接入网及EPON技术原理.ppt
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1、2010年5月10日,接入网及EPON技术原理,河 南 省 通 信 建 设 监 理 有 限 公 司 陆金法:15903995516,目 录,一.概述 1.接入网的概念 2.接入网技术分类 3.有线接入网主要应用技术 4.双绞线性能及应用 5.光纤接入系统分类 6.用户业务带宽需求预测 二.EPON技术 1.EPON系统框图及接口 2.EPON网络拓扑结构 3.EPON设备模块功能结构 4.EPON的主要特点 5.EPON的传输原理 6.EPON的主要技术及功能要求 7.EPON系统主要性能指标 8.EPON操作管理维护要求 9.OLTE的上、下联系统 10.EPON产品系列 11.EPON关键
2、设备的部署 12.EPON工程实例 13.FTTH模式下ONU的供电,P1,一.概述,1.接入网的概念(1)接入网在整个通信网中的位置 通信网络分三个部分:传送网、交换网、接入网;接入网即为本地交换网与用户间的连接部分,包括用户线传输系统、复用设备、用户/网络接口设备。图1.1.1 接入网在通信网中的位置(2)接入网定义 接入网是由业务接点接口(SNI)和用户网络接口(UNI)之间的一系列线路、设备所组成。图1.1.2 接入网的接口 UNI:用户网络接口;TMN:电信管理网;SN:业务节点;SNI:业务接点接口;Q3:接入网与电信网的管理接口;UTE:用户终端;,CPN,CPN,用户所在地网络
3、,用户所在地网络,接入网,交换网,传送网,交换网,接入网,P2,(3)驻地网(CPN)定义:一般指以有线或无线方式,由连接终端用户至用户网络接口所包含的机线设备组成(通常在一个楼内),驻地网是完成通信和通信控制功能的用户布线系统,使用户终端可以灵活方便地进入接入网。属于驻地网(CPN)范围的有四种方式:普通铜缆双绞线系统;铜轴电缆系统;5类双绞线系统(UTP5);楼内综合布线系统(PDS);(4)局域网(LAN)定义:局域网简称LAN,是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组。“某一区域”指的是同一办公室、同一建筑物、同一公司或同一学校等,一般是方圆几千米以内。局域网可以实现文件管理、应用
4、软件共享、打印机共享、共享工作组内的日程安排、电子邮件和传真通信服务等功能。局域网是封闭型的,可以由办公室内的两台计算机组成,也可以由一个公司内的上千台计算机组成。虚拟局域网(VLAN),P3,(5)广域网(WAN)定义:广域网简称WAN,是一种跨越大的、地域性的计算机网络的集合。通常跨越省、市,甚至一个国家。广域网包括大大小小不同的子网,子网可以是局域网,也可以是小型的广域网。(6)无线局域网(WLAN)定义:WLAN利用电磁波在空气中发送和接受数据,而无需线缆介质。无线联网方式是对有线联网方式的一种补充和扩展,使网上的计算机具有可移动性,能快速、方便的解决以有线方式不易实现的网络联通问题。
5、计算机局域网是把分布在数公里范围内的不同物理位置的计算机设备连在一起,在网络软件的支持下可以相互通讯和资源共享的网络系统。通常计算机组网的传输媒介主要依赖铜缆或光缆,构成有线局域网。但有线网络在某些场合要受到布线的限制:布线、改线工程量大;线路容易损坏;网中的各节点不可移动。特别是当要把相离较远的节点联结起来时,要敷设专用通讯线路,布线施工难度大,费用、耗时多,这些问题都对正在迅速扩大的联网需求形成了严重的瓶颈阻塞,限制了用户联网。局域网和广域网的区别:局域网是在某一区域内的,而广域网要跨越较大的地域,那么如何来界定这个区域呢?例如,一家大型公司的总公司位于北京,而分公司遍布全国各地,如果该公
6、司将所有的分公司都通过网络联接在一起,那么每一个分公司就是一个局域网,而整个总公司网络就是一个广域网。,P4,(7)接入网关(AG)定义:AG就是接入媒体网关设备,主要是把电话的TDM信号通过内部的编码转换器转换成IP包的形式,通过IP上行。为用户提供PSTN提供的所有业务,如电话业务、拨号上网业务等,它直接将用户数据及用户线信令封装在IP包中。AG设备具有网管接口和系统自我保护功能。由光缆向上连接到接入网或模块局,向下可接到每个用户。综合接入系统可支持多种用户侧业务接入:分组型业务:voip(IP上传送语音)业务、宽带Internet接入业务、以太网业务;电路型业务:DDN(数字数据网)业务
7、、PSTN(公众交换电话网)业务、ISDN(综合业务数字网)业务;,P5,2.接入网技术分类,(1)常用的接入方式,图1.1.4 用户接入方式种类示意图,用户接入方式,有线接入,无线接入,Coble Moden,光纤接入,xDSL,LMDS,无线网桥,VLAN,SDH,SDH+光纤收发器,协议转换器光纤收发器,PDH,SDH+二层交换机,E/G PON,路由器等数据设备,LMDS:本地多点分配业务,P6,(2)有线接入方式与接入技术的性能比较表:,表1.接入技术性能比较表,P7,3.有线接入网主要应用技术,(1)铜线接入系统:数字用户线(xDSL).HDSL:高速率数字用户线(最大传输距离:3
8、.6KM,上行速率:1.54 Mb/s,下行速率:1.54 Mb/s);图1.3.1.HDSL系统构成图 高速率数字用户线(HDSL)源于T1/E1和ISDN,主要是为了解决T1/E1接入中存在的问题。HDSL的四大关键技术:线路编码技术:铜线信号的衰减随着频率的提高而增加。传输距离与传输速率、传输线径、媒质质量有关,采用合适的调制方式形成健全的线路码能在一定范围内解决以上问题。HDSL的线路码型有两种:2B1Q码和CAP码。回波抵消技术:回波抵消技术用来抵消由于混合平衡网络误差而漏掉的发送信号,以及由于线路阻抗不匹配引起反射的本端发送信号。利用回波抵消技术可以使信号的传输距离更长。纠错编码技
9、术:影响HDSL系统性能的主要因素有两个:两对双绞线之间产生的近端串扰和邻近线对上PSTN信令产生的脉冲噪声。脉冲噪声可能会使耦合变压器饱和失真,从而产生非线性效应,需采用纠错编码技术。高速自适应滤波技术:高速自适应滤波技术是一种对码间干扰的自适应均衡技术,目的是消除码间干扰。,交换机,HDSL收发信机,用户终端,G.703接口,G.703接口,铜线对,HDSL收发信机,P8,.ADSL:非对称数字用户线(最大传输距离5.5KM,上行速率:576Kb/s,下行速率:2-8Mb/s;)相对于HDSL,ADSL在信号调制、数字相位均衡、回波抵消等方面更先进并采用动态控制技术,充分利用了双绞线上的带
10、宽,提供更大、更快的数字通道。无需进行严格的网络规划、施工简便、初期投资小等突出优点。ADSL的重要特征:支持模拟话音服务,用一种特殊的分离器将从交换机到其他部分的4KHz模拟通道送到ADSL链路的数字带宽下。ADSL提供的服务种类多;ADSL客户端的实现可采用多种形式,即可以用单根双绞线连接到设备,也可以是整个局域网。图1.3.2.ADSL系统构成图,交换机,双绞线,同轴电缆,TV,TCI,PC,ADSL,ADSL,局端,远端,加机顶盒,P9,.VDSL:甚高速数字用户线(最大传输距离:1.2KM,13 Mb/s对称速率及上行速率:6.4 Mb/s/下行速率56Mb/s,上行速率:3.2 M
11、b/s/下行速率26Mb/s,上行速率:1.6Mb/s/下行速率13Mb/s 等不同的几种传输速率。)图1.2.3.VDSL系统构成图 还有HDSL2,ADSL2,ADSL2+,VDSL2等改进型接入技术。.ADSL/VDSL系统传输速率与传输距离关系比较:图1.2.4 ADSL/VDSL系统传输速率与传输距离关系比较,本地交换,图像接口,双绞线,TV,VCR,PC,电话,收发机,收发机,图像接口,光纤,双绞线,端局,远端,P10,ADSL原理及其连接:,A.ADSL通过不对称传输,利用频分复用技术(或回波抵消技术)使上、下行信道分开来以减小串音的影响,从而实现信号的高速传送。B.ADSL系统
12、连接方式的功能模块图。Server:应用服务器;Core Network:骨干网络;Existing Copper:连接用户端和局端的普通双绞铜线;图:ADSL系统连接方式的功能模块图,P11,C.ADSL的接入模型:ADSL的接入模型主要有中央交换局端模块和远端模块组成(局端单元、用户端单元、分离器和管理单元),如下图所示:,ATU-R:用户端ADSL收发器单元;ATU-C:局端ADSL收发器单元;:数字信号;:语音信号;,P12,D.局域网用户的ADSL安装:,局域网用户的ADSL安装与单机用户没有很大区别,只需再加一个集线器,用直连网线将集线器与ADSL MODEM 连起来就可以了,如下
13、图所示:,P13,E.各种DSL系统的性能比较表:表2.xDSL系统的性能比较表,P14,4.双绞线性能及应用:,(1).双绞线:是综合布线工程中最常用的一种传输介质。双绞线由两根2226号绝缘铜导线相互缠绕而成。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起,可降低信号干扰的程度,每一根导线在传输中辐射的电波也会被另一根线上发出的电波抵消。在双绞线内,不同线对具有不同的扭绞长度,一般地说,扭绞长度在13 mm以内,按逆时针方向扭绞,相邻线对的扭绞长度在12.7 cm以上。双绞线可分为非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线(STP)两种。屏蔽双绞线具有较好的屏蔽性能,所以也具有较好的电气性能。局域网组建
14、中所采用的通常是非屏蔽双绞线。七类双绞线因为它要实现全双工10 Gbps速率传输,所以只能采用屏蔽双绞线,没有非屏蔽的七类双绞线。六类双绞线通常也建议采用屏蔽双绞线。不同类型的双绞线标注方法是这样规定的,如果是标准类型则按CATx方式标注,如常用的五类线和六类线,则在线的外包皮上标注为CAT 5、CAT 6。而如果是改进版,就按Xe方式标注,如超五类线就标注为5e(字母是小写,而不是大写)。(2).关于双绞线的串扰:双绞线相互缠绕改变了电缆原有的电子特性。不但可以减少自身的串扰,也可以最大程度上防止其它电缆上的信号对这对线缆上的干扰。串扰是两条信号线之间的耦合,信号线之间的互感和互容引起线上的
15、噪声。容性耦合引发耦合电流,而感性耦合引发耦合电压。信号线间距、驱动端和接收端的电气特性及线端接方式对串扰都有一定的影响。,P15,(3).双绞线性能:,P16,5.光纤接入系统分类常用的光纤接入系统(FTTx)有:FTTN:光纤到网络节点;FTTZ:光纤到小区;FTTB:光纤到大楼;FTTC:光纤到路边;FTTH:光纤到家庭;FTTV:光纤到农村;,P17,有源光网络(AON):有源光网络由OLT、ODT、ONU和光纤传输线路构成。OLT:光缆线路终端;ODT:光分配终端;ONU:光网络单元;其中ODT可以是一个有源复用设备,或者是一个远端集中器(HUB),也可以是环路。AON一般为一点到多
16、点的光通信系统。,P18,无源光网络(PON):(1)无源光网络:由光纤、光分路器、光连接器等无源光网络组成的点到多点的网络,简称PON。(2)无源光网络系统:由光线路终端OLT、光分配网络ODN、光网络单元ONU组成的信号传输系统,简称PON系统。根据采用的信号传输格式可简称xPON,如APON、GPON。无源光网络也是一点到多点的光纤接入技术,由馈线(主干)光缆、分光器和配线光缆组成。分光器一般由1:2,1:4,1:8,1:16,1:32,1:64(128.256)几种。分光器可以进行一级分光,二级分光,三级分光。但由于每级分光都会产生插入损耗,影响传输距离和传输质量,一般采用一、二级分光
17、,不建议采用三级分光。分光比的选择:两级分光的分光比乘积不能大于总的分光器分光比。如1:32的分光器,一级分光比为1:n,二级分光比只能为1:m,(nxm=32)1:16的分光器,一级分光比为1:4,二级分光比只能为1:4,(4x4=16),P19,分光器插入损耗值,1:2分光器插入损耗值3.5dB;1:4分光器插入损耗值7.3dB;1:8分光器插入损耗值 10.7dB;1:16分光器插入损耗值 14dB;1:32分光器插入损耗值 17.4dB。1:64分光器插入损耗值 20.8dB。,图1.2.6 一级分光PON 图1.2.7 二级分光PON,P20,6.用户业务带宽需求预测,城市:2010
18、年左右接入网应具备提供超过20Mb/s的下行带宽的能力。光接入点覆盖半径应达到0.5-1.5KM,基本能按需提供820M的下行带宽,A类地区(中东部地级以上城市的商业楼宇及中高档住宅)基本完成1KM以上用户铜缆改造(铜退光进)。农村:2010年光缆建设基本到达行政村。光接入点覆盖半径应达到1.5-2KM,基本能按需提供24M的下行带宽,D类地区(农村乡镇以下)基本完成2.5KM以上用户铜缆改造。,表3.用户业务带宽需求预测表,P21,图1.1.3 EPON的SNI、UNI接口,1.EPON系统框图及接口:,二.EPON技术原理:EPON:基于以太网的无源光网络;其他还有:APON:基于ATM的
19、无源光网络;BPON:宽带无源光网络;GPON:吉比特无源光网络;,OLT:光线路终端;ONU(ONT):光网络单元(终端);ODN:光分配网络;,P22,2.EPON的网络拓普结构:(A)单星型结构(适合OLT周围邻近均匀分散的用户环境);(B)多星型结构(适合居民区、别墅群、农村、高层建筑群的用户环境);(C)总线型结构(适合于沿街用户,沿公路线状分布的用户环境);图1.2.8:单星型结构图 图1.2.9:多星型结构图,1,ONU 2,ONU n,ONU 1,n,分路器,OLT,CO,ONU 1,ONU 1,ONU n,ONU n,1,n,1,n,OBD,OBD,n,1,OBD,OLT,P
20、23,图1.2.10:总线型结构图,分路器 n,ONU 1,ONU 2,ONU n,分路器 1,分路器 2,CO,OLT,P24,3.EPON设备模块功能结构:,(1)OLT(光线路终端)的功能结构:如上图,每个OLT由:核心功能块;服务功能块;通用功能块三部分构成。核心功能块包括数字交叉连接传输复用功能ODN接口功能。数字交叉连接功能:提供网络端与ODN端允许的连接;传输复用功能:通过ODN的发送和接收通道,复用需要传送至各ONU的信息,识别各ONU送来的信息;ODN接口功能:提供光物理接口,与ODN 相关的一系列光纤相连;服务功能块提供业务端口功能,支持一种或几种不同的服务(电话数据电视)
21、;通用功能块承担供电、OAM(操作维护)管理。,ODN接口功能,OAM功能,供电功能,传输复用功能,业务端口功能,网络,ODN,服务功能块,核心功能块,ODN接口功能,数字交叉连接功能,通用功能块,P25,(2)ONU(光网络单元)的功能结构:每个ONU由:核心功能块;服务功能块;通用功能块三部分构成:核心功能块包括用户和服务复用功能传输复用功能ODN接口功能。用户和服务复用功能:装配来自各用户的信息,分配要传输给各用户的信息,连接单个服务接口功能。传输复用功能:分析来自ODN的信号,取出属于本ONU的部分信息,合理安排要发送给ODN的信息。ODN接口功能:提供一系列光物理接口,及光/电和电/
22、光转换;服务功能块:提供用户服务接口,并将用户信息适配为64Kb/S或nx 64Kb/S的形式。通用功能块:承担供电、系统运行、OAM(操作维护)管理。,服务功能块,核心功能块,通用功能块,用户端功能,用户和服务复用功能,传输复用功能,ODN接口 功能,供电功能,OAM功能,ODN,用户,P26,(3)ODN(光分配网络)的功能结构:ODN的功能结构如上图,它位于OLT与ONU之间,具有无源分配功能;ODN的基本要求:为今后发展提供可靠的光缆设施,易于维护,有纵向兼容性,有可靠的网络结构,有大的传输容量和高效性。ODN的无源元件:光跳线、单模光缆、带状光纤、光连接器、光分路器、光衰耗器、光滤波
23、器、波分复用器、熔接头等。图中:Qr:表示ONU和ODN之间的光接口;Ql:表示OLT和ODN之间的光接口;Qm:表示ODN与测试或监视设备之间的光接口;R/S与S/R:表示Qr与Ql之间的光通道衰耗;,ONU,ONU,ODU,OLT,QI,Qr,R/S,S/R,Qm,P27,4.EPON的主要特点:(1)高带宽:下行:100-1000 Mb/s 广播方式;上行:100-1000 Mb/s 共享;(2)多业务:普通电话、PC上网、IPTV、CATV(通过合波器);(3)低成本:节省了大量的主干光缆,使用无源器件减少了维护成本。OLT提供向上与各业务网络的SNI接口。为了保证语音的质量,语音和数
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