有线宽带接入技术FTTx
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接入网技术
第6章 有线宽带接入技术
——FTTx＋LAN
2019/3/30
接入网技术
第6章 有线宽带接入技术 ——FTTx＋LAN
OAN接入技术
FTTx＋LAN接入技术
FTTx＋LAN、ADSL、VDSL接入技术比较
2
接入网技术
6.1 OAN接入技术
ONA概述
ATM无源光网络（APON） 以太无源光网络EPON
B1
N1 A1
上行
OLT
对OTL要求
ONU
B1 N1 A1
t
保护时间
15 接入网技术
光接入网的传输技术
波分复用 WDM
不同波长的信号共享一根光纤传输，彼此不干扰 要求每个ONU在指定波长上发射 对激光二极管要求高（温度、环境影响大） OLT设备复杂，成本高（每个波长都需光发射器和检测器）
信元头 数据
信元头中包含以虚电路标 识符表示的地址信息
18 接入网技术
虚信道VC（Virtual Channel）表示单向传送ATM信 元的逻辑通路，用虚信道标识符VCI标识 虚通道VP（Virtual Path）表示属于一组VC子层 ATM信元的路径，由相应的虚通道标识符VPI标识 虚信道、虚通道与传输线路的关系：
测距技术
快速比特传送技术
下行帧格式
PLOAM 1 ATM ATM 信元1 信元2
…
ATM PLOAM ATM 信元27 2 信元28
…
ATM 信元54
上行帧格式
ATM 信元1
29
1帧=53个信元，每信元56字节
3字节头部
ATM 信元2
……
ATM 信元52
ATM 信元53
接入网技术
上下行速率为155.520Mb/s的帧结构
APON的关键技术
APON（传输ATM信元流）
26 接入网技术
APON工作原理：
下行方向
采用TDM技术，传送连续的时隙流；每个时隙是一个长度为53子 节的ATM信元或OAM信元 由ATM交换机来的ATM信元先送给OLT，OLT再将到达各个ONU的下 行业务组装成连续的155.52Mb/s或622.08Mb/s的下行帧，以广播 方式发送到下行信道上。 各个ONU收到所有下行信元后，根据信元头信息VCI/VPI从中取出 自己的信元送给用户终端。 采用TDMA技术，由各个ONU收集来自用户的信息，通过猝发模式 以155.52Mb/s的速率发送数据。
提供与中心局设备的接口（光电转换、物理接口） 提供与ODN的光接口 分离不同的业务
适配功能块AF（adaptive function）
为ONU和用户设备提供适配功能 具体物理实现既可完全独立，也可包含在ONU内
8
接入网技术
光接入网的基本结构
光接入网的特点
点到多点传输系统，介质共享 下行：OLT向各个ONU采用广播通信方式 上行：ONU向OLT通信时需要某种分配信道的策略 需解决OLT和多个ONU之间上下行信号的正确传输 关键是解决上行信道的占用问题
PON：Passive Optical Network，无源光网络
光分配网 (ODN)全部由无源器件组成，信号在传输过程中无需 再生放大，直接由无源光分路器传至用户。 信号处理全由局端设备和用户设备完成。 APON、EPON
接入网技术
5
光接入网的基本结构
用户侧设备（ 电/光） 用户侧 光接入网 设备 光 光 光接入网 设备 光 光 网络侧设备 （电/光） 网络侧
接入网技术
23
APON
APON：
ATM Passive optical network，ATM无源光 网络
在PON上传送ATM信元，即在ONU与OLT 之间传送ATM信元 物理层采用PON，链路层采用ATM
标准规范：ITU-T的G.983
24
接入网技术
G.983基本特点
基于ATM信元（ONU与OLT之间） 支持对称和非对称工作方式
虚通路 VP
虚信 道VC
19
接入网技术
PON的基本概念
ODN全部由无源器件组成（无源光分路器等） 信号在传输过程中无再生放大 信号由光分路器、无源光功率分配器等传至用户 实现透明传输，信号处理全由局端和用户端设备完 成 与有源光网络比：
覆盖范围和传输距离更小 可靠性更高（户外无有源设备，提高抗干扰能力） 价格更低、安装维护更方便 是光接入网有发展潜力的技术（价格、维护等优势）
接入网技术
22
PON的数据传输
ONU ONU
ONU OBD
下行连续模式
OLT
上行突发模式 保护时隙 PON的帧都是定时长帧，分上行帧和下行帧
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： 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
Optical bቤተ መጻሕፍቲ ባይዱanching device 光分路器
接入网技术
OLT
FTTB
中 心 局
FTTH
10
OAN的应用示意图
光纤到路边 FTTC
FTTC： Fiber To The Curb
OUN设在交接箱处 用户到OUN之间（引入线）仍用双绞铜线连接或同轴缆 通常为点到点和点到多点结构 一个OUN可为一个或多个用户提供接入 是一种介质混合结构 通常采用FTTC+xDSL技术或FTTC+Cable Modem技术
ONU
OBD
OLT
中 心 局
接入网技术
光接入网
11
光纤到楼 FTTB
FTTB： Fiber To The Budding
OUN设在办公楼或居民住宅楼内的某个公共地方 用户到OUN之间（引入线）用UTP5类线（或更高等级 线）连接 点到多点结构，一个OUN为多个用户提供接入 通常采用FTTB+Ethernet技术 ONU Budding
14
接入网技术
光接入网的传输技术
时分复用TDM
每个ONU动态或固定分配一个时隙 每个ONU在分配的时隙内上传数据
固有问题
A1
每个ONU与OLT距离不等 传输时延不同 到达OLT的相位不同 完善的测距技术，实现定时调整 和同步 快速的同步技术 快速、动态的门限判决技术
ONU ONU OBD
Ethernet
OBD
OLT
中 心 局
接入网技术
光接入网
12
光纤到家/办公室 FTTH/O
FTTH： Fiber To The Home
ONU直接放在用户家里 中心局到用户之间全部为光连接和光传输 接入网无任何有源设备，是一个真正的透明网络 是一种真正意义上的宽带接入技术 是用户接入网的长远目标
25
接入网技术
APON的系统结构
接入的主干网为ATM网 传输的数据流为ATM信元流 拓扑：无源双星结构 一个ODN（即1个OBD）最多支持32个ONU（用户数） 当ONU大于32时，要求一个OLT提供多个ODN接口 ONU1
用户
用户 用户
ONU2
ONUn
OBD
ODN
OL T
ATM 交换机
局端数据→ OLT →封装成连续时隙流下行帧
以广播方式传送 →各ONU收到信元流，取出属于自己 的数据→用户终端
上行：采用TDMA技术（动态分配），突发传送时隙流 （上行帧）
各ONU共享ODN，且数据突发性强。
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
3
接入网技术
6.1.1 ONA概述
OAN：
Optical Access Network，光接入网 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 是针对接入网环境所设计的特定光纤传输结构， 即提供宽带、窄带双向交互式业务的用户接入系 统
光接入网概念：
光接入网是G.902标准的一个典型实例
接入网技术
17
ATM本质上是一种高速分组传送模式，它将话音、图像 和数据等所有的数字信息分解成一定长度的数据块，在 各个数据块之前装配地址、丢失优先级等控制信息构成 信元。 信元长度固定：53个字节
53Byte＝5Byte信元头+48Byte数据
信头中包含两个地址字段：虚通道标识符（ VPI）和虚信道 标识符（VCI），统称为虚电路标识符，即信元到达某一交 换机的路由。
ONU home
OBD
OLT
光接入网
中 心 局
综上：FTTH和FTTC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
13 接入网技术
光接入网的传输技术
空分复用 SDM
上下行双向通信各使用一根光纤
两个方向的通信单独进行，互不影响
性能最佳，设计最简单 光传输设备和线缆双倍，成本高
A1 B1 N1
ONU ONU ONU 2 N
1
OLT 上行
1
PD
2 PD N PD
OBD
WDM
1
16
2
N
PD：光电检测器
接入网技术
6.1.2 ATM无源光网络（APON）
异步传送模式ATM
是一种信元交换，面向连接的、全双工的、点到 点的可以为每个节点提供专用带宽的协议。
它采用异步时分复用（STDM）技术来控制网络上 信息的传播。因信元是动态地占用信道，信息的 插入位置无周期性，故称为异步传送模式。 面向连接是指传输数据之前，应事先在负责发送 和接收的计算机之间建立连接。每个中间交换点 必须确定，并确认连接的存在。
光接入网(OAN) Q3 接入网系统管理功能 UNI SNI ONU
终端设备
ODN AF
用户侧
OLT
中心局 网络侧
ONU
光接入网(OAN)
6
ITU-T提出的光接入网的基本结构
接入网技术
光接入网的基本结构
组成：
光网络单元ONU （Optical Network Unit）
提供用户到接入网的接口（光电转换、物理接口） 提供用户业务适配功能（速率适配、信令转换）
上行方向：
27
接入网技术
APON帧中上行信元格式如下：
3字节
53字节
保护时间 前导符 定界符 ATM（OAM）信元 测距要求 用于OLT同步 信元的开始
28
接入网技术
APON的帧格式
定时长帧 下行速率为155.52Mb/s时，每帧56个信元 下行速率为622.08Mb/s时，每帧224个信元 1帧=56个信元，每信元53字节
面临的问题
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
上行传输：各种多址技术（时分、波分等）
接入网技术
9
光接入网的应用类型
根据ONU位置，OAN可分为三种应用类型
光纤到路边 FTTC
光纤到楼 FTTB 光纤到家/办公室 FTTH/O FTTC ONU ONU Building ONU home OBD OBD OBD
光分配网 ODN（Optical Distribution Network）
为OLT和OUN之间提供光传输技术 由光连接器和光分路器OBD (Optical Branching device)组成 完成光信号功率的分配及光信号的分、复接功能
7
接入网技术
光接入网的基本结构
组成：
光线路终端OLT（Optical Line Terminal）
接入网技术
20
PON的系统结构
组成：OLT、ODN、ONU，且ODN中全是无源器件 共享介质 逻辑上是点到多点结构，物理拓扑可有多种形式 UNI SNI 业 务 网 络
用户
用户 用户
ONU1
ONU2
ONUn
OBD
ODN
OL T
PON
接入网技术
21
PON的数据传输
下行：OLT向各ONU采用广播通信方式，传输连续时隙流 （下行帧）
接入网技术
4
光接入网的分类
根据光分配网是采用有源或无源设备，OAN分：
AON和PON AON：Active Optical Network，有源光网络
光分配网 (ODN)全部由有源器件组成（光放大器等） 特点：
传输容量大：155Mb/s或622Mb/s的接入速率 传输距离远：不加中继器，距离为70多公里 技术成熟：无论PDH设备还是SDH设备，都已广泛应用 给有源设备供电是一件麻烦事
对称方式： 双向 155.52Mb/s 非对称方式：上、下行分别为155.52Mb/s、622.08Mb/s 可用两条光纤，波长1310nm区 或一条光纤，异波长双工(上行：1310nm区,下行：1550nm区)
双向通信：
无放大器最大距离：20km 最高32个用户光分支，即一个ODN最多可支持32个ONU 利用波长分配增加业务能力 传输技术：上、下行均采用时分复用
第6章 有线宽带接入技术
——FTTx＋LAN
2019/3/30
接入网技术
第6章 有线宽带接入技术 ——FTTx＋LAN
OAN接入技术
FTTx＋LAN接入技术
FTTx＋LAN、ADSL、VDSL接入技术比较
2
接入网技术
6.1 OAN接入技术
ONA概述
ATM无源光网络（APON） 以太无源光网络EPON
B1
N1 A1
上行
OLT
对OTL要求
ONU
B1 N1 A1
t
保护时间
15 接入网技术
光接入网的传输技术
波分复用 WDM
不同波长的信号共享一根光纤传输，彼此不干扰 要求每个ONU在指定波长上发射 对激光二极管要求高（温度、环境影响大） OLT设备复杂，成本高（每个波长都需光发射器和检测器）
信元头 数据
信元头中包含以虚电路标 识符表示的地址信息
18 接入网技术
虚信道VC（Virtual Channel）表示单向传送ATM信 元的逻辑通路，用虚信道标识符VCI标识 虚通道VP（Virtual Path）表示属于一组VC子层 ATM信元的路径，由相应的虚通道标识符VPI标识 虚信道、虚通道与传输线路的关系：
测距技术
快速比特传送技术
下行帧格式
PLOAM 1 ATM ATM 信元1 信元2
…
ATM PLOAM ATM 信元27 2 信元28
…
ATM 信元54
上行帧格式
ATM 信元1
29
1帧=53个信元，每信元56字节
3字节头部
ATM 信元2
……
ATM 信元52
ATM 信元53
接入网技术
上下行速率为155.520Mb/s的帧结构
APON的关键技术
APON（传输ATM信元流）
26 接入网技术
APON工作原理：
下行方向
采用TDM技术，传送连续的时隙流；每个时隙是一个长度为53子 节的ATM信元或OAM信元 由ATM交换机来的ATM信元先送给OLT，OLT再将到达各个ONU的下 行业务组装成连续的155.52Mb/s或622.08Mb/s的下行帧，以广播 方式发送到下行信道上。 各个ONU收到所有下行信元后，根据信元头信息VCI/VPI从中取出 自己的信元送给用户终端。 采用TDMA技术，由各个ONU收集来自用户的信息，通过猝发模式 以155.52Mb/s的速率发送数据。
提供与中心局设备的接口（光电转换、物理接口） 提供与ODN的光接口 分离不同的业务
适配功能块AF（adaptive function）
为ONU和用户设备提供适配功能 具体物理实现既可完全独立，也可包含在ONU内
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接入网技术
光接入网的基本结构
光接入网的特点
点到多点传输系统，介质共享 下行：OLT向各个ONU采用广播通信方式 上行：ONU向OLT通信时需要某种分配信道的策略 需解决OLT和多个ONU之间上下行信号的正确传输 关键是解决上行信道的占用问题
PON：Passive Optical Network，无源光网络
光分配网 (ODN)全部由无源器件组成，信号在传输过程中无需 再生放大，直接由无源光分路器传至用户。 信号处理全由局端设备和用户设备完成。 APON、EPON
接入网技术
5
光接入网的基本结构
用户侧设备（ 电/光） 用户侧 光接入网 设备 光 光 光接入网 设备 光 光 网络侧设备 （电/光） 网络侧
接入网技术
23
APON
APON：
ATM Passive optical network，ATM无源光 网络
在PON上传送ATM信元，即在ONU与OLT 之间传送ATM信元 物理层采用PON，链路层采用ATM
标准规范：ITU-T的G.983
24
接入网技术
G.983基本特点
基于ATM信元（ONU与OLT之间） 支持对称和非对称工作方式
虚通路 VP
虚信 道VC
19
接入网技术
PON的基本概念
ODN全部由无源器件组成（无源光分路器等） 信号在传输过程中无再生放大 信号由光分路器、无源光功率分配器等传至用户 实现透明传输，信号处理全由局端和用户端设备完 成 与有源光网络比：
覆盖范围和传输距离更小 可靠性更高（户外无有源设备，提高抗干扰能力） 价格更低、安装维护更方便 是光接入网有发展潜力的技术（价格、维护等优势）
接入网技术
22
PON的数据传输
ONU ONU
ONU OBD
下行连续模式
OLT
上行突发模式 保护时隙 PON的帧都是定时长帧，分上行帧和下行帧
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： 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
Optical bቤተ መጻሕፍቲ ባይዱanching device 光分路器
接入网技术
OLT
FTTB
中 心 局
FTTH
10
OAN的应用示意图
光纤到路边 FTTC
FTTC： Fiber To The Curb
OUN设在交接箱处 用户到OUN之间（引入线）仍用双绞铜线连接或同轴缆 通常为点到点和点到多点结构 一个OUN可为一个或多个用户提供接入 是一种介质混合结构 通常采用FTTC+xDSL技术或FTTC+Cable Modem技术
ONU
OBD
OLT
中 心 局
接入网技术
光接入网
11
光纤到楼 FTTB
FTTB： Fiber To The Budding
OUN设在办公楼或居民住宅楼内的某个公共地方 用户到OUN之间（引入线）用UTP5类线（或更高等级 线）连接 点到多点结构，一个OUN为多个用户提供接入 通常采用FTTB+Ethernet技术 ONU Budding
14
接入网技术
光接入网的传输技术
时分复用TDM
每个ONU动态或固定分配一个时隙 每个ONU在分配的时隙内上传数据
固有问题
A1
每个ONU与OLT距离不等 传输时延不同 到达OLT的相位不同 完善的测距技术，实现定时调整 和同步 快速的同步技术 快速、动态的门限判决技术
ONU ONU OBD
Ethernet
OBD
OLT
中 心 局
接入网技术
光接入网
12
光纤到家/办公室 FTTH/O
FTTH： Fiber To The Home
ONU直接放在用户家里 中心局到用户之间全部为光连接和光传输 接入网无任何有源设备，是一个真正的透明网络 是一种真正意义上的宽带接入技术 是用户接入网的长远目标
25
接入网技术
APON的系统结构
接入的主干网为ATM网 传输的数据流为ATM信元流 拓扑：无源双星结构 一个ODN（即1个OBD）最多支持32个ONU（用户数） 当ONU大于32时，要求一个OLT提供多个ODN接口 ONU1
用户
用户 用户
ONU2
ONUn
OBD
ODN
OL T
ATM 交换机
局端数据→ OLT →封装成连续时隙流下行帧
以广播方式传送 →各ONU收到信元流，取出属于自己 的数据→用户终端
上行：采用TDMA技术（动态分配），突发传送时隙流 （上行帧）
各ONU共享ODN，且数据突发性强。
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
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接入网技术
6.1.1 ONA概述
OAN：
Optical Access Network，光接入网 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 是针对接入网环境所设计的特定光纤传输结构， 即提供宽带、窄带双向交互式业务的用户接入系 统
光接入网概念：
光接入网是G.902标准的一个典型实例
接入网技术
17
ATM本质上是一种高速分组传送模式，它将话音、图像 和数据等所有的数字信息分解成一定长度的数据块，在 各个数据块之前装配地址、丢失优先级等控制信息构成 信元。 信元长度固定：53个字节
53Byte＝5Byte信元头+48Byte数据
信头中包含两个地址字段：虚通道标识符（ VPI）和虚信道 标识符（VCI），统称为虚电路标识符，即信元到达某一交 换机的路由。
ONU home
OBD
OLT
光接入网
中 心 局
综上：FTTH和FTTC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
13 接入网技术
光接入网的传输技术
空分复用 SDM
上下行双向通信各使用一根光纤
两个方向的通信单独进行，互不影响
性能最佳，设计最简单 光传输设备和线缆双倍，成本高
A1 B1 N1
ONU ONU ONU 2 N
1
OLT 上行
1
PD
2 PD N PD
OBD
WDM
1
16
2
N
PD：光电检测器
接入网技术
6.1.2 ATM无源光网络（APON）
异步传送模式ATM
是一种信元交换，面向连接的、全双工的、点到 点的可以为每个节点提供专用带宽的协议。
它采用异步时分复用（STDM）技术来控制网络上 信息的传播。因信元是动态地占用信道，信息的 插入位置无周期性，故称为异步传送模式。 面向连接是指传输数据之前，应事先在负责发送 和接收的计算机之间建立连接。每个中间交换点 必须确定，并确认连接的存在。
光接入网(OAN) Q3 接入网系统管理功能 UNI SNI ONU
终端设备
ODN AF
用户侧
OLT
中心局 网络侧
ONU
光接入网(OAN)
6
ITU-T提出的光接入网的基本结构
接入网技术
光接入网的基本结构
组成：
光网络单元ONU （Optical Network Unit）
提供用户到接入网的接口（光电转换、物理接口） 提供用户业务适配功能（速率适配、信令转换）
上行方向：
27
接入网技术
APON帧中上行信元格式如下：
3字节
53字节
保护时间 前导符 定界符 ATM（OAM）信元 测距要求 用于OLT同步 信元的开始
28
接入网技术
APON的帧格式
定时长帧 下行速率为155.52Mb/s时，每帧56个信元 下行速率为622.08Mb/s时，每帧224个信元 1帧=56个信元，每信元53字节
面临的问题
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
上行传输：各种多址技术（时分、波分等）
接入网技术
9
光接入网的应用类型
根据ONU位置，OAN可分为三种应用类型
光纤到路边 FTTC
光纤到楼 FTTB 光纤到家/办公室 FTTH/O FTTC ONU ONU Building ONU home OBD OBD OBD
光分配网 ODN（Optical Distribution Network）
为OLT和OUN之间提供光传输技术 由光连接器和光分路器OBD (Optical Branching device)组成 完成光信号功率的分配及光信号的分、复接功能
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接入网技术
光接入网的基本结构
组成：
光线路终端OLT（Optical Line Terminal）
接入网技术
20
PON的系统结构
组成：OLT、ODN、ONU，且ODN中全是无源器件 共享介质 逻辑上是点到多点结构，物理拓扑可有多种形式 UNI SNI 业 务 网 络
用户
用户 用户
ONU1
ONU2
ONUn
OBD
ODN
OL T
PON
接入网技术
21
PON的数据传输
下行：OLT向各ONU采用广播通信方式，传输连续时隙流 （下行帧）
接入网技术
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光接入网的分类
根据光分配网是采用有源或无源设备，OAN分：
AON和PON AON：Active Optical Network，有源光网络
光分配网 (ODN)全部由有源器件组成（光放大器等） 特点：
传输容量大：155Mb/s或622Mb/s的接入速率 传输距离远：不加中继器，距离为70多公里 技术成熟：无论PDH设备还是SDH设备，都已广泛应用 给有源设备供电是一件麻烦事
对称方式： 双向 155.52Mb/s 非对称方式：上、下行分别为155.52Mb/s、622.08Mb/s 可用两条光纤，波长1310nm区 或一条光纤，异波长双工(上行：1310nm区,下行：1550nm区)
双向通信：
无放大器最大距离：20km 最高32个用户光分支，即一个ODN最多可支持32个ONU 利用波长分配增加业务能力 传输技术：上、下行均采用时分复用