第三章_PON技术

第三章PON技术

第一节PON技术原理

随着以太网技术在城域网中的普及以及宽带接入技术的发展，人们提出了速率高达1Gbit/s以上的宽带PON技术，主要包括EPON和GPON技术：“E”是指Ethernet，“G”是指吉比特级。

1987年英国电信公司的研究人员最早提出了PON的概念。1995年，全业务网络联盟FSAN(Full Service Access Network)成立，旨在共同定义一个通用的 PON 标准。1998年，国际电信联盟ITU-T工作组，以155Mbps的ATM技术为基础，发布了G.983系列APON(ATMPON)标准。这种标准目前在北美、日本和欧洲应用较多，在这些地区都有APON产品的实际应用。但在中国，ATM本身的推广并不顺利，所以APON在我国几乎没有什么应用。

2000年底，一些设备制造商成立了第一英里以太网联盟(EFMA)，提出基于以太网的PON概念——EPON(Ethernet Passive Optical Network)。EFMA还促成电气电子工程师协会(IEEE)在2001年成立第一英里以太网(EFM)小组，开始正式研究包括1.25Gbit/s的EPON在内的EFM相关标准。EPON标准IEEE 802.3ah在2004年6月正式颁布。

2001年底，FSAN更新网页把APON更名为BPON(Broadband PON)。实际上，在2001年1月左右EFMA提出EPON概念的同时，FSAN也已经开始了带宽在1Gbps以上的PON，也就是Gigabit PON标准的研究。FSAN/ITU推出GPON技术的最大原因是由于网络IP化进程加速和ATM技术的逐步萎缩导致之前基于ATM技术的APON/BPON技术在商用化和实用化方面严重受阻，迫切需要一种高传输速率、适宜IP业务承载同时具有综合业务接入能力的光接入技术出现。在这样的背景下，FSAN/ITU以APON 标准为基本框架，重新设计了新的物理层传输速率和TC层，推出了新的GPON技术和标准。2003年3月ITU-T颁布了描述GPON总体特性的G.984.1和ODN物理媒质相关(PMD)子层的G.984.2GPON标准，2004年3月和6月发布了规范传输汇聚(TC)层的

G.984.3和运行管理通信接口的G.984.4标准。

一、PON组成

PON，Passive Optical Network，无源光网络。

如图3-1，PON由光线路终端（OLT）、，光合／分路器（Spliter/ODN）和光网络单元（ONU）组成，采用树形拓扑结构。OLT放置在中心局端，分配和控制信道的连接，并有实时监控、管理及维护功能。ONU放置在用户侧，OLT与ONU之间通过无源光合／分路器连接。

所谓无源，是指在OLT(光线路终端)和ONU(光网络单元)之间的ODN(光分配网络)没有任何有源电子设备。

图3-1 PON组成结构

PON使用波分复用（WDM）技术，同时处理双向信号传输，上、下行信号分别用不同的波长，但在同一根光纤中传送。OLT到ONU/ONT的方向为下行方向，反之为上行方向。下行方向采用1490nm，上行方向采用1310nm。如图3-2。

图3-2 PON单纤双向传输原理

二、PON拓扑

PON系统的组网方式如下图3-3。有树型拓扑、环型拓扑、总线型拓扑、树型干冗余拓扑等4种，其中最常见的是树形拓扑。其中最常见的是树形拓扑。

图 3-3 PON拓扑

三、PON优势

相对成本低，维护简单，容易扩展，易于升级。PON结构在传输途中不需电源，没有电子部件，因此容易铺设，基本不用维护，长期运营成本和管理成本的节省大。

无源光网络是纯介质网络，彻底避免了电磁干扰和雷电影响，极适合在自然条件恶劣的地区使用。

PON系统对局端资源占用很少，系统初期投入低，扩展容易，投资回报率高。提供非常高的带宽。EPON目前可以提供上下行对称的1.25Gb/s的带宽，并且随着以太技术的发展可以升级到10Gb/s。GPON则是高达2.5Gb/s的带宽。

服务范围大。PON作为一种点到多点网络，以一种扇出的结构来节省CO的资源，服务大量用户。用户共享局端设备和光纤的方式更是节省了用户投资。

带宽分配灵活，服务有保证。G/EPON系统对带宽的分配和保证都有一套完整的体系。可以实现用户级的SLA。

四、EPON上下行工作原理

EPON只在IEEE802．3的以太数据帧格式上做必要的改动，如在以太帧中加入时戳（Time Stamp）、PON－ID等内容。

图3-4 下行链路

如图3-4，下行采用纯广播的方式：

（一）OLT为已注册的ONU分配标示号；

（二）由各个ONU监测到达帧的标示号，以决定是否接收该帧；

（三）如果该帧所含的标示号和自己的标示号相同，则接收该帧；反之则丢弃。

图3-5 EPON下行工作原理

如图3-5，上行采用时分多址接入（TDMA）技术：

1、OLT接收数据前比较标示号注册列表；

2、每个ONU在由局方设备统一分配的时隙中发送数据帧；

3、分配的时隙补偿了各个ONU距离的差距，避免了各个ONU之间的碰撞。

图3-6 EPON下行工作原理

随着EPON技术的规模应用和芯片成本的不断降低，以及光纤铺设规模的不断扩大，EPON技术将很快成为FTTx的主要接入方式之一。

五、GPON技术原理

GPON传输网络可以是任何类型，如SONET/SDH和ITU-TG.709（ONT）；用户信号可以是基于分组的（如IP/PPP，或EthernetMAC），或是持续的比特速率，或者是其它类型的信号；而GFP则对不同业务提供通用、高效、简单的方法进行封装，经由同步的网络传输；对于最靠近用户的接入层来说，

GPON具有前所未有的高比特率、高带宽；而其非对称特性更能适应未来的FTTH宽带市场。因为使用标准的8kHz（125μ）帧，从而能够直接支持TDM业务。

PCBd

n

Slot 0Slot

1

Slot

R

Downstream

Upstream

PCBd

n+1

Slot

R

Slot

US Virtual Frame TX Interval

2^n byte

T

P-Frame

= 125 uS

Payload n

Slot

1

Payload

n+1图3-7 GPON传输结构

GPON传输网络支持如下对称和非对称的线路速率选择。

上行速率下行速率

0.15552 Gbit/s up 1.24416 Gbit/s down

0.62208 Gbit/s up 1.24416 Gbit/s down

1.24416 Gbit/s up 1.24416 Gbit/s down

0.15552 Gbit/s up 2.48832 Gbit/s down

0.62208 Gbit/s up 2.48832 Gbit/s down

1.24416 Gbit/s up

2.48832 Gbit/s down