宽带数字网技术(第六章 4 )

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1、1,6.4 光纤接入技术,6.4.1 光纤的优势 6.4.2 光纤在接入网中的延伸 6.4.3 光接入网基础知识 6.4.4 无源光网络 6.4.5 APON 6.4.6 EPON,2,6.4.1 光纤的优势,带宽优势 与双绞线和同轴电缆相比，光纤的理论带宽几乎是无限的 单个波长可传输10Gb/s，采用波分复用可传输更高的速率 长距离传输优势 衰减很小，不加中继的距离现在可达数百公里 抗恶劣环境优势 抗腐蚀能力强，不受电磁波干扰 安全性优势 盗接线头困难，不易盗听,大多数运营商断言：未来理想的宽带接入网是基于光纤的网络,3,6.4.2 光纤在接入网中的延伸,ONU,OBD,中 心 局,ONU,

2、ONU,Budding,OBD,OBD,FTTC,FTTB,FTTH,home,OLT,OAN的应用示意图,根据ONU位置，OAN可分为三种应用类型 光纤到路边 FTTC 光纤到楼 FTTB 光纤到家/办公室 FTTH/O,4,光纤到路边 FTTC,FTTC： Fiber To The Curb/Cab OUN设在交接箱处 用户到OUN之间（引入线）仍用双绞铜线连接或同轴缆 通常为点到点和点到多点结构 一个OUN可为一个或多个用户提供接入 是一种介质混合结构 通常采用FTTC+xDSL技术或FTTC+Cable Modem技术,ONU,OBD,中 心 局,OLT,光接入网,5,光纤到楼 FTT

3、B,FTTB： Fiber To The Budding ONU设在办公楼或居民住宅楼内的某个公共地方 用户到ONU之间（引入线）用UTP5类线（或更高等级线）连接 点到多点结构，一个ONU为多个用户提供接入 通常采用FTTB+Ethernet技术,OBD,中 心 局,OLT,光接入网,ONU,Budding,Ethernet,6,光纤到家/办公室 FTTH/O,FTTH： Fiber To The Home ONU直接放在用户家里 中心局到用户之间全部为光连接和光传输 接入网无任何有源设备，是一个真正的透明网络 是一种真正意义上的宽带接入技术 是用户接入网的长远目标,综上：FTTH和FTTC

4、更适合分散的个人用户的接入 FTTB更适合单位和密集小区用户的接入,OBD,中 心 局,OLT,光接入网,ONU,home,7,6.4.3 光接入网基础知识,光纤的工作窗口 光接入网的基本结构 光接入网的分类 光接入网的传输技术,8,光纤的工作窗口,光纤的工作窗口（可用工作波长区）有三个： 850nm窗口 （ 780nm850nm） 1310nm窗口（ 1260nm1360nm） 1550nm窗口 （ 1480nm1580nm） 三个工作区的使用情况 850nm波长常用于多模光纤通信，未得到很好使用 1310nm波长应用广泛，主要用于提供2Mb/s及以下的业务 1550nm波长用于异波长双工的

5、下行通信以及宽带的新业务 现已打开了第四个工作窗口：1625nm,9,光接入网的基本结构,OAN： Optical Access Network，光接入网 光接入网概念： 接入网中部分或全部使用光纤作为传输介质来实现信息传输的网络形式 光接入网是G.902标准的一个典型实例,10,光接入网的基本结构,11,光接入网的基本结构,组成： 光网络单元ONU （Optical Network Unit） 提供用户到接入网的接口（光电转换、物理接口） 提供用户业务适配功能（速率适配、信令转换） 光分配网 ODN（Optical Distribution Network） 为OLT和OUN之间提供光传输技

6、术 由光连接器和光分路器OBD (Optical Branching device)组成 完成光信号功率的分配及光信号的分、复接功能 光线路终端OLT（Optical Line Terminal） 提供与中心局设备的接口（光电转换、物理接口） 提供与ODN的光接口 分离不同的业务,12,光接入网的基本结构,光接入网的特点 点到多点传输系统，介质共享 下行：OLT向各个ONU采用广播通信方式 上行：ONU向OLT通信时需要某种分配信道的策略 面临的问题 需解决OLT和多个ONU之间上下行信号的正确传输 关键是解决上行信道的占用问题 下行传输：时分复用传送信元流，各ONU在规定时隙接收自己的信息

7、上行传输：各种多址技术（时分、波分等）,13,光接入网的传输技术,空分复用 SDM 上下行双向通信个各使用一根光纤 两个方向的通信单独进行，互不影响 性能最佳，设计最简单 光传输设备和线缆双倍，成本高,14,t,保护时间,光接入网的传输技术,时分复用TDM 每个ONU动态或固定分配一个时隙 每个ONU在分配的时隙内上传数据 固有问题 每个ONU与OLT距离不等 传输时延不同 到达OLT的相位不同 对OTL要求 完善的测距技术，实现定时调整 和同步 快速的同步技术 快速、动态的门限判决技术,15,光接入网的传输技术,波分复用 WDM 不同波长的信号共享一根光纤传输，彼此不干扰 要求每个ONU在指

8、定波长上发射 对激光二极管要求高（温度、环境影响大） OLT设备复杂，成本高（每个波长都需光发射器和检测器）,16,光接入网的分类,根据光分配网是采用有源或无源设备，OAN分： AON和PON AON：Active Optical Network，有源光网络 ODN全部由有源器件组成（光放大器等） 特点： 传输容量大：155Mb/s或622Mb/s的接入速率 传输距离远：不加中继器，距离为70多公里 技术成熟：无论PDH设备还是SDH设备，都已广泛应用 给有源设备供电是一件麻烦事 PON：Passive Optical Network，无源光网络 APON、EPON和GPON,17,6.4.4

9、 无源光网络,基本概念 系统结构 数据传输 关键技术,18,PON的基本概念,ODN全部由无源器件组成（无源光分路器等） 信号在传输过程中无再生放大 信号由光分路器、无源光功率分配器等传至用户 实现透明传输，信号处理全由局端和用户端设备完成 与有源光网络比： 覆盖范围和传输距离更小 可靠性更高（户外无有源设备，提高抗干扰能力） 价格更低、安装维护更方便 是光接入网有发展潜力的技术（价格、维护等优势）,19,PON的系统结构,组成：OLT、ODN、ONU，且ODN中全是无源器件 共享介质 逻辑上是点到多点结构，物理拓扑可有多种形式,20,PON的数据传输,下行：OLT向各ONU采用广播通信方式，

10、传输连续时隙流（下行帧） 局端数据 OLT 封装成连续时隙流下行帧 以广播方式传送 各ONU收到信元流，取出属于自己的数据用户终端 上行：采用TDMA技术（动态分配），突发传送时隙流（上行帧） 各ONU共享ODN，且数据突发性强。 各ONU向OLT申请带宽OLT授权ONU发送（上行的发送时隙、带宽分配等） 获得授权的ONU在指定时隙发送,21,PON的数据传输,PON的帧都是定时长帧，分上行帧和下行帧 为了实现TDMA接入，在上行时隙中传输的数据要求附加开销。上行时隙格式如下：,用于OLT同步、标识信元开始,OAM信元为管理信元，如带宽申请、测距等,22,PON的关键技术,测距技术 快速比特传

11、送技术 突发信号的收发 搅码技术（扰码） 媒质接入控制（MAC）技术,23,测距技术,为何需要测距？ 采用TDMA，必须保证每个时隙的数据彼此独立，互不干扰 APON结构中，各ONU到OLT的物理距离不等，则各ONU到OLT的传输时延不同，如不进行时延补偿，会出现时隙的重叠，造成数据干扰 为确保多个ONU到OLT间的正确传输，必须引入测距机制，使各ONU到OLT的逻辑距离相等,24,测距技术,测距技术基本策略 单独测距+传输数据时测距相结合(粗测精测） 单独测距在ONU初装联网时必须进行 传输数据时测距可根据OLT的配置而定 测距的基本原理 OLT向ONU发送测距允许消息，消息中指明ONU的上

12、行应答的时隙 ONU在指定的上行时隙中用测距PLOAM信元应答 OLT计算往返时延，并与理想时延比较，计算出差值，发送一个测距时间给ONU ONU根据测距时间调整均衡时延,25,快速比特传送技术,测距精度有限，各ONU到OLT的上行比特流存在相位差异 需要采用某种技术实现快速同步 基本策略先实现位同步、再进行信元同步 普通的滑动技术不能满足快速同步要求，需采用其他技术,突发信号的收发,需要快速开启和关闭光电路，以适应上行的突发数据传输 接收端，需要快速调整接收门限，以适应不同距离用户的信号衰减,26,搅码技术（扰码）,为了保证共享介质传输的安全性，引入搅码技术 在发送端：通过一个随机码对信息进

13、行异或运算后传送 在接收端：采用相同的随机码再进行一次异或运算，得到原始数据,信元的时隙分配 接入请求/允许 带宽的动态分配 带宽管理由OLT完成 为不同的业务提供优先级和带宽 上行带宽的占用由媒质接入控制MAC协议实现,媒质接入控制（MAC）技术,27,6.4.5 APON,APON： ATM Passive optical network，ATM无源光网络 在PON上传送ATM信元，即在ONU与OLT之间传送ATM信元 物理层采用PON，链路层采用ATM 存在PON中同样的技术问题 标准规范：ITU-T的G.983,28,G.983基本特点,基于ATM信元（ONU与OLT之间） 支持对称和

14、非对称工作方式 对称方式： 双向 155.520Mb/s 非对称方式：上、下行分别为155.520Mb/s、622.080Mb/s 双向通信： 可用两条光纤，波长1310nm区 或一条光纤，异波长双工(上行：1310nm区,下行：1550nm区) 无放大器最大距离：20km 最高32个用户光分支 利用波长分配增加业务能力 传输技术：上、下行均采用时分复用,29,APON的系统结构,接入的主干网为ATM网 传输的数据流为ATM信元流 拓扑：无源双星结构 一个ODN（即1个OBD）最多支持32个ONU（用户数） 当ONU大于32时，要求一个OLT提供多个ODN接口,30,APON的数据传输,APO

15、N在PON上传送ATM信元 APON帧传输的基本原理同PON，只是APON帧中封装的是ATM信元 APON帧中上行信元格式如下：,31,上下行速率为155.520Mb/s的帧结构,定时长帧 下行速率为155.52Mb/s时，每帧56个信元 下行速率为622.08Mb/s时，每帧224个信元,APON的帧格式,32,APON的延续GPON,弱化ATM 保留了APON的许多优点，与APON有很多相同之处，但更高效、高速 支持上、下行不对称速率： 下行2.488Gb/s，上行1.244Gb/s 适配协议采用ITU-T G.7041： GFP（通用成帧协议） 支持多业务、多承载（包括ATM业务、TDM

16、业务以及IP/Ethernet业务），提供明确的服务质量保证和服务级别，具有电信级的网络监测和业务管理能力。 GPON成为目前最为理想的宽带光纤接入网技术,33,6.4.6 EPON,EPON：Ethernet Passive optical network 在PON上传送Ethernet帧 基于Ethernet技术和PON技术 网络结构与APON类似 MAC协议与APON不同 速率： 下行：百兆/千兆，广播方式 上行：百兆/千兆，共享 传输技术：上、下行均采用时分复用 存在PON中同样的技术问题,34,EPON的系统结构,网络结构与APON相似，但： 接入的主干网为以太网 传输的数据流为以太帧流,35,EPON的数据传输,EPON传送可变长Ethernet帧（641518字节） EPON帧为定时长帧 下行： 固定长度帧的连续数据流（2ms），内含多个不同长度的以太帧（时隙）头部校验部分，其中：信息头部含ONU标识符和同步头 上行：