第九章 光接入网[1]

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传输技术基础 A
南京邮电大学 通信与信息工程学院
前次课知识点
漂移特性:数字信号的特定时刻(例如最佳抽样时刻)相对 其理想时间位置的长时间漂移 延时特性:数字信号以群速通过一个数字连接所经历的时 间-----包络延时 传输系统、网络节点和其它数字设备、 SDH引入 光纤通信系统的可用性:系统的可用性是指在给定的时间 间隔内处于良好工作状态的能力 光纤通信系统主要包括PCM复用设备、光端机、中 继机、光缆、供电设备、备用转换设备等。光纤通信多采用 热备用系统和自动保护倒换设备来提高系统的可用性。 光缆线路系统设计:光纤通信系统的设计主要是中继距离 的选择确定 衰减限制、色散限制系统
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图9-3 接入网分类示意图
线对增容技术PG 数字用户线技术(xDSL) 电力线接入技术PLC 有源光纤接入网AON
铜线接入网 有线接入网 光纤接入网
无源光纤接入网PON
光纤铜线混合接入网(HFC)
接入网
无线接入网
固定终端无线接入网
移动终端无线接入网 有线无线混合接入网
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9.1.2 光纤接入网
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9.2.3 测距技术
光接入网的环境是典型的点到多点方式,由于各 个ONU到OLT的距离不等,为了防止各个ONU所发上 行信号发生冲突,OLT需要一套测距功能,以保证不 同物理距离的ONU与OLT之间的“逻辑距离”相等, 即传输延迟一致,以避免碰撞和冲突的出现。
测距也即测量各个ONU到OLT的实际距离,并将 所有的ONU到OLT的虚拟距离设置相等的过程。
类别 最小损耗(dB) 类别A 5 20 类别B 10 25 类别C 15 30
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最大损耗(dB)
第九章 光纤接入网
9.1 光接入网基本概念
9.2 光接入网关键技术 9.3 有源光接入网AON
9.4 无源光接入网PON
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9.2 光接入网关键技术
9.2.1 突发收发技术
9.2.2 突发同步技术 9.2.3 测距技术
一个光接入网主要由光线路终端OLT、光分配网 络 ODN和光网络单元ONU等组成。
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图9-4 光纤接入网示意图
FTTO/H O L T O N U FTTC ODN CO/SN:端局或业务节点 OLT:光线路终端 ODN:光分配网络 ONU:光网络单元
CO/SN
FTTB/Z
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图9-5 光纤接入网的参考配置
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测距实现
测距过程分为三个子过程:静态粗测距;静态精测距; 动态精测距。系统初始化时或当一个新的ONU加入时或 一个ONU重新加电时,静态粗测距起作用,为保证该过 程对数据传输的影响较小,采用低频低电平信号作为测距 信号;静态精测距是达到所需测距精度的中间环节,每当 ONU被重新激活时都要进行一次,它占据一个上行传输 时隙;动态精测距是在数据传输过程中,使用数据信号来 进行测距。静态精测距过程结束后,OLT指示ONU可以 发 送数 据了 , 在 发送 数据 过程 中 , OLT 持续地测 量 各 ONU环路延时,及时调整补偿时延以适应各种因素对环 路时延的影响。
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图9-2 接入网通用协议参考模型
接入承载能力要求
系统管理
接入承载处理功能AF 电路层CL 通道层TP 传输及物理媒质层TM
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层管理
4. 接入网的主要特点
完成复用、交叉连接和传输功能
提供各种综合业务 网径较小
成本与用户有关
线路施工难度较大 光纤化程度高 对环境的适应能力强 组网能力强
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表9-1 OAN和ONU类别比较
参数 ODN接口 类型1(例如SDM和WDM) 类型2(例如TCM)
至少4个ODN接口,总容量800B,每 至少4个ODN接口,总容量800B, 个ODN接口至少200B 每个ODN接口至少100B
最大分路比
最大逻辑距离20km以下时:16 最大逻辑距离10km以下时:32
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9.2.4 多址接入技术
时分多址接入TDMA
波分多址接入WDMA 码分多址接入CDMA
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时分多址接入技术 TDMA
上行传输时将时间分成若干个时隙,每一时隙内 只安排一个ONU以分组方式向OLT发送分组信息。每 个ONU严格按照预先规定的顺序依次发送。为了避免 与OLT距离不同的ONU所发的上行信号在OLT处发生 冲突,OLT需要有一套复杂的测距功能,不断测量每 一ONU与OLT之间的时延(即逻辑距离),指挥每一 个ONU调整发送时间,使之不至于互相冲突。
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图9-6 ODN中的光通道
S/R L 光通道 R/S
ONU Lp Lj 第j个光 通道元件 活动连接器 光纤接头 光分路器OBD L1
OLT
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光纤接入网的拓扑结构
光纤接入网的拓扑结构主要有总线形、环形和星 形。由此又可以派生出树形、双星形、环形-星形等 结构,如图9-7所示。
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图9-7 光纤接入网的拓扑结构(部分)
光纤接入网(OAN,Optical Access Network) 是指在接入网中采用光纤作为主要传输媒质来实现信 息传送的网络形式。它不是传统意义上的光纤传输系 统,而是针对接入网环境所设计的特殊的光纤传输网 络。
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1. 光纤接入网的主要结构
光纤接入网采用光纤作为主要传输媒质,而局侧 和用户侧发出和接收的均为电信号,所以在局侧要进 行电/光变换,在用户侧要进行光/电变换,才可实现 中间线路的光信号传输。一个一般意义上的光纤接入 网示意图如图9-4所示。
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有源光网络AON和无源光网络PON
从系统配置上可将OAN分为无源光网络PON和有 源光网络AON。 无源光网络PON是指在OLT和ONU之间没有任何 有源的设备而只使用光纤等无源器件。PON对各种业 务透明,易于升级扩容,便于维护管理。有源光网络 (AON)中,用有源设备或网络系统(如SDH环网) 的ODT代替无源光网络中的ODN,传输距离和容量大 大增加,易于扩展带宽,网络规划和运行的灵活性大, 不足的是有源设备需要机房、供电和维护等辅助设施。
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9.1.4 光接入网性能指标
表9-1给出了OAN的容量和ONU的类别,其中的 通路传输距离是逻辑距离,即特定系统(由帧结构和 ONU数量限定的系统)所能达到的最大传输距离。 ONU的类别是按照其在用户侧所需要最大容量来定义 的,其单位为B(即64kbit/s通路),一般情况下不 含控制和信令通路。
最大逻辑距离20km以下时:8 最大逻辑距离10km以下时:16
ONU类别
类别1:至少2B,类别2:至少16B, 类 别 1 : 至 少 2B , 类 别 2 : 至 少 类别3:至少32B,类别4:至少64B,16B,类别3:至少32B,类别4: 类别5:至少128B 至少64B,类别5:至少64B
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Y.1231 IP接入网
随着Internet和各种IP类数据业务应用的快速普 及,ITU-T提出了适应于IP业务的IP接入网定义。建 议Y.1231将IP接入网定义为IP用户和ISP之间为提供 所需的、接入到IP业务的能力的网络实体的实现。 Y.1231定义的接入网的结构和实现形式都较G.902灵 活。 为便于读者理解和把握接入网的总体概念,本章 中所涉及的接入网内容主要以G.902建议为参照。
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9.1.1 接入网
1. 接入网定义 ITU-T建议G.902对接入网的定义如下: 接入网是由业务节点接口(SNI)和用户网络接 口(UNI)之间的一系列传送实体(如线路设施和传 输设施)组成的、为传送电信业务提供所需要的传送 承载能力的实施系统,可经由Q3接口进行配置和管理。 其中的传送实体可提供必要的传送承载能力,通常接 入网对用户信令是透明的,可不作解释。原则上,对 接入网可以实现的SNI和UNI的类型和数目没有限制。
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9.1.3 光纤接入网的应用类型
根据ONU位置的不同,可以将OAN划分为几种基 本的应用类型,即光纤到路边FTTC、光纤到楼FTTB、 光纤到家或办公室FTTH/FTTO等。 从发展来看,光接入网的普及主要受到成本和内 容等多方面的制约,从长远来看,以FTTH/O+家庭 (办公室)无线网的形式实现宽带接入可能是一种较 好的选择。
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2.源自文库接入网的定界
在电信网中接入网的定界如图9-1所示。
从图中可知,接入网所覆盖的范围是由三个接口 来定界,即网络侧经业务节点接口(SNI)与业务节 点(SN)相连;用户侧经用户网络接口(UNI)与用 户相连;管理侧经Q3接口与电信管理网(TMN)相连, 不具备Q3 接口时通常需经由协调设备(MD)与TMN 相连。SN是提供业务的实体,是一种可以接入各种交 换型和/或永久连接型电信业务的网络单元。
9.2.4 多址接入技术
9.2.5 动态带宽分配技术 9.2.6 光功率的动态调节 9.2.7 服务质量和安全技术
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9.2.1 突发收发技术
采用直接调制的光发送机,其建立稳定的信号输出需 要一定的时间,而在光接入网中,需要具有突发收发的能 力。例如对于采用TDMA的ONU而言,每个ONU只能在每 一帧的特定时刻发送上行信号,因此需要有快速的功率开 启和切断的功能。同时对于光接入网中发送机的消光比也 有较高的要求。多个ONU对应于一个OLT,在每一时刻只 有一个ONU发送信号,其他所有ONU都应处于关断状态, 此时要求其余所有ONU的残留光之和不能对正在发光的 ONU产生影响。 OLT侧也有类似的问题。如多个ONU发送的信号到达 OLT侧会有功率的波动,OLT的接收机需要能灵活快速地 调整接收电平,迅速地接收和恢复数据。
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9.1 光接入网基本概念
按照电信网的概念,可以将全网分为公用电信网 和用户驻地网两大块。用户驻地网是属于用户所有, 因而,通常电信网是指公用电信网部分。公用电信网 可以分为长途网(长途端局以上部分),中继网(长 途端局和市话局之间以及市话局之间的部分)和接入 网(端局至用户之间的部分)。目前国际上已经倾向 于将长途网和中继网合在一起称为核心网。相对于核 心网而言,其他部分统称为接入网。接入网主要完成 将所有用户接入到核心网的任务。
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波分多址接入技术 WDMA
波分多址接入WDMA方式是采用不同的波长对应于不 同的ONU。采用单根光纤,两个方向的信号(上行信号和 下行信号),分别调在不同的波长上。各个ONU不同波长 的上行光信号,送至光分路器并耦合进光纤,该复用信号 到达OLT后,利用WDM器件可分出属于各个ONU的光信 号,再经过光电检测器,解调出电信号。上行传输(从 ONU 到 OLT ) 必 须 工 作 在 1310nm 波 长 区 , 下 行 传 输 (OLT到ONU)工作在1310nm或1550nm波长区。当 上 、 下 行 均 工 作 在 1310nm 波 长 区 时 , 上 行 信 号 处 于 1310nm波长区高端,下行信号处于1310nm波长区低端。
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9.2.2 突发同步技术
由于各ONU与OLT的距离不同,因此各个信元信 号经传输延迟后,到达OLT时的比特相位不同,OLT 接受到从ONU来的短脉冲数据流,这些数据流的比特 相位各不相同且是未知。由于组成上行帧的各ONU传 输的信元数有限,为了不丢失有用信息,需有较快的 比特同步,OLT处的比特同步必须在每个上行ONU短 脉冲数据流期间建立。使得快速比特同步电路在几个 比特周期内与输入数据同步,从而把每个ONU发送的 信号正确恢复出来。
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第九章 光纤接入网
9.1 光接入网基本概念
9.2 光接入网关键技术 9.3 有源光接入网AON
9.4 无源光接入网PON
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光纤接入网
近年来,随着业务种类和数量的不断增加,用户 侧的业务从传统的话音为主逐渐向包括话音、视频及 各种交互式数据业务融和的方向发展。接入网成为通 信网络建设和发展的重点。光接入网是指在接入网中 采用光纤作为主要传输媒质的接入技术,相比较其他 的如铜线接入技术和无线接入技术等而言,光接入网 具有传输容量大、传输距离长、对业务透明性好等优 点,是固定接入领域内最佳的解决方案。
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光纤光缆指标
考虑到OAN应用的实际环境,距离一般较近,传输速率 也不会很高,因此目前建议使用G.652光纤,暂不使用多模 光 纤 和 其 他 类 型 的 单 模 光 纤 。 工 作 波 长 必 须 在 1310nm (1260~1360nm)或1550nm(1480~1580nm)波长 段。 目前主要规定了三种类别的光通道损耗,如表9-2所示。 表9-2 三种类别的光通道损耗
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图9-1 接入网的定界
电信管理网TMN
Q
接入网AN
Q
业务节点SN
UNI
SNI
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3. 接入网的分层
为了便于网络设计与管理,接入网按垂直方向分 为三个独立的层次。其中每一层为其相邻的高阶层提 供传送服务,同时又使用相邻的低阶层所提供的传送 服务,这三层分别是电路层、通道层和传输媒质层。 在网络分层后,每一层仍显得很复杂,因此可以进一 步将每一层网络划分为若干个子网,每一个子网又可 以进一步分割成若干个更小的子网。
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