PON基础知识课件
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PON基礎知識
主要內容
PON的概念 光纖通信基礎 光模組工作原理 PON測試內容
PON的概念
“第一公里”的演進
1、光纖到駐地 現有的寬頻接入解決方案不能提供足夠的帶寬以支持需求日益增長的VoD、 互動遊戲、雙向視頻會議等業務。為克服這一“瓶頸”，光纖、光節點進一 步向用戶靠近，DSL和雙向HFC/同軸電視領域都呈現這樣的趨勢。
• 通常人們希望用入射光與光纖頂端面的夾角θc 來衡量光 纖接收光的能力，於是產生了光纖數值孔徑NA 的概念。
• 因為光在空氣中的折射率n0=1，於是多次應用光的折射定 律可得：
n0 sinc n1sin 3 n1sin(90o 1)
•
為保證光在光纖中的全反射，則應有
1 k，且
sink n2 n1
4、光纖的特性與參數 ➢ 衰減
在光纖中的衰減：指由除了在開始時沒有滿足全內反射條 件外的原因所造成的能量損耗。
衰減分為彎曲、散射、吸收。
➢ 色散 當一個光脈衝從光纖輸入，經過一段長度的光纖傳輸之後 ，其輸出端的光脈衝會變寬，甚至有了明顯的失真。這說 明光纖對光脈衝有展寬作用，即光纖存在著色散（色散是 沿用了光學中的名詞）。
• MDU（多住戶單元）型ONU
主要用於多個住宅用戶，具有寬頻接入終端功能，具有多 個（至少8 個）用戶側介面（包括以太網介面、ADSL2+ 介面或VDSL2 介面），提供以太網/IP 業務、可以支持 VoIP 業務（內置IAD）或CATV 業務，主要應用於 FTTB/FTTC/FTTCab 的場合。
根據光的反射定律，反射角等於入射角。
根據光的折射定律：
n1Sinө1 = n2Sinө2 其中n1 為纖芯的折射率，n2 為包層的折射率。 顯然，若n1>n2，則會有θ2>θ1。如果n1 與n2 的比值增大到一定程度，則
會使折射角θ2≥90°，此時的折射光線不再進入包層，而會在纖芯與 包層的分界面上掠過（θ2=90°時），或者重返回到纖芯中進行傳播 （θ2>90°時）。這種現象叫做光的全反射現象
• EPON系統的物理層介面應採用1000BASE-PX20。
• EPON的傳輸碼型是8B/10B碼，上、下行速率都是 1.25Gbps。
EPON關鍵技術
測距、動態帶寬分配DBA、突發信號同步
ONU認證功能
1、基於MAC 地址的認證
OLT應支持基於ONU的MAC地址對ONU合法性進行認證 的能力，應拒絕非法ONU的接入。OLT應支持對該功能的 開啟和關閉配置。對於已被拒絕註冊的非法ONU，仍然給 該ONU一定的嘗試註冊的機會。CTC標準規定註冊請求 的發起時間間隔為60s。
2、下一代用戶接入網 光纖接入最直接的辦法就是採用點到點拓撲、用光纖連接局端和用戶，但是 該方案要求敷設戶外光纖多、光纖連接器佔用多；為減少光纖可以在靠近用 戶處採用遠置交換機/複用器，但光收發器的數量增加一倍；PON接入網僅需 要（N+1）個光收發器和L光纖，它最小化了光收發器、光纖連接器和戶外光 纖的敷設，是“第一公里”的頗具吸引力的解決方案。
2、基於類802.1x 的ONU 認證
主要是基於ONU ID、類型和Password的類802.1x的ONU 認證功能。
MPCP註冊流程
當OLT 收到ONU發送的REGISTER_REQ消息 後， OLT 應向新發現的ONU發送REGISTER消息 ，該消息包含ONU的LLID以及OLT要求的synctime （同步時間）。然後，OLT向ONU發送標準的 GATE消息，該消息用於向ONU發送授權以發送 REGISTER_ACK消息。考慮到在發現過程中， ONU處理REGITSTER消息需要一定的時延，為確 保ONU獲得發送REGISTER_ACK的授權，對 MPCP發現過程做如下修訂，具體實現方式有兩種 ，OLT應至少支持其中一種。ONU的註冊處理時間 （Register Processing Time）應不大於20ms。
• SBU（單商戶單元）型ONU
主要用於單獨企業用戶和企業裏的單個辦公室，支持寬頻 接入終端功能，具有以太網介面和E1 介面，提供以太網 /IP 業務和TDM 業務。主要應用於FTTO 的場合。
• MTU（多商戶單元）型ONU
主要用於多個企業用戶或同一個企業內的多個個人用戶， 具有寬頻接入終端功能，具有多個以太網介面（至少8 個 ）和E1 介面，提供以太網/IP 業務和TDM 業務，可以支 持VoIP業務（內置IAD），主要應用於FTTB/FTTBiz 的場 合。
2. dBm = 10 log10 ( P / 1mw) 是通信工程中廣泛使用的單位； 通常表示以1毫瓦為參考的光功率； example: –10dBm表示光功率等於100uw。
在上行方向（ONU到OLT），ONU發送的信號只會到達OLT， 而不會到達其他ONU。為了避免數據衝突並提高網路利用效率， 上行方向採用TDMA多址接入方式並對各ONU的數據發送進行 仲裁。 OLT的接收部分和ONU的發送部分都是突發模式工作。
ODN由光纖和一個或多個無源光分路器等無源光器件組成，在 OLT和ONU間提供光通道。
EPON的參數
• 按照ONU 在接入網中所處的位置不同，EPON 系統可以 有幾種網路應用類型：光纖到交接箱（FTTCab）、光纖 到樓宇/分線盒（FTTB/C）、光纖到家庭用戶（FTTH） 、光纖到公司/辦公室（FTTO）。
• EPON系統應使用符合ITU-T G.652要求的單模光纖。
• EPON系統為單纖雙向系統，上、下行應分別使用不同的 波長，其中上行應使用1260nm～1360nm波長，下行應使 用1480nm～1500nm波長，如果採用第三波長方式實現 CATV業務的的承載，則應使用1540nm～1560nm波長。
方式1：計數；方式2：計時
OAM
EPON 系統應支持符合IEEE802.3-2005 中Clause57 規定的OAM 功能,還應 支持擴展的ONU遠程操作、維護和管理（OAM）所必須的管理維護功能。擴 展的OAM應支持如下管理功能： ——擴展的OAM發現（Extended OAM Discovery）和能力通告（Capability Notification）； ——ONU的基本資訊和能力通告； ——與攪動功能相關的密鑰交換、更新和同步功能； ——與DBA功能相關的DBA參數讀取和設置功能； ——用戶端口配置功能（Configuration of User Ports）和管理； ——VLAN配置和管理； ——組播相關功能的配置； ——QoS相關配置，包括業務流分類和標記等； ——reset ONU等Action功能； 標準的OAMPDU和擴展的OAMPDU均應支持1518位元組的最大幀長。 OLT和ONU的OAM報文的發送頻率不受IEEE802.3-2005 Clause 57中“慢協 議”規定的10幀/秒的限制。OLT和ONU均應能夠接收對端發送的任意頻率的 OAM幀。
PON的介紹
1、名詞：PON（Passive Optical Network ） OLT （Optical Line Termination）光線路終端,有時又叫局端 ONU（Optical Network Unit）、ONT（ Optical Network
Termination ）光網絡單元,有時稱做遠端或用戶端 ODN (Optical Distribution Network)光分配網路
2、類別： --APON（ATM PON） --BPON（Broadband PON） --EPON（Ethernet PON） --GPON（Gigabit-capable PON）
3、主要區別： --APON、BPON、GPON是ITU-T規範的技術標準 --EPON是IEEE規範的技術標準， 採用IEEE Std 802.3ah-2004
光纖通信基礎 1、光纖的構造
光纖呈園柱形，它由纖芯、包層與塗敷層三大部分組成。
• 纖芯 core：纖芯位於光纖的中心部位（直徑d1 約9～50 微米，單模光纖：9um，多模光纖： 50/62.5um），折射率較高 Nhomakorabea用來傳送光
• 包層 coating：包層位於纖芯的周圍（其直徑d2 約125 微米），折射率較低，與纖芯一起形成全 反射條件
4、主要共同點：都是瞄準電信接入網的技術
ONU分類
• SFU（單住戶單元）型ONU 主要用於單獨家庭用戶，僅支持寬頻接入終端功能，具有 1 或4 個以太網介面，提供以太網/IP 業務，可以支持 VoIP 業務（內置IAD）或CATV 業務，主要應用於FTTH 的場合
• HGU（家庭網關單元）型ONU 主要用於單獨家庭用戶，具有家庭網關功能，相當於帶 EPON 上聯介面的家庭網關，具有4 個以太網介面、1 個 WLAN 介面和至少1 個USB 介面，提供以太網/IP 業務， 可以支持VoIP 業務（內置IAD）或CATV 業務，支持TR069 遠程管理。主要應用於FTTH 的場合。
PON的優勢：PON使局端到用戶的距離更長；最小化了光纖敷設工程量；提 供更高的帶寬；作為點對多點的網路，PON適合下行視頻組播/廣播。
通信網絡中從共用網路分配到最終用戶端的網路 叫做接入網；
接入有多種方式— 點對點（以太網）、銅線、 XDSL、無線（WLAN）、XPON等； PON （Passive Optical Network）作為一種點到多 點的光網絡，指的是信號的通道從源頭到目的節 點間都是通過無源器件完成的，這些無源的器件 包括單模光纖光纜、無源光分束器/耦合器、連接 器和接頭等 。
色散分為模式色散、材料色散、波導色散。
5、光纖連接器
• 在表示尾纖接頭的標注中，我們常能見到 “FC/PC”，“SC/APC”等，其含義如下：
• “/”前面部分表示尾纖的連接器型號； • “/”後面表明光纖接頭截面工藝，即研磨方式
FC type
SC type
6、光功率單位
1. dB = 10 log10 ( Pout / Pin ) Pout :輸出功率 ; Pin :輸入功率
按工作波長分類──短波長光纖（0.6-0.9um）與長波長 光纖（1.0-2.0um）
按套塑類型分類──緊套光纖與松套光纖
3、光纖的導光原理
光是一種頻率極高的電磁波，而光纖本身是一種介質 波導，因此光在光纖中的傳輸理論是十分複雜的。光纖中 光的傳輸基於光的全反射原理。
我們知道，當光線在均勻介質中傳播時是以直線方向 進行的，但在到達兩種不同介質的分界面時，會發生反射 與折射現象。
人們把對應於折射角θ2 等於90°的入射角叫做臨界角。很容易可以得 到臨界角
K Sin1 n2
n1
不難理解，當光在光纖中發生全反射現象時，由於光線基本上全部在 纖芯區進行傳播，沒有光跑到包層中去，所以可以大大降低光纖的衰 耗。
瞭解了光的全反射原理之後，不難畫出光在階躍光纖 中的傳播軌跡，即按“之”字形傳播及沿纖芯與包層的分 界面掠過。
• 塗敷層：增加光纖的機械強度與可彎曲性。一般 塗敷後的光纖外徑約1.5 釐米
2、光纖的分類
按折射率分佈分類──階躍光纖與漸變光纖
按傳播模式分類──多模光纖與單模光纖
當光纖的幾何尺寸（主要是纖芯直徑d1）遠遠大於光波 波長時（約1 微米），光纖中會存在著幾十種乃至幾百 種傳播模式。當光纖的幾何尺寸（主要是芯徑）可以與 光波長相比擬時，光纖只允許一種模式（基模HE11） 在其中傳播
EPON系統
EPON參考模型
EPON工作原理
以太網無源光網絡（EPON）是一種採用點到多點（P2MP）結 構的單纖雙向光接入網絡，其典型拓撲結構為樹型。
EPON系統由局側的光線路終端（OLT）、用戶側的光網絡單 元（ONU）和光分配網路（ODN）組成，為單纖雙向系統。
在下行方向（OLT到ONU），OLT發送的信號通過ODN到達各 個ONU。 OLT的發送部分和ONU的接收部分都是連續工作方 式。
於是有 sinc n1sin(90o k) n1cosk n1 1 ( n2 )2 NA
n1
• 因此，階躍光纖數值孔徑NA 的物理意義是：能使光在光
纖內以全反射形式進行傳播的接收角θc 之正弦值。
• NA 越大，雖然光纖接收光的能力越強，但光纖的模式色 散也越厲害。CCITT 建議光纖的NA=0.18～0.23。
主要內容
PON的概念 光纖通信基礎 光模組工作原理 PON測試內容
PON的概念
“第一公里”的演進
1、光纖到駐地 現有的寬頻接入解決方案不能提供足夠的帶寬以支持需求日益增長的VoD、 互動遊戲、雙向視頻會議等業務。為克服這一“瓶頸”，光纖、光節點進一 步向用戶靠近，DSL和雙向HFC/同軸電視領域都呈現這樣的趨勢。
• 通常人們希望用入射光與光纖頂端面的夾角θc 來衡量光 纖接收光的能力，於是產生了光纖數值孔徑NA 的概念。
• 因為光在空氣中的折射率n0=1，於是多次應用光的折射定 律可得：
n0 sinc n1sin 3 n1sin(90o 1)
•
為保證光在光纖中的全反射，則應有
1 k，且
sink n2 n1
4、光纖的特性與參數 ➢ 衰減
在光纖中的衰減：指由除了在開始時沒有滿足全內反射條 件外的原因所造成的能量損耗。
衰減分為彎曲、散射、吸收。
➢ 色散 當一個光脈衝從光纖輸入，經過一段長度的光纖傳輸之後 ，其輸出端的光脈衝會變寬，甚至有了明顯的失真。這說 明光纖對光脈衝有展寬作用，即光纖存在著色散（色散是 沿用了光學中的名詞）。
• MDU（多住戶單元）型ONU
主要用於多個住宅用戶，具有寬頻接入終端功能，具有多 個（至少8 個）用戶側介面（包括以太網介面、ADSL2+ 介面或VDSL2 介面），提供以太網/IP 業務、可以支持 VoIP 業務（內置IAD）或CATV 業務，主要應用於 FTTB/FTTC/FTTCab 的場合。
根據光的反射定律，反射角等於入射角。
根據光的折射定律：
n1Sinө1 = n2Sinө2 其中n1 為纖芯的折射率，n2 為包層的折射率。 顯然，若n1>n2，則會有θ2>θ1。如果n1 與n2 的比值增大到一定程度，則
會使折射角θ2≥90°，此時的折射光線不再進入包層，而會在纖芯與 包層的分界面上掠過（θ2=90°時），或者重返回到纖芯中進行傳播 （θ2>90°時）。這種現象叫做光的全反射現象
• EPON系統的物理層介面應採用1000BASE-PX20。
• EPON的傳輸碼型是8B/10B碼，上、下行速率都是 1.25Gbps。
EPON關鍵技術
測距、動態帶寬分配DBA、突發信號同步
ONU認證功能
1、基於MAC 地址的認證
OLT應支持基於ONU的MAC地址對ONU合法性進行認證 的能力，應拒絕非法ONU的接入。OLT應支持對該功能的 開啟和關閉配置。對於已被拒絕註冊的非法ONU，仍然給 該ONU一定的嘗試註冊的機會。CTC標準規定註冊請求 的發起時間間隔為60s。
2、下一代用戶接入網 光纖接入最直接的辦法就是採用點到點拓撲、用光纖連接局端和用戶，但是 該方案要求敷設戶外光纖多、光纖連接器佔用多；為減少光纖可以在靠近用 戶處採用遠置交換機/複用器，但光收發器的數量增加一倍；PON接入網僅需 要（N+1）個光收發器和L光纖，它最小化了光收發器、光纖連接器和戶外光 纖的敷設，是“第一公里”的頗具吸引力的解決方案。
2、基於類802.1x 的ONU 認證
主要是基於ONU ID、類型和Password的類802.1x的ONU 認證功能。
MPCP註冊流程
當OLT 收到ONU發送的REGISTER_REQ消息 後， OLT 應向新發現的ONU發送REGISTER消息 ，該消息包含ONU的LLID以及OLT要求的synctime （同步時間）。然後，OLT向ONU發送標準的 GATE消息，該消息用於向ONU發送授權以發送 REGISTER_ACK消息。考慮到在發現過程中， ONU處理REGITSTER消息需要一定的時延，為確 保ONU獲得發送REGISTER_ACK的授權，對 MPCP發現過程做如下修訂，具體實現方式有兩種 ，OLT應至少支持其中一種。ONU的註冊處理時間 （Register Processing Time）應不大於20ms。
• SBU（單商戶單元）型ONU
主要用於單獨企業用戶和企業裏的單個辦公室，支持寬頻 接入終端功能，具有以太網介面和E1 介面，提供以太網 /IP 業務和TDM 業務。主要應用於FTTO 的場合。
• MTU（多商戶單元）型ONU
主要用於多個企業用戶或同一個企業內的多個個人用戶， 具有寬頻接入終端功能，具有多個以太網介面（至少8 個 ）和E1 介面，提供以太網/IP 業務和TDM 業務，可以支 持VoIP業務（內置IAD），主要應用於FTTB/FTTBiz 的場 合。
2. dBm = 10 log10 ( P / 1mw) 是通信工程中廣泛使用的單位； 通常表示以1毫瓦為參考的光功率； example: –10dBm表示光功率等於100uw。
在上行方向（ONU到OLT），ONU發送的信號只會到達OLT， 而不會到達其他ONU。為了避免數據衝突並提高網路利用效率， 上行方向採用TDMA多址接入方式並對各ONU的數據發送進行 仲裁。 OLT的接收部分和ONU的發送部分都是突發模式工作。
ODN由光纖和一個或多個無源光分路器等無源光器件組成，在 OLT和ONU間提供光通道。
EPON的參數
• 按照ONU 在接入網中所處的位置不同，EPON 系統可以 有幾種網路應用類型：光纖到交接箱（FTTCab）、光纖 到樓宇/分線盒（FTTB/C）、光纖到家庭用戶（FTTH） 、光纖到公司/辦公室（FTTO）。
• EPON系統應使用符合ITU-T G.652要求的單模光纖。
• EPON系統為單纖雙向系統，上、下行應分別使用不同的 波長，其中上行應使用1260nm～1360nm波長，下行應使 用1480nm～1500nm波長，如果採用第三波長方式實現 CATV業務的的承載，則應使用1540nm～1560nm波長。
方式1：計數；方式2：計時
OAM
EPON 系統應支持符合IEEE802.3-2005 中Clause57 規定的OAM 功能,還應 支持擴展的ONU遠程操作、維護和管理（OAM）所必須的管理維護功能。擴 展的OAM應支持如下管理功能： ——擴展的OAM發現（Extended OAM Discovery）和能力通告（Capability Notification）； ——ONU的基本資訊和能力通告； ——與攪動功能相關的密鑰交換、更新和同步功能； ——與DBA功能相關的DBA參數讀取和設置功能； ——用戶端口配置功能（Configuration of User Ports）和管理； ——VLAN配置和管理； ——組播相關功能的配置； ——QoS相關配置，包括業務流分類和標記等； ——reset ONU等Action功能； 標準的OAMPDU和擴展的OAMPDU均應支持1518位元組的最大幀長。 OLT和ONU的OAM報文的發送頻率不受IEEE802.3-2005 Clause 57中“慢協 議”規定的10幀/秒的限制。OLT和ONU均應能夠接收對端發送的任意頻率的 OAM幀。
PON的介紹
1、名詞：PON（Passive Optical Network ） OLT （Optical Line Termination）光線路終端,有時又叫局端 ONU（Optical Network Unit）、ONT（ Optical Network
Termination ）光網絡單元,有時稱做遠端或用戶端 ODN (Optical Distribution Network)光分配網路
2、類別： --APON（ATM PON） --BPON（Broadband PON） --EPON（Ethernet PON） --GPON（Gigabit-capable PON）
3、主要區別： --APON、BPON、GPON是ITU-T規範的技術標準 --EPON是IEEE規範的技術標準， 採用IEEE Std 802.3ah-2004
光纖通信基礎 1、光纖的構造
光纖呈園柱形，它由纖芯、包層與塗敷層三大部分組成。
• 纖芯 core：纖芯位於光纖的中心部位（直徑d1 約9～50 微米，單模光纖：9um，多模光纖： 50/62.5um），折射率較高 Nhomakorabea用來傳送光
• 包層 coating：包層位於纖芯的周圍（其直徑d2 約125 微米），折射率較低，與纖芯一起形成全 反射條件
4、主要共同點：都是瞄準電信接入網的技術
ONU分類
• SFU（單住戶單元）型ONU 主要用於單獨家庭用戶，僅支持寬頻接入終端功能，具有 1 或4 個以太網介面，提供以太網/IP 業務，可以支持 VoIP 業務（內置IAD）或CATV 業務，主要應用於FTTH 的場合
• HGU（家庭網關單元）型ONU 主要用於單獨家庭用戶，具有家庭網關功能，相當於帶 EPON 上聯介面的家庭網關，具有4 個以太網介面、1 個 WLAN 介面和至少1 個USB 介面，提供以太網/IP 業務， 可以支持VoIP 業務（內置IAD）或CATV 業務，支持TR069 遠程管理。主要應用於FTTH 的場合。
PON的優勢：PON使局端到用戶的距離更長；最小化了光纖敷設工程量；提 供更高的帶寬；作為點對多點的網路，PON適合下行視頻組播/廣播。
通信網絡中從共用網路分配到最終用戶端的網路 叫做接入網；
接入有多種方式— 點對點（以太網）、銅線、 XDSL、無線（WLAN）、XPON等； PON （Passive Optical Network）作為一種點到多 點的光網絡，指的是信號的通道從源頭到目的節 點間都是通過無源器件完成的，這些無源的器件 包括單模光纖光纜、無源光分束器/耦合器、連接 器和接頭等 。
色散分為模式色散、材料色散、波導色散。
5、光纖連接器
• 在表示尾纖接頭的標注中，我們常能見到 “FC/PC”，“SC/APC”等，其含義如下：
• “/”前面部分表示尾纖的連接器型號； • “/”後面表明光纖接頭截面工藝，即研磨方式
FC type
SC type
6、光功率單位
1. dB = 10 log10 ( Pout / Pin ) Pout :輸出功率 ; Pin :輸入功率
按工作波長分類──短波長光纖（0.6-0.9um）與長波長 光纖（1.0-2.0um）
按套塑類型分類──緊套光纖與松套光纖
3、光纖的導光原理
光是一種頻率極高的電磁波，而光纖本身是一種介質 波導，因此光在光纖中的傳輸理論是十分複雜的。光纖中 光的傳輸基於光的全反射原理。
我們知道，當光線在均勻介質中傳播時是以直線方向 進行的，但在到達兩種不同介質的分界面時，會發生反射 與折射現象。
人們把對應於折射角θ2 等於90°的入射角叫做臨界角。很容易可以得 到臨界角
K Sin1 n2
n1
不難理解，當光在光纖中發生全反射現象時，由於光線基本上全部在 纖芯區進行傳播，沒有光跑到包層中去，所以可以大大降低光纖的衰 耗。
瞭解了光的全反射原理之後，不難畫出光在階躍光纖 中的傳播軌跡，即按“之”字形傳播及沿纖芯與包層的分 界面掠過。
• 塗敷層：增加光纖的機械強度與可彎曲性。一般 塗敷後的光纖外徑約1.5 釐米
2、光纖的分類
按折射率分佈分類──階躍光纖與漸變光纖
按傳播模式分類──多模光纖與單模光纖
當光纖的幾何尺寸（主要是纖芯直徑d1）遠遠大於光波 波長時（約1 微米），光纖中會存在著幾十種乃至幾百 種傳播模式。當光纖的幾何尺寸（主要是芯徑）可以與 光波長相比擬時，光纖只允許一種模式（基模HE11） 在其中傳播
EPON系統
EPON參考模型
EPON工作原理
以太網無源光網絡（EPON）是一種採用點到多點（P2MP）結 構的單纖雙向光接入網絡，其典型拓撲結構為樹型。
EPON系統由局側的光線路終端（OLT）、用戶側的光網絡單 元（ONU）和光分配網路（ODN）組成，為單纖雙向系統。
在下行方向（OLT到ONU），OLT發送的信號通過ODN到達各 個ONU。 OLT的發送部分和ONU的接收部分都是連續工作方 式。
於是有 sinc n1sin(90o k) n1cosk n1 1 ( n2 )2 NA
n1
• 因此，階躍光纖數值孔徑NA 的物理意義是：能使光在光
纖內以全反射形式進行傳播的接收角θc 之正弦值。
• NA 越大，雖然光纖接收光的能力越強，但光纖的模式色 散也越厲害。CCITT 建議光纖的NA=0.18～0.23。