[信息与通信]光纤接入技术课件.ppt

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1、1 1AccNet 2010 春接入网技术第4章 光纤接入技术2 2AccNet 2010 春第4章 光纤接入技术n 主要内容n 光纤介质的优势n 光接入网的结构、类型、应用模式等n 两种典型的无源光网络APON和EPONn 要求n 熟悉光纤介质的特点，FTTX的含义n 掌握光接入网的结构、特点、关键技术（特别是测距）；n APON与EPON的异同3 3AccNet 2010 春第4章 光纤接入技术4.1 引言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4.5 APON4.6 EPON4.7 小结4 4AccNet 2010 春4.1 引言n 光纤接入前途无限用户业务

2、量的日益增长业务种类的不断变化新业务的高性能要求需要与之适应的高性能接入技术从介质考虑，哪种介质能满足？光纤能满足5 5AccNet 2010 春4.1 引言n 光纤的优越性n 高带宽、高数据率n 单波：10Gb/s,40Gb/sn 多波复用：可达Tb/sn 信号衰减很小，无中继传输距离远n 单段光传输距离：100200kmn 多段光传输距离：30004000kmn 其他性能n 抗电磁干扰、保密性好n 安全性好，不易盗听n 绝大多数运营商断言：“理想的宽带接入网将是基于光纤的网络”6 6AccNet 2010 春4.1 引言n 光纤分类n 多模光纤nMMF:Multi-Mode Fibern常

3、见规格：62.5/125、50/125n 系统价格低，传输距离短、容量相对小一些n用于计算机网络的短距离传输n 单模光纤nSMF:Single-Mode Fibern常见规格：9.5/125n 系统价格较高，性能很高n用于通信系统和高要求计算机网络7 7AccNet 2010 春4.1 引言n 光接入网络n 在主干网上，光纤通信已经成为高性能的主流n 在接入网上，光纤通信前景光明，光接入网正在成长n用于高性能接入领域n直接采用主干传输技术n 典型例子：SDH环用于PSTN网的大客户n 用于接入大客户n专门的光接入技术n 典型例子：EPON/EFM的技术开发n 用于高性能的多业务接入客户8 8A

4、ccNet 2010 春4.2 光纤在接入网中的延伸n 在接入网中应用光纤，是逐渐从运营商向用户延伸的n 根据光纤深入用户的程度，有三种基本应用类型：n 光纤到路边 FTTC n 光纤到楼 FTTB n 光纤到家/办公室 FTTH/O FTTx9 9AccNet 2010 春光纤到路边 FTTCn FTTC：Fiber To The Curb/Cabn 光纤到路边、光纤到配线箱ONU OBD光接入网设在交接箱处电话双绞铜线或同轴电缆特点：l 通常为点到点和点到多点结构l 一个OUN可为一个或多个用户提供接入l 是一种介质混合结构l 通常采用FTTC+xDSL技术或FTTC+Cable Mode

5、m技术10 10AccNet 2010 春光纤到楼 FTTBn FTTB：Fiber To The Buildingn 光纤到大楼OBD光接入网ONUBuddingEthernet设在办公楼或居民住宅楼内的某个公共地方用UTP5类线（或更高等级）特点：l通常点到多点结构l一个OUN为多个用户提供接入l通常采用FTTB+Ethernet技术11 11AccNet 2010 春光纤到家/办公室 FTTH/On FTTH：Fiber To The Home/Officen 光纤到家（光纤入户、光纤到办公室）OBD光接入网ONUhome直接放在用户家里特点：l中心局到用户之间全部为光连接和光传输l接入

6、网无任何有源设备，是一个真正的透明网络l是一种真正意义上的宽带接入技术l是用户接入网的长远目标12 12AccNet 2010 春4.3 光接入网基础知识n 光纤的传输窗口n 光纤的传输性能，有几段性能好，成为传输窗口l 1310nm窗口（1260nm1360nm）l 850nm窗口（780nm850nm）l 1550nm窗口（1480nm1580nm）常用于多模光纤通信未得到很好使用应用广泛主要用于提供2Mb/s及以下的业务用于异波长双工的下行通信以及宽带的新业务13 13AccNet 2010 春4.3 光接入网基础知识n 光接入网的基本结构n OAN：n Optical Access N

7、etwork，光接入网n 光接入网概念：n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n 光接入网基本结构由ITU-T G.982 定义14 14AccNet 2010 春光接入网的基本结构ITU-T ITU-T提出的光接入网的基本结构 提出的光接入网的基本结构接入网系统管理功能Q3ONUONUODN OLTAF中心局终端设备用户侧 网络侧UNI SNI光接入网(OAN)光接入网是G.902标准的一个典型实例15 15AccNet 2010 春光接入网的基本结构n 组成：n 光网络单元ONU（Optical Network Unit）n 提供用户到接入网的接口（光电转换、物理

8、接口）n 提供用户业务适配功能（速率适配、信令转换）n 光分配网 ODN（Optical Distribution Network）n 为OLT和OUN之间提供光传输技术n 由光连接器和光分路器OBD(Optical Branching device)组成n 完成光信号功率的分配及光信号的分、复接功能n 光线路终端OLT（Optical Line Terminal）n 提供与中心局设备的接口（光电转换、物理接口）n 提供与ODN的光接口n 分离不同的业务16 16AccNet 2010 春光接入网的基本结构n 光接入网的特点n 点到多点传输系统，介质共享n 下行：OLT向各个ONU采用广播通信

9、方式n 上行：ONU向OLT通信时需要某种分配信道的策略n 面临的问题n 需解决OLT和多个ONU之间上下行信号的正确传输n 关键是解决上行信道的占用问题n 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n 上行传输：各种多址技术（时分、波分等）17 17AccNet 2010 春光接入网的传输技术n 空分复用 SDMn 上下行双向通信各使用一根光纤n 两个方向的通信单独进行，互不影响n 性能最佳，设计最简单n 光传输设备和线缆双倍，成本高18 18AccNet 2010 春t A1 B1 N1 A1保护时间OBD上行 A1 B1 N1ONUONUONU光接入网的传输技术n 时

10、分复用TDMn 每个ONU动态或固定分配一个时隙n 每个ONU在分配的时隙内上传数据n 固有问题n 每个ONU与OLT距离不等 n 传输时延不同n 到达OLT的相位不同n 对OTL要求n 完善的测距技术，实现定时调整 和同步n 快速的同步技术n 快速、动态的门限判决技术19 19AccNet 2010 春PD：光电检测器 2 1 N A1 B1 N1ONUONUONUOBD 1 N 2上行WDMPDPDPD 2 1 NOLT光接入网的传输技术n 波分复用WDMn 用不同的光载波传输不同的信息n 不同波长的信号共享一根光纤传输，彼此不干扰n 要求每个ONU在指定波长上发射n 对激光二极管要求高（

11、温度、环境影响大）n OLT设备复杂，成本高（每个波长都需光发射器和检测器）20 20AccNet 2010 春光接入网的分类n 根据光分配网是采用有源或无源设备，OAN分：n AON和PONn AON：Active Optical Network，有源光网络n ODN全部由有源器件组成（光放大器等）n 是主干网技术的延伸n SDH、PDH、ATM、等等n 现通常是基于SDH的AONn 特点：n 传输容量大：155Mb/s或622Mb/s的接入速率 n 传输距离远：不加中继器，距离为70多公里n 技术成熟：无论PDH设备还是SDH设备，都已广泛应用n 给有源设备供电是一件麻烦事21 21Acc

12、Net 2010 春光接入网的分类n PON：Passive Optical Network，无源光网络n PON内不含有源器件n 是专门为接入网发展的技术n 无源：大大简化了接入途中的机房条件n 包括：n APON、EPON和GPON 22 22AccNet 2010 春4.4 无源光网络n 基本概念n 系统结构n 数据传输n 关键技术23 23AccNet 2010 春PON的基本概念n ODN全部由无源器件组成（无源光分路器等）n 信号在传输过程中无再生放大n 信号由光分路器、无源光功率分配器等传至用户n 实现透明传输，信号处理全由局端和用户端设备完成n 与有源光网络比：n 覆盖范围和传

13、输距离更小n 可靠性更高（户外无有源设备，提高抗干扰能力）n 价格更低、安装维护更方便n 是光接入网有发展潜力的技术（价格、维护等优势）24 24AccNet 2010 春PON的系统结构OLTONU1ONU2ONUnPON用户用户用户OBD业务网络UNI SNIODNn 组成：OLT、ODN、ONU，且ODN中全是无源器件n 共享介质n 逻辑上是点到多点结构，物理拓扑可有多种形式25 25AccNet 2010 春PON的数据传输n 下行：OLT向各ONU采用广播通信方式，传输连续时隙流（下行帧）n 局端数据 OLT 封装成连续时隙流下行帧 n 以广播方式传送 各ONU收到信元流，取出属于自

14、己的数据用户终端n 上行：采用TDMA技术（动态分配），突发传送时隙流（上行帧）n 各ONU共享ODN，且数据突发性强。n 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26 26AccNet 2010 春PON的数据传输n PON的帧都是定时长帧，分上行帧和下行帧n 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：ONUONUONUOBD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27 27AccNet 2010

15、 春PON的关键技术n 测距技术n 快速比特传送技术n 突发信号的收发n 搅码技术（扰码）n 媒质接入控制（MAC）技术28 28AccNet 2010 春测距技术n 原因n 采用TDMA，必须保证每个时隙的数据彼此独立，互不干扰n PON结构中，各ONU到OLT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，会出现时隙重叠，造成数据干扰n 为确保多个ONU到OLT之间的正确传输，必须引入测距机制，精确测量OLT到ONU的端到端时延，使各ONU到OLT的逻辑距离相等，使ONU发出的帧准确落在所分配的上行帧时隙之内n 基本策略：静态测距+动态测距相结合n 静态测距在ONU初装联

16、网时进行n 动态测距在数据传输过程中进行29 29AccNet 2010 春测距技术n 测距的基本原理n 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n ONU在指定的上行时隙中用测距PLOAM信元应答n 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ONUn ONU根据测距时间调整均衡时延30 30AccNet 2010 春快速比特传送技术n 测距精度有限，各ONU到OLT的上行比特流存在相位差异n 需要采用某种技术实现快速同步n 基本策略先实现位同步、再进行信元同步n 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n 需要快速开启

17、和关闭光电路，以适应上行的突发数据传输n 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31 31AccNet 2010 春搅码技术（扰码）n 为了保证共享介质传输的安全性，引入搅码技术n 在发送端：通过一个随机码对信息进行异或运算后传送n 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n 信元的时隙分配n 接入请求/允许n 带宽的动态分配n 带宽管理由OLT完成n 为不同的业务提供优先级和带宽n 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32 32AccNet 2010 春4.5 APONn APON：n ATM Passive optica

18、l network，ATM无源光网络 n 在PON上传送ATM信元，即在ONU与OLT之间传送ATM信元n 物理层采用PON，链路层采用ATMn 存在PON中同样的技术问题n 标准规范：ITU-T的G.983 33 33AccNet 2010 春G.983基本特点n 基于ATM信元（ONU与OLT之间）n 支持对称和非对称工作方式n 对称方式：双向 155.520Mb/sn 非对称方式：上、下行分别为155.520Mb/s、622.080Mb/sn 双向通信：n 可用两条光纤，波长1310nm区n 或一条光纤，异波长双工(上行：1310nm区,下行：1550nm区)n 无放大器最大距离：20k

19、mn 最高32个用户光分支n 利用波长分配增加业务能力n 传输技术：上、下行均采用时分复用34 34AccNet 2010 春APON的系统结构n 接入的主干网为ATM网n 传输的数据流为ATM信元流n 拓扑：无源双星结构n 一个ODN（即1个OBD）最多支持32个ONU（用户数）n 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OBD35 35AccNet 2010 春APON的数据传输n APON在PON上传送ATM信元n APON帧传输的基本原理同PON，只是APON帧中封装的是ATM信元n

20、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36 36AccNet 2010 春PLOAM 1ATM信元1ATM信元2ATM信元27PLOAM 2ATM信元28ATM信元53PLOAM 3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n 定时长帧n 下行速率为155.52Mb/s时，每帧56个信元n 下行速率为622.08Mb/s时，每帧224个信元APON的帧格式37 3

21、7AccNet 2010 春APON的延续GPONn 弱化ATMn 保留了APON的许多优点，与APON有很多相同之处，但更高效、高速n 支持上、下行不对称速率：n 下行2.488Gb/s，上行1.244Gb/sn 适配协议采用ITU-T G.7041：GFP（通用成帧协议）n 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。n GPON成为目前最为理想的宽带光纤接入网技术38 38AccNet 2010 春4.6 EPONEPON的发展背景如下：n APON概览n 技术思路：90年代中期的黄金组合n 物理层：PON，技术很精致n 链路层：信元，基于ATM技术机制n 受ATM在全球受挫的牵连，未能迅速发展n EPON概要n 技术思路n 物理层仍然使用现成的PON技术，链路层换成以太帧n EFM研究组n IEEE 802.3ah：改换APON的MAC协议，使用以太帧