下一代接入网技术

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1、 题目 下一代光接入网技术（接入网与智能网结业论文） 二级学院 电子信息与自动化学院 专 业 电子信息工程 班 级 109070202 姓 名 赛娜 学号 10907990521 指导教师 贺伟凇 时 间 2012.12.04 下一代光接入网技术 【摘要】光接入是下一代网络的重要组成部分，也是未来近十年光通信技术发展的主要方向。本文论述了下一代光接入网技术的发展，重点介绍下一代光接入网的网络架构及其关键光器件与光模块，并阐述了下一代光接入网的市场发展与应用前景。【关键词】下一代接入网，光接入网，光纤到户，无源光网络，波分复用，时分复用一、 引言：光接入是下一代网络的重要组成部分，也是未来近十年

2、光通信技术发展的主要方向。作为下一代网络架构的“神经末梢”，光接入网不仅具有巨大的应用市场前景，而且对各种业务和技术融合开发的需求也不断增长。近几年光接入网络建设在世界各国的发展势头迅猛，欧洲及美国、日本、韩国等发达国家都将光接入作为抢滩信息经济制高点的核心技术。随着业界“光进铜退”战略的实施，光纤网络正由过去的骨干网和城域网向接入网延伸，尤其是“光纤到户”技术的发展，使光纤“信息高速公路”直通用户。现有的光接入技术包括GPON（吉比特无源光网络）和EPON（以太网无源光网络）。其中，GPON具有较好的QoS性能，但是其建设成本过高，短时期内很难在国内大规模推广应用；EPON结合以太网和无源光

3、网络两者优点，具有良好的经济性和实用性，但当终端用户(ONU)数目增加时，带宽保障及QoS性能也随之下降。目前，运营商机房与终端用户(ONU)之间通常相隔几公里乃至几十公里，而其间光缆资源相对十分有限，现有的GPON或EPON技术普遍采用1:32分支比。为了提高覆盖率，须增加铺设光缆数量，从而导致建设成本增加，而且会面临管线资源受限的困境；若增加分支比，一方面带来QoS性能降低，同时也降低了终端用户带宽。另一方面，光接入网的发展要求实现视频、数据和语音三种业务“网络融合”，尤其是融合接入高带宽的视频业务（如VOD、视频点播等）。，而现有EPON/GPON技术并不能很好地满足用户带宽的增长需求。

4、如何进一步地提高光接入网带宽以及如何更好地完成多业务的承载与融合是下一代光接入网所要面临的主要问题。二、 下一代光接入网技术的发展： 目前，已经提出的下一代光接入网技术主要有：1） 10G EPON技术，是对目前现有EPON技术的一种扩展。其不改动现有EPON的MAC层控制协议，仅重新定义PHY物理层规范，将上下行传输速率提升到10Gb/s。该技术的优点是简单且易于实现，同时可借鉴EPON应用成功的经验，可在技术上具有较高的成熟度；该技术不足之处在于，当速率上升到10Gb/s后，对光发送与接收器件、物理层时钟锁定、恢复芯片以及MAC层芯片的时钟定时、同步等都提出了更高的要求。其OLT、ONU的

5、器件与设备成本将大幅度增加，不满足光接入网低成本的要求，而且由于电子系统处理速度的瓶颈，这种通过提高速率来提升带宽的方法在今后的技术发展中将会有越来越少的升级空间。2） WDM-PON技术，即波分复用无源光网络系统，具有最佳的带宽保障及多业务融合能力。国内有华中科技大学完成的“十五”863项目（“基于以太网的宽带无源光网络系统”）。该项目基于低成本特定波长激光器实现了上行波分多址、下行广播方式的WDM-PON系统，开发了相应的WDM-PON设备并起草了相关标准。其优点是网络架构简单，不需要EPON/GPON的突发模式发送与接收以及动态带宽分配、测距和时延精确控制等复杂技术；其不足之处是，终端用

6、户(ONU)需要特定波长激光器，给规模化工程部署以及维护带来不便。3） HPON技术，即混合波分时分复用无源光网络系统，它在EPON/GPON的OLT与ONU之间插入波分复用系统，可将多个PON单元通过WDM技术复用到一根光纤中传输。该技术既利用EPON的时分复用实现点到多点的用户接入，又利用波分复用技术成倍提高单根光纤通信容量的特点（上下各16个波长且Splitter的分光比达到1:32时，单根光纤可以容纳512个FTTH用户），可显著增大单纤接入用户数目以及用户接入带宽，并可大幅度降低网络扩容升级建设成本。HPON系统架构主要是在ONU中用反射式半导体光放大器（RSOA），实现ONU的“无

7、色”。主要技术思路是，在局端设置一宽谱光源（SLD），沿下行光纤传送到远端光节点的无热周期性阵列波导光栅（AWG）进行光谱分割，在ONU中用反射式半导体光放大器（RSOA）取代光发送激光器，该RSOA接收AWG光谱分割之后的特定波长光，加载ONU调制信息之后反射上行回传送至OLT。该技术的优点在于，由于RSOA是一个宽谱的光放大器，因此与入射波长无关，可以实现“无色”ONU；该技术有效地结合了EPON良好的经济性和实用性以及WDM-PON最佳的带宽保障性能，大大降低了室外布线的成本，同时提高了光纤的利用率。但是，由于在HPON中EPON时分复用的光功分器（POC）插入光功率损耗高达十多分贝dB

8、，因此要求ONU中的RSOA（或宽谱光源）具有很大增益（或功率）才能平衡线路光功率预算，这意味着ONU具有很高的成本代价，并不符合低成本要求。业界公认，下一代光接入网络的发展方向是更高速率的TDM-PON和更多波长的WDM-PON的结合。紧跟下一代光接入网的发展步伐，立足于自主创新，开发具有自主知识产权的下一代光接入网设备具有十分重要的战略意义。三、关于下一代光接入网关键技术-EPON和GPON在实现下一代光纤宽带接入时,无源光网络(PON,Passive Optical Network)又因其在局端与用户端无有源器件,运行维护经济简单,并且可靠性高,节约线路资源而成为首选.目前,PON 领域

9、中最重要的三种接入技术分别为基于 ATM的APON(ATM PON),基于Ethernet的EPON(Ethernet PON)和GPON(Gigabit PON).其中APON因为ATM的发展不顺,逐渐退出舞台.3.1标准化制定：EPON的标准号为IEEE 802.3ah,由IEEE EFM(Ethernet in the First Mile)研究小组制定完成,并于2004年6月IEEE标准协会上正式通过.其基本原则为在APON类似的结构上和802.3协议的基础上,通过较小的修改实现在用户接入网中传输以太帧即以Ethernet技术代替ATM技术作为链路层协议.工作重点在EPON的MAC协议

10、上,最小程度地扩充以太网MAC协议.在我国,信息产业部也于2006年6月正式发布了根据我国通信网络的实际情况补充规定的接入网技术要求-基于以太网方式的无源光网络(EPON),编号YD/T14752006.3.2技术和产品比较：GPON是由ITU-T推出APON之后制定的又一PON标准.因为其制定时充分考虑了运营商的意见,所以在提高速率的同时也注重了支持多业务和QoS保证等方面.该标准于2003年正式通过并颁布,为G.984系列标准,其中包括:G.984.1-GPON总体特性;G.984.2-ODN物理媒质相关(PMD)子层的;G.984.3-(2004)规范传输汇聚(TC)层;G.984.4-

11、(2004)运行管理通信接口.2006年12月我国信息产业部也出了关于GPON的征求意见稿接入网技术要求-吉比特的无源光网络(GPON).首先先对比一下EPON和GPON的主要参数:3.3上下行速率： 在上下行速率方面,GPON有EPON不可比拟的优势.EPON只支持上下行对称的1.25Gb/s速率,而GPON在把上下行速升到2.5Gb/s的同时,还支持多种不对称的上下行速率选择.同时,在线路编码方面EPON采用8B/10B方式(大约20%的带宽损失),GPON采用几乎没有带宽损耗的不归零编码方式(NRZ,No Return to Zero),充分利用了带宽,有效提高了宽带利用率,更符合运营商

12、对高速宽带业务的布置.3.4核心芯片： FM小组在提出EPON时,就是希望其在PON基础上成功继承以太网技术简单宽松的特点.所以从技术层面上说,吸引更多厂商参与EPON的研究与开发.目前,EPON全球芯片市场已经比较成熟,众多EPON芯片领先厂商都已经纷纷推出各有特色的第三代端到端SoC(System on a Chip)芯片,集成了多端口标准以太网的MAC和PHY、SRAM、CPU以及PON专用的SerDes.以这种芯片为核心,只需增加少数的外围器件(如模块和接口电路)就可以构成一个完整的系统.国内,格林威尔也拥有了EPON芯片级自主知识产权.不久前,也就在2006年12月,EPON厂商PM

13、C-Sierra公司推出业界第一款可支持中国电信集团针对中国电信市场所定义的算法与功能的EPON光网络单元(ONU)和光通路终端(OLT)芯片器件.这两款系统级芯片(SoC)是第一个针对中国电信集团新的数据加密与解密算法、服务程序质量以及分类协议标准的设计.GPON因为标准较为复杂,要求较高,所以芯片厂商对其的研发要远远晚于EPON.不过2006年GPON发展有大的突破.先是一月份BroadLight向全球客户供应首款GPON ONT SoC芯片样片,接着Vitesse半导体公司推出GPON PRO系列PMD(Physical Media Dependent,物理介质相关子层)芯片,包括业界第

14、一款GPON OLT突发模式接收芯片.同时,Alcatel已与Freescale合作,预备推出商用GPON芯片,此外Conexant也宣布了GPON芯片计划,而EPON主要芯片商Passave也宣布加入GPON芯片阵营,其中Frescale、Conexant等都是大型芯片商.3.5 ODN光模块： EPON只支持ODN(Optical Distribution Network)中的Class A和B两种等级,GPON则可以支持ODN中的三种等级,因此其可以达到1:128的分路比和20km的传输距离.但是也是因为GPON对三类ODN的支持,在光模块方面,GPON就必须采用APD光接收器件,和DF

15、B光发射器件,对比起EPON可以采用PINTIA,其的价格就得是EPON的3倍之多.但是,从另一方面:组网成本看,由于GPON的速率、分路比和传输效率均比EPON高约一倍,因而所需的局端设备OLT(Optical Line Termination)可以减少至少一半,可以支持的用户数也多一倍,因而在整体组网成本上不见得比EPON高很多,甚至在有些场合下更便宜.因此,采用哪个技术更适合运营商的大规模铺设还待进一步的实践考证.3.6多业务TDM： 在设计EPON的时候,就是希望其能承载更多基于Ethernet的业务,所以对于像IPTV,VOIP(Voice Over IP)等这些未来很看好的基于IP/以太网的多业务可以很容易的承载.但是,也是因为更多考虑了承载以太网的业务,所以稍微忽略了对其他业务的支持(如TDM等).不过各EPON设备厂商也及时采用各种TDM over Ethernet技术以满足提供TDM业务,但是可能也会因为各厂商采用的技术不同而产生互通方面