第4章 光纤接入技术

2020/2/15接入网技术接入网技术第4章光纤接入技术2接入网技术第4章光纤接入技术本章教学重点简要介绍光纤介质的特点和优势介绍光接入网的结构、类型、应用模式等介绍两种典型的无源光网络APON和EPON本章要求熟悉光纤介质的特点，FTTX的含义掌握光接入网的结构、特点、关键技术（特别是测距）；APON与EPON的异同3接入网技术第4章光纤接入技术4.1光纤的优势4.2光纤在接入网中的延伸4.3光接入网基础知识4.4无源光网络4.5APON4.6EPON4接入网技术4.1光纤的优势带宽优势与双绞线和同轴缆相比，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5接入网技术4.2光纤在接入网中的延伸ONUOBD中心局ONUONUBuddingOBDOBDFTTCFTTBFTTHhomeOLTOAN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/O6接入网技术光纤到路边FTTCFTTC：FiberToTheCurb/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+CableModem技术ONUOBD中心局OLT光接入网7接入网技术光纤到楼FTTBFTTB：FiberToTheBuddingOUN设在办公楼或居民住宅楼内的某个公共地方用户到OUN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OUN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ONUBuddingEthernet8接入网技术光纤到家/办公室FTTH/OFTTH：FiberToTheHome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ONUhome9接入网技术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10接入网技术光纤的工作窗口光纤的工作窗口（可用工作波长区）有三个：850nm窗口（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下行通信以及宽带的新业务现已打开了第四个工作窗口：1625nm11接入网技术光接入网的基本结构OAN：OpticalAccessNetwork，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12接入网技术光接入网的基本结构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中心局终端设备用户侧网络侧UNISNI光接入网(OAN)13接入网技术光接入网的基本结构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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14接入网技术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上行传输：各种多址技术（时分、波分等）15接入网技术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16接入网技术tA1B1N1A1保护时间OLTOBD上行A1B1N1ONUONUONU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17接入网技术PD：光电检测器21NA1B1N1ONUONUONUOBD1N2上行WDMPDPDPD21NOLT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）18接入网技术光接入网的分类根据光分配网是采用有源或无源设备，OAN分：AON和PONAON：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GPON19接入网技术4.4无源光网络基本概念系统结构数据传输关键技术20接入网技术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）21接入网技术PON的系统结构OLTONU1ONU2ONUnPON用户用户用户OBD业务网络UNISNIODN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22接入网技术PON的数据传输下行：OLT向各ONU采用广播通信方式，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23接入网技术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：ONUONUOLTONUOBD上行突发模式下行连续模式保护时隙附加开销ATM信元/OAM信元/以太帧用于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24接入网技术PON的关键技术测距技术快速比特传送技术突发信号的收发搅码技术（扰码）媒质接入控制（MAC）技术25接入网技术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26接入网技术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27接入网技术快速比特传送技术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28接入网技术搅码技术（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29接入网技术4.5APON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.98330接入网技术G.983基本特点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31接入网技术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OLTODNONU1ONU2ONUnAPON（传输ATM信元流）ATM交换机用户用户用户OBD32接入网技术APON的数据传输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：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33接入网技术…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……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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34接入网技术APO