第九章 光接入網(wǎng)

1、光纖通信與數(shù)字傳輸光纖通信與數(shù)字傳輸南京郵電大學(xué)南京郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院通信與信息工程學(xué)院通信與信息工程學(xué)院2光纖接入網(wǎng) 近年來，用戶側(cè)的業(yè)務(wù)從傳統(tǒng)的話音為主逐漸向包括話音、視頻及各種交互式數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)融和的方向發(fā)展。接入網(wǎng)成為通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和發(fā)展的重點(diǎn)。 光接入網(wǎng)是指在接入網(wǎng)中采用光纖作為主要傳輸媒質(zhì)的接入技術(shù)，具有傳輸容量大、傳輸距離長(zhǎng)、對(duì)業(yè)務(wù)透明性好等優(yōu)點(diǎn)，是固定接入領(lǐng)域內(nèi)最佳的解決方案。 本章主要介紹光接入網(wǎng)原理及主要技術(shù)。教學(xué)課時(shí)為2學(xué)時(shí)。通信與信息工程學(xué)院39.1 光接入網(wǎng)基本概念 按照電信網(wǎng)的概念，可以將全網(wǎng)分為公用電信網(wǎng)和用戶駐地網(wǎng)兩大塊。用戶駐地網(wǎng)是屬于用戶所有，因而，通常電

2、信網(wǎng)是指公用電信網(wǎng)部分。 目前國(guó)際上已經(jīng)傾向于將長(zhǎng)途網(wǎng)和中繼網(wǎng)合在一起稱為核心網(wǎng)。相對(duì)于核心網(wǎng)而言，其他部分統(tǒng)稱為接入網(wǎng)。接入網(wǎng)主要完成將所有用戶接入到核心網(wǎng)的任務(wù)。通信與信息工程學(xué)院49.1.1 接入網(wǎng)1. 接入網(wǎng)定義 ITU-T建議G.902對(duì)接入網(wǎng)的定義如下： 接入網(wǎng)是由業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)接口（SNI）和用戶網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）之間的一系列傳送實(shí)體（如線路設(shè)施和傳輸設(shè)施）組成的、為傳送電信業(yè)務(wù)提供所需要的傳送承載能力的實(shí)施系統(tǒng)，可經(jīng)由Q3接口進(jìn)行配置和管理。其中的傳送實(shí)體可提供必要的傳送承載能力，通常接入網(wǎng)對(duì)用戶信令是透明的，可不作解釋。原則上，對(duì)接入網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)的SNI和UNI的類型和數(shù)目沒有限制。

3、 通信與信息工程學(xué)院5Y.1231 IP接入網(wǎng) 隨著Internet和各種IP類數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用的快速普及，ITU-T提出了適應(yīng)于IP業(yè)務(wù)的IP接入網(wǎng)定義。建議Y.1231將IP接入網(wǎng)定義為IP用戶和ISP之間為提供所需的、接入到IP業(yè)務(wù)的能力的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體的實(shí)現(xiàn)。Y.1231定義的接入網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)形式都較G.902靈活。 為便于讀者理解和把握接入網(wǎng)的總體概念，本章中所涉及的接入網(wǎng)內(nèi)容主要以G.902建議為參照。 通信與信息工程學(xué)院62. 接入網(wǎng)的定界 接入網(wǎng)所覆蓋的范圍是由三個(gè)接口來定界，即網(wǎng)絡(luò)側(cè)經(jīng)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)接口（SNI）與業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)（SN）相連；用戶側(cè)經(jīng)用戶網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）與用戶相連；管理側(cè)經(jīng)Q3

4、接口與電信管理網(wǎng)（TMN）相連，不具備Q3接口時(shí)通常需經(jīng)由協(xié)調(diào)設(shè)備（MD）與TMN相連。SN是提供業(yè)務(wù)的實(shí)體，是一種可以接入各種交換型和/或永久連接型電信業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)單元。 通信與信息工程學(xué)院7圖9-1 接入網(wǎng)的定界電信管理網(wǎng)TMN業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)SN接入網(wǎng)ANUNIQQSNI通信與信息工程學(xué)院83. 接入網(wǎng)的分層 為了便于網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與管理，接入網(wǎng)按垂直方向分為三個(gè)獨(dú)立的層次。其中每一層為其相鄰的高階層提供傳送服務(wù)，同時(shí)又使用相鄰的低階層所提供的傳送服務(wù)，這三層分別是電路層、通道層和傳輸媒質(zhì)層。在網(wǎng)絡(luò)分層后，每一層仍顯得很復(fù)雜，因此可以進(jìn)一步將每一層網(wǎng)絡(luò)劃分為若干個(gè)子網(wǎng)，每一個(gè)子網(wǎng)又可以進(jìn)一步分割成若干個(gè)

5、更小的子網(wǎng)。 通信與信息工程學(xué)院9圖9-2 接入網(wǎng)通用協(xié)議參考模型 接入承載能力要求接入承載處理功能AF電路層CL通道層TP傳輸及物理媒質(zhì)層TM層管理系統(tǒng)管理通信與信息工程學(xué)院104. 接入網(wǎng)的主要特點(diǎn) 完成復(fù)用、交叉連接和傳輸功能 提供各種綜合業(yè)務(wù) 網(wǎng)徑較小 成本與用戶有關(guān) 線路施工難度較大 光纖化程度高 對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng) 組網(wǎng)能力強(qiáng)通信與信息工程學(xué)院11圖9-3 接入網(wǎng)分類示意圖線對(duì)增容技術(shù)PG數(shù)字用戶線技術(shù)（xDSL）電力線接入技術(shù)PLC有線接入網(wǎng)無線接入網(wǎng)有線無線混合接入網(wǎng)接入網(wǎng)銅線接入網(wǎng)光纖接入網(wǎng)光纖銅線混合接入網(wǎng)（HFC）固定終端無線接入網(wǎng)移動(dòng)終端無線接入網(wǎng)有源光纖接入網(wǎng)AON無

6、源光纖接入網(wǎng)PON通信與信息工程學(xué)院129.1.2 光纖接入網(wǎng) 光纖接入網(wǎng)（OAN，Optical Access Network）是指在接入網(wǎng)中采用光纖作為主要傳輸媒質(zhì)來實(shí)現(xiàn)信息傳送的網(wǎng)絡(luò)形式。它不是傳統(tǒng)意義上的光纖傳輸系統(tǒng)，而是針對(duì)接入網(wǎng)環(huán)境所設(shè)計(jì)的特殊的光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)。通信與信息工程學(xué)院131. 光纖接入網(wǎng)的主要結(jié)構(gòu) 光纖接入網(wǎng)采用光纖作為主要傳輸媒質(zhì)，而局側(cè)和用戶側(cè)發(fā)出和接收的均為電信號(hào)，所以在局側(cè)要進(jìn)行電/光變換，在用戶側(cè)要進(jìn)行光/電變換，才可實(shí)現(xiàn)中間線路的光信號(hào)傳輸。一個(gè)一般意義上的光纖接入網(wǎng)示意圖如圖9-4所示。 一個(gè)光接入網(wǎng)主要由光線路終端 OLT、光分配網(wǎng)絡(luò) ODN 和光網(wǎng)絡(luò)單元

7、 ONU 等組成。 通信與信息工程學(xué)院14圖9-4 光纖接入網(wǎng)示意圖CO/SNOLTONUODNFTTCFTTB/ZFTTO/HCO/SN：端局或業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)OLT：光線路終端ODN：光分配網(wǎng)絡(luò)ONU：光網(wǎng)絡(luò)單元通信與信息工程學(xué)院15圖9-5 光纖接入網(wǎng)的參考配置通信與信息工程學(xué)院16有源光網(wǎng)絡(luò)AON和無源光網(wǎng)絡(luò)PON 無源光網(wǎng)絡(luò)PON是指在OLT和ONU之間沒有任何有源的設(shè)備而只使用光纖等無源器件。PON對(duì)各種業(yè)務(wù)透明，易于升級(jí)擴(kuò)容，便于維護(hù)管理。有源光網(wǎng)絡(luò)（AON）中，用有源設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（如SDH環(huán)網(wǎng)）的ODT代替無源光網(wǎng)絡(luò)中的ODN，傳輸距離和容量大大增加，易于擴(kuò)展帶寬，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和運(yùn)行的靈

8、活性大，不足的是有源設(shè)備需要機(jī)房、供電和維護(hù)等輔助設(shè)施。 通信與信息工程學(xué)院17圖9-6 ODN中的光通道ONUOLT活動(dòng)連接器光纖接頭光分路器OBDL光通道LpLjL1S/RR/S第j個(gè)光通道元件通信與信息工程學(xué)院18光纖接入網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 光纖接入網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有總線形、環(huán)形和星形。由此又可以派生出樹形、雙星形、環(huán)形星形等結(jié)構(gòu)，如圖9-7所示。通信與信息工程學(xué)院19圖9-7 光纖接入網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(部分)通信與信息工程學(xué)院209.1.3 光纖接入網(wǎng)的應(yīng)用類型 根據(jù)ONU位置的不同，可以將OAN劃分為幾種基本的應(yīng)用類型，即光纖到路邊FTTC、光纖到樓FTTB、光纖到家或辦公室FTTH/FTTO

9、等。 從發(fā)展來看，光接入網(wǎng)的普及主要受到成本和內(nèi)容等多方面的制約，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，以FTTH/O家庭（辦公室）無線網(wǎng)的形式實(shí)現(xiàn)寬帶接入可能是一種較好的選擇。通信與信息工程學(xué)院219.1.4 光接入網(wǎng)性能指標(biāo) 表9-1給出了OAN的容量和ONU的類別，其中的通路傳輸距離是邏輯距離，即特定系統(tǒng)（由幀結(jié)構(gòu)和ONU數(shù)量限定的系統(tǒng)）所能達(dá)到的最大傳輸距離。ONU的類別是按照其在用戶側(cè)所需要最大容量來定義的，其單位為B（即64kbit/s通路），一般情況下不含控制和信令通路。通信與信息工程學(xué)院22表9-1 OAN和ONU類別比較參數(shù)類型1（例如SDM和WDM）類型2（例如TCM）ODN接口至少4個(gè)ODN接口，

10、總?cè)萘?00B，每個(gè)ODN接口至少200B至少4個(gè)ODN接口，總?cè)萘?00B，每個(gè)ODN接口至少100B最大分路比最大邏輯距離20km以下時(shí)：16最大邏輯距離10km以下時(shí)：32最大邏輯距離20km以下時(shí)：8最大邏輯距離10km以下時(shí)：16ONU類別類別1：至少2B，類別2：至少16B，類別3：至少32B，類別4：至少64B，類別5：至少128B類別1：至少2B，類別2：至少16B，類別3：至少32B，類別4：至少64B，類別5：至少64B通信與信息工程學(xué)院23光纖光纜指標(biāo) 考慮到OAN應(yīng)用的實(shí)際環(huán)境，距離一般較近，傳輸速率也不會(huì)很高，因此目前建議使用G.652光纖，暫不使用多模光纖和其他類型

11、的單模光纖。工作波長(zhǎng)必須在1310nm（12601360nm）或1550nm（14801580nm）波長(zhǎng)段。 目前主要規(guī)定了三種類別的光通道損耗，如表9-2所示。表9-2 三種類別的光通道損耗類別類別A類別B類別C最小損耗（dB）51015最大損耗（dB）202530通信與信息工程學(xué)院249.2 光接入網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)*9.2.1 突發(fā)收發(fā)技術(shù)9.2.2 突發(fā)同步技術(shù)9.2.3 測(cè)距技術(shù)9.2.4 多址接入技術(shù)9.2.5 動(dòng)態(tài)帶寬分配技術(shù)9.2.6 光功率的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)9.2.7 服務(wù)質(zhì)量和安全技術(shù)*本節(jié)自學(xué)通信與信息工程學(xué)院259.2.1 突發(fā)收發(fā)技術(shù) 光接入網(wǎng)中需要具有突發(fā)收發(fā)的能力。例如對(duì)于采用T

12、DMA的ONU而言，每個(gè)ONU只能在每一幀的特定時(shí)刻發(fā)送上行信號(hào)，因此需要有快速的功率開啟和切斷的功能。同時(shí)對(duì)于光接入網(wǎng)中發(fā)送機(jī)的消光比也有較高的要求。多個(gè)ONU對(duì)應(yīng)于一個(gè)OLT，在每一時(shí)刻只有一個(gè)ONU發(fā)送信號(hào)，其他所有ONU都應(yīng)處于關(guān)斷狀態(tài)，此時(shí)要求其余所有ONU的殘留光之和不能對(duì)正在發(fā)光的ONU產(chǎn)生影響。 OLT側(cè)也有類似的問題。如多個(gè)ONU發(fā)送的信號(hào)到達(dá)OLT側(cè)會(huì)有功率的波動(dòng)，OLT的接收機(jī)需要能靈活快速地調(diào)整接收電平，迅速地接收和恢復(fù)數(shù)據(jù)。通信與信息工程學(xué)院269.2.2 突發(fā)同步技術(shù) 由于各ONU與OLT的距離不同，因此各個(gè)信元信號(hào)經(jīng)傳輸延遲后，到達(dá)OLT時(shí)的比特相位不同，OLT接

13、受到從ONU來的短脈沖數(shù)據(jù)流，這些數(shù)據(jù)流的比特相位各不相同且是未知。由于組成上行幀的各ONU傳輸?shù)男旁獢?shù)有限，為了不丟失有用信息，需有較快的比特同步，OLT處的比特同步必須在每個(gè)上行ONU短脈沖數(shù)據(jù)流期間建立。使得快速比特同步電路在幾個(gè)比特周期內(nèi)與輸入數(shù)據(jù)同步，從而把每個(gè)ONU發(fā)送的信號(hào)正確恢復(fù)出來。 通信與信息工程學(xué)院279.2.3 測(cè)距技術(shù) 光接入網(wǎng)的環(huán)境是典型的點(diǎn)到多點(diǎn)方式，由于各個(gè)ONU到OLT的距離不等，為了防止各個(gè)ONU所發(fā)上行信號(hào)發(fā)生沖突，OLT需要一套測(cè)距功能，以保證不同物理距離的ONU與OLT之間的“邏輯距離”相等，即傳輸延遲一致，以避免碰撞和沖突的出現(xiàn)。 測(cè)距也即測(cè)量各個(gè)O

14、NU到OLT的實(shí)際距離，并將所有的ONU到OLT的虛擬距離設(shè)置相等的過程。通信與信息工程學(xué)院28測(cè)距實(shí)現(xiàn) 測(cè)距過程分為三個(gè)子過程：靜態(tài)粗測(cè)距；靜態(tài)精測(cè)距；動(dòng)態(tài)精測(cè)距。系統(tǒng)初始化時(shí)或當(dāng)一個(gè)新的ONU加入時(shí)或一個(gè)ONU重新加電時(shí)，靜態(tài)粗測(cè)距起作用，為保證該過程對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊戄^小，采用低頻低電平信號(hào)作為測(cè)距信號(hào)；靜態(tài)精測(cè)距是達(dá)到所需測(cè)距精度的中間環(huán)節(jié)，每當(dāng)ONU被重新激活時(shí)都要進(jìn)行一次，它占據(jù)一個(gè)上行傳輸時(shí)隙；動(dòng)態(tài)精測(cè)距是在數(shù)據(jù)傳輸過程中，使用數(shù)據(jù)信號(hào)來進(jìn)行測(cè)距。精態(tài)精測(cè)距過程結(jié)束后，OLT指示ONU可以發(fā)送數(shù)據(jù)了，在發(fā)送數(shù)據(jù)過程中，OLT持續(xù)地測(cè)量各ONU環(huán)路延時(shí)，及時(shí)調(diào)整補(bǔ)償時(shí)延以適應(yīng)各種因素

15、對(duì)環(huán)路時(shí)延的影響。 通信與信息工程學(xué)院299.2.4 多址接入技術(shù) 時(shí)分多址接入TDMA 波分多址接入WDMA 碼分多址接入CDMA通信與信息工程學(xué)院30時(shí)分多址接入技術(shù) TDMA 上行傳輸時(shí)將時(shí)間分成若干個(gè)時(shí)隙，每一時(shí)隙內(nèi)只安排一個(gè)ONU以分組方式向OLT發(fā)送分組信息。每個(gè)ONU嚴(yán)格按照預(yù)先規(guī)定的順序依次發(fā)送。為了避免與OLT距離不同的ONU所發(fā)的上行信號(hào)在OLT處發(fā)生沖突，OLT需要有一套復(fù)雜的測(cè)距功能，不斷測(cè)量每一ONU與OLT之間的時(shí)延（即邏輯距離），指揮每一個(gè)ONU調(diào)整發(fā)送時(shí)間，使之不至于互相沖突。通信與信息工程學(xué)院31波分多址接入技術(shù) WDMA 波分多址接入WDMA方式是采用不同的

16、波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于不同的ONU。采用單根光纖，兩個(gè)方向的信號(hào)（上行信號(hào)和下行信號(hào)），分別調(diào)在不同的波長(zhǎng)上。各個(gè)ONU不同波長(zhǎng)的上行光信號(hào)，送至光分路器并耦合進(jìn)光纖，該復(fù)用信號(hào)到達(dá)OLT后，利用WDM器件可分出屬于各個(gè)ONU的光信號(hào)，再經(jīng)過光電檢測(cè)器，解調(diào)出電信號(hào)。上行傳輸（從ONU到OLT）必須工作在1310nm波長(zhǎng)區(qū)，下行傳輸（OLT到ONU）工作在1310nm或1550nm波長(zhǎng)區(qū)。當(dāng)上、下行均工作在1310nm波長(zhǎng)區(qū)時(shí)，上行信號(hào)處于1310nm波長(zhǎng)區(qū)高端，下行信號(hào)處于1310nm波長(zhǎng)區(qū)低端。通信與信息工程學(xué)院32碼分多址接入技術(shù) CDMA 碼分多址接入CDMA方式是為每一個(gè)ONU分配一個(gè)多址碼，并

17、將各ONU的上行信碼與其進(jìn)行模二加后，再去調(diào)制具有相同波長(zhǎng)的激光器，經(jīng)光分路器（OBD）合路后傳輸?shù)絆LT，通過檢測(cè)、放大和模二加等電路后，恢復(fù)出ONU送來的上行反碼。通信與信息工程學(xué)院339.2.5 動(dòng)態(tài)帶寬分配 在上行方向，任意時(shí)刻不同ONU對(duì)帶寬的需求是不一樣的，這就涉及到帶寬分配及其算法的問題。帶寬分配要求提供一套最有效的在盡可能保證每個(gè)ONU需求的同時(shí)高效利用網(wǎng)絡(luò)資源的手段。帶寬分配算法既要考慮連接業(yè)務(wù)的性能特點(diǎn)和其服務(wù)質(zhì)量的要求，又要考慮接入控制的實(shí)時(shí)性。 動(dòng)態(tài)帶寬分配可以通過包括消息和狀態(tài)機(jī)等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。通信與信息工程學(xué)院349.2.6 光功率的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié) 每個(gè)ONU與中心接收機(jī)的

18、光路損耗是不同的，所以中心節(jié)點(diǎn)的光接收機(jī)必須能夠應(yīng)付從一個(gè)突發(fā)到另一個(gè)突發(fā)的不同的光接受功率，因此，接收機(jī)需要較大的動(dòng)態(tài)范圍，并且能夠設(shè)定門限快速區(qū)分比特“0”和比特“1”。此外每個(gè)傳輸節(jié)點(diǎn)的輸出功率將根據(jù)該節(jié)點(diǎn)的光路損耗而進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而降低對(duì)光接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍的要求。通信與信息工程學(xué)院359.2.7 服務(wù)質(zhì)量和安全技術(shù) 光接入網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量和安全技術(shù)是保證用戶對(duì)于不同業(yè)務(wù)類型需求的關(guān)鍵技術(shù)。采用TDM方式傳送下行數(shù)據(jù)的光接入網(wǎng)，必須采取一定的認(rèn)證和鑒權(quán)機(jī)制，以保證每一個(gè)ONU只能獲得自己所需的信息。而對(duì)于上行信號(hào)而言，需要采取認(rèn)證機(jī)制以保證只有合法的ONU可以與OLT建立連接。同時(shí)針對(duì)用戶的不

19、同類型的業(yè)務(wù)，如對(duì)時(shí)延、誤碼率等要求不同的話音和視頻業(yè)務(wù)等采取不同的對(duì)策加以區(qū)別對(duì)待。通信與信息工程學(xué)院369.3 有源光接入網(wǎng)AON9.3.1 AON基本概念9.3.2 基于PDH的AON9.3.3 基于SDH的AON通信與信息工程學(xué)院379.3.1 AON基本概念A(yù)ctive Optical Network有源光接入網(wǎng)AON中的ODN由包括PDH或SDH的有源節(jié)點(diǎn)設(shè)備構(gòu)成。AON的本質(zhì)是一個(gè)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的光纖傳輸系統(tǒng)，主要適用于大客戶環(huán)境。根據(jù)復(fù)用體制的不同，又可以分為基于PDH的AON和基于SDH的AON，其中后者目前應(yīng)用較多。通信與信息工程學(xué)院389.3.2 基于PDH的AON PDH有源

20、光接入網(wǎng)采用PDH點(diǎn)到點(diǎn)方式將OLT和多個(gè)ONU相連，其基本的性能指標(biāo)和參數(shù)與傳統(tǒng)的光纖本地環(huán)路系統(tǒng)（FITL）相似，包括發(fā)送功率、接收靈敏度和過載點(diǎn)、線路碼型、工作波長(zhǎng)、運(yùn)行和維護(hù)特性等。 基于PDH的AON一般可以通過V5接口與本地終端互連。通信與信息工程學(xué)院39SPDH 和 PSDH SPDH稱為同步的PDH，其核心是在PDH二次群（E2）或三次群（E3）速率等級(jí)實(shí)現(xiàn)比特同步的復(fù)用和解復(fù)用，這樣可以大為提高其業(yè)務(wù)上下的靈活性，缺點(diǎn)是標(biāo)準(zhǔn)化程度較低。 PSDH稱為準(zhǔn)同步的SDH，其采用了一種新的同步字節(jié)復(fù)用的幀結(jié)構(gòu)，ITU-T建議G.832對(duì)此進(jìn)行了規(guī)范。PSDH可以在不改變現(xiàn)有的PDH線

21、路系統(tǒng)情況下透明傳送SDH凈負(fù)荷，缺點(diǎn)是可能會(huì)引入較大的指針調(diào)整抖動(dòng)。 通信與信息工程學(xué)院409.3.3 基于SDH的AON SDH技術(shù)已經(jīng)在核心網(wǎng)絡(luò)和城域網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛的應(yīng)用，在接入網(wǎng)環(huán)境中使用SDH有源接入可以實(shí)現(xiàn)與城域網(wǎng)的無縫互連，因此是目前應(yīng)用較多的一種形式。但是在干線系統(tǒng)中使用的SDH設(shè)備并不能直接在接入環(huán)境中使用，還必須解決小型化、低成本以及安裝和維護(hù)等問題。通信與信息工程學(xué)院411. 接入環(huán)境對(duì)SDH設(shè)備的要求 SDH技術(shù)誕生之初是針對(duì)高速率、大容量的光纖傳輸系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的，因此在接入網(wǎng)中使用時(shí)存在一些缺點(diǎn)，需要有專門的要求。 干線系統(tǒng)中，支路信號(hào)在映射入SDH時(shí)會(huì)經(jīng)由多次映射和

22、指針調(diào)整過程，而在接入環(huán)境中由于業(yè)務(wù)的特殊性一般只需要一次映射即可完成映射過程，因此復(fù)雜的系統(tǒng)映射過程可以簡(jiǎn)化。SDH規(guī)定的STMN中，考慮到接入網(wǎng)的業(yè)務(wù)實(shí)際需求，其系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜度、各項(xiàng)指標(biāo)等都可以有所降低。同時(shí)對(duì)于時(shí)鐘同步、設(shè)備類型構(gòu)成、網(wǎng)絡(luò)管理、保護(hù)倒換配置等方面都可以有所簡(jiǎn)化。 通信與信息工程學(xué)院422. 簡(jiǎn)化SDH系統(tǒng)的方案 簡(jiǎn)化系統(tǒng) 設(shè)立子速率 簡(jiǎn)化網(wǎng)管 簡(jiǎn)化保護(hù)配置 靈活組網(wǎng)方式 簡(jiǎn)化映射和復(fù)用過程 簡(jiǎn)化時(shí)鐘同步通信與信息工程學(xué)院433. 基于SDH的AON發(fā)展趨勢(shì) 考慮到SDH體制在現(xiàn)有的干線網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)絕大多數(shù)份額，因此接入側(cè)選用SDH的AON具有明顯的優(yōu)勢(shì)。但是必須注意到的是，

23、接入側(cè)的業(yè)務(wù)類型越來越多的是基于IP類業(yè)務(wù)和應(yīng)用，包括各種Ethernet業(yè)務(wù)，而面向電路連接的SDH對(duì)IP業(yè)務(wù)的承載存在一定缺陷，需要采用一些特殊的適配技術(shù)才能較高效率地承載IP業(yè)務(wù)。同時(shí)從維護(hù)角度出發(fā)，在接入網(wǎng)中存在大量的有源節(jié)點(diǎn)，不僅對(duì)于供電等保障要求較高，也使得應(yīng)用上存在一定的局限性。基于SDH的AON對(duì)于像政府、金融等租用線業(yè)務(wù)較為適宜，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，光接入網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)是無源化。 通信與信息工程學(xué)院449.4 無源光接入網(wǎng)PON9.4.1 PON基本概念9.4.2 基于ATM的無源光接入網(wǎng)APON9.4.3 基于Ethernet的無源光接入網(wǎng)EPON9.4.4 千兆比特兼容的無源光接

24、入網(wǎng)GPON通信與信息工程學(xué)院459.4.1 PON基本概念 在光接入網(wǎng)中如果ODN全部是由無源器件組成，不包括任何有源節(jié)點(diǎn)，則這種光接入網(wǎng)就是無源光接入網(wǎng)PON。PON中的ODN部分僅由光分路器、光纜等無源器件組成，因此PON具有極高的可靠性，同時(shí)對(duì)環(huán)境的依賴程度小，是光接入網(wǎng)中最為看好的技術(shù)。 考慮到實(shí)際用戶環(huán)境的復(fù)雜性，PON的結(jié)構(gòu)也具有多種形式，一般來說前文所述的星型、樹型和總線型結(jié)構(gòu)都可以使用，但是考慮到FTTH等最終實(shí)現(xiàn)形式，采用點(diǎn)到多點(diǎn)的星型結(jié)構(gòu)是比較合適的。通信與信息工程學(xué)院46PON 基本概念 （續(xù)） PON的結(jié)構(gòu)中，OLT和多個(gè)ONU（有時(shí)也將用戶側(cè)設(shè)備稱為光網(wǎng)絡(luò)終端ONT

25、）之間進(jìn)行通信，一般采用的方法是下行數(shù)據(jù)信號(hào)使用1490nm信號(hào)，上行數(shù)據(jù)信號(hào)采用1310nm信號(hào)，而下行視頻業(yè)務(wù)流則采用1550nm信號(hào)。如果PON的分路比較高，即一個(gè)OLT需要連接較多個(gè)ONU，且距離較長(zhǎng)時(shí)，也可考慮在OLT側(cè)設(shè)置光放大器，提高總的功率。ITU-T在G.983系列建議中規(guī)定，PON的分路比至少支持1：16或更高（目前多為1：32或1：64），OLT與ONU之間的物理距離不得少于20km。通信與信息工程學(xué)院479.4.2 基于ATM的APON APON是在PON上實(shí)現(xiàn)基于ATM信元傳輸?shù)慕尤爰夹g(shù)，最早由全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)組織FSAN于20世紀(jì)90年代提出，并由ITU-T完成標(biāo)準(zhǔn)化的

26、工作。APON系統(tǒng)為點(diǎn)到多點(diǎn)的傳輸系統(tǒng)的復(fù)用和多路接入方式提供了良好的基礎(chǔ)，這種傳輸結(jié)構(gòu)為多用戶共享整個(gè)帶寬提供了基礎(chǔ)。APON采用TDM方式，并通過信頭的虛通道標(biāo)識(shí)符虛通路標(biāo)識(shí)符（VPI/VCI）進(jìn)行二級(jí)尋址，并根據(jù)不同業(yè)務(wù)的QoS（服務(wù)質(zhì)量）進(jìn)行不同的轉(zhuǎn)接處理。通信與信息工程學(xué)院48APON工作原理 APON采用以信元為基礎(chǔ)的TDM/TDMA方式，系統(tǒng)采用單纖雙向波分復(fù)用方式，即上行信號(hào)用1310nm波長(zhǎng)，下行信號(hào)用1490nm波長(zhǎng)，分路比小于32。在下行方向，由ATM交換機(jī)來的ATM信元先送給OLT，OLT將其轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)的155.52Mbit/s或622.08Mbit/s的下行幀，并以廣

27、播方式傳送給與OLT相連的各ONU，每個(gè)ONU可以根據(jù)信元的VCI/VPI選出屬于自己的信元送給終端用戶。 通信與信息工程學(xué)院49圖9-8 APON結(jié)構(gòu)示意圖ATMSwitchOLTSONU 1ONU 2ONU 3ONU nODN1234 n 3 2 1下行上行通信與信息工程學(xué)院50圖9-9 APON幀結(jié)構(gòu)每信元前3字節(jié)開銷，由OLT確定上行幀格式每幀56個(gè)信元ATMcell1ATMcell2ATMcell3ATMcell53PLOAM1ATMcell1ATMcell27PLOAM2ATMcell28ATMcell54下行幀格式包含53個(gè)上行信元的Grant消息每幀56個(gè)信元（53個(gè)字節(jié)）通信

28、與信息工程學(xué)院51APON 幀結(jié)構(gòu)說明 下行幀由連續(xù)的時(shí)隙流組成，每個(gè)時(shí)隙包含53字節(jié)的ATM信元和PLOAM信元（物理層運(yùn)行和維護(hù)信元，用來轉(zhuǎn)換物理層運(yùn)行和維護(hù)信息，還能攜帶ONU上行接入時(shí)所需的授權(quán)信號(hào)）。每隔27個(gè)時(shí)隙中插入一個(gè)PLOAM信元。速率為155.52Mbit/s的下行 幀 包 含 2 個(gè) P L O A M ， 共 有 5 6 個(gè) 時(shí) 隙 ； 而622.08Mbit/s的下行幀包含8個(gè)PLOAM，共有224個(gè)時(shí)隙。 通信與信息工程學(xué)院52APON 幀結(jié)構(gòu)說明 （續(xù)） 每一個(gè)PLOAM有27個(gè)授權(quán)信號(hào)，每一幀僅需53個(gè)授權(quán)信號(hào)，所以，622.08Mbit/s的下行幀中，后面的6

29、個(gè)PLOAM信元的授權(quán)信號(hào)區(qū)全部填充空閑授權(quán)信號(hào)，不被ONU使用。上行幀采用155.52Mbit/s，共有53個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙包含56個(gè)字節(jié)。其中3個(gè)字節(jié)是開銷字節(jié)，包括：防護(hù)時(shí)間前置碼定界符 防護(hù)時(shí)間長(zhǎng)度，前置碼和定界符格式由OLT編程決定，其內(nèi)容由下行方向PLOAM信元中控制上行開銷信息決定。通信與信息工程學(xué)院539.4.3 基于Ethernet的EPON EPON是由國(guó)際電氣電子工程師協(xié)會(huì)IEEE提出并標(biāo)準(zhǔn)化。IEEE的第一英里以太網(wǎng)EFM（Ethernet in the First Mile Study）工作組于2002年7月制定了EPON草案。 EPON的ODN由無源分光器件和光纖線

30、路構(gòu)成，EFM確定分路器的分光能力在1：16到1：128之間。上 行 和 下 行 線 路 的 光 信 號(hào) 使 用 兩 個(gè) 不 同 波 長(zhǎng)（1310nm/1490nm），速率均為1 Gbit/s，傳輸距離可達(dá)20 km。通信與信息工程學(xué)院54EPON 上下行方案 在下行鏈路上，OLT以廣播方式發(fā)送以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀。通過1：N的無源分光器，數(shù)據(jù)幀到達(dá)各ONU，ONU通過檢查接收到的數(shù)據(jù)幀的目的媒體接入控制（MAC）地址和幀類型（如：廣播幀、OAM幀）來判斷是否接收此幀 在上行鏈路上，各ONU的數(shù)據(jù)幀以突發(fā)方式通過共同的無源分配網(wǎng)傳輸?shù)絆LT，因此必須有一種多址接入方式保證每個(gè)激活的ONU能夠占用一定的

31、上行信道帶寬?？紤]到業(yè)務(wù)的不對(duì)稱性和ONU的低成本，EFM工作組決定在上行鏈路上采用TDMA方式。 通信與信息工程學(xué)院55圖9-10 EPON 下行信號(hào)示意通信與信息工程學(xué)院56圖9-11 EPON 上行信號(hào)示意通信與信息工程學(xué)院571. EPON的上行接入技術(shù) EPON上行接入技術(shù)可以使用時(shí)分多址復(fù)用（TDMA）、波分多址復(fù)用（WDMA）、碼分多址復(fù)用等方式（CDMA）。綜合考慮下，現(xiàn)在一般都是采用時(shí)分復(fù)用多址接入方式，波分復(fù)用多址接入方式從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看也具有較大的競(jìng)爭(zhēng)力。為了保證上行帶寬的動(dòng)態(tài)分配能力，EPON還提出了輪詢機(jī)制等對(duì)時(shí)分多址接入進(jìn)行補(bǔ)充。通信與信息工程學(xué)院582. EPON安全機(jī)

32、制 EPON中的認(rèn)證機(jī)制 EPON中的加密機(jī)制通信與信息工程學(xué)院593. EPON業(yè)務(wù)等級(jí)區(qū)分 由于EPON的主要服務(wù)對(duì)象是家庭用戶和小企業(yè)，業(yè)務(wù)種類多，需求差別大，計(jì)費(fèi)方式多樣，而利用上層協(xié)議并不能解決EPON中的數(shù)據(jù)鏈路層的業(yè)務(wù)區(qū)分和時(shí)延控制。因此，支持業(yè)務(wù)等級(jí)區(qū)分是EPON必備的功能。 EFM已經(jīng)初步提出將用戶的業(yè)務(wù)分為P0P2三個(gè)級(jí)別，對(duì)應(yīng)于不同的業(yè)務(wù)類型。在分配帶寬和安排上行時(shí)隙等時(shí)根據(jù)優(yōu)先級(jí)高級(jí)進(jìn)行排隊(duì)。通信與信息工程學(xué)院609.4.4 千兆比特兼容的無源光接入網(wǎng)GPON ITU-T在APON基礎(chǔ)上，提出了千兆比特兼容的無源光接入網(wǎng)GPON。GPON的主要設(shè)想是在PON上傳送多業(yè)務(wù)

33、時(shí)保證高比特率和高效率。由于GPON一開始就自下而上地重新考慮了PON的應(yīng)用和要求，為新的方案奠定了基礎(chǔ)，不再基于早先的APON標(biāo)準(zhǔn)。它一方面保留了與PON不是直接相關(guān)的許多功能，如OAM消息、DBA等；另一方面GPON則基于完全新的傳輸會(huì)聚（TC）層。GPON采用的是一個(gè)以幀為基礎(chǔ)的協(xié)議，用通用成幀程序（GFP）作業(yè)務(wù)映射。 通信與信息工程學(xué)院61GPON總體目標(biāo) 幀結(jié)構(gòu)可以從622Mbit/s擴(kuò)展到2.5Gbit/s，并支持不對(duì)稱比特率； 對(duì)任何業(yè)務(wù)都保證高帶寬利用率和高效率； 把任何業(yè)務(wù)（TDM和分組）都通過GFP裝入125s的幀中； 對(duì)純TDM業(yè)務(wù)作高效率的無開銷傳送； 通過帶寬指示器

34、為每一ONT動(dòng)態(tài)分配上行帶寬。通信與信息工程學(xué)院621. GPON基本結(jié)構(gòu) GPON 由光線路終端 OLT 、光網(wǎng)絡(luò)單光網(wǎng)絡(luò)終端（ ONU/ONT ）及光纖分配網(wǎng) ODN 組成。 OLT 位于中心機(jī)房，向上提供廣域網(wǎng)接口，包括 GE 、 ATM 、 DS-3 等 ； O N U / O N T 放 在 用 戶 側(cè) ， 為 用 戶 提 供 10/100BaseT 、 T1/E1 、 DS-3 等應(yīng)用接口，適配功能 AF 在具體實(shí)現(xiàn)中可能集成于 ONU/ONT 中； ODN 由分支器 / 耦合器等無源器件構(gòu)成；上下行數(shù)據(jù)工作于不同波長(zhǎng)，下行數(shù)據(jù)采用廣播方式發(fā)送，上行數(shù)據(jù)采用基于統(tǒng)計(jì)復(fù)用的時(shí)分多址方

35、式接入。 通信與信息工程學(xué)院63圖9-12 GPON總體結(jié)構(gòu)通信與信息工程學(xué)院64圖9-13 GPON 協(xié)議模型通信與信息工程學(xué)院652. GFP通用成幀規(guī)程及傳輸匯聚子層 GTC GFP在SDH和OTN網(wǎng)絡(luò)中的使用分別在ITU-T G.707/Y1322和G.709/Y1321中做了規(guī)定。用戶層信號(hào)可以是基于分組（例如IP/PPP，Ethernet），恒定比特率（CBR）或其他任何類型。GFP可以靈活地將不同的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)映射進(jìn)字節(jié)同步的傳送網(wǎng)中，是GPON中的關(guān)鍵技術(shù)之一。通信與信息工程學(xué)院66圖9-14 GEM幀結(jié)構(gòu)通信與信息工程學(xué)院67GPON傳輸匯聚子層（GTC） G.984.3為GPON定義了一個(gè)全新的傳輸會(huì)聚子層GTC，該子層可以作為通用的傳輸平臺(tái)來承載各種客戶信號(hào)（ATM、GEM）。 GTC層主要由GTC成幀子層（GTC Framing sublayer）和TC適配子層構(gòu)成，GTC成幀子層應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能包括：復(fù)用和解復(fù)用功能