现代通信网络技术III第4章光纤接入技术

•上行 •OBD •OLT
• N1 • A1
•t
2020/11/23
•保护时 间 现代通信网络技术III第4章光纤接入
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）
•ONU
•Buddin g •ON •Uhome
• FTTC
•ON
•OBD
•OLT
•中 •心
U
•局
• FTTB
•OBD
• FTTH
•OBD
•OAN的应用示意图 2020/11/23
现代通信网络技术III第4章光纤接入 技术
光纤到路边 FTTC
FTTC： Fiber To The Curb/Cab 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
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现代通信网络技术III第4章光纤接入 技术
搅码技术（扰码）
为了保证共享介质传输的安全性，引入搅码技术
在发送端：通过一个随机码对信息进行异或运算后传送
在接收端：采用相同的随机码再进行一次异或运算，得到原始数据
•媒质接入控制（MAC）技术
信元的时隙分配 接入请求/允许 带宽的动态分配
现代通信网络技术III第4 章光纤接入技术
2020/11/23
现代通信网络技术III第4章光纤接入 技术
第4章 光纤接入技术
本章教学重点
简要介绍光纤介质的特点和优势 介绍光接入网的结构、类型、应用模式等 介绍两种典型的无源光网络APON和EPON
本章要求
熟悉光纤介质的特点，FTTX的含义 掌握光接入网的结构、特点、关键技术（特别是测 距）；APON与EPON的异同
PON的关键技术
测距技术 快速比特传送技术 突发信号的收发 搅码技术（扰码） 媒质接入控制（MAC）技术
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现代通信网络技术III第4章光纤接入 技术
测距技术
为何需要测距？
采用TDMA，必须保证每个时隙的数据彼此独立，互不 干扰
APON结构中，各ONU到OLT的物理距离不等，则各ONU 到OLT的传输时延不同，如不进行时延补偿，会出现 时隙的重叠，造成数据干扰
现代通信网络技术III第4章光纤接入 技术
光接入网的基本结构
•用户侧设备
•光接入
（电/光） •光 网设备 •光
•光接入
•网络侧设备
•光 网设备 •光 （电/光）
•用户侧
•光接入网(OAN)
•网络侧
•Q3 •接入网系统管理功能
•UNI •终端设备
•AF •用户侧
•ONU •ONU
•ODN •OLT
•光接入网(OAN)
•ON
•OBD •OLT
•中 •心
U
•局
•光接入网
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现代通信网络技术III第4章光纤接入 技术
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
•Ethernet •ONU
•OBD
•OLT
•中 •心
•Buddin
•局
g •光接入网
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现代通信网络技术III第4章光纤接入 技术
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
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）
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现代通信网络技术III第4章光纤接入 技术
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
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现代通信网络技术III第4章光纤接入 技术
4.4 无源光网络
基本概念 系统结构 数据传输 关键技术
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现代通信网络技术III第4章光纤接入 技术
wenku.baidu.com
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：
•UNI
•SNI
•用户 •ONU
•用户
1
•ONU 2
•OB •ODN
•OL
D
T
•业 •务 •网
•用户 •ONU
•络
n
•PON
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现代通信网络技术III第4章光纤接入 技术
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）
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
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现代通信网络技术III第4章光纤接入 技术
第4章 光纤接入技术
4.1 光纤的优势 4.2 光纤在接入网中的延伸 4.3 光接入网基础知识 4.4 无源光网络 4.5 APON 4.6 EPON
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现代通信网络技术III第4章光纤接入 技术
4.1 光纤的优势
带宽优势 与双绞线和同轴缆相比，光纤的理论带宽几乎是无限的 单个波长可传输10Gb/s，采用波分复用可传输更高的速率
•ON •Uhome
•OBD
•光接入网
•OLT
•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
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现代通信网络技术III第4章光纤接入 技术
4.3 光接入网基础知识
光纤的工作窗口 光接入网的基本结构 光接入网的分类 光接入网的传输技术
每个ONU动态或固定分配一个时隙
固 有每问个题ONU在分配的时隙内上传数据• A1 •ONU
每个ONU与OLT距离不等 传输时延不同
• B1 •ONU
到达OLT的相位不同
对OTL要求
•
完善的测距技术，实现定时调整 N1
•ONU
和同步
快速的同步技术 快速、动态的门限判决技术
• A1 • B1
为确保多个ONU到OLT间的正确传输，必须引入测距机 制，使各ONU到OLT的逻辑距离相等
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现代通信网络技术III第4章光纤接入 技术
测距技术
测距技术基本策略 单独测距+传输数据时测距相结合(粗测＋精测） 单独测距在ONU初装联网时必须进行 传输数据时测距可根据OLT的配置而定 测距的基本原理 OLT向ONU发送测距允许消息，消息中指明ONU的上行应答的时 隙 ONU在指定的上行时隙中用测距PLOAM信元应答 OLT计算往返时延，并与理想时延比较，计算出差值，发送一 个测距时间给ONU ONU根据测距时间调整均衡时延
AON：Active Optical Network，有源光网络 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
PON：Passive Optical Network，无源光网络 APON、EPON和GPON
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现代通信网络技术III第4章光纤接入 技术
光纤的工作窗口
光纤的工作窗口（可用工作波长区）有三个： 850nm窗口 （ 780nm～850nm） 1310nm窗口（ 1260nm～1360nm） 1550nm窗口 （ 1480nm～1580nm）
三个工作区的使用情况 850nm波长常用于多模光纤通信，未得到很好使用 1310nm波长应用广泛，主要用于提供2Mb/s及以下的业务 1550nm波长用于异波长双工的下行通信以及宽带的新业务
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
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现代通信网络技术III第4章光纤接入 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
面临的问题 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 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）
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现代通信网络技术III第4章光纤接入 技术
光接入网的传输技术
空分复用 SDM
上下行双向通信个各使用一根光纤 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
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现代通信网络技术III第4章光纤接入 技术
光接入网的传输技术
时分复用TDM
•SNI •中心局
•网络侧
ITU20-2T0/1提1/23出的光接入网的现基代通本信网结络技构技术术III第4章光纤接入
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）
长距离传输优势 衰减很小，不加中继的距离现在可达数百公里
抗恶劣环境优势 抗腐蚀能力强，不受电磁波干扰
安全性优势 盗接线头困难，不易盗听
大多数运营商断言：未来理想的宽带接入网是基于光纤的网络
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现代通信网络技术III第4章光纤接入 技术
4.2 光纤在接入网中的延伸
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
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
光线路终端OLT（Optical Line Terminal）
带宽管理由OLT完成 为不同的业务提供优先级和带宽 上行带宽的占用由媒质接入控制MAC协议实现
U
•ON
•OBD
•OLT
U
•ON U
•保护时
•上行突发模式
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 •ATM信元/OAM信元/以太
销帧
•用于OLT同步、 标识信元开始
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•OAM信元为管理信元，
如带宽申请、测距等 现代通信网络技术III第4章光纤接入 技术
现已打开了第四个工作窗口：1625nm
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现代通信网络技术III第4章光纤接入 技术
光接入网的基本结构
OAN：
Optical Access Network，光接入网
光接入网概念：
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
光接入网是G.902标准的一个典型实例
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2020/11/23
现代通信网络技术III第4章光纤接入 技术
快速比特传送技术
测距精度有限，各ONU到OLT的上行比特流存在相位差异 需要采用某种技术实现快速同步 基本策略先实现位同步、再进行信元同步 普通的滑动技术不能满足快速同步要求，需采用其他技术
•突发信号的收发
需要快速开启和关闭光电路，以适应上行的突发数据传输 接收端，需要快速调整接收门限，以适应不同距离用户的信号衰减
• A1 •ON
• B1 U •ON
U • N1
•ON
U
•1
• 2•OBD •N
•OLT •上行
•WDM
• 1 •PD • 2 •PD •N
•PD
•1 •2 •N
•PD：光电检测器
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现代通信网络技术III第4章光纤接入 技术
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
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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现代通信网络技术III第4章光纤接入 技术
PON的数据传输
•ON
•下行连续模式