无源光网络中的关键技术探析

无源光网络中的关键技术探析
引言：随着科学技术的不断发展进步和人们对通信质量要求的不断提高，无源光网络成为未来通信技术的主要发展方向之一。

本文介绍了无源光网络的概念，分析了无源光网络的结构，并探讨了其中的关键技术。

一、无源光网络技术简介
无源光网络的简称是pon（passive optical network），是指在光网络单元（onu）和光线路终端（olu）之间的没有任何有源设备的光分配网络（odn）。

无源光网络（pon）将光线路终端（olt）内的收发器连接到多个光网络单元（onu）。

olt一般放在网络中心，为接入网与服务节点提供接口。

在olt与onu间的一点对多点连接是通过光纤通路上的一个或多个无源分支器件获得。

一般将ol和onu之间的光纤和分支器件称为外部设备。

这种结构体现了pon的成本优势：即在olt与onu之间没有有源器件，降低了中间站点的成本和维护费用；pon的多个用户还可以共享olt内光电器件的成本。

无源光网络的拓扑结构直接决定着无源光网络的经济性和技术性能等，无源光网络的拓扑结构类型较多，有环型、总线型、星型等。

典型的拓扑结构如图1所示。

图1 无源光网络拓扑结构
由于无源光网络是一种纯介质网络，因此它可以有效地避免外
部设备的电磁干扰及雷电的影响，并且可以有效地减少外部设备和线路发生故障的概率，可大大提高系统运行的可靠性及降低系统的运行成本，是一种非常有前途的通信技术。

二、无源光网络中的关键技术
无源光网络中涉及到的关键技术较多，由于本文的篇幅所限，仅选择下列几个有代表性的进行详细介绍。

（一）光多址接入技术
对于pon系统，在上行方向，具有点到点的结构特征，为了共享传输介质，上行传输需要采用媒体接人控制协议（即：多址协议），才能保证各个onu的上行信号完整有序地到达olt（如图2所示）。

图2 上行方向多址接入示意图
pon系统常用的多址协议有如下几种：
（1）光波分多址（owdma）
光波分多址（opticalwavelengthdivisionmultipleaccess，owdma）方式是指将各onu的上行传输信号分别调制为不同波长的光信号，送至光分路器后耦合到馈线光纤；到达olt后，利用光分波器分别取出属于各onu的不同波长的光信号，再分别通过光电探测器解调为电信号。

owdma充分利用了光纤的低损耗波长窗口，每个上行传输通道完全透明，能够方便地扩容和升级。

与otdma相比，owdma所用电路设备较为简单，但owdma要求光源频率稳定度高，上行传输地通道数及信噪比受光分波器件性能的限制，系统各通道
共享光纤线路而不共享olt光设备，其系统成本较高。

（2）光码分多址（ocdma）
光码分多址（opticalcodedivisionmultipleaccess，ocdma）方式是指每一个onu分配一个多址码。

各onu的上行信号与相应多址码进行模二加后将其调制为同一波长的信号。

各路上行光信号经光分路器合路馈送到光纤到达olt，在olt端经探测器检测出电信号后，再分别与同onu端同步的相应的多址码进行模二加，分别恢复各onu传输来的信号。

ocdma系统用户地址分配灵活，抗干扰性能强；由于每个onu都有自己独特的多址码，故它有十分优越的保密性能。

ocdma不像otdma划分时隙，也不像owdma划分频段，onu 可以灵活地随机接入，而不需要与别的onu同步。

但ocdma容量不大。

（二）测距与补偿技术
对于otdma—pon系统，由于各onu到olt的连接距离不可能相等，且不同节点发出的数据单元时隙沿不同路径传输，将不可能同步地到达olt接收机，从而不可避免地出现时隙在olt处发生碰撞的问题。

实际上，造成时隙不同步的原因除了收发设备之间物理距离不同外，还有环境温度变化和光电器件的老化等因素造成的传输时延变化等。

因此，解决问题的具体措施是通过测距计算时延来加以补偿，使所有onu到olt的逻辑距离相同。

在测距的过程中必须保证测距的精度，g.983.1建议所要求的测距精度为±1b。

目前实
现测距的方法有：扩频法测距、带外法测距和带内开窗法测距。

pon 的测距与补偿方法是olt发出一个测距信息，此信息经过olt内的电子电路和光电转换延时后，光信号进入光纤传输并产生延时到达onu，经过onu内的光电转换和电子电路延时后，又发送光信号到光纤再次产生延时，最后到达olt，olt把收到的传输延时信号和它发送出去的信号相位进行比较，从而获得传输延时值。

（三）突发模式同步技术
在上行突发传输条件下，无论采用哪种测距机制，由于总存在着测距误差，上行信号还是有一定的相位漂移，需要采用快速同步技术。

在该技术中，在上行帧的每个时隙里面存有3字节，为了有效的防止由于微小的相位漂移而对信号造成损坏，因此需要对时间用户进行保护，前导字节被用于同步获取。

为了达到比特同步，在olt对上行帧进行接收时需要对前导字节进行搜索，以实现码流信息的快速获取；然后根据定界符确定atm信元的边界，完成字节同步。

olt只有在收到onu上行突发的前几个比特内实现了比特同步，才能使onu的信号得到恢复。

同步获取的实现主要通过将收到的码流与特定比特图案进行一定的运算来进行。

一般的滑动搜索方法延时太大，不适用于快速比特同步。

所以需要采用并行的滑动搜索方法，即对不同相位的信号进行采样，将采样结果同时与同步比特图案进行运算并比较运算结果。

如果设定的相关系数在大于某门限值时将最大值对应的取样信号作为输出信号；如果运算得出的多个相
关值是相等的，则取相位居中的信号作为输出信号。

三、结语
无源光网络由于其显著的技术优势和经济性越来越受到人们的关注，无源光网络技术的应用和推广能有效的推动我国通信技术发展，提高我国的通信服务质量。

目前在无源光网络的研究方面我国虽然取得了一定的成绩，但在核心技术方面还落后与发达国家，我国需要加大这方面的研发投入，尽快缩小与其它国家的差距。

参考文献
[1]姜乐水.浅谈pon无源光网络在接入网中的作用及在工程建设中考虑的因素[j].信息技术与信息化，2011，10：23-25。

[2] 顾林君，沈元隆. 下一代无源光网络技术[j].通信技术，2010，09：12-14。