼器，距離為70多公里技術(shù)成熟：無論P(yáng)DH設(shè)備還是SDH設(shè)備，都已廣泛應(yīng)用給有源設(shè)備供電是一件麻煩事PON：Passive Optical Network，無源光網(wǎng)絡(luò)APON、EPON和GPON 接入網(wǎng)技術(shù)4.4 無源光網(wǎng)絡(luò)基本概念系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)傳輸關(guān)鍵技術(shù) 接入網(wǎng)技術(shù)PON的基本概念ODN全部由無源器件組

10、成（無源光分路器等）信號(hào)在傳輸過程中無再生放大信號(hào)由光分路器、無源光功率分配器等傳至用戶實(shí)現(xiàn)透明傳輸，信號(hào)處理全由局端和用戶端設(shè)備完成與有源光網(wǎng)絡(luò)比：覆蓋范圍和傳輸距離更小可靠性更高（戶外無有源設(shè)備，提高抗干擾能力）價(jià)格更低、安裝維護(hù)更方便是光接入網(wǎng)有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)（價(jià)格、維護(hù)等優(yōu)勢） 接入網(wǎng)技術(shù)PON的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成：OLT、ODN、ONU，且ODN中全是無源器件共享介質(zhì)邏輯上是點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)，物理拓?fù)淇捎卸喾N形式 接入網(wǎng)技術(shù)OLTONU1ONU2ONUnPON用戶用戶用戶OBD業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)UNISNIODNPON的數(shù)據(jù)傳輸下行：OLT向各ONU采用廣播通信方式，傳輸連續(xù)時(shí)隙流（下行幀）局端數(shù)據(jù) O

11、LT 封裝成連續(xù)時(shí)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(shù)據(jù)用戶終端上行：采用TDMA技術(shù)（動(dòng)態(tài)分配），突發(fā)傳送時(shí)隙流（上行幀）各ONU共享ODN，且數(shù)據(jù)突發(fā)性強(qiáng)。各ONU向OLT申請(qǐng)帶寬OLT授權(quán)ONU發(fā)送（上行的發(fā)送時(shí)隙、帶寬分配等） 獲得授權(quán)的ONU在指定時(shí)隙發(fā)送 接入網(wǎng)技術(shù)PON的數(shù)據(jù)傳輸PON的幀都是定時(shí)長幀，分上行幀和下行幀為了實(shí)現(xiàn)TDMA接入，在上行時(shí)隙中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)要求附加開銷。上行時(shí)隙格式如下： 接入網(wǎng)技術(shù)ONUONUOLTONUOBD上行突發(fā)模式下行連續(xù)模式保護(hù)時(shí)隙附加開銷ATM信元/OAM信元/以太幀用于OLT同步、標(biāo)識(shí)信元開始OAM信元為管理信元，

12、如帶寬申請(qǐng)、測距等PON的關(guān)鍵技術(shù)測距技術(shù)快速比特傳送技術(shù)突發(fā)信號(hào)的收發(fā)攪碼技術(shù)（擾碼）媒質(zhì)接入控制（MAC）技術(shù) 接入網(wǎng)技術(shù)測距技術(shù) 為何需要測距？采用TDMA，必須保證每個(gè)時(shí)隙的數(shù)據(jù)彼此獨(dú)立，互不干擾APON結(jié)構(gòu)中，各ONU到OLT的物理距離不等，則各ONU到OLT的傳輸時(shí)延不同，如不進(jìn)行時(shí)延補(bǔ)償，會(huì)出現(xiàn)時(shí)隙的重疊，造成數(shù)據(jù)干擾為確保多個(gè)ONU到OLT間的正確傳輸，必須引入測距機(jī)制，使各ONU到OLT的邏輯距離相等 接入網(wǎng)技術(shù)測距技術(shù)測距技術(shù)基本策略單獨(dú)測距+傳輸數(shù)據(jù)時(shí)測距相結(jié)合(粗測精測）單獨(dú)測距在ONU初裝聯(lián)網(wǎng)時(shí)必須進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)時(shí)測距可根據(jù)OLT的配置而定測距的基本原理OLT向ONU發(fā)

13、送測距允許消息，消息中指明ONU的上行應(yīng)答的時(shí)隙ONU在指定的上行時(shí)隙中用測距PLOAM信元應(yīng)答OLT計(jì)算往返時(shí)延，并與理想時(shí)延比較，計(jì)算出差值，發(fā)送一個(gè)測距時(shí)間給ONUONU根據(jù)測距時(shí)間調(diào)整均衡時(shí)延 接入網(wǎng)技術(shù)快速比特傳送技術(shù)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(shù)實(shí)現(xiàn)快速同步基本策略先實(shí)現(xiàn)位同步、再進(jìn)行信元同步普通的滑動(dòng)技術(shù)不能滿足快速同步要求，需采用其他技術(shù) 接入網(wǎng)技術(shù)突發(fā)信號(hào)的收發(fā)需要快速開啟和關(guān)閉光電路，以適應(yīng)上行的突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸接收端，需要快速調(diào)整接收門限，以適應(yīng)不同距離用戶的信號(hào)衰減攪碼技術(shù)（擾碼）為了保證共享介質(zhì)傳輸?shù)陌踩裕霐嚧a技術(shù)在發(fā)送端：通

14、過一個(gè)隨機(jī)碼對(duì)信息進(jìn)行異或運(yùn)算后傳送在接收端：采用相同的隨機(jī)碼再進(jìn)行一次異或運(yùn)算，得到原始數(shù)據(jù)信元的時(shí)隙分配接入請(qǐng)求/允許帶寬的動(dòng)態(tài)分配帶寬管理由OLT完成為不同的業(yè)務(wù)提供優(yōu)先級(jí)和帶寬上行帶寬的占用由媒質(zhì)接入控制MAC協(xié)議實(shí)現(xiàn) 接入網(wǎng)技術(shù)媒質(zhì)接入控制（MAC）技術(shù)4.5 APONAPON：ATM Passive optical network，ATM無源光網(wǎng)絡(luò) 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(shù)問題標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范：ITU-T的G.983 接入網(wǎng)技術(shù)基本特點(diǎn)基于ATM信元（ONU與OLT之間）支持對(duì)稱和非對(duì)稱工作方式對(duì)

15、稱方式： 雙向 非對(duì)稱方式：上、下行分別為、雙向通信：可用兩條光纖，波長1310nm區(qū)或一條光纖，異波長雙工(上行：1310nm區(qū),下行：1550nm區(qū))無放大器最大距離：20km最高32個(gè)用戶光分支利用波長分配增加業(yè)務(wù)能力傳輸技術(shù)：上、下行均采用時(shí)分復(fù)用 接入網(wǎng)技術(shù)APON的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)接入的主干網(wǎng)為ATM網(wǎng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流為ATM信元流拓?fù)洌簾o源雙星結(jié)構(gòu)一個(gè)ODN（即1個(gè)OBD）最多支持32個(gè)ONU（用戶數(shù)）當(dāng)ONU大于32時(shí)，要求一個(gè)OLT提供多個(gè)ODN接口 接入網(wǎng)技術(shù)OLTODNONU1ONU2ONUnAPON（傳輸ATM信元流）ATM 交換機(jī)用戶用戶用戶OBDAPON的數(shù)據(jù)傳輸APON在PO

16、N上傳送ATM信元APON幀傳輸?shù)幕驹硗琍ON，只是APON幀中封裝的是ATM信元APON幀中上行信元格式如下： 接入網(wǎng)技術(shù)3字節(jié)保障區(qū)間前導(dǎo)符定界符ATM（OAM）信元53字節(jié)測距要求用于OLT同步信元的開始APON的幀格式定時(shí)長幀下行速率為時(shí)，每幀56個(gè)信元下行速率為時(shí)，每幀224個(gè)信元 接入網(wǎng)技術(shù)PLOAM 1ATM信元1ATM信元2ATM信元27PLOAM 2ATM信元28ATM信元53PLOAM 3下行幀格式1幀=56個(gè)信元，每信元53字節(jié)ATM信元1ATM信元2ATM信元52ATM信元53上行幀格式1幀=53個(gè)信元，每信元56字節(jié)3字節(jié)頭部上下行速率為的幀結(jié)構(gòu)APON的延續(xù)GP

17、ON弱化ATM保留了APON的許多優(yōu)點(diǎn)，與APON有很多相同之處，但更高效、高速支持上、下行不對(duì)稱速率：下行，上行適配協(xié)議采用： GFP（通用成幀協(xié)議）支持多業(yè)務(wù)、多承載（包括ATM業(yè)務(wù)、TDM業(yè)務(wù)以及IP/Ethernet業(yè)務(wù)），提供明確的服務(wù)質(zhì)量保證和服務(wù)級(jí)別，具有電信級(jí)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測和業(yè)務(wù)管理能力。GPON成為目前最為理想的寬帶光纖接入網(wǎng)技術(shù) 接入網(wǎng)技術(shù)4.6 EPONEPON：Ethernet Passive optical network在PON上傳送Ethernet幀基于Ethernet技術(shù)和PON技術(shù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與APON類似MAC協(xié)議與APON不同速率：下行：百兆/千兆，廣播方式上行：百兆/千兆，共享傳輸技術(shù)：上、下行均采用時(shí)分復(fù)用存在PON中同樣的技術(shù)問題 接入網(wǎng)技術(shù)EPON的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與APON相似，但：接入的主干網(wǎng)為以太網(wǎng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流為以太幀流 接入網(wǎng)技術(shù)OLTODNONU1ONU2ONUnEPON（傳輸以太幀流）Ethernet 交換機(jī)用戶用戶用戶OBDEPON的