第3讲 光纤接入技术

第3讲光纤接入技术第1页，共44页。光纤接入技术光纤接入技术n本章教学重点本章教学重点n简要介绍光纤介质的特点和优势简要介绍光纤介质的特点和优势n介绍光接入网的构造、类型、应用模式等介绍光接入网的构造、类型、应用模式等n介绍两种典型的无源光网络介绍两种典型的无源光网络APON和和EPONn本章要求本章要求n熟悉光纤介质的特点，熟悉光纤介质的特点，FTTX的含义的含义n掌握光接入网的构造、特点、关键技术特掌握光接入网的构造、特点、关键技术特别是测距；别是测距；APON与与EPON的异同的异同n 第2页，共44页。光纤接入技术光纤接入技术1 光纤的优势光纤的优势2 光纤在接入网中的延伸光纤在接入网中的延伸3 光接入网根底知识光接入网根底知识4 无源光网络无源光网络5 APON6 EPON第3页，共44页。1 光纤的优势光纤的优势n带宽优势带宽优势n与双绞线和同轴缆相比，光纤的理论带宽几乎是无限与双绞线和同轴缆相比，光纤的理论带宽几乎是无限的的n单个波长可传输单个波长可传输10Gb/s，采用波分复用可传输更高的，采用波分复用可传输更高的速率速率n长距离传输优势长距离传输优势n衰减很小，不加中继的距离现在可达数百公里衰减很小，不加中继的距离现在可达数百公里n抗恶劣环境优势抗恶劣环境优势n抗腐蚀能力强，不受电磁波干扰抗腐蚀能力强，不受电磁波干扰n平安性优势平安性优势n盗接线头困难，不易盗听盗接线头困难，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第4页，共44页。2 光纤在接入网中的延伸光纤在接入网中的延伸ONUOBDONUONUBuddingOBDOBD FTTFTTC C FTT FTTB B FTTFTTH H homeOAN的应用示意图的应用示意图n根据根据ONU位置，位置，OAN可分为三种应用类型可分为三种应用类型 n光纤到路边光纤到路边 FTTC n光纤到楼光纤到楼 FTTB n光纤到家光纤到家/办公室办公室 FTTH/O 第5页，共44页。光纤到路边光纤到路边 FTTCnFTTC：Fiber To The Curb/CabnONU设在交接箱处设在交接箱处n用户到用户到ONU之间引入线仍用双绞铜线连接或同轴缆之间引入线仍用双绞铜线连接或同轴缆n通常为点到点和点到多点构造通常为点到点和点到多点构造n一个一个ONU可为一个或多个用户提供接入可为一个或多个用户提供接入n是一种介质混合构造是一种介质混合构造n通常采用通常采用FTTC+xDSL技术或技术或FTTC+Cable Modem技术技术ONUOBD光接入网光接入网第6页，共44页。光纤到楼光纤到楼 FTTBnFTTB：Fiber To The BuddingnONU设在办公楼或居民住宅楼内的某个公共地方设在办公楼或居民住宅楼内的某个公共地方n用户到用户到ONU之间引入线用之间引入线用UTP5类线或更高等级线类线或更高等级线连接连接n点到多点构造，一个点到多点构造，一个ONU为多个用户提供接入为多个用户提供接入n通常采用通常采用FTTB+Ethernet技术技术OBD光接入网光接入网ONUBuddingEthernet第7页，共44页。光纤到家光纤到家/办公室办公室 FTTH/OnFTTH：Fiber To The HomenONU直接放在用户家里直接放在用户家里n中心局到用户之间全部为光连接和光传输中心局到用户之间全部为光连接和光传输n接入网无任何有源设备，是一个真正的透明网络接入网无任何有源设备，是一个真正的透明网络n是一种真正意义上的宽带接入技术是一种真正意义上的宽带接入技术n是用户接入网的长远目标是用户接入网的长远目标综上：综上：FTTH和和FTTC更适合分散的个人用户的接入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更适合单位和密集小区用户的接入OBD光接入网光接入网ONUhome第8页，共44页。3 光接入网根底知识光接入网根底知识n光纤的工作窗口光纤的工作窗口n光接入网的根本构造光接入网的根本构造n光接入网的分类光接入网的分类n光接入网的传输技术光接入网的传输技术第9页，共44页。光纤的工作窗口光纤的工作窗口n光纤的工作窗口可用工作波长区有三个：光纤的工作窗口可用工作波长区有三个：n850nm窗口窗口 780nm850nmn1310nm窗口窗口 1260nm1360nmn1550nm窗口窗口 1480nm1580nmn三个工作区的使用情况三个工作区的使用情况n850nm波长常用于多模光纤通信，未得到很好使用波长常用于多模光纤通信，未得到很好使用n1310nm波长应用广泛，主要用于提供波长应用广泛，主要用于提供2Mb/s及以下的业及以下的业务务n1550nm波长用于异波长双工的下行通信以及宽带的新业波长用于异波长双工的下行通信以及宽带的新业务务n现已翻开了第四个工作窗口：现已翻开了第四个工作窗口：1625nm 第10页，共44页。光接入网的根本构造光接入网的根本构造nOAN：nOptical Access Network，光接入网，光接入网n光接入网概念：光接入网概念：n接入网中局部或全部使用光纤作为传输介质接入网中局部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来实现信息传输的网络形式第11页，共44页。光接入网的根本构造光接入网的根本构造用户侧用户侧网络侧网络侧光接入网光接入网(OAN)光光光光用户侧设备用户侧设备（电（电/光）光）光接入网光接入网设备设备光光光接入网光接入网设备设备网络侧设备网络侧设备（电（电/光）光）光光ITU-TITU-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接入网系统管理功能Q3ONUONUODNOLTAF中心局中心局终端设备终端设备用户侧用户侧网络侧网络侧UNISNI光接入网光接入网(OAN)第12页，共44页。光接入网的根本构造光接入网的根本构造n组成：组成：n光网络单元光网络单元ONU Optical Network Unitn提供用户到接入网的接口光电转换、物理接口提供用户到接入网的接口光电转换、物理接口n提供用户业务适配功能速率适配、信令转换提供用户业务适配功能速率适配、信令转换n光分配网光分配网 ODNOptical Distribution Networkn为为OLT和和ONU之间提供光传输技术之间提供光传输技术n由光连接器和光分路器由光连接器和光分路器OBD(Optical Branching device)组成组成n完成光信号功率的分配及光信号的分、复接功能完成光信号功率的分配及光信号的分、复接功能n光线路终端光线路终端OLTOptical Line Terminaln提供与中心局设备的接口光电转换、物理接口提供与中心局设备的接口光电转换、物理接口n提供与提供与ODN的光接口的光接口n别离不同的业务别离不同的业务第13页，共44页。光接入网的根本构造光接入网的根本构造n光接入网的特点光接入网的特点n点到多点传输系统，介质共享点到多点传输系统，介质共享n下行：下行：OLT向各个向各个ONU采用播送通信方式采用播送通信方式n上行：上行：ONU向向OLT通信时需要某种分配信道的策略通信时需要某种分配信道的策略n面临的问题面临的问题n需解决需解决OLT和多个和多个ONU之间上下行信号的正确传输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，各下行传输：时分复用传送信元流，各ONU在规定时隙接在规定时隙接收自己的信息收自己的信息n上行传输：各种多址技术时分、波分等上行传输：各种多址技术时分、波分等第14页，共44页。光接入网的传输技术光接入网的传输技术n空分复用空分复用 SDMn上下行双向通信各使用一根光纤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展，互不影响两个方向的通信单独进展，互不影响n性能最正确，设计最简单性能最正确，设计最简单n光传输设备和线缆双倍，本钱高光传输设备和线缆双倍，本钱高第15页，共44页。t t A1 B1 N1 A1保护时间保护时间OBD上行上行 A1 B1 N1ONUONUONU光接入网的传输技术光接入网的传输技术n时分复用时分复用TDMn每个每个ONU动态或固定分配一个时隙动态或固定分配一个时隙n每个每个ONU在分配的时隙内上传数据在分配的时隙内上传数据n固有问题固有问题n每个每个ONU与与OLT距离不等距离不等 n传输时延不同传输时延不同n到达到达OLT的相位不同的相位不同n对对OTL要求要求n完善的测距技术，实现定时调整完善的测距技术，实现定时调整 和同步和同步n快速的同步技术快速的同步技术n快速、动态的门限判决技术快速、动态的门限判决技术第16页，共44页。PD：光电检测器：光电检测器 2 2 1 1 N N A1 B1 N1ONUONUONUOBD 1 1 N N 2 2上行上行WDMPDPDPD 2 2 1 1 N NOLT光接入网的传输技术光接入网的传输技术n波分复用波分复用WDMn不同波长的信号共享一根光纤传输，彼此不干扰不同波长的信号共享一根光纤传输，彼此不干扰n要求每个要求每个ONU在指定波长上发射在指定波长上发射n对激光二极管要求高温度、环境影响大对激光二极管要求高温度、环境影响大nOLT设备复杂，本钱高每个波长都需光发射器和检测器设备复杂，本钱高每个波长都需光发射器和检测器第17页，共44页。光接入网的分类光接入网的分类n根据光分配网是采用有源或无源设备，根据光分配网是采用有源或无源设备，OAN分：分：nAON和和PONnAON：Active Optical Network，有源光网络，有源光网络nODN全部由有源器件组成光放大器等全部由有源器件组成光放大器等n特点：特点：n传输容量大：传输容量大：155Mb/s或或622Mb/s的接入速率的接入速率 n传输距离远：不加中继器，距离为传输距离远：不加中继器，距离为70多公里多公里n技术成熟：无论技术成熟：无论PDH设备还是设备还是SDH设备，都已广泛设备，都已广泛应用应用n给有源设备供电是一件麻烦事给有源设备供电是一件麻烦事nPON：Passive Optical Network，无源光网络，无源光网络nAPON、EPON和和GPON 第18页，共44页。4 无源光网络无源光网络n根本概念根本概念n系统构造系统构造n数据传输数据传输n关键技术关键技术第19页，共44页。PON的根本概念的根本概念nODN全部由无源器件组成无源光分路器等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：与有源光网络比：n覆盖范围和传输距离更小覆盖范围和传输距离更小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、安装维护更方便价格更低、安装维护更方便n是光接入网有开展潜力的技术价格、维护等优势是光接入网有开展潜力的技术价格、维护等优势第20页，共44页。PON的系统构造的系统构造OLTONU1ONU2ONUnPON用户用户用户用户用户用户OBD业业务务网网络络UNISNIODNn组成：组成：OLT、ODN、ONU，且，且ODN中全是无源器件中全是无源器件n共享介质共享介质n逻辑上是点到多点构造，物理拓扑可有多种形式逻辑上是点到多点构造，物理拓扑可有多种形式第21页，共44页。PON的数据传输的数据传输n下行：下行：OLT向各向各ONU采用播送通信方式，传输连续时隙流采用播送通信方式，传输连续时隙流下行帧下行帧n局端数据局端数据 OLT 封装成连续时隙流下行帧封装成连续时隙流下行帧 n以播送方式传送以播送方式传送 各各ONU收到信元流，取出属于自己的数据收到信元流，取出属于自己的数据用户用户终端终端n上行：采用上行：采用TDMA技术动态分配，突发传送时隙流上行帧技术动态分配，突发传送时隙流上行帧n各各ONU共享共享ODN，且数据突发性强。，且数据突发性强。n各各ONU向向OLT申请带宽申请带宽OLT授权授权ONU发送上行的发送时发送上行的发送时隙、带宽分配等隙、带宽分配等 获得授权的获得授权的ONU在指定时隙发送在指定时隙发送第22页，共44页。PON的数据传输的数据传输nPON的帧都是定时长帧，分上行帧和下行帧的帧都是定时长帧，分上行帧和下行帧n为了实现为了实现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：行时隙格式如下：ONUONUONUOBD上行突发模式上行突发模式下行连续模式下行连续模式保护时隙保护时隙附加开销附加开销 ATMATM信元信元/OAM/OAM信元信元/以太帧以太帧用于用于OLTOLT同步、标同步、标识信元开场识信元开场OAMOAM信元为管理信元，如带信元为管理信元，如带宽申请、测距等宽申请、测距等第23页，共44页。PON的关键技术的关键技术n测距技术测距技术n快速比特传送技术快速比特传送技术n突发信号的收发突发信号的收发n搅码技术扰码搅码技术扰码n媒质接入控制媒质接入控制MAC技术技术第24页，共44页。测距技术测距技术 为何需要测距？为何需要测距？采用采用TDMA，必须保证每个时隙的数据彼此独，必须保证每个时隙的数据彼此独立，互不干扰立，互不干扰APON构造中，各构造中，各ONU到到OLT的物理距离不等，的物理距离不等，那么各那么各ONU到到OLT的传输时延不同，如不进的传输时延不同，如不进展时延补偿，会出现时隙的重叠，造成数据展时延补偿，会出现时隙的重叠，造成数据干扰干扰为确保多个为确保多个ONU到到OLT间的正确传输，必须引间的正确传输，必须引入测距机制，使各入测距机制，使各ONU到到OLT的逻辑距离相的逻辑距离相等等第25页，共44页。测距技术测距技术测距技术根本策略测距技术根本策略单独测距单独测距+传输数据时测距相结合传输数据时测距相结合(粗测精测粗测精测单独测距在单独测距在ONUONU初装联网时必须进展初装联网时必须进展传输数据时测距可根据传输数据时测距可根据OLTOLT的配置而定的配置而定测距的根本原理测距的根本原理OLTOLT向向ONUONU发送测距允许消息，消息中指明发送测距允许消息，消息中指明ONUONU的上行应答的时的上行应答的时隙隙ONUONU在指定的上行时隙中用测距在指定的上行时隙中用测距PLOAMPLOAM信元应答信元应答OLTOLT计算往返时延，并与理想时延比较，计算出差值，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发送一个测距时间给ONUONUONUONU根据测距时间调整均衡时延根据测距时间调整均衡时延第26页，共44页。快速比特传送技术快速比特传送技术n测距精度有限，各测距精度有限，各ONU到到OLT的上行比特流存在相位差异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需要采用某种技术实现快速同步n根本策略先实现位同步、再进展信元同步根本策略先实现位同步、再进展信元同步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突发信号的收发n需要快速开启和关闭光电路，以适应上行的突发数据传输需要快速开启和关闭光电路，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第27页，共44页。搅码技术扰码搅码技术扰码n为了保证共享介质传输的平安性，引入搅码技术为了保证共享介质传输的平安性，引入搅码技术n在发送端：通过一个随机码对信息进展异或运算后传送在发送端：通过一个随机码对信息进展异或运算后传送n在接收端：采用一样的随机码再进展一次异或运算，得到原始在接收端：采用一样的随机码再进展一次异或运算，得到原始数据数据n信元的时隙分配信元的时隙分配n接入请求接入请求/允许允许n带宽的动态分配带宽的动态分配n带宽管理由带宽管理由OLT完成完成n为不同的业务提供优先级和带宽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上行带宽的占用由媒质接入控制MAC协议实现协议实现媒质接入控制媒质接入控制MAC技术技术第28页，共44页。5 APONnAPON：nATM Passive optical network，ATM无无源光网络源光网络 n在在PON上传送上传送ATM信元，即在信元，即在ONU与与OLT之间传送之间传送ATM信元信元n物理层采用物理层采用PON，链路层采用，链路层采用ATMn存在存在PON中同样的技术问题中同样的技术问题n标准标准：标准标准：ITU-T的的G.983 第29页，共44页。n基于基于ATM信元信元ONU与与OLT之间之间n支持对称和非对称工作方式支持对称和非对称工作方式n双向通信：双向通信：n可用两条光纤，波长可用两条光纤，波长1310nm区区n或一条光纤，异波长双工或一条光纤，异波长双工(上行：上行：1310nm区区,下行：下行：1550nm区区)n无放大器最大距离：无放大器最大距离：20kmn最高最高32个用户光分支个用户光分支n利用波长分配增加业务能力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传输技术：上、下行均采用时分复用第30页，共44页。APON的系统构造的系统构造n接入的主干网为接入的主干网为ATM网网n传输的数据流为传输的数据流为ATM信元流信元流n拓扑：无源双星构造拓扑：无源双星构造n一个一个ODN即即1个个OBD最多支持最多支持32个个ONU用户数用户数n当当ONU大于大于32时，要求一个时，要求一个OLT提供多个提供多个ODN接口接口OLTODNONU1ONU2ONUnAPON（传输（传输ATM信元流）信元流）ATM 交换机交换机用户用户用户用户用户用户OBD第31页，共44页。APON的数据传输的数据传输nAPON在在PON上传送上传送ATM信元信元nAPON帧传输的根本原理同帧传输的根本原理同PON，只是，只是APON帧中封装的帧中封装的是是ATM信元信元nAPON帧中上行信元格式如下：帧中上行信元格式如下：3 3字节字节保障区间保障区间前导符前导符定界符定界符ATMATM（OAMOAM）信元）信元5353字节字节测距要求测距要求用于用于OLTOLT同步同步 信元的开始信元的开始第32页，共44页。PLOAMPLOAM 1 1ATMATM信元信元1 1ATMATM信元信元2 2ATMATM信元信元2727PLOAMPLOAM 2 2ATMATM信元信元2828ATMATM信元信元5353PLOAMPLOAM 3 3下行帧格式下行帧格式1 1帧帧=56=56个信元，每信元个信元，每信元5353字节字节ATMATM信元信元1 1ATMATM信元信元2 2ATMATM信元信元5252ATMATM信元信元5353上行帧格式上行帧格式1 1帧帧=53=53个信元，每信元个信元，每信元5656字节字节3 3字节头部字节头部n定时长帧定时长帧n下行速率为下行速率为155.52Mb/s时，每帧时，每帧56个信元个信元n下行速率为下行速率为622.08Mb/s时，每帧时，每帧224个信元个信元APON的帧格式的帧格式第33页，共44页。APON的延续的延续GPONn弱化弱化ATMn保存了保存了APON的许多优点，与的许多优点，与APON有很多一样之处，但更高效、有很多一样之处，但更高效、高速高速n支持上、下行不对称速率：支持上、下行不对称速率：n适配协议采用适配协议采用ITU-T G.7041：GFP通用成帧协议通用成帧协议n支持多业务、多承载包括支持多业务、多承载包括ATM业务、业务、TDM业务以及业务以及IP/Ethernet业业务，提供明确的效劳质量保证和效劳级别，具有电信级的网络监测和务，提供明确的效劳质量保证和效劳级别，具有电信级的网络监测和业务管理能力。业务管理能力。nGPON成为目前最为理想的宽带光纤接入网技术成为目前最为理想的宽带光纤接入网技术第34页，共44页。6 EPONnEPON：Ethernet Passive optical networkn在在PON上传送上传送Ethernet帧帧n基于基于Ethernet技术和技术和PON技术技术n网络构造与网络构造与APON类似类似nMAC协议与协议与APON不同不同n速率：速率：n下行：百兆下行：百兆/千兆，播送方式千兆，播送方式n上行：百兆上行：百兆/千兆，共享千兆，共享n传输技术：上、下行均采用时分复用传输技术：上、下行均采用时分复用n存在存在PON中同样的技术问题中同样的技术问题第35页，共44页。EPON的系统构造的系统构造n网络构造与网络构造与APON相似，但：相似，但：n接入的主干网为以太网接入的主干网为以太网n传输的数据流为以太帧流传输的数据流为以太帧流OLTODNONU1ONU2ONUnEPON（传输（传输以太帧流）以太帧流）Ethernet 交换机交换机用户用户用户用户用户用户OBD第36页，共44页。EPON的数据传输的数据传输nEPON传送可变长传送可变长Ethernet帧帧641518字节字节nEPON帧为定时长帧帧为定时长帧n下行：下行：n固定长度帧的连续数据流固定长度帧的连续数据流2ms，内含多个不同长，内含多个不同长度的以太帧时隙头部校验局部，其中：信息度的以太帧时隙头部校验局部，其中：信息头部含头部含ONU标识符和同步头标识符和同步头n上行：上行：n采用采用TDM技术，每个技术，每个ONU在授权给定的时隙内发送数据帧，在授权给定的时隙内发送数据帧，不会发生碰撞注：申请带宽时可能发生碰撞。帧长度不会发生碰撞注：申请带宽时可能发生碰撞。帧长度也为也为2ms第37页，共44页。APON与与EPON的技术差异的技术差异nEPON和和APON最主要的区别：最主要的区别：n帧构造和分组大小帧构造和分组大小nEPON和和APON的帧格式的帧格式n帧周期长度帧周期长度n封装方式封装方式nEPON分组长度可变：分组长度可变：641518 BytenAPON分组长度固定：分组长度固定：53 Byte第38页，共44页。1 1、理解光网络的概念、光接入网的构造。、理解光网络的概念、光接入网的构造。2 2、理解、理解FTTBFTTB、FTTCFTTC、FTTHFTTH的含义。的含义。3 3、PONPON为何需要采用测距协议？测距协议的根本思想是什么？为何需要采用测距协议？测距协议的根本思想是什么？4 4、APONAPON和和EPONEPON有哪有哪些一样点？哪些不同点？些一样点？哪些不同点？本章思考复习题本章思考复习题第39页，共44页。第40页，共44页。第41页，共44页。第42页，共44页。第43页，共44页。The End谢谢您的聆听！期待您的指正！第44页，共44页。