PON基础知识

1、光发射组件（TOSA） • 光发射模块是由将带有信息的电信号转换 成光信号的转换装置和将光信号送入光纤 的传输装置组成。法布里-帕罗型激光二极 管(FP-LD)和分布反馈激光二极管(DFB-LD) 是光通信设备中最常用的半导体光发射器 件。 • 在设计驱动、放大电路时需要考虑ATC、 APC控制。
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光纤通信基础 1、光纤的构造
光纤呈园柱形，它由纤芯、包层与涂敷层三大部分组成。
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• 纤芯 core：纤芯位于光纤的中心部位（直径d1 约9～50 微米，单模光纤：9um，多模光纤： 50/62.5um），折射率较高，用来传送光 • 包层 coating：包层位于纤芯的周围（其直径d2 约125 微米），折射率较低，与纤芯一起形成全 反射条件 • 涂敷层：增加光纤的机械强度与可弯曲性。一般 涂敷后的光纤外径约1.5 厘米
6、光功率单位 1. dB = 10 log10 ( Pout / Pin ) Pout :输出功率 ; Pin :输入功率 2. dBm = 10 log10 ( P / 1mw) 是通信工程中广泛使用的单位； 通常表示以1毫瓦为参考的光功率； example: –10dBm表示光功率等于100uw。 3. dBu = 10 log10 ( P / 1uw) 根据上面的公式可计算分离器的衰减值： 1：n分路器衰减值：10lg（n/1） 如1：4衰减6dB，1：8衰减光接收组件（ROSA） • 光接收模块的作用是把经过传输后的微弱光信号转换为电 信号,并放大、整形恢复为原输入的电信号 • 光接收器件是利用光电效应把通信中光信号转换为电信号 的光电检测器 • 光纤通信中常用的光电检测器是PIN光电二极管和雪崩光 电二极管(APD) • 为了保证足够的动态范围，光接收组件（ROSA）必须包 含AGC控制。 • 为了降低系统成本、提升设备的竞争力，现在国内外推出 的所有PON光模块，都是做成单纤双向收发一体的 • 单纤双向光组件（BOSA）是收发一体光模块中的重要部 件，包括ROSA和TOSA。
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5、光纤连接器 • 在表示尾纤接头的标注中，我们常能见到 “FC/PC”，“SC/APC”等，其含义如下： • “/”前面部分表示尾纤的连接器型号； • “/”后面表明光纤接头截面工艺，即研磨方式
FC type
SC type
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EPON系统
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EPON参考模型
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EPON工作原理
以太网无源光网络（EPON）是一种采用点到多点（P2MP）结 构的单纤双向光接入网络，其典型拓扑结构为树型。 EPON系统由局侧的光线路终端（OLT）、用户侧的光网络单 元（ONU）和光分配网络（ODN）组成，为单纤双向系统。 在下行方向（OLT到ONU），OLT发送的信号通过ODN到达各 个ONU。 OLT的发送部分和ONU的接收部分都是连续工作方 式。 在上行方向（ONU到OLT），ONU发送的信号只会到达OLT， 而不会到达其他ONU。为了避免数据冲突并提高网络利用效率， 上行方向采用TDMA多址接入方式并对各ONU的数据发送进行 仲裁。 OLT的接收部分和ONU的发送部分都是突发模式工作。 ODN由光纤和一个或多个无源光分路器等无源光器件组成，在 OLT和ONU间提供光通道。
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PON的介绍
1、名词：PON（Passive Optical Network ） OLT （Optical Line Termination）光线路终端,有时又叫局端 ONU（Optical Network Unit）、ONT（ Optical Network Termination ）光网络单元,有时称做远端或用户端 ODN (Optical Distribution Network)光分配网络 2、类别： --APON（ATM PON） --BPON（Broadband PON） --EPON（Ethernet PON） --GPON（Gigabit-capable PON） 3、主要区别： --APON、BPON、GPON是ITU-T规范的技术标准 --EPON是IEEE规范的技术标准， 采用IEEE Std 802.3ah-2004 4、主要共同点：都是瞄准电信接入网的技术
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2、光纤的分类
按折射率分布分类──阶跃光纤与渐变光纤 按传播模式分类──多模光纤与单模光纤 当光纤的几何尺寸（主要是纤芯直径d1）远远大于光波 波长时（约1 微米），光纤中会存在着几十种乃至几百 种传播模式。当光纤的几何尺寸（主要是芯径）可以与 光波长相比拟时，光纤只允许一种模式（基模HE11） 在其中传播 按工作波长分类──短波长光纤（0.6-0.9um）与长波长 光纤（1.0-2.0um） 按套塑类型分类──紧套光纤与松套光纤
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EPON关键技术
测距、动态带宽分配DBA、突发信号同步
ONU认证功能
1、基于MAC 地址的认证 OLT应支持基于ONU的MAC地址对ONU合法性进行认证 的能力，应拒绝非法ONU的接入。OLT应支持对该功能的 开启和关闭配置。对于已被拒绝注册的非法ONU，仍然给 该ONU一定的尝试注册的机会。CTC标准规定注册请求 的发起时间间隔为60s。 2、基于类802.1x 的ONU 认证 主要是基于ONU ID、类型和Password的类802.1x的ONU 认证功能。
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根据光的反射定律，反射角等于入射角。 根据光的折射定律： n1Sinө1 = n2Sinө2 其中n1 为纤芯的折射率，n2 为包层的折射率。 显然，若n1>n2，则会有θ2>θ1。如果n1 与n2 的比值增大到一定程度，则 会使折射角θ2≥90°，此时的折射光线不再进入包层，而会在纤芯与 包层的分界面上掠过（θ2=90°时），或者重返回到纤芯中进行传播 （θ2>90°时）。这种现象叫做光的全反射现象
PON基础知识
冉启阳
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主要内容
PON的概念 光纤通信基础 光模块工作原理 PON测试内容
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PON的概念
通信网络中从共享网络分配到最终用户端的网络 叫做接入网； 接入有多种方式— 点对点（以太网）、铜线、 XDSL、无线（WLAN）、XPON等； PON （Passive Optical Network）作为一种点到多 点的光网络，指的是信号的通道从源头到目的节 点间都是通过无源器件完成的，这些无源的器件 包括单模光纤光缆、无源光分束器/耦合器、连接 器和接头等 。
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7、使用光纤注意事项 光纤虽有一定的强度和抗张能力，但经不起过大 的侧压力与拉伸力； 注意防水防潮和工作温度； 注意光纤端面的整洁度(习惯用完后加上套帽)； 不要将光纤头直接对着人眼，可见光范围为 350nm-750nm，而光纤所用光波长为800nm1600nm； 最小弯曲半径30mm；
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3、光纤的导光原理
光是一种频率极高的电磁波，而光纤本身是一种介质 波导，因此光在光纤中的传输理论是十分复杂的。光纤中 光的传输基于光的全反射原理。 我们知道，当光线在均匀介质中传播时是以直线方向 进行的，但在到达两种不同介质的分界面时，会发生反射 与折射现象。
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了解了光的全反射原理之后，不难画出光在阶跃光纤 中的传播轨迹，即按“之”字形传播及沿纤芯与包层的分 界面掠过。
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• 通常人们希望用入射光与光纤顶端面的夹角θc 来衡量光 纤接收光的能力，于是产生了光纤数值孔径NA 的概念。 • 因为光在空气中的折射率n0=1，于是多次应用光的折射定 律可得：
n2 2 ) NA n1
n2 n1
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4、光纤的特性与参数 衰减 在光纤中的衰减：指由除了在开始时没有满足全内反射条 件外的原因所造成的能量损耗。 衰减分为弯曲、散射、吸收。 色散 当一个光脉冲从光纤输入，经过一段长度的光纤传输之后 ，其输出端的光脉冲会变宽，甚至有了明显的失真。这说 明光纤对光脉冲有展宽作用，即光纤存在着色散（色散是 沿用了光学中的名词）。 色散分为模式色散、材料色散、波导色散。
n0 sin c n1 sin 3 n1 sin(90o 1)
• 为保证光在光纤中的全反射，则应有 1 k，且
sin k
于是有
sin c n1 sin(90o k ) n1 cosk n1 1 (
• 因此，阶跃光纤数值孔径NA 的物理意义是：能使光在光 纤内以全反射形式进行传播的接收角θc 之正弦值。 • NA 越大，虽然光纤接收光的能力越强，但光纤的模式色 散也越厉害。CCITT 建议光纤的NA=0.18～0.23。
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EPON的参数
• 按照ONU 在接入网中所处的位置不同，EPON 系统可以 有几种网络应用类型：光纤到交接箱（FTTCab）、光纤 到楼宇/分线盒（FTTB/C）、光纤到家庭用户（FTTH） 、光纤到公司/办公室（FTTO）。 • EPON系统应使用符合ITU-T G.652要求的单模光纤。 • EPON系统为单纤双向系统，上、下行应分别使用不同的 波长，其中上行应使用1260nm～1360nm波长，下行应使 用1480nm～1500nm波长，如果采用第三波长方式实现 CATV业务的的承载，则应使用1540nm～1560nm波长。 • EPON系统的物理层接口应采用1000BASE-PX20。 • EPON的传输码型是8B/10B码，上、下行速率都是 1.25Gbps。
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2、激光二极管LD • LD 的发光机理是受激发光，即利用LD 中的谐振腔发生 振荡而激发出许许多多的频率相同的光子，从而形成激光。 • LD的优点： 发光谱线窄， 仅有1～5nm。从而大大降低了光纤的色散， 增大了光纤的传输带宽。 与光纤的耦合效率高。 • LD的缺点： 温度特性较差 线性度较差 工作寿命较短
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光模块的工作原理 光模块的作用：完成光电转换和电光转换 信号通过光模块实现传输媒体的转换 (光纤←→铜线)
电光转换
LD,LED PD,APD
光电转换
光发射 模块 E/O 电发射机
光纤 O/E
光接收 模块
电接收机
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人们把对应于折射角θ2 等于90°的入射角叫做临界角。很容易可以得 到临界角
n2 K Sin n1
1
不难理解，当光在光纤中发生全反射现象时，由于光线基本上全部在 纤芯区进行传播，没有光跑到包层中去，所以可以大大降低光纤的衰 耗。
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