郑玉甫第二讲专用通信施工设计接入网技术

郑玉甫电子与信息工程学院第二讲基础知识接入网技术（EPON）专用通信设计施工技术接入网技术高速通信追求卓越一、光纤接入网（OAN）二、PON技术简介三、EPON基本原理四、EPONFTTH业务介绍一、光纤接入网（OAN）高速通信追求卓越光接入网（OAN-OpticalAccesNetwork）指以光纤为主要传输媒质的接入网。泛指本地交换机或远端模块与用户之间采用光纤通信或部分采用光纤通信的系统。通常，OAN指采用基带数字传输技术，并以传输双向交互式业务为目的的接入传输系统。光纤通信具有通信容量大、质量高、性能稳定、防电磁干扰、保密性强等优点。它在干线通信方面已有广泛应用。在接入网中，光纤接入也将成为发展的重点。可以断言：“理想的宽带接入网将是基于光纤的网络”1.光纤接入网分类高速通信追求卓越光接入网的分类如下图：AON成本高维护费用高，存在电复用设备造成的瓶颈效应；PON与其相反，充分利用光纤的带宽传输特点。在方案中，PON接入是最能适应未来发展的解决方案。高速通信追求卓越AON：ActiveOpticalNetwork，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：PassiveOpticalNetwork，无源光网络–APON、EPON和GPON高速通信追求卓越在主干网上，光纤通信已经成为高性能的主流光接入网正在成长用于高性能接入领域–直接采用主干传输技术•专用于接入大客户•典型例子：SDH环用于PSTN网的大客户–专门的光接入技术•用于高性能的多业务接入客户•EPON/EFM的技术开发•标准正在推动技术的应用2.性能优越的通信光纤高速通信追求卓越光纤：性能优异的传输介质–高带宽、大容量：10Tb/s•单波：10Gb/s/40Gb/s•多波复用：16/40/80/160波–长距离•光复用段：LH/ULH/ELH•单段光传输距离：100~200km•多段光传输距离：3000~4000km–其他性能•抗电磁干扰、保密性好•安全性好，不易盗听•价格降低可能性大，节约资源，……高速通信追求卓越multiplelightpathsSourceDetectorMMFsinglelightpathSMF光纤分类多模光纤：用于计算机网络的短距离传输•MMF:Multi-ModeFiber•常见规格：62.5/125μ、50/125μ•系统价格低，传输距离短、容量相对小一些单模光纤（G.652和G.655光纤）：用于通信系统和高要求计算机网络•SMF:Single-ModeFiber•常见规格：9.5/125μ•系统价格较高，性能很高3.光纤的工作窗口高速通信追求卓越光纤的工作窗口（可用工作波长区）有三个：850nm窗口（780nm～850nm）1310nm窗口（1260nm～1360nm）1550nm窗口（1480nm～1580nm）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，主要用于提供2Mb/s及以下业务1550nm波长用于异波长双工下行通信及宽带的新业务现已打开了第四个工作窗口：1625nm高速通信追求卓越实际工作中光纤通信波段的划分波段名称说明波长范围/nmO波段E波段S波段C波段L波段U波段原始扩展短波常规长波超长1260-13601360-14601460-15301530-15651565-16251625-1675高速通信追求卓越4.光接入网的几种技术双工技术：电信业务通常是双向互交的，因此必须使用双向传输技术把用户的上行和下行业务信号分开。传输技术主要提供完成连接OLT和ONU的手段；它分为基于光信号分割的空分双工、向分双工、波分双工和基于电信号分割的时分双工、码分双工、频分双工多址技术：光接入网中，一个OLT与多个不同位置的ONU连接，为点到多点的系统结构，该结构需要多址技术。有波分多址WDMA、频分多址FDMA、时分多址复用技术：是光纤接入网中实现同一根光纤的同一方向上进行多路信号传输的基本技术。目的：光纤传输媒质和传输设备资源共享，降低成本，提高传输容量。有波分复用（WDM）、时分复用（TDM）、频分复用（FDM）、空分复用SDM双工技术高速通信追求卓越1.空分双工（SDD）类似空分复用（SDM）（1）为当前光接入网中运用最多的技术。（2）使用2跟光纤分别传输两个不同方向上的光信号，实质是把2个方向上传输的光信号在空间分开到2根光纤中。2.时分双工（TDD）又称时间压缩（TCM）（1）经过时间压缩的数字基带信号分别调制同一波长的光信号，送到同一根光纤上传输。（2）时分双工必须考虑光纤中光信号的传输时延。（3）优点：时分双工技术的设备可以由数字电路来简单实现。多址技术高速通信追求卓越1.多址技术的需要：光接入网中，一个OLT与多个不同位置的ONU连接，为点到多点的系统结构，该结构需要多址技术。WDMA---利用不同的光波长来区分不同位置的用户；FDMA---用不同的电信号负载频来区分不同位置的用户；TDMA----用时隙来区分不同位置的用户2.多址技术与多路复用：多址技术与多路复用的原理相似，不同的是多址技术用户端没有复用器；而多路复用技术的用户端有公用复用器，不同用户在复用器之后分开。3.测距：因为多个ONU位于不同位置，时分多址技术需要具有复杂的OLT与ONU之间的测距技术。复用技术高速通信追求卓越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，成本高复用技术高速通信追求卓越•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OLT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时分复用高速通信追求卓越OLTOBD上行A1B1N1ONUONUONUtA1B1N1A1保护时间高速通信追求卓越复用技术PD：光电检测器21NA1B1N1ONUONUONUOBD1N2上行WDMPDPDPD21NOLT•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）5.光接入网的基本结构高速通信追求卓越用户侧网络侧光接入网(OAN)光光用户侧设备（电/光）光接入网设备光光接入网设备网络侧设备（电/光）光终端设备ITU-T提出的光接入网的基本结构接入网系统管理功能Q3ONUONUODNOLTAF中心局用户侧网络侧UNISNI光接入网(OAN)高速通信追求卓越•组成：–光网络单元ONU（OpticalNetworkUnit）•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（OpticalDistributionNetwork）•为OLT和OUN之间提供光传输技术•由光连接器和光分路器OBD(OpticalBranchingdevice)组成•完成光信号功率的分配及光信号的分、复接功能高速通信追求卓越光线路终端OLT（OpticalLineTerminal）•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•分离不同的业务上图以无源光网络（PON）为例的，但原则上也适用其他配置结构，将图中无源光分路器用复用器代替就成了有源双星型结构。6.光接入网的特点及面临的问题高速通信追求卓越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：时分复用传送数据流，各ONU在规定时隙接收自己的信息–上行传输：各种多址技术（时分、波分等）二、PON技术简介高速通信追求卓越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）1.APON介绍高速通信追求卓越APON：ATMPassiveopticalnetwork，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.9832.G.983的基本特点高速通信追求卓越基于ATM信元（ONU与OLT之间）支持对称和非对称工作方式–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3.APON的系统结构高速通信追求卓越OLTODNONU1ONU2ONUnAPON（传输ATM信元流）ATM交换机用户用户用户OBD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4.APON的数据传输高速通信追求卓越3字节保障区间前导符定界符ATM（OAM）信元53字节测距要求用于OLT同步信元的开始•APON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：5.APON的帧格式高速通信追求卓越…PLOAM1ATM信元1ATM信元2ATM信元27PLOAM2ATM信元28ATM信元53PLOAM3…下行帧格式1帧=56个信元，每信元53字节•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5.APON的帧格式高速通信追求卓越……ATM信元1ATM信元2ATM信元52ATM信元53上行帧格式1帧=53个信元，每信元56字节3字节头部上下行速率为155.520Mb/s的帧结构•由于技术复杂、成本高、带宽有限、APON系统并未如预期的那样发展起来6.APON的延续－GPON高速通信追求卓越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-TG.7041：GFP（通用成帧协议）支持多业务、多承载（包括ATM业务、TDM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6.APON的延续-EPON高速通信追求卓越EPON：EthernetPassiveopticalnetwork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7.EPON简介高速通信追求卓越EPON：基于以太网的无源光网络，802.3ah,全称为EthernetPassiveOpticalNetwork。它是众多光接入技术