光纤接入技术

7.3 APON接入技术
在窄带PON系统概念提出的同时，研究人员提出了基于 ATM技术的宽带PON系统，即APON，使接入网迈向宽带时 代。APON在发展过程中经历了多个版本。1998年10月， ITU-T正式通过了G.983.1规范，即基于PON系统的高速光接 入系统，对APON系统进行了详尽的定义，这个规范的标准 化程度很高，对标称线路速率、光网络要求、网络分层结构、 物理介质层要求、汇聚层要求、测距方法和传输性能要求等 作了具体规定。G.983.1规范的目标是为了用户提供接入速 率大于2Mbps的宽带接入业务，包括图像、视频和其他分配 型业务。
• APON • EPON • GPON
7
7.1.6 光接入网的拓扑结构
1．总线型拓扑结构
光纤
OLT
OBD
OBD
OBD
局端
ONU#1
ONU#2
ONU#N
用户端
用户#1
用户#2
用户#N
2．环型拓扑结构
用户#N ONU#N
OBD
OLT 局端
光纤
OBD ONU#1 用户#1
OBD
ONU#2 用户#2
3．星型结构
4. 操作管理维护功能
通常将操作管理维护（OAM）功能分为两部分，即 OAN特有的OAM功能和OAM功能类别。
OAN特有的OAM功能包括设备子系统、传输子系统、 光的子系统和业务子系统。设备子系统包括OLT和ONU的机 箱、机框、机架、供电和光分路器外壳、光纤的配线盘和配 线架等；传输子系统包括设备的电路和光电转换。光的子系 统包括光纤、光分支器、滤波器和光时域反射仪或光功率计； 业务子系统包括各种业务与OAN核心功能适配的部分（例如 PSTN、ISDN）。
7.2 无源光网络
7.2.4 无源光网络的关键技术
1. 双向传输多址技术
ONU#1
上行
下行
上行
上行
分
ONU#2
下行
路
OLT
器
ONU#N
上行
下行
下行
7.2 无源光网络
7.2.4 无源光网络的关键技术
1. 双向传输多址技术
#1
ONU#1
#2
ONU#2
上行
OBD
OLT
#N
ONU#N
#1
#2
#N
#1
#2
7.2 无源光网络
7.2.3 无源光网络的波长分配
光纤的可用工作波长区有3个，即850nm窗口、1310nm 窗口和1550nm窗口。由于无源光网络对成本最敏感的部分是 光电器件，因此设法降低这一部分的成本是改进整个系统性能 的关键。一般来说，设法采用新技术、改进生产工艺和批量生 产是降低成本的有效措施。
7.2.4 无源光网络的关键技术
1. 双向传输多址技术
LD
ONU#1
OLT
波长1
LD
ONU#2 波长2
OLT
上行
OBD
PD
波长N
LD
ONU#N
OLT
功率
A
A+B
0
频率
图7-10 采用光码分多址接入技术的无源光网络
7.2 无源光网络
7.2.4 无源光网络的关键技术
1. 双向传输多址技术
1
激光器
波长1 f1
核心层
传输 复用 功能
数字 交叉 连接 功能
业务层
传输 接口 功能
网络
供电功能
公共层
OAM功能
图7-19 OLT的功能框图
7.2 无源光网络
7.2.5 无源光网络的功能结构
2. 光网络单元（ONU）的功能结构
ODN接口 功能
ODN
ODN接口 功能
核心层
传输 复用 功能
用户和 业务 复用 功能
业务层
PON LT0 用户
PON LT1 ONU #N
2路光分离器
光纤
2路光分离器
光纤
OLT PON LT0 PON LT1
图示定义
交 换 机
4
7.1.3 光纤接入网技术的优点
• 1）无有源器件，安全可靠，成本较低（相 对于有源光纤网络来讲）
• 2）安装和维护方便 • 3）带宽高，速度快 • 4）抗干扰能力强 • 5）可承载的业务种类丰富
用户信号1' 用户信号2'
用户信号n’
7.2 无源光网络
7.2.4 无源光网络的关键技术
2. 双向多路复用技术
信道1
光源λ1
光检测
信道1
信道n 信道1'
光源λn 光检测
W
W
D
D
M
光纤
M
光检测 光源λ1
信道n 信道1'
信道n’
光检测
光源λn
信道n’
图7-13 OWDM工作原理图
7.2 无源光网络
7.2.4 无源光网络的关键技术
就新技术而言，采用平面光波电路（PLC）是主降低成本的有 效措施。
降低成本的另一个措施是采用850nm波长区。850nm波长区的 激光器已经批量生产，成本较低。850nm光纤损耗稍大，但对 接入网环境不是一个大问题。
7.2 无源光网络
7.2.3 无源光网络的波长分配
ITU-T通过G.982建议决定只使用1310窗口和1550窗口， 其中1310窗口波长区主要支持电话和2Mbps以下的窄带双向 通信业务，其工作范围应尽量宽，以便容纳WDM应用。按照 这一原则，其可用波长的下限主要受限于光纤截止波长和光纤 衰减系数，而可用波长的上限主要受限于1385nm处的OH根吸 收峰的影响。据分析，如果光纤的截止波长过高可能会引起模 噪声，这种噪声一旦产生就无法消除，因此必须坚决杜绝。相 应的措施是保证系统中最短的无连接光缆有效截止波长不超过 系统工作波长的下限，以确保单模传输条件。根据ITU-T标准， 由模噪声所限定的系统工作的下限为1260nm，以确保单模光 纤的正常传输。考虑到光纤工作现场的温度变化范围（-50～ +60℃），并假设1385nm根吸收峰为3dB/km，光纤最大衰减 系数按0.65db/km计算，波长范围应为1260～1360nm。
传输 接口 功能
用户
供电功能
公共层
OAM功能
图7-20 ONU的功能框图
7.2 无源光网络
7.2.5 无源光网络的功能结构
3. 光配线网络（ODN）的功能结构
Om
R/S
S/R
ONU#1
Or
Os
ODN
OLT
R/S
S/R
ONU#N
Or
Os
图7-21 ODN的通用物理结构
7.2 无源光网络
7.2.5 无源光网络的功能结构
7.2 无源光网络
7.2.2 无源光网络的光纤类型
有些国家允许使用G.653光纤，其理由是色散小，可以与 光纤放大器结合在1.55μm波长区提供更长的传输距离，扩大 用户群，具有一定的优势。然而，ITU-T认为在接入网环境下， 目前的重点是2Mbps速率以下的业务，即使考虑宽带业务后其 线路传输速率也不大可能超过2.4Gbps，因此，G.652足以覆 盖现行规划的接入网最长传输距离。再考虑到G.653光纤的成 本偏高以及将来开放波分复用系统方面的困难，因而ITU-T不 建议使用这种光纤。在采用波分复用系统的光接入网中， G.655光纤有可能成为应用的主流。
2. 双向多路复用技术
光
光 编
源
码 器
星形 耦合器
光
光
解
电
码
检
器
测
图7-14 OCDM工作原理图
7.2 无源光网络
7.2.4 无源光网络的关键技术
2. 双向多路复用技术
光信号1 光信号2 光信号n
W
光纤
W
D
D
M
M
图7-15 OFDM工作原理图
光检测 光检测 光检测
7.2 无源光网络
7.2.4 无源光网络的关键技术
7.2 无源光网络
7.2.2 无源光网络的光纤类型
光纤的类型可以分为单模光纤和多模光纤两大类，由于单 模光纤的损耗低、带宽宽、制造简单和价格低廉，在公用电信 网（包括接入网）中已经成为主导光纤类型。新敷设的光纤几 乎全部采用单模光纤。
单模光纤又分为G.652、G.653、G.654和G.655等多种类 型，考虑到成本及网络的维护和统一性，ITU-T建议在接入网 中只使用产量最大、价格最便宜、性能稳定的G.652光纤。
7.2 无源光网络
7.2.4 无源光网络的关键技术
2. 双向多路复用技术
器
接收缓冲器
检测器
单根光纤
光源
接收缓冲器 发送缓冲器
图7-18 TCM工作原理图
7.2 无源光网络
7.2.5 无源光网络的功能结构
1. 光线路终端（OLT）的功能结构
ODN接口 功能
ODN
ODN接口 功能
2. 双向多路复用技术
第
模拟 基带
一 级 调
信号
制
器
第
二 级
光
光
光纤
检
调 制
源
测 器
器
放
解
模拟
大
调
基带
器
器
信号
图7-16 OSCM工作原理图
7.2 无源光网络
7.2.4 无源光网络的关键技术
2. 双向多路复用技术
电信号
光源
单根光纤
光检测器
电信号
电信号
光源
单根光纤
光检测器
电信号
图7-17 OFDM工作原理图
EPON（基于以太网的无源光网络）是一种新型的光纤接 入网技术，它采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网之 上提供多种业务。
它在物理层采用了PON技术，在链路层使用以太网协议，利 用PON的拓扑结构实现了以太网的接入。因此，它综合了 PON技术和以太网技术的优点：低成本；高带宽；扩展性强， 灵活快速的服务重组；与现有以太网的兼容性；方便管理。
2
激光器
上行
波长2
OBD
PD
f2
波长n
n
激光器
fn
f1 f2
带通滤波
鉴相
1
带通滤波
鉴相
2
带通滤波
鉴相
n
fn
频率
图7-11 采用光副载波多址接入技术的无源光网络
7.2 无源光网络
7.2.4 无源光网络的关键技术
2. 双向多路复用技术
用户信号1
用户信号2
k
k’
频率=ω
光纤
用户信号n
图7-12 OTDM工作原理图
5
7.1.4 光纤接入网技术的缺点
• 1）转换环节增多，系统复杂性增加 • 2）相对铜线成本高，例如APON的市场推
广不佳情况
6
7.1.5 光纤接入网的分类
• 1)有源光网络（AON:Active Optical Network）
• 2）无源光网络（PON:Passive Optical Network）
保护时隙
图7-8 采用光时分多址接入技术的无源光网络
7.2 无源光网络
7.2.4 无源光网络的关键技术
1. 双向传输多址技术
LD
ONU#1
PD
波长1
LD
ONU#2 波长2
PD 上行
OBD
WDM
波长N
LD
ONU#N
波长1
波长2
PD 波长N
图7-9 采用光波分多址接入技术的无源光网络
7.2 无源光网络
7.2.2 无源光网络的发展与分类
PON的发展历程：
APON（基于ATM的PON） EPON（基于Ethernet的PON） GPON（Gigabit PON）
7.2 无源光网络
7.2.1 无源光网络的概念
APON采用基于信元的传输系统，允许接入网中的多个用 户共享整个带宽。这种统计复用的方式，能更加有效地利用网 络资源。
7.2 无源光网络
7.2.3 无源光网络的波长分配
在1550nm窗口，除了暂时可以用作异波长双工的下行方 向外，主要用于宽带业务。该波长区的下限主要受限于 1385nm处的OH根吸收峰的影响，而上限主要受限于红外吸收 损耗和弯曲损耗的影响。如果按0.25dB/km光纤衰减系数来计 算，则可用波长范围为1480～1580nm。如果要采用EDFA技 术，则工作波长还要进一步受限于EDFA技术占用的增益平坦 区，系统的工作范围还会进一步变窄。
7.2 无源光网络
7.2.1 无源光网络的概念
GPON(Gigabit-Capable PON) 技术是基于ITU-TG.984.x 标准的最新一代宽带无源光综合接入标准，具有高带宽，高效 率，大覆盖范围，用户接口丰富等众多优点，是被大多数运营 商视为实现接入网业务宽带化，综合化改造的理想技术。
GPON最早由FSAN组织于2002年9月提出，ITU-T在此基础上 于2003年3月完成了ITU-T G.984.1 和G.984.2的制定，2004 年2月和6月完成了G.984.3的标准化，从而形成了GPON的标 准族。
OBD
ONU#1
用户#1
光纤
OLT
OBD
ONU#2
用户#2
局端
OBD
ONU#N
图7-4 单星型拓扑结构
用户#N
3．星型结构
ONU#1
用户#1
OLT
光纤
有源接点
局端
ONU#2
用户#2
ONU#N
图7-5 有源双星型拓扑结构
用户#N
3．星型结构
ONU#1
用户#1
光纤
OLT
无源分路器
ONU#2
用户#2
局端
举例说明为什么重要？ 没有它会是什么样的一种现状？
7.1.2 光纤接入网技术的定义 • 光纤接入网泛指从交换机到用户之间的馈
线段、配线段及引入线段的部分或全部以 光纤实现接入的通信系统。
• 光纤做传输媒介，替代传统的铜线 ----“光进铜退” 可以说是一种革命。
3
ONU #1 PON LT0 用户 PON LT1
ONU#N 用户#N
图7-6 无源双星型拓扑结构
7.2 无源光网络概述
7.2.1 无源光网络的概念
无源光网络（PON），是指在OLT和ONU 之间是光分配网络（ODN），不需要使用任何 供电设备。
PON的概念最早是由英国电信公司的研究 人员于是1987年提出，主要是为了满足用户对 网络灵活性的要求。
第7章 光纤接入技术
7.1 光纤接入网概述
7.1.1 光纤接入网技术的当下重要性评析：
光纤接入网（Optical Access Network，OAN） 是目前电信网中发展最为快速的接入网技术，除了重 点解决电话等窄带业务的接入问题外，还可以同时解 决调整数据业务、多媒体图像等宽带业务的接入问题。