現(xiàn)代接入網(wǎng)技術(shù) 課件 第4章光纖接入網(wǎng)

第4章光纖接入網(wǎng)

光纖接入網(wǎng)概述EPON技術(shù)GPON技術(shù)4.1光纖接入網(wǎng)概述

光纖接入網(wǎng)（OpticalAccessNetwork，OAN），是指采用光纖傳輸技術(shù)的接入網(wǎng)，泛指本地交換機(jī)或遠(yuǎn)端模塊與用戶之間采用光纖通信或部分采用光纖通信的系統(tǒng)。

通常，OAN是指采用基帶數(shù)字傳輸技術(shù)，并以傳輸雙向交互式業(yè)務(wù)為目的的接入傳輸系統(tǒng)，應(yīng)能以數(shù)字或模擬技術(shù)升級傳輸帶寬廣播式業(yè)務(wù)和交互式業(yè)務(wù)。

光纖接入網(wǎng)示意圖

4.1.2分類光纖接入技術(shù)在早期采用的接入方式是有源接入，簡稱有源光網(wǎng)絡(luò)（ActiveOpticalNetwork，AON），如SDH同步數(shù)字體系、光纖以太網(wǎng)接入技術(shù)等。隨著寬帶用戶的大規(guī)模發(fā)展，傳統(tǒng)的AON技術(shù)已經(jīng)無法適應(yīng)需求，而且其設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)也變得越來越困難，因此又發(fā)展出了新一代的無源光網(wǎng)絡(luò)（PassiveOpticalNetwork，PON）技術(shù)。FTTx通常是根據(jù)光纖到達(dá)用戶側(cè)的不同位置來進(jìn)行劃分的，常見的FTTx模式如下。（1）FTTN：FiberToTheNode，光纖到節(jié)點(diǎn)。（2）FTTCab：FiberToTheCabinet，光纖到交接箱。（3）FTTC：FiberToTheCurb，光纖到路邊。（4）FTTB：FiberToTheBuilding，光纖到樓。（5）FTTP：FiberToThePremise，光纖到用戶駐地。（6）FTTH：FiberToTheHome，光纖到戶。（7）FTTO：FiberToTheOffice，光纖到辦公室。

4.1.3拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)光纖接入網(wǎng)采用的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有星狀、樹狀、總線狀、鏈狀和環(huán)狀結(jié)構(gòu)等。無源光網(wǎng)絡(luò)與有源光網(wǎng)絡(luò)常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有所不同1．無源光網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)無源光網(wǎng)絡(luò)一般采用星狀、樹狀和總線狀結(jié)構(gòu)。1）星狀結(jié)構(gòu)星狀結(jié)構(gòu)包括單星狀結(jié)構(gòu)和雙星狀結(jié)構(gòu)。（1）單星狀結(jié)構(gòu)是指用戶端的每個(gè)ONU分別通過一根或一對光纖與光線路終端（OLT）相連，形成以O(shè)LT為中心向四周輻射的星狀連接結(jié)構(gòu)在采用此結(jié)構(gòu)時(shí)，光纖連接中不使用光分路器，不存在由分路器引入的光信號衰減，網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍大；線路中沒有有源電子設(shè)備，是一個(gè)純無源網(wǎng)絡(luò)，線路維護(hù)簡單；采用相互獨(dú)立的光纖信道，ONU之間互不影響且保密性能好，易于升級；光纜需求量大，光纖和光源無法共享，所以成本較高。（2）雙星狀結(jié)構(gòu)是單星狀結(jié)構(gòu)的改進(jìn)結(jié)構(gòu)，多個(gè)ONU均連接到無源光分路器OBD（以下簡稱光分路器），然后通過一根或一對光纖再與OLT相連。雙星狀結(jié)構(gòu)適合網(wǎng)徑更大的范圍，而且具有維護(hù)費(fèi)用低、易于擴(kuò)容升級、業(yè)務(wù)變化靈活等優(yōu)點(diǎn)，是目前采用比較廣泛的一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。2）樹狀結(jié)構(gòu)樹狀結(jié)構(gòu)是對星狀結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展。連接OLT的第一個(gè)光分路器將光分成N路，下一級連接第二個(gè)光分路器或直接連接ONU，最后一級的光分路器連接N個(gè)ONU。樹狀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：線路維護(hù)容易；不存在雷電及電磁干擾，可靠性高；由于OLT的一個(gè)光源給所有ONU提供光功率，光源的功率有限，這限制了所連接ONU的數(shù)量及光信號的傳輸距離。3）總線狀結(jié)構(gòu)總線狀

結(jié)構(gòu)適用于沿街道、公路狀分布的用戶環(huán)境，通常采用非均勻分光的光分路器沿線狀排列。光分路器從光總線中分出OLT傳輸?shù)墓庑盘?，將每個(gè)ONU傳出的光信號插入光總線。在該結(jié)構(gòu)中，非均勻的光分路器只給光總線引入少量的損耗，并且只從光總線中分出少量的光功率；由于光纖線路存在損耗，使在靠近OLT和遠(yuǎn)離OLT處接收到的光信號強(qiáng)度有較大差別，因此，對ONU中光接收機(jī)的動態(tài)范圍要求較高。2．有源光網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有源光網(wǎng)絡(luò)一般采用雙星狀、鏈狀和環(huán)狀結(jié)構(gòu)。1）雙星狀結(jié)構(gòu)3）環(huán)狀結(jié)構(gòu)2）鏈狀結(jié)構(gòu)1）雙星狀結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)引入了遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)RN/RT，它既繼承了星狀結(jié)構(gòu)的一些特點(diǎn)（如與原有網(wǎng)絡(luò)和管道的兼容性、保密性、故障定位容易、用戶設(shè)備較簡單等），又通過向新設(shè)的RN/RT分配一些復(fù)用功能（有時(shí)還附加一些有限的交換功能）來減少饋線光纖的數(shù)量，從而克服星狀結(jié)構(gòu)成本高的缺點(diǎn)。由于饋線段最長，多個(gè)用戶共享可使系統(tǒng)成本大大降低，因此雙星狀結(jié)構(gòu)是一種經(jīng)濟(jì)的、演進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，很適合傳輸距離較遠(yuǎn)、用戶密度較高的企事業(yè)用戶區(qū)和居民住宅用戶區(qū)。

2）鏈狀結(jié)構(gòu)將涉及通信的所有點(diǎn)串聯(lián)起來并使首末兩個(gè)點(diǎn)開放，就形成了鏈狀結(jié)構(gòu)，如圖4-7所示。遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)RN可以采用SDH分插復(fù)用器（ADM），ADM十分靈活，可以開展上行、下行低速業(yè)務(wù)，可以節(jié)省光纖并簡化設(shè)備（ADM兼有ONU的功能）。這種結(jié)構(gòu)與星狀結(jié)構(gòu)正好相反，其全部傳輸設(shè)備可以被用戶共享，因此，需要總線帶寬足夠高，可以傳輸雙向的低速通信業(yè)務(wù)及分配型業(yè)務(wù)。3）環(huán)狀結(jié)構(gòu)環(huán)狀結(jié)構(gòu)是指所有節(jié)點(diǎn)公用一條光纖鏈路，光纖鏈路首尾相接組成封閉回路的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的突出優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)自愈，即無須外界干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)可在較短的時(shí)間內(nèi)自動從失效故障中恢復(fù)所傳業(yè)務(wù)；其缺點(diǎn)是單環(huán)所掛的用戶數(shù)量有限。4.1.4傳輸技術(shù)光纖接入網(wǎng)是一種共享介質(zhì)的點(diǎn)到多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在OAN（光纖接入網(wǎng)）中，OLT和ONU之間的傳輸分為上行與下行兩個(gè)方向，信號從OLT到ONU稱為“下行”，從ONU到OLT稱為“上行”。OAN的傳輸技術(shù)需要確保OLT與多個(gè)ONU之間上行、下行信號的正確傳輸，其中最關(guān)鍵的是解決上行信道的使用問題。下行通信時(shí)，OLT采用廣播通信方式。OLT先將要送至各ONU的信號時(shí)分復(fù)用成時(shí)隙流，然后送至饋線光纖，經(jīng)光分路器進(jìn)行功率分路后，再廣播至各個(gè)ONU。各ONU在規(guī)定時(shí)隙接收自己的信息。上行通信時(shí)，由于多個(gè)ONU共享一根光纖傳輸，而每個(gè)ONU發(fā)送信號是突發(fā)的，因此，為了避免上行信號發(fā)生碰撞，需要某種信道分配策略，保證任意時(shí)刻只有一個(gè)ONU發(fā)送信號，各ONU之間輪流發(fā)送，以實(shí)現(xiàn)傳輸信道的共享。在OAN中，通常采用的復(fù)用技術(shù)包括：

空分復(fù)用（SpaceDivisionMultiplexing，SDM）。

時(shí)分復(fù)用（TimeDivisionMultiplexing，TDM）。

波分復(fù)用（WavelengthDivisionMultiplexing，WDM）。1.空分復(fù)用SDM技術(shù)的基本原理是在上行、下行雙向通信過程中各使用一根光纖，兩個(gè)方向的通信單獨(dú)進(jìn)行，互不影響。SDM由于使用了兩根獨(dú)立的光纖，因此性能最佳，設(shè)計(jì)最簡單。但是，由于光傳輸設(shè)備和線纜是雙倍的，因此成本很高。2．時(shí)分復(fù)用TDM技術(shù)是在同一光載波波長上把時(shí)間分成周期性的幀，每個(gè)幀再分成若干時(shí)隙，然后根據(jù)一定的時(shí)隙分配原則，給每個(gè)ONU分配一個(gè)固定的時(shí)隙，規(guī)定每個(gè)ONU在每幀內(nèi)只能在所分配的固定時(shí)隙內(nèi)向OLT上傳數(shù)據(jù)。由于OAN中每個(gè)ONU到OLT的距離不等，因此傳輸時(shí)延不同，到達(dá)OLT的相位也不同。為防止在光分路器中發(fā)生碰撞，要求OLT必須具有完善的測距技術(shù)，測定它與各ONU的相對距離，以實(shí)現(xiàn)發(fā)送的定時(shí)調(diào)整，保證頻率同步。同時(shí)，還要求OLT必須實(shí)現(xiàn)快速的同步技術(shù)和快速、動態(tài)的門限判決技術(shù)。這樣，在滿足定時(shí)和同步的條件下，OLT可以在各個(gè)時(shí)隙中有條不紊地接收各ONU的信號。3．波分復(fù)用把不同波長的光信號復(fù)用到一根光纖中進(jìn)行傳輸，每個(gè)波長作為一個(gè)獨(dú)立的通道傳輸一種預(yù)定波長的光信號的方式稱為波分復(fù)用。它實(shí)質(zhì)上是在光纖上進(jìn)行光的頻分復(fù)用，即用不同的光載波傳輸不同的信息，只不過光波通常采用波長而不是頻率來描述、檢測與控制的。波分復(fù)用可細(xì)分為WDM和DWDM。WDM是對不同窗口的光波進(jìn)行復(fù)用，DWDM是對同一窗口的多個(gè)光波復(fù)用。根據(jù)波分復(fù)用的原理，不同波長的信號只要相隔一定間隔，就可以共享同一根光纖傳輸而彼此互不干擾。因此，WDM技術(shù)分別將各個(gè)ONU的上行傳輸信號調(diào)制為不同波長的信號，送至OBD并耦合進(jìn)饋線光纖，就可以實(shí)現(xiàn)上行傳輸。在OLT處再利用WDM器件分出屬于各個(gè)ONU的光信號，最后再通過光電檢測器（PD）解調(diào)出電信號。WDM技術(shù)的特點(diǎn)（1）可充分利用光纖的巨大帶寬資源，增大光纖的傳輸容量。（2）在單根光纖上實(shí)現(xiàn)雙向傳輸，減小線路投資。（3）降低了對器件的超高速要求。（4）由于波分復(fù)用通道具有數(shù)據(jù)格式的透明性，因此能方便地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容，引入寬帶新業(yè)務(wù)。（5）對激光二極管要求高，因?yàn)閃DM要求每個(gè)ONU都在指定波長上發(fā)射。（6）OLT設(shè)備復(fù)雜，成本高，因?yàn)槊總€(gè)波長都需要光發(fā)射器和檢測器。4.1.5應(yīng)用類型按照光纖接入網(wǎng)的參考配置，根據(jù)ONU設(shè)置位置的不同，光纖接入網(wǎng)可分為不同的應(yīng)用類型，主要包括光纖到路邊（FTTC）、光纖到樓（FTTB）、光纖到戶（FTTH）和光纖到辦公室（FTTO）等。圖4-11所示為光纖接入網(wǎng)的3種不同的應(yīng)用類型。1．FTTC在FTTC結(jié)構(gòu)中，ONU設(shè)置在路邊的入孔或電線桿上的分線盒處（DP）。從ONU到各用戶之間的部分仍用銅雙絞線。若要傳輸寬帶圖像業(yè)務(wù)，則除距離很短的情況外，這一部分可能會用到同軸電纜。FTTC結(jié)構(gòu)主要適用于點(diǎn)到點(diǎn)或點(diǎn)到多點(diǎn)的樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用戶為居民住宅用戶和小型企事業(yè)用戶。2．FTTBFTTB也可以視為FTTC的一種變型，不同之處在于將ONU直接放在樓內(nèi)，再經(jīng)多對銅雙絞線將業(yè)務(wù)分別傳輸給各個(gè)用戶。FTTB是一種點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)，通常不用于點(diǎn)到點(diǎn)結(jié)構(gòu)的情況。FTTB的光纖化進(jìn)程比FTTC更快，光纖已敷設(shè)到樓，因?yàn)槠涓m合高密度用戶區(qū)，也更接近長遠(yuǎn)發(fā)展目標(biāo)。3．FTTH和FTTO在FTTC結(jié)構(gòu)中，若將設(shè)置在路邊的ONU換成無源光分路器，然后將ONU移到用戶房間內(nèi)，則構(gòu)成FTTH結(jié)構(gòu)。若將ONU放置在大型企事業(yè)用戶的大樓終端設(shè)備處，并能提供一定范圍的靈活業(yè)務(wù)，則構(gòu)成FTTO結(jié)構(gòu)。FTTO結(jié)構(gòu)主要用于大型企事業(yè)用戶，業(yè)務(wù)量需求大，因而結(jié)構(gòu)上適合點(diǎn)到點(diǎn)結(jié)構(gòu)或環(huán)形結(jié)構(gòu)；而FTTH結(jié)構(gòu)用于居民住宅用戶，業(yè)務(wù)量需求很小，因而經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)是點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)。

4.2EPON技術(shù)EPON（EthernetPassiveOpticalNetwork，以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)）是以太網(wǎng)技術(shù)和無源光網(wǎng)絡(luò)PON技術(shù)的結(jié)合，為了提高以太網(wǎng)在“最后一公里”中的應(yīng)用，IEEEEFM工作組于2000年開始制定802.3ah標(biāo)準(zhǔn)，其中包括EPON和P2P光纖以太網(wǎng)兩種技術(shù)，定義了速率為1000Mbit/s、傳輸距離為10km和速率為1000Mbit/s、傳輸距離為20km的兩種點(diǎn)到點(diǎn)單纖雙向光以太網(wǎng)系統(tǒng)。EPON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖4.2.2EPON的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)EPON是一個(gè)點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)的光纖接入網(wǎng)，建立在APON的標(biāo)準(zhǔn)G.983上。它利用PON的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)的接入，在PON上傳輸Ethernet幀，為用戶提供可靠的數(shù)據(jù)、語音、視頻等多種業(yè)務(wù)。EPON一般采用雙星狀或樹狀結(jié)構(gòu)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖如圖4-12所示。EPON包括無源網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和有源網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

無源網(wǎng)絡(luò)設(shè)備指的是光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN），包括光纖、無源光分路器連接器和光纖接頭等。它一般放置于局外，稱為局外設(shè)備。

有源網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括無線路終端（OLT）、光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）和設(shè)備管理系統(tǒng)（EMS）。EPON中較復(fù)雜的功能主要集中于OLT，而ONU的功能較簡單，這主要是為了盡量降低用戶端設(shè)備的成本。4.2.3EPON的傳輸原理EPON系統(tǒng)采用WDM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)單纖雙向傳輸，上行波長為1310nm，下行波長為1490nm，EPON的單纖復(fù)用方式如圖4-13所示。EPON系統(tǒng)下行工作原理點(diǎn)對多點(diǎn)無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括EPON、GPON、BPON等。BPON/APON由于技術(shù)比較復(fù)雜、成本較高、速率有限、IP業(yè)務(wù)映射效率低等原因，不宜再采用。EPON系統(tǒng)中信息的傳輸可以分為兩個(gè)方向：OLT至ONU方向稱為下行，ONU至OLT方向稱為上行。EPON系統(tǒng)的上行、下行數(shù)據(jù)傳輸采用不同的復(fù)用技術(shù)，下行方向采用廣播方式，OLT向ONU發(fā)送下行數(shù)據(jù)，每個(gè)ONU根據(jù)下行數(shù)據(jù)的標(biāo)識信息LLID（LogicalLinkIdentifier，邏輯鏈路標(biāo)識符）接收屬于自己的數(shù)據(jù)，丟棄其他用戶的數(shù)據(jù)。

EPON系統(tǒng)下行工作原理EPON系統(tǒng)上行EPON系統(tǒng)上行數(shù)據(jù)傳輸采用TDMA（TimeDivisionMultiplexingAccess，時(shí)分多址）方式，各個(gè)ONU上行數(shù)據(jù)分時(shí)發(fā)送，ONU只能在OLT規(guī)定的時(shí)間內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)，各ONU的發(fā)送時(shí)間與長度由OLT集中控制。上行傳輸方式的原則是：任意時(shí)刻只有一個(gè)ONU發(fā)送上行數(shù)據(jù)，系統(tǒng)才能正常工作，不同的ONU分配不同的時(shí)間片，輪流發(fā)送上行數(shù)據(jù)；每個(gè)ONU發(fā)送上行數(shù)據(jù)的時(shí)間片可以是動態(tài)的，時(shí)間片的大小和多少在宏觀上表現(xiàn)為帶寬的大小。EPON系統(tǒng)上行工作原理4.2.4EPON協(xié)議棧EPON協(xié)議棧結(jié)構(gòu)如圖4-16所示。EPON的協(xié)議棧對應(yīng)于OSI參考模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，其中數(shù)據(jù)鏈路層包含以下子層。EPON協(xié)議棧結(jié)構(gòu)

4.2.5EPON的關(guān)鍵技術(shù)1．測距技術(shù)在EPON中，一個(gè)OLT可以接16～64個(gè)ONU，從ONU至OLT的距離有長有短，最短的可以是幾米，最長的可達(dá)20km。EPON采用TDMA方式接入技術(shù)，使每個(gè)ONU的上行數(shù)據(jù)在公用光纖中匯合后，插入指定的時(shí)隙，彼此間既不發(fā)生碰撞，間隔又不會太大。所以，OLT必須準(zhǔn)確地知道數(shù)據(jù)在OLT和每個(gè)ONU之間傳輸?shù)耐禃r(shí)間RTT（RoundTipTime），即OLT要不斷地對每個(gè)ONU與OLT的距離進(jìn)行精確測定（測距），以便控制每個(gè)ONU發(fā)送上行數(shù)據(jù)的時(shí)刻。測距具體過程OLT發(fā)出測距信息，此信息經(jīng)過OLT內(nèi)的電子電路和光電轉(zhuǎn)換時(shí)延后，光信號進(jìn)入光纖傳輸并產(chǎn)生時(shí)延后到達(dá)ONU，經(jīng)過ONU內(nèi)的光電轉(zhuǎn)換和電子電路時(shí)延后又發(fā)送光信號到光纖并再次產(chǎn)生時(shí)延，最后到達(dá)OLT，OLT把收到的傳輸時(shí)延信號和它發(fā)出去的信號的相位進(jìn)行比較，從而獲得傳輸時(shí)延值。OLT以距離最遠(yuǎn)的ONU的時(shí)延為基準(zhǔn)，算出每個(gè)ONU的時(shí)延補(bǔ)償值Td并通知ONU。該ONU在收到OLT允許它發(fā)送信息的授權(quán)后，時(shí)延Td后再發(fā)送自己的信息，這樣各個(gè)ONU采用不同的Td調(diào)整自己的發(fā)送時(shí)刻，以便使所有ONU到達(dá)OLT的時(shí)間都相同。RTT=TDOWNSTREAM+TUPSTREAM=(t2-t0)–TWAIT=(t2-t0)-(t1-t0)=t2-t1測距原理示意圖2．動態(tài)帶寬分配動態(tài)帶寬分配（DBA）是EPON系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)。通過DBA，OLT可以對每個(gè)ONU的上行、下行帶寬進(jìn)行動態(tài)管理，按照ONU的業(yè)務(wù)類型和帶寬需求，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬使用狀態(tài)來靈活分配ONU的帶寬，試行按需分配，可以實(shí)現(xiàn)按流量和業(yè)務(wù)類型的管理，既可以保證相關(guān)業(yè)務(wù)的QoS，又可以方便用戶管理。EPON標(biāo)準(zhǔn)中沒有定義DBA的具體算法，具體的實(shí)現(xiàn)算法有多種，目前各芯片廠家都可以支持DBA算法，主要的DBA算法的衡量指標(biāo)是算法效率和有效性。3．安全性及可靠性EPON系統(tǒng)可以對上行、下行數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，每個(gè)ONU可采用專用密鑰以保證其安全性，而且對密鑰可以定期更新。具體安全保障措施如下。

任意ONU只能接收發(fā)送給本ONU和端口的數(shù)據(jù)。

任意ONU端口不能看到其他ONU或其他端口的上行數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)是否加密由ONU與OLT進(jìn)行協(xié)商，密鑰的轉(zhuǎn)換同時(shí)進(jìn)行。4.3.1GPON技術(shù)4.3.1GPON技術(shù)概述GPON（Gigabit-capablePassiveOpticalNetwork，吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)）是由FSAN（FullServiceAccessNetwork，全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)絡(luò)）組織推動并在ITU-T標(biāo)準(zhǔn)化的一種無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在2001年發(fā)起指定的PON標(biāo)準(zhǔn)。相對于其他PON標(biāo)準(zhǔn)而言，GPON標(biāo)準(zhǔn)提供了前所未有的高帶寬（下行速率約為2.5Gbit/s），上行速率、下行速率有對稱和不對稱兩種，其非對稱特性更能適應(yīng)寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)市場。與EPON直接采用以太網(wǎng)幀不同，GPON標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一種特殊的封裝方法，即GEM（GPONEncapsulationMethod，GPON封裝方法）。GPON可以同時(shí)承載ATM信元和GEM幀，有很好的提供服務(wù)等級、支持QoS保證和全業(yè)務(wù)接入的能力。在承載GEM幀時(shí)，可以將TDM業(yè)務(wù)映射到GEM幀中，使用標(biāo)準(zhǔn)的8kHz幀能夠直接支持TDM業(yè)務(wù)。作為一種電信級的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，GPON還規(guī)定了在接入網(wǎng)層面上的保護(hù)機(jī)制和完整的OAM功能。

4.3.2GPON的技術(shù)原理1．GPON突發(fā)傳輸技術(shù)與EPON一樣，GPON的上行信號也是突發(fā)信號。EPON為了接收突發(fā)信號，在各個(gè)突發(fā)包之間留了較大的物理層開銷，來實(shí)現(xiàn)突發(fā)信號的增益恢復(fù)及時(shí)鐘恢復(fù)；GPON則采用了不同的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對突發(fā)信號的接收。GPON通過控制管理層面上的信令，在ONU啟動初始化時(shí)調(diào)整ONU發(fā)射機(jī)的功率，使ONU信號到達(dá)OLT時(shí)幅度變化不會太大，這樣有利于信號的快速接收和恢復(fù)。ONU的發(fā)射機(jī)功率一般可以分為三類：最大功率、最大功率的1/2、最大功率的1/4。經(jīng)過這樣的調(diào)整，OLT的接收機(jī)動態(tài)范圍要比調(diào)整前至少提高6dB。GPON仍然使用物理層開銷，但是相對于EPON而言，功率調(diào)整的機(jī)制使其物理層開銷要少得多。2．GPON的幀結(jié)構(gòu)GPON系統(tǒng)采用125μs長度的幀結(jié)構(gòu)，用于更好地適配TDM業(yè)務(wù)，繼續(xù)沿用APON中PLOAM信元的概念傳輸OAM信息，并加以補(bǔ)充豐富。幀的凈負(fù)荷中分ATM信元段和GEM（GPONMethod）通用幀段，可以實(shí)現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)的接入。1）GPON下行幀結(jié)構(gòu)GPON下行幀周期為125μs，若下行速率為2.488Gbit/s，則下行幀的長度為38

880字節(jié)，對于1.244Gbit/s的上行速率，上行幀的長度為19

440字節(jié)，以保證整個(gè)系統(tǒng)的定時(shí)關(guān)系。GPON下行幀包括下行物理層控制塊（PhysicalControlBlockdownstream，PCBd）和載荷部分（Payload）兩部分。PCBd用于提供幀同步、定時(shí)及動態(tài)帶寬分配等OAM功能。Payload用于透明承載ATM信元或GEM幀。PCBd模塊的組成

（1）Psync（Physicalsynchronization，物理層同步）：長度為4B，用于ONU與OLT同步。（2）Ident：用于指示超幀，其值為0時(shí)指示一個(gè)超幀的開始。（3）PLOAMd（PLOAMdown-stream）：長度為13B，用于承載下行PLOAM信息。（4）BIP：長度為1B，比特間插奇偶校驗(yàn)8比特碼，用于誤碼檢測。（5）Plend（PayloadLengthdownstream）：長度為4B，用于說明USBWMap域的長度及載荷中ATM信元的數(shù)目，為了增強(qiáng)容錯(cuò)性，Plend出現(xiàn)兩次。（6）USBWMap：域長度為N×9B，用于上行帶寬分配。帶寬分配的控制對象是T-CONT，一個(gè)ONU可分配多個(gè)T-CONT，每個(gè)T-CONT可包含多個(gè)具有相同QoS要求的VPI/VCI（用來識別ATM業(yè)務(wù)流）或PortID（用來識別GEM業(yè)務(wù)流），這是GPON動態(tài)帶寬分配技術(shù)中引入的概念，提高了動態(tài)帶寬分配的效率。2）GPON上行幀結(jié)構(gòu)GPON上行幀周期為125μs，幀格式的組織由下行幀中的USBWMap字段確定。

（1）PLOu（PhysicalLayerOverheadupstream，上行物理層開銷）：包含前導(dǎo)碼、定界符、BIP、PLOAMu指示及FEC指示，其長度在OLT初始化ONU時(shí)設(shè)置。ONU在占據(jù)上行信道后首先發(fā)送PLOu單元，以使OLT能夠快速同步，并正確接收ONU的數(shù)據(jù)。（2）PLSu：長度為120B，為功率測量序列，用于調(diào)整光功率。（3）PLOAMu（PLOAMupstream）：長度為13B，用于承載上行PLOAM信息，包含ONUID、MessageID、Message及CRC。（4）DBRu：長度為2B，包含DBA域及CRC域，用于申請上行帶寬。（5）Playload：用于填充ATM信元或GEM幀。

4.3.3GPON的關(guān)鍵技術(shù)1．GPON的上行、下行工作方式GPON的工作原理與EPON一樣，只是幀結(jié)構(gòu)不同。GPON系統(tǒng)要求OLT和ONU之間的光傳輸系統(tǒng)使用符合ITU-TG.652標(biāo)準(zhǔn)的單模光纖，上行、下行一般采用波分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)單纖雙向的上行、下行傳輸，上行使用波長范圍為1260～1360nm（標(biāo)稱波長為1310nm），下行使用波長范圍為1480～1560nm（標(biāo)稱波長為1550nm），實(shí)現(xiàn)CATV業(yè)務(wù)的承載。GPON下行采用廣播方式：GPON的下行幀長為固定的125μs，下行采用廣播方式，所有ONU都能收到相同的數(shù)據(jù)，通過ONUID來區(qū)分屬于各自的數(shù)據(jù)。GPON上行采用TDMA方式：GPON的上行通過TDMA（時(shí)分復(fù)用）的方式傳輸數(shù)據(jù)，上行信道被分成不同的時(shí)隙，根據(jù)下行幀的USBWMap（UpstreamBandwidthMap，上行帶寬映射）字段來給每個(gè)ONU分配上行時(shí)隙，這樣所有ONU就可以按照一定的秩序發(fā)送自己的數(shù)據(jù)，不會為了爭搶時(shí)隙而發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。2．GPON的復(fù)用結(jié)構(gòu)GPON提供兩種復(fù)用機(jī)制：一種基于異步傳遞模式（ATM）；另一種基于GEM。下面重點(diǎn)介紹基于GEM的復(fù)用機(jī)制。GEM是GPON的一種新的數(shù)據(jù)封裝方法，可以封裝任何一種業(yè)務(wù)。GEM幀由5字節(jié)的幀頭（Header）和可變長度的凈荷（Payload）組成。與ATM相同，GEM也提供面向連接的通信，但GEM的封裝效率更高。GPON的復(fù)用結(jié)構(gòu)GEM幀GPON提供兩種復(fù)用機(jī)制：一種基于異步傳遞模式（ATM）；另一種基于GEM。3．GPONDBA技術(shù)DBA（DynamicallyBandwidthAssignment，動態(tài)帶寬分配）技術(shù)是一種能在微秒或毫秒級的時(shí)間間隔內(nèi)完成對上行帶寬動態(tài)分配的技術(shù)。DBA技術(shù)可以提高PON端口的上行線路帶寬利用率，在PON口上增加更多的用戶，用戶可以享受到更大帶寬的服務(wù)，特別是那些帶寬突變比較大的業(yè)務(wù)。4.3.4GPON與EPON的比較EPON和GPON技術(shù)在運(yùn)營商構(gòu)建的光纖接入網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。而EPON和GPON都是在A/BPON的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，有著共同的技術(shù)起源。ITU和IEEE兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組織定位的不同導(dǎo)致GPON和EPON在技術(shù)理念上存在較大差異。比較項(xiàng)目GPON（ITU-TG.984）EPON（IEEE802.3ah）TDM支持能力TDMoverATM/TDMoverPacketTDMoverEthernet下行速率（Mbit/s）25001250上行速率（Mbit/s）12501250分路比（分光比）64～12832～64最大傳輸距離（km）6020網(wǎng)絡(luò)保護(hù)50ms主干光纖保護(hù)倒換未規(guī)定運(yùn)營、維護(hù)

OMCI必選，對ONT進(jìn)行全套FCAPS（故障、配置、計(jì)費(fèi)、性能、安全性）管理OAM可選且最低限度地支持：ONT的故障指示、環(huán)回合鏈路監(jiān)測光纖線路檢測OLSG.984.2無GPON和EPON技術(shù)相關(guān)指標(biāo)比較4.3.510GEPON和WDM-PON10GEPON的標(biāo)準(zhǔn)在2009年9月被頒布，并取得了快速發(fā)展。10GEPON作為率先成熟的下一代PON技術(shù)，符合網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢，具備大帶寬、大分光比，以及與EPON可兼容組網(wǎng)、網(wǎng)管統(tǒng)一、平滑升級等優(yōu)勢。10GEPON利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)直接提速10倍，且與國內(nèi)電信運(yùn)營商的帶寬規(guī)劃完美匹配，支撐國內(nèi)電信運(yùn)營商中遠(yuǎn)期規(guī)劃目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，支撐運(yùn)營商在IDC業(yè)務(wù)、政企客戶業(yè)務(wù)、家庭客戶的持續(xù)拓展。10GEPON的標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.3av，10GEPON的標(biāo)準(zhǔn)制定從2006年開始，于2009年9月正式頒布標(biāo)準(zhǔn)。目前，10GEPON的標(biāo)準(zhǔn)制定進(jìn)程較快，已經(jīng)確定了主要的技術(shù)細(xì)節(jié)?，F(xiàn)階段10GEPON已經(jīng)有不少應(yīng)用，據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，全球現(xiàn)網(wǎng)部署的10GEPON已經(jīng)超過25萬線的規(guī)模，其中大部分集中在我國。到目前為止，中國電信已經(jīng)進(jìn)行了三次10GEPON的性能測試，10GEPON設(shè)備已成熟，互通性已具備，可以在FTTB應(yīng)用場景下開始商用，并且用戶MDU成本僅提高了5%～20%，帶寬提高了10倍，每兆帶寬成本大幅下降。10GEPON核心競爭優(yōu)勢（1）10GEPON帶寬提升10倍，綜合成本增加不到1/10。在現(xiàn)有的FTTB模式下，采用10GEPON主要是因?yàn)?0GEPON具有大分光比、大容量、大帶寬的特點(diǎn)，這使得帶寬提升至原來的10倍，且設(shè)備成本只比EPON多20%～30%。最后綜合起來的成本增加不到10%。（2）10GEPON支持1:256分光比，滿足FTTB向FTTH的平滑演進(jìn)需求。（3）能夠支持長距離覆蓋，10GEPON可以達(dá)到OLT向匯聚型發(fā)展的目標(biāo)。它能夠提供更大功率運(yùn)算和更充足的光功率預(yù)算，另外10GEPON可以實(shí)現(xiàn)長距離覆蓋，因此它可使覆蓋半徑更廣，使OLT向匯聚型發(fā)展。（4）相對XGPON而言，10GEPON的產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)更加成熟，有利于其快速平穩(wěn)地發(fā)展。芯片廠商推出了ASIC方案，各大設(shè)備商都推出了10GEPON的設(shè)備。2．WDM-PON現(xiàn)行的EPON和GPON標(biāo)準(zhǔn)都屬于TDM-PON，TDM-PON在速率超過10Gbit/s時(shí)，要想實(shí)現(xiàn)光的突發(fā)接收和發(fā)送，技術(shù)難度和成本都將大幅提高。為了解決這一難題，WDM-PON技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。WDM-PON采用波分技術(shù)，技術(shù)難度相對較小，成本相對較低，且WDM-PON具有眾多的技術(shù)優(yōu)勢，比如可以進(jìn)一步節(jié)約主干光纖和OSP費(fèi)用，WDM-PON系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)單纖32～40個(gè)波長，并可以進(jìn)一步擴(kuò)展至80個(gè)波長；WDM-PON系統(tǒng)對速率、業(yè)務(wù)完全透明，不需要任何封裝協(xié)議，各波長相互獨(dú)立工作；WDM-PON系統(tǒng)具有極高的安全性，同一PON口下的所有ONU物理隔離；在系統(tǒng)的維護(hù)上，WDM-PON系統(tǒng)可以避免OTDR由于高插入損耗對光纖線路測量等的限制，從而更易進(jìn)行維護(hù)等。WDM-PON是一種采用波分復(fù)用技術(shù)、點(diǎn)對點(diǎn)的無源光網(wǎng)絡(luò)，即在同一根光纖中，雙向采用的波長數(shù)目大于3個(gè)，利用波分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)上行接入，能夠以較低的成本提供較大的工作帶寬，是光纖接入的未來的重要發(fā)展方向。典型的WDM-PON系統(tǒng)由三部分組成：OLT、光波長分配網(wǎng)絡(luò)（OpticalWavelengthDistributionNetwork，OWDN）和ONU4.3.6GPON的應(yīng)用GPON技術(shù)的定位是接入網(wǎng)，是一種寬帶光纖接入技術(shù)。GPON用一個(gè)流行的行業(yè)術(shù)語來說，就是實(shí)現(xiàn)FTTn的一種技術(shù)。GPON設(shè)備的市場定位實(shí)際上與運(yùn)營商目前在接入層光纖化的具體進(jìn)程有關(guān)。目前，運(yùn)營商在接入層光纖化的基本策略都是相同的，即從接入網(wǎng)層面的饋線段、配線段到最終的引線段逐段逐步實(shí)現(xiàn)光纖化，最終的目標(biāo)就是FTTH。GPON設(shè)備在FTTn的應(yīng)用中

的優(yōu)勢（1）專用的接入網(wǎng)技術(shù)規(guī)范，適用于接入網(wǎng)的應(yīng)用環(huán)境：為終端用戶提供真正源模式的TDM服務(wù)和高質(zhì)量的以太網(wǎng)接入服務(wù)。（2）無源光網(wǎng)技術(shù)：整個(gè)光分配網(wǎng)（ODN）沒有有源器件，可維護(hù)性好、可靠性高，可以大大降低接入網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)成本。（3）組網(wǎng)靈活，可以在接入層面實(shí)現(xiàn)星狀、樹狀、總線狀、環(huán)狀等各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。（4）具有實(shí)現(xiàn)全程雙向點(diǎn)對點(diǎn)的線路保護(hù)能力。（5）滿足了運(yùn)營商對業(yè)務(wù)增長和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化的需求，相對于其他FTTn手段，性價(jià)比高。1．GPON工