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1、得 分：光纤通信技术实验(3) 三网融合光纤到户接入系统的设计实验报告一、实验目的1、了解三网融合光纤到户接入系统的网络拓扑结构，掌握星形网络和总线型网络的 组网方法，了解数据、语音、视频三网融合业务的单纤传输和双纤传输方案。掌 握无源光网络中光功率预算的设计和计算方法，以及传输波长的选择和分配方 法。2、完成三网融合光纤到户接入系统的设计构建和业务配置，了解根据不同应用需求 进行业务配置的方法和实现原理，学习三网融合光纤到户接入系统网络管理的基 本方法。二、实验原理与背景知识1、无源光网络无源光网络(PON, Passive Opt ical Net work)是光接入网的一种，是目前宽带光
2、 接入技术的发展方向。显著特点是接入网络只在边缘节点存在有源设备，在网络中 间都是无源光节点，这个特点带来的好处是在接入网络中无需“光-电-光”转换，简 化网络结构，降低实现成本，并且有效减少网络维护工作。无源光网络技术分为APON、 EPON和GPON等，其中由于EPON采用以太网协议作为二层承载协议，得到最广泛的应 用。2、EPON结构下图为EPON无源光网络体系结构图，业务网络接口(SNI)到用户网络接口(UNI) 间为EPON，EPON通过SNI与业务节点相连，通过UNI与用户设备相连。EPON主要分成三部分，即 OLT(Op ti cal Line Termina tion)、ODN
3、(Op ti cal Dis trib ution Net work) 和 ONU / ONT(Op ti cal Net work Unit / Opt ical Ne twork Termina tion)组成。其 中OLT位于局端，ONU/ONT位于用户端(其区别为ONT直接位于用户端，而ONU与用户 间还有其它的网络如以太网)。OLT到ONU/ONT的方向为下行方向，反之为上行方 向。EPON采用点到多点的分布结构，多种业务信号通过光纤传输到中心机房，然后 被OLT通过ODN无源地分配到ONU单元，经过ONU的光/电转换和信号处理后，为用户提 供服务。语音数据I SDH/ATM沼咅数蝎
4、及图EPON无源光网络体系结构图3、EPON上、下行数据传输原理EPON网络的数据链路层采用不定长的以太网数据包进行传输，数据包长度依照 IEEE 802.3以太网协议，最长可达1518字节。在EPON网络结构中，物理链路为点到 多点，在逻辑链路上OLT通过P2P仿真技术，为每个ONU都指定一个虚拟链路连接，每 个链路都通过一个LLID来唯一标识，在ONU注册成功后，OLT会动态地为其分配一个 LLID。EPON上行数据通道采用时分复用技术，通过OLT控制ONU在不同的时隙发送上行 数据，一个时隙内可能包含多个802.3以太网数据帧，这些时隙是同步的，因此当数 据包耦合到一根光纤中时，不同ON
5、U的数据包之间不会产生干扰。下行数据采用广播方式从OLT发给多个ONU,根据IEEE 802.3协议，这些数据包是 不定长的，最长为1518字节。每个包携带的信头唯一地标识了数据所要到达的特定 ONU,此外有一些包发给所有的ONU,称为广播包，还有一些包是发给一组)NU的，称 为多播包。数据流通过光分路器后分为多路独立的信号，每路信号都含有发给所有 特定ONU的数据包。当ONU接收到数据流时，只提取发给自己的数据包，将发给其他 ONU的数据包丢弃。4、EPON无源光网络设备和器件介绍4.1 EPON的有源网络设备EPON网络中的有源网络设备(OLT和ONU),都位于PON网络的边缘两端。OLT
6、位 于电信运营商的中心机房(CO, Central Office)或分前端机房(POP, Point of Presence)内。通过无源光配线网ODN, PON把一个OLT连接到32个ONU上，每个ONU 都放在一个住户或企业办公室处。ONU向用户提供数据、视频和语音服务接口，以及 把用户数据传输回O LT的网络接口。OLT(Optical Line Terminal)： EPON系统中的局端设备，放置在中心机房CO。 OLT提供在EPON系统和服务提供商的核心数据、视频和电话网络之间的接口。同时OLT 也通过一个网元管理系统(EMS, Element Management System)链
7、接到服务提供商 的运营网络上。OLT上的广域网(WAN, Wide Area Network)接口一般与下列类型的 设备连接：数字交叉连接设备，语音网关，IP路由器或ATM边缘交换机，电视网络设 备。ONU(Op tical Net work Uni t)： ONU提供用户的数据、视频和电话网络与PON 的接口。ONU的主要功能是接收光信号并转换成电信号，并将其按照用户需要的形式 传送到用户终端：以太网、IP组播、POTS、T1等。EPON ONU的独特之处是，除了终 结和转换光信号之外，ONU还提供了第二层及第三层交换功能，允许在ONU上实现企 业数据的内部路由4.2 EPON的无源网络器件
8、EPON的光配线网络ODN全部由无源器件构成，包括单模光纤、光分支器、光波分 复用器/解复用器、光连接器、光纤接头等。光分路器： POS (Passive Optical Splitter) ，又叫光分支器、单模光纤耦 合器，光信号在PON中的传输要么是分路到多个分支光纤，要么是合并到主干光纤， 这取决于光信号是上行还是下行。在EPON光配线网中，由于上行/下行光信号波长为 1310nm和1550nm,因此需要采用宽谱光分支器。光分路器的作用是进行光功率分配， 一般为均分。光波分复用器/光波分解复用器：在EPON无源光网络中，一根光纤中同时有2 3个波长的光信号在传输，这些光信号在OLT、ON
9、U和光纤的接口处，需要使用光波分 复用器/光波分解复用器将不同波长的光信号合并或分开进行传输。按照EPON国际标 准的要求，数据下行传输使用1490nm波长，上行传输使用1310nm波长，CATV下行传 输使用1550nm波长。因此在EPON网络使用的光波分复用器/光波分解复用器的波长为 1310nm、 1490nm和1550nm。5、三网融合光纤到户接入系统光功率预算方法光纤接入网系统设计中，非常重要的就是传输波长的分配和光链路功率的预算。 因此,根据国际标准IEEE802.3ah,本实验网络使用的波长由标准可以确定为1310nm、 1490nm和 1550nm，其中1310nm/1490n
10、m分别用来进行上行/下行数据或语音信号的传 输，1550nm用来进行模拟电视信号的传输。对于使用1000BASE-PX2 0的物理层，上行和下行传输方向可用的功率预算额度 均为功率预算是指对于特定的距离、光纤/缆和光器件，从发端到收端的光功率损耗 的预算。功率预算可以用于指导选择光纤光缆和光器件以及光模块的规格和指标。光功率预算的计算方法：对于1xN分路器，插损记为PIL=log2Nx3+1dB，速算 方法如N=2，则PIL=3+1dB。其中的1dB为接头损耗。常规单模光纤G.652，传水峰以 外的波长，插损按0.3dB/km计算。合波器插损一般按5dB计算。各种插损简单相加后 再增加3dBm
11、的功率余量，以弥补器件老化带来的功率损耗。三、实验仪器和装置三网融合光纤到户接入综合实验系统实验内容和步骤1、三网融合光纤到户接入网络设计1.1比较并分析各种光纤接入网络拓扑结构的特点，选择三网融合光纤到户接入网 络实验的网络拓扑结构。1.2分析三网融合光纤到户接入网络系统的各组成部分的功能和作用，选择三网融 合光纤到户接入网络的构成组件。1.3完成三网融合光纤到户接入网络设计，形成体系结构框图，并进行光链路功率 预算。2、三网融合光纤到户接入网络的搭建和业务开通根据设计的三网融合光纤到户接入网络方案，搭建实验系统。在搭建的三网融 合光纤到户接入网络中，逐一开通数据、语音和视频业务。对开通业务
12、的功能和质 量进行评测，对于调试中出现的问题进行分析解决。3、实验数据和结论分析3.1对三网融合光纤到户接入网络的光链路功率进行测量，并和前面的预算数据进行 比较分析。3.2对不同的网络拓扑结构下的搭建情况和业务开通情况进行对比分析，对其中遇到 的问题进行分析说明。五、实验结果实验结果如下：1. 对于 1550nm 的电视信号而言：各点的功率从信号初始端到接收端依次为： -2.6dbm， -4.7dbm， -6.1dbm， -8.6dbm2. 对于1490nm的下行语音信号功率依次为：-0.5dbm， -2.2dbm， -11.5dbm， -14.4dbm3. 对于1310的上行语音信号的功率
13、依次为：-13.0dbm， -5.3dbm， 1.0dbm， 7.3dbm 其中四个节点分别为：合波器合波前，合波器合波后，分光器分光后，波分复用 器分波后。六、讨论与分析1. 对于1550nm的电视信号而言,则依据所测数据三个节点的损耗依次为：2.1db, 1.4db， 2.5db。而依据理论值：1x2波分复用器的损耗为3db，考虑到接头的损耗为1 db，则总 损耗接近4db。而对于1 x4的分路器理论值为6db，但实验所测为1.4db，与理论值差别较大。 原因是我们必须考虑接头损耗，而且在实验时为了方便在分光器之前接了一段光 纤，再测分光后时将光纤拆除了，从而使分光前。所测值偏小，而分光后
14、偏大， 而且接头的连接不同损耗会有很大差别，因而解释了理论与实验的不符合。2. 对于1490nm的下行语音信号而言，则依据所测数据三个节点的损耗依次为：1.7db，9.3db，2.9db。同理依据理论值：1x2波分复用器的损耗为3 db，考虑到接头的损耗为1db，则 总损耗接近4db，显然实验值分别为9.3db与2.9db，与理论值不符合。对于1 x4的分路器理论值为6db，但实验所测为0.9db，由于测量与1550nm同 步，因而解释也与1550n m相同。3. 对于1310的上行语音信号，依据所测数据三个节点的损耗依次为：7.7db， 6.3db， 6.3db。由于信号为上行，与1490n
15、 m与1550n m下行信号有差别，因而损耗也有不同。而且考虑到不同波长的光在光纤接头处和分光器的损耗时不同的，因而实验 数据也与理论相符。综上的可以发现实验所得结果与理论不符，可能过程有所疏忽导致没有很好 完成实验。七、思考题1、对比分析单纤传输和双纤传输的网络结构和各自的优缺点。单纤传输DWDM系统所使用的光纤放大器的数量较少，可以充分利用光纤的大容 量。 但其设计比较复杂，而且必须考虑到多波长通道干扰和光反射的影响，需要消 除双波道干扰。而对于双纤传输的网络，所使用的光纤放大器的数量较多，结构也更加繁杂， 所使用的光纤也增加。 但其设计较为简单，不必考虑在单纤传输中存在的串扰的影 响。2
16、、网络中使用了几种光无源器件？其中的波分复用器在网络中的放置位置可以移 动吗？若几种波分复用器互换使用，会出现什么情况？使用的无源器件有单模光纤、光分支器、光波分复用器/解复用器、光连接器、 光纤接头。波分复用器在网络中的放置位置不可以移动，因为若把1550nm的接口与 1310nm, 1490nm，互换则信号也会发生交换，从而使系统失效。实验中一共有两个波分复用器，而且一个为合波器，另一个为分波器，且波 分复用器可以反过来使用，因而两个波分复用器可以互换使用。 但是若两种波 分复用器的传输波长不同，及实现不同的波长分配，则不能互换使用，否则会使 损耗增大。3、在EPON网络中，OLT下行方向传输的数据会到达每个ONU,这会造成数据安全性问题，目前的EPON技术
