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1、第四章 光纤接入技术,4.1 无源光网络（PON）接入技术 4.2 ATM无源光网络（APON）接入技术 4.3 以太网无源光网络（EPON）接入技术 4.4 有源光网络（AON）接入技术,4.1 无源光网络（PON）接入技术,根据光接入网（OAN）参考配置可知，OAN由光线路终端（OLT）、光配线网（ODN）和光网络单元（ONU）三大部分组成。,4.1.1 PON拓扑结构 一、基本拓扑结构 光接入网（OAN）的拓扑结构取决于光配线网（ODN）的结构。通常ODN可归纳为单星型、树型、总线型和环型等四种基本结构，也就是PON的四种基本拓扑结构。,1单星型结构 单星型结构是指用户端的每一个光网络单
2、元（ONU）分别通过一根或一对光纤与端局的同一OLT相连，形成以光线路终端（OLT）为中心向四周辐射的星型连接结构。 2树型结构 在PON的树型结构（也叫多星型结构）中，连接OLT的第一个光分支器（Optical Branching Device，OBD）将光分成n路，每路通向下一级的OBD，如最后一级的OBD也为n路并连接n个ONU。,3总线型结构 总线（bus）型结构的PON通常采用非均匀分光的光分路器（OBD）沿线状排列。 4环型结构 环型结构相当于总线型结构组成的闭合环，其信号传输方式和所用器件与总线型结构差不多。,二、性能比较 为便于PON结构选择，现将总线型、星型、环型及树型拓扑结
3、构从性能上进行比较，如表4.1所示。,4.1.2 PON关键技术 一、PON的双向传输技术 在PON中，OLT至ONU的下行信号传输过程是：OLT送至各ONU的信息采用光时分复用（Optical Time Division Multiplexing，OTDM）方式组成复帧送到馈线光纤；通过无源光分路器以广播方式送至每一个ONU，ONU收到下行复帧信号后，分别取出属于自己的那一部分信息。,1光时分多址（OTDMA） 光时分多址（Optical Time Division Multiple Access，OTDMA）方式是指将上行传输时间分为若干时隙，在每个时隙只安排一个ONU，以分组的方式向OL
4、T发送分组信息，各ONU按OLT规定的顺序依次向上游发送。,2光波分多址（OWDMA） 采用光波分多址（Optical Wavelength Division Multiple Access，OWDMA）接入技术，将各ONU的上行传输信号分别调制为不同波长的光信号，送至OBD后，耦合到馈线光纤；到达OLT后，利用光分波器分别取出属于各ONU的不同波长的光信号，再分别通过光电探测器解调为电信号。,3光码分多址（OCDMA） 光码分多址（Optical Code Division Multiple Access，OCDMA）是指给每一个ONU分配一个多址码。,4光副载波多址（OSCMA） 光副载波
5、多址（Optical SubCarrier Multiple Access，OSCMA）采用模拟调制技术，将各个ONU的上行信号分别用不同的调制频率调制到不同的射频段，然后用此模拟射频信号分别调制各ONU的激光器（laser Device，LD），把波长相同的各模拟光信号传输至OBD合路点后再耦合到同一馈线光纤到达OLT，在OLT端经光电探测器后输出的电信号通过不同的滤波器和鉴相器分别得到各ONU的上行信号。,二、PON的双向复用技术 光复用技术作为构架信息高速公路的主要技术，在过去、现在和将来，对光通信系统和网络的发展及对充分挖掘光纤巨大传输容量的潜力，将起着重要作用。 1光波分复用（OWD
6、M）技术 实用化程度最高的当属光波分复用技术，其技术及产品已广泛地应用在光通信系统中。,构成WDM-PON的上行回传通道有四种方案可供选择。 方案一，在ONU也用单频激光器，由位于远端节点的路由器将不同ONU送来的不同波长的信号回到OLT。 方案二，利用下行光的一部分在ONU调制，从第二根光纤上环回上行信号，ONU没有光源。,方案三，在ONU用LED一类的宽谱线光源，由路由器切取其中的一部分；由于LED功率很低，需要与光放大器配合使用。 方案四，与常规PON一样，采用多址接入技术，如TDMA，SCMA等。,2光时分复用（OTDM）技术 采用复用技术的目的是提高信道传输信息的容量。 OTDM的复
7、接可分为两种，即以比特为单位进行逐比特交错复接和以比特组为单位的逐组交错复接。,3光码分复用（OCDM）技术 光码分复用技术在原理上与电码分复用技术相似。 4光频分复用（OFDM）技术 OWDM和OFDM技术都是在光层按其波长将可传输带宽范围分割成若干光载波通道。,5光副载波复用（OSCM）技术 OSCM技术不同于OWDM和OFDM技术，OWDM和OFDM都是指光波层进行复用。 OSCM技术的最大优点是：可采用成熟的微波技术，以较为简单的方式实现宽带、大容量的光纤传输，它可构成灵活方便的光纤传输系统，可以为多个用户提供语音、数据和图像等多种业务。,SCM-PON的主要缺点有以下三个方面。 一是
8、对激光器要求较高。 二是相关强度噪声。 三是光拍频噪声。,6光空分复用（OSDM）技术 空分复用（Space Division Multiplexing，SDM）指利用不同空间位置传输不同信号的复用方式，如利用多芯缆传输多路信号就是空分复用方式。 7时间压缩复用（TCM）技术 时间压缩复用（Time Compression Multiplexing,，TCM）又称“光乒乓传输”。,4.1.3 PON功能结构 一、光线路终端（OLT）的功能结构 在PON中，OLT提供一个与ODN相连的光接口，在光接入网（OAN）的网络端提供至少一个网络业务接口。,二、光网络单元（ONU）的功能结构 在PON中，
9、ONU提供通往ODN的光接口，用于实现OAN的用户接入。 ONU的核心功能块包括用户和服务复用功能、传输复用功能以及ODN接口功能。 ONU服务功能块提供用户端口功能，它包括提供用户服务接口并将用户信息适配为64kbit/s或n64kbit/s的形式。,三、光配线网（ODN）的功能结构 PON中的ODN位于ONU和OLT之间，ODN全部由无源器件构成，它具有无源分配功能，其功能结构如图4.9所示。,图4.9 ODN的功能结构,四、操作管理维护功能 通常将操作管理维护（OAM）功能分成两部分，即光接入网（OAN）特有的OAM功能和OAM功能类别。 五、光接入网（OAN）基本性能 OAN的容量和O
10、NU的类别如表4.2所示，其中通路传输距离是逻辑距离，即特定传输系统所能达到的最大传输距离。,4.1.4 PON技术应用 一、PON组网应用 目前无源光纤接入网发展很快，组网方式多种多样。PON主要采用无源光功率分配器（耦合器）将信息送至各用户。 图4.10给出了一种PON的FTTC的应用形式。,图4.10 PON-FTTC结构组网形式,图4.11（a）给出了点对点的组网方式。 图4.11（b）给出了一点对多点的方式。,图4.11 FTTH组网方式,二、波分复用PON技术应用 1两波分复用PON ITU-T制定的G.983标准只适用于1310nm/1550nm（波分复用WDM）技术，即粗波分复
11、用（CWDM）技术。 OLT与ONU间是明显的点到多点连接，上行和下行信号传输发生在不同的波长窗口中。,当ONU采用TDMA方式上传数据时，为避免数据可能发生的碰撞，OLT与ONU之间要精确定时，ONU按照OLT分配的时隙传送分组。 系统采用单纤波分复用方式来解决双向传输问题，即用1550nm波长（14841580nm）传送下行信号；用1310nm波长（12701344nm）传送上行信号。,PON的信号由端局和电视节目中心经光纤和光分路器直接分送到用户，其网络结构如图4.13所示。 PON的一个重要应用是传送宽带图像业务（特别是广播电视）。,图4.13 PON结构,2波分复用PON 波分复用P
12、ON简称为WDM-PON，如图4.14所示给出了一个116 WDM-PON的结构。,图4.14 WDM-PON（116）结构,WDM-PON的下行传输的关键是多波长光源，目前有许多方法制造多波长光源。 方法一：选择16个接近精确波长的、离散的分布反馈（DFB）激光器，每个均有温度调谐以便获得满意的信道间隔。 方法二：使用多频激光器（Multiple Frequency Laser，MFL）。 方法三：采用啁啾脉冲WDM光源。它使用了飞秒级（1015）光纤激光器来产生一个1500nm附近70nm谱宽的脉冲，此脉冲被22km长的标准单模光纤啁啾。,在WDM-PON的上行传输时，ONU所采用的光源很
13、重要。 采用光环回（Optical Loop back）技术的原理如图4.16所示。 ONU对调制器的要求是：价格低谦；在系统的整个温度范围内不受偏振的影响，且既有大的光带宽，又有低的插入衰减，同时还需具有低噪声特性。,图4.16 采用环回技术的WDM-PON,4.2 ATM无源光网络（APON）接入技术,4.2.1 APON模型及特点 ATM-PON的模型结构如图4.17所示。其中UNI为用户网络接口，SNI为业务节点接口，ONU为光网络单元，OLT为光线路终端。,图4.17 APON模型结构,1999年ITU-T又推出G.983.2建议，即APON的光网络终端（Optical Networ
14、k Terminal，ONT）管理和控制接口规范，目标是实现不同OLT和ONU之间的多厂商互通，规定了与协议无关的管理信息库被管实体、OLT和ONU之间信息交互模型、ONU管理和控制通道以及协议和消息定义等。,在宽带光纤接入技术中，电信运营者和设备供应商普遍认为APON是最有效的，它构成了既提供传统业务又提供先进多媒体业务的宽带平台。 根据G.983.1规范的ATM无源光网络，OLT最多可寻址64个ONU，PON所支持的虚通路（VP）数为4096，PON寻址使用ATM信元头中的12位VP域。,APON系统主要有下述优点。 （1）理想的光纤接入网：无源纯介质的ODN对传输技术体制的透明性，使AP
15、ON成为未来光纤到家、光纤到办公室、光纤到大楼的最佳解决方案。 （2）低成本：树型分支结构，多个ONU共享光纤介质使系统总成本降低；纯介质网络，彻底避免了电磁和雷电的影响，维护运营成本大为降低。,（3）高可靠性：局端至远端用户之间没有有源器件，可靠性较有源OAN大大提高。 （4）综合接入能力：能适应传统电信业务PSTN/ISDN；可进行Internet Web浏览；同时具有分配视频和交互视频业务（CATV和VOD）能力。,4.2.2 APON系统结构及工作过程 PON为多个用户提供廉价的共享传输介质；ATM技术为从低速到高速的各种多媒体业务提供可靠且透明的接口。ATM-PON将两者的特点结合起
16、来，显示了它在各种光纤接入技术中的优势。APON系统结构如图4.18所示。,图4.18 APON系统结构,APON主传输介质PON采用无源双星拓扑，分路比为1：32。 APON系统可以采用光纤到ONU，再采用短的铜缆到用户以代替传统的用户环路，当用户需要时能方便地升级为FTTH；APON系统可以将ONU直接安放在用户处，即FTTH。,一、光线路终端（OLT） APON的OLT通过VB5接口与外部网络连接（为了能够与现存的各类交换机实现互连，系统也具有向外部网络提供现存窄带接口的能力，如V5接口等）。,1业务接口 业务接口实现系统不同类型的业务节点接入，如PSTN、ATM交换机、VOD服务器及Internet服务器等。 2ATM交叉连接 ATM交叉连接模块是一个无阻塞的ATM信元交换模块，主要实现多个信道的交换、信元的路由、信元的复制及错误信元的丢弃等功能。,3ODN接口 ODN的每个接口模块驱动一个PON，接口模块数的多少由所支持用户数的多少来确定。ODN的主要功能有：和ONU一起实现测距功能，并且将测得的定距数据存储，以便在电源或者
