光纤接入网介绍与设计方案.ppt

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1、1,六、光纤接入网的分类与实现 根据光网络单元（ONU）与用户位置的远近，OAN又可分成若干种专门的传输结构。,2,当前，在光纤用户接入网中，由于大多数用户还未需用宽带、多媒体业务接入，大都只需窄带或话音接入。因此，在用户接入网的整个长度上，并不必全部采用光纤，实现FTTH，而是根据实际情况，分别采用以下一些接入方式：,3,FTTH 光纤到家 FTTB 光纤到大楼 FTTC 光纤到路边 FTTO 光纤到办公室 FTTZ 光纤到小区 FTTF 光纤到楼层 FTTN 光纤到邻里 FTTR 光纤到远端节点,4,各种不同接入方式的主要区别在于ONU放设的位置不同。最典型的方式有三种：,5,FTTC 从

2、端局接出的光纤经过各种线路设备（如光耦合器、光分支器、入孔）后，到达靠近用户群的路边设备（如分线盒、人孔等）上安装的ONU（光网络单元），在ONU中经过光电转换后引出的电信号，用铜双绞线或同轴电缆分别把电话、数据等窄带信号或宽带图像信号接至用户。,6,PON-FTTC方式 表示信号从交换局经过无源光网络直接分配到用户。这种方式的优点是在开始建设时初次投资少，大部分费用将推迟到用户（企业用户、商业用户）正式开通宽带业务时投入，这是由于当前ONU至用户引入线部分仍可利用原有铜线，而这部分的投资比例最大，从OLT到ONU部分光纤传输设施由多个用户共享分担，故每户成本较低，宽带设备的费用可推迟到以后解

3、决。,7,有源双星型结构的“光纤到路边”（Active Double Star-Fiber to Curb ADS-FTTC）方式 应用同步光纤网络（SONET）设备构成环状网，然后再通过有源星型光网络接到各个ONU。最后，用铜线从ONU引出，按星型方式分别接到各个用户。,8,FTTB FTTB的结构与FTTC的相似，区别只在于ONU不放置在路边，而放置在大楼内（一般放置在一层或二层），然后从ONU以铜线引出，接至大楼内各用户。,9,图中为欧洲RACE计划中的一个方案。此方案是为大业务办公室用户设计的10Gbit/s光纤通信系统。这一系统可以传送64个150Mbit/s话路或32个150Mbi

4、t/s高清晰度（HDTV）加上3000路1.5Mbit/s（MPFG-1）的准视像信息用户。在光路入口（OLI）和光路出口（OLO）之间还可以采用波分复用来提高其容量。,10,FTTH FTTH是把ONU装置在用户住宅内，由用户专用。从端局OLT连接到用户家中ONU全程都是采用光纤，中间不界入任何铜线，也没有有源设备，是全透明的。,11,优点：1、对任何一种传输制式都没有限制，很适用于引入新业务，潜在的容量很大，是用户接入网的发展方向。,12,2、由于一般用户与端局的平均距离都很短，对传输性能的要求不如干线光缆的要求高，带宽的要求一般也较低，因而可以采用成本较低的元器件。端局至用户之间没有任何

5、有源设备，ONU可以由用户本地供电，成本较低，故障率低，维护方便。,13,FTTH的主要缺点：目前OLT和ONU的成本还比较高，每户需要一套的话，使用户的负担比较重。但随着光纤通信的迅速发展，光纤光缆和各种光器件的成本将逐步降低，加上各类用户对宽带业务的需求越来越大，估计大量发展FTTH的前景将会比较近了。,14,七、无源光网络（PON）根据接入网室外传输设施中是否含有源设备，OAN可以划分为无源光网络（PON，Passive Optical Network）有源光网络（AON，Active Optical Network），前者采用光分路器分路，后者采用电复用器分路。,15,（一）无源光网络

6、的结构与原理1、基本结构 无源光网络（PON）主要采用无源光功率分配器（耦合器）将信息送至各用户。由于采用了光功率分配器，使功率降低。因此较适合于短距离使用，若需传输较长距离，或用户较多，可采用光纤放大器（EDFA）来增加功率。,16,无源光网络的主要特点：易于扩容和展开业务，维护费用较低，初期投资不高，但对光器件要求较高，而且需要较为复杂的多址接入协议，另外在实现双向通信时，如何解决不同地点、不同长度的信号传输损耗、时延与同步也是难点之一。,17,无源光网络的发展速度很快，并且不断升级，其演变过程将经历无源电话光网络（TPON）、宽带无源光网络（BPON）及带宽综合分配网（BIDN），所提供

7、的业务也从单一形向综合形发展。,18,2、传输技术 在无源光网络（PON）中，OLT与ONU的信号交换可采用上行信号和下行信号予以解决。一般来说，OLT至ONU的下行信号的传输进程较为简单，通常采用时分复用（TDM）等方式将送往各ONU的信号复用后送至馈线光纤，通过光分路器以广播形式送出，各ONU收到信号后分别取出属于自己的信息即可。但ONU至OLT的上行信号的传输过程就较为复杂了。,19,上行信道的传输技术（1）时分复用/时分多址接入（TDM/TDMA）方式 时分复用方式所用器件相对简单，技术上也相对成熟，但遇到一个难题是在实际组网时，各个ONU与OLT之间的距离并不相同，因此在上行传输时，

8、必然引起两个关键问题。：,20,相位问题 在上行传输时，其工作原理是将时间分成若干个时隙，每一个时隙内只安排一个ONU以分组方式向OLT发送分组信息，各个ONU要严格按预先规定的顺序依次发送。,21,为防止在光分路器（OBD）处出现碰撞，OLT必须在测定它与各ONU的相对距离的基础上（OLT内必须具备整套完善的测距手段），对各ONU进行严格的发送定时，由于各个ONU的定时信号均是由OLT发送的下行信号中提取出来的，因此在频率上可实现同步。,22,但由于传输距离的不同，造成各个ONU的上行信号到达OLT时的相位并不一致，所以要求OLT中必须具有快速比特同步电路，即在每一个ONU按规定时隙发送上行

9、分组信号的开始几个比特时间内就要迅速建立比特同步。,23,幅度问题 由于各个ONU与OLT的距离不一样，因此它们各自传输的分组信号在到达OLT时，幅度上也会出现差异，正是由于这样一种幅度高低不等的接收信号，造成在OLT端不能采用常规的光接收机，即不能采用固定门限进行判决，而只能采用突发模式的光接收机，即根据每一个分组信号开始的几个比特信号幅度的大小迅速建立合理的判决门限，以便正确还原出该分组信号。,24,除相位与幅度问题之外，采用时分复用方式还会出现上行数据速度较低，难以升级到宽带速度；所有用户采用同一个光载体，难以进一步升级；系统中所涉及的电子电路较复杂等。,25,（2）波分复用/波分多址接

10、入（WDM/WDMA）方式 波分复用方式与时分复用方式不同，它是采用不同的波长对应于不同的ONU，因而不需要复杂的电子器件，并充分利用了光纤的低损耗波长窗口。,26,在上行和下行信号的处理上，可分别采用不同的波长予以区分，如：采用1310nm波段传送窄带上行信号，采用1550nm波段传送宽带下行信号，且上行和下行信道完全透明。若下行信号衰减较大，可采用掺铒光纤放大器（EDFA）予以放大。,27,如应用WDM方式的PON系统结构，它将各个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（OBD）并耦合进馈线光线。该复用信号到达OLT后，利用WDM器件可分出属于各个ONU的光信号，再分

11、别通过光电探测器（PD）解调出电信号。,28,WDM方式的主要缺点是对光源的波长稳定度要求很高；上行通道数受限；不能共享OLT光设备，成本较高等。,29,3、副载波复用/副载波多址接入（SCM/SCMA）方式 副载波复用技术是以射频波或微波作为副载波（频 率一般为几百兆至十几吉赫范围内），将各个ONU 的上行信号调制在其上，再用已调副载波去分别调制各ONU的激光器（波长相同），,30,产生的已调光信号通过光分路器（OBD）后，经光纤传输到OLT，通过光电探测器（PD）及放大、解调等装置后还原出各ONU的上行信号。,31,在下行信号传输时,可先将其调制为另一个副载波,再调制成同一波长的光信号，通

12、过同一根馈线光纤传输到各终端。,32,SCM方式的主要特点：利用现已相当成熟的射频/微波技术，各信道彼此独立，不需要复杂的同步技术，所需光器件较少，增/减任一路ONU较为方便等。但由于距离因素，可能会使接收到的功率相差很大，引起较为严重的相邻信道干扰，影响系统性能。,33,4、码分复用/码分多址接入CDM/CDMA方式的PON系统 给每一个ONU分配一个多址码，并将各ONU的上行信码与其进行模二加后，再去调制具有相同波长的激光器，经光分路器（OBD）合路后传输到达OLT，通过光电探测器、放大器和模二加等电路后，恢复出各ONU送来的上行信码。,34,CDMA方式的主要特点：用户地址分配灵活，抗干

13、扰能力强，保密性能好，各ONU可灵活接入等，但这种方式的系统容量受到一定程度的限制，频谱利用率低。,35,5、时间压缩复用/时间压缩多址接入（TCM/TCMA）方式 时间压缩复用方式的基本原理是将同一根馈线光纤上的传输时间划分为一个个的时间段，上行信号和下行信号分别在不同的时间段内以脉冲串的形式轮流传输。,36,OLT将欲送往各ONU的下行信号经时分复用组成下行脉冲串，利用某一个时间段传至光分路器（OBD），再以广播方式送至各个ONU，各ONU收到信号后，依次分别取出属于自己的信息。接着在相邻的时间段内，各ONU依次向OLT发送分组信号，形成上行信号脉冲串，待其发送完毕后，OLT又开始向下游发

14、送一个下行脉冲，如此循环下去。,37,TCM方式的特点：共纤传输，光器件较少，但电路部分较为复杂，传输速率不可能太高等。,38,在无源光网络的设计、建设与应用过程中，往往是对以上几种形式进行有机的结合。,39,（二）无源光网络的实现1、采用TDM+SCM+WDM的PON 利用频分复用（FDM）方式将多路模拟电视信号组成一路副载波复用信号，频率范围为0.4-2.5GHz。该信号再对一个1550nm波长的激光器进行强度调制形成载有宽带图像业务的光信号。,40,而话音业务则通过时分复用（TDM）合并后再由1310nm波长的激光器转变成载有窄带话音业务的光信号。这二种波长的光信号一起经PON传输后到达

15、接收端，由波分解复用器（WDM）将1310nm的窄带信号和1550nm的宽带信号分开，并分别送入各自的接收机。,41,2、采用TDM+WDM的PON 先将各路模拟电视信号编码后由时分复用（TDM）方式合路，再对1550nm波长的激光器进行强度调制，其余部分与前述基本一致。这种结构的特点是纯数字传输系统，因而带来了诸多好处，但对于用户来说，需要为常规的家用电视接收机配备一个机顶盒，以便将接收到的数字电视信号恢复成模拟信号。,42,（三）PON的供电 无源光网络的电源供给问题主要是指对ONU的供电，其实现方法包括：1、中心供电 中心供电是指由端局或其它节点经电缆对ONU供电，其特点是可以利用现有电

16、缆设施，不用在ONU处安装维护电池，且成本低，但供电距离不能太长，雷电影响较为敏感。,43,2、本地供电 指利用本地市电就近给ONU供电，其特点是方便，维护成本低，但受环境限制。,44,3、太阳能供电 在ONU处增设太阳能电池板，其特点是安全、维护量小，但受天气、环境等影响较大。总之，PON的供电应根据具体情况和问题，具体分析和解决。,45,八、有源光网络（AON）有源光网络（AON，Active Optical Network）结构形式多种多样。如：现举例说明其结构与原理。,46,1、有源双星形结构 有源双星形结构（ADS，Active Double Star）结构，可实现光纤到路边（FTT

17、C）。它采用SONET设备并安装于环形网中作为有源节点，然后再由有源星形光网络连接到光网络单元（ONU），最后由铜线以星形结构送给用户。,47,ADS结构的主要特点：对所用光器件要求不高，但在供电及远端电器件的运行与操作上由存在一些困难，并且初期投资较大。,48,2、光纤到远端电节点 下面给出了美国贝尔电话公司在美国大部分地区实施光纤化时所采用的方案，即从交换局用光纤连接至远端模块或电节点，再经铜线分配给用户。这种结构即称为光纤到远端电节点（FTTREN，Fiber To The Remote Electronic Node）结构。,49,FTTREN实际上是FTTC的一种变种，即将ONU从D

18、P点或FP点移至远离用户的远端（RE），从而可以为更多的用户服务。,50,九、光纤接入网的规划（一）光纤接入网规划的基本思路1、根据用户的实际需求和技术的最新发展情况，近期在我国城市地区除了个别发达的城市外光纤接入网的发展应以光纤到大楼为主，在2000年前尽量实现光缆通达全部大楼。,51,在此基础上，根据现有铜缆的使用情况逐步、稳妥地将光纤由光分支点向普通住宅用户延伸。整个光纤接入网的规划、建设和发展均适度超前于用户的实际需求。,52,2、近期接入网的发展将会是一个以点带面的过程，只有紧紧抓住对于数据和多媒体新业务要求高、经济实力有保证的电信大用户，促使其充分利用已建成的光纤接入网络，才能提高

19、现有光纤接入网的利用率，并进一步积累资金逐步发展、完善，最终能够面向普通用户，满足所有用户对于通信带宽的较高要求。这将会是一个循序渐进的发展过程。,53,3、在规划中有待确定的“电信大用户”，其范围宜涵盖以下几方面：已经或正在进行综合布线的智能化大楼已建或近期新建的商业及办公大厦对通信可靠性要求较高的党政机关或部门,54,目前或将来数据通信业务量较大的单位近期对各种多媒体新业务有较多需求或能作为信息源的单位。已建或新建规模较大的成片住宅小区,55,（二）确定光纤接入网网络组织和技术方案的 基本原则1、综合业务目标局的设定 综合业务目标局是指未来能作为话音、数据、图象、宽带等多种业务接入点的综合

20、业务节点。,56,具体确定时应参照以下几个原则：交换机应具有V5接口以利于接入网的发展和设备的选型；交换机机型应具有足够的处理能力来适应未来大业务量的需要；交换局应具有两个或两个以上方向的出局管道，局房容量应有足够空余；,57,综合业务目标局的覆盖范围内应含有若干电信大用户且未来用户对于各种电信新业务将会有较大的需求，或含有近期将会有跳跃性发展的新开发区等；从整个城市的角度看各综合业务目标局的分布应基本均匀合理；在不大规模改动现有本地电话网的基础上促过向大容量少局所方向过渡。,58,2、主干光缆网络结构的选择 按照接入网的物理参考模型的论述，接入网可分为主干层、配线层和引入层。目前阶段在我国光

21、纤接入网的建设中，一般把实施重点放在前两个层面，即主干层和配线层。,59,在广大城市地区除个别情况外，新建主干层光缆近期宜尽量采用环形的拓朴结构，少部分地区可暂时采用星形拓朴结构。,60,目前环形结构的主干光缆主要有两种用纤方式，即光缆线路保护环和光缆设备自愈环。光缆线路保护环指每个ONU单独占用一组纤芯，通过环形的光缆从两个方向通达局内，一旦一个方向的光缆发生中断，采用线路倒换的办法使通信通过另一个方向的光缆继续进行，该ONU可独享这组纤芯上的传输带宽。,61,而光缆设备自愈环是指若干ONU熔接在同一组纤芯上，采用SDH或SPDH传输设备，在光缆发生故障时完成自愈倒换，但是若干ONU需共享一

22、组纤芯上的传输带宽。,62,总的来说，光缆线路保护环用纤较多，但光缆应用相对灵活，可根据随时调整，并且带宽独享、易于升级；而光缆设备自愈环恰恰相反，接入同样多的大用户需要的纤芯比光缆保护环的方式要少得多，但是用纤方式不灵活，将来扩容较为困难。,63,在具体的主干光缆熔接下纤时，建议采用两种混合的用纤方式以综合两者的长处，完善光纤接入网组织。,64,值得引起注意的是，光纤接入网络的主干光缆网络结构仅仅是指采用的光纤之间的连接关系，而光纤接入设备的系统结构则是系统中各光纤接入设备（如OLT与ONU、ONU与ONU）之间的连接关系，它与接入设备厂商所生产的光纤接入设备的具体组网能力有直接关系。,65

23、,实际上光纤接入网主干光缆的网络结构和所采用的光纤接入设备的系统结构之间并无固定的关系，即在同一种光纤接入网主干光缆的网络结构中均可采用具有不同系统结构的光纤接入设备来组成结构不同的网络。,66,因此在具体进行光纤接入网规划时应要规划光纤接入网中主干光缆的网络结构，而有关光纤接入设备的系统结构则应根据选用接入设备的实际组网能力再加以确定，同时这也能为光纤接入设备的选择提供更大的灵活性。,67,3、主干光缆路由的选择（1）为了简化接入网的维护和管理工作，光缆环路基本上不跨越综合业务目标局的局界，即以本局环路为主，同时出于目前用户的实际需要和建设成本的综合考虑可暂不采用将同一光缆环路接入两个目标局

24、的方式。,68,每个目标局根据情况设置若干光缆环，尽量覆盖该局界内的主要街道、住宅用户密集区及电信大用户。,69,（2）应尽量经过大用户分布相对集中的街道，以方便大用户的接入并简化配线光缆网络的组织、节省投资。,70,（3）应保证路由经过之处有必要的管孔用于铺设用户光缆（市区内局间与用户光缆不宜同纤或同缆）并尽量使得同一光缆环路经过不同的物理路由环回到综合业务目标局中，以避免整个环路中断事故的发生（部分主干光缆根据实际情况可暂时采用星形结构）,71,（4）应兼顾三方面的特殊需求，即：少部分宜跨局接入的用户、用光缆代替部分实际使用容量达到或接近饱和的主干铜缆线路、近期尚在规划或建设中的潜在的各种

25、电信大用户。,72,在满足以上各项原则的前提下，还应尽量采 用较短的光缆路由，以降低工程所需投资。,73,4、传输技术的选择 目前适于在光纤接入网中应用的传输技术主要有SDH、SPDH和PDH技术。从长远的发展趋势看，已经得到了十分广泛的应用。而SDH用于光纤接入网中也同样具有许多技术方面的优势，例如：完善的自愈保护机制较强的管理和维护功能、较大的传输容量、标准的传输速率等等，并且有利于未来向宽带接入的方向发展。,74,综合考虑用户需求及设备成本等因素，建议目前阶段对于大用户密度较高或发展潜力较大的主干光缆环路可根据实际情况利用预留纤芯，采用内置SDH设备进行建设；而对于大用户不多或将来发展潜

26、力不大的主干光缆环路仍可暂时适当采用SPDH设备进行建设。,75,5、光缆芯数的选择 为了便于施工，接入网中的光缆宜采用中心束管式（较小芯数）或层绞式（较大芯数）带状光缆。,76,目前我国市场上带状光缆的等级较多，可选择的余地较大，但是考虑到具体施工中如果采用的光缆芯数级别过多，将会给熔接等工作造成相当大的困难，同时对于光交接箱或光配线架的设置也十分不利，因此，建设在同一规划方案中，采用的主干光缆芯数不超过三个等级。,77,同时，由于主干光缆芯数的确定还受到如下多方面因素的制约，而这些因素在规划过程中均较难确定，因此具体到某个主干光缆环路采用何种芯数的光缆既需要经过较为周密的计算又需要为未来的

27、发展预留较多的富余，即在光缆辅设的问题上必须具有适度超前的意识。,78,（1）若干ONU的连接方式（与不同设备的组网能力有关）（2）每个ONU进出的芯数（与各类用户的不同业务需求有关）（3）采用的传输技术和速度（与不同厂家的设备有关）（4）占用主干光缆纤芯的方式（与用户对于安全可靠性的不同要求有关）。,79,6、光分支点的设置 光分支点是指主干光缆与配线光缆的交汇点，在具体光缆线路中即是将主干光缆分支下部纤芯再熔接到配线光缆的点，它一般位于路边的入孔内。光分支点的设置主要应考虑四个原则：,80,（1）应考虑在电信大用户相对集中的路边入孔内设备光分支点；（2）应尽量选择今后不受市政建设影响，不会

28、产生大的变动的路边入孔；（3）应尽量设在交叉路口并靠近有条件放置光配线架或光交接箱的大楼附近的路边入孔处，以利于配线光缆的组织；,81,（4）从整个光缆环路的角度分析，在充分考虑大用户分布的特殊性和未来对于规划建设中的成片新建住宅小区、新建办公和商业大厦以及近期须采用光缆代替主干电缆需要预留的前提下，同一个环上各光分支点之间的间隔宜大致相当。,82,在主干光缆的芯数和路由已基本确定的情况下，要确定该光缆环上光分支点的个数，需要考虑的因素：（1）配线光缆的芯数（2）主干光缆的长度及路由（3）配线光缆的长度及路由（4）电信大用户分布的密集程度,83,根据各个规划所确定的光缆主干环路的芯数以及配线光

29、缆的芯数，目前一般在同一主干光缆环路上可设备6-8个光分支点。,84,光分支点中配线光缆如何引出具体施工过程中必须要考虑的问题。目前在各地实际应用中普遍采用通过光配线架或光交接箱引出配线光缆的方式。各地可根据各自城市发展、用户分布以及经济条件等方面的实际情况，尽量采用光配线架及光交接箱相结合的方式，以便既节省投资（ODF的造价相较高）又方便施工并增加网络的灵活性。但是在同一个光缆环路上应尽量考虑采用一种设备。,85,7、光网络单元的设备及配线光缆的组织 由于以实现光纤到大楼为规划基本目标，因此可主要在电信大用户的内部设立光网络单元（ONU）。除此之外，在近期需要利用光缆替代主干电缆的交接区内的原有电缆交接箱处设立若干ONU，ONU的容量根据用户的不同需要进行配置。在条件允许的情况下，应尽量采用室内型的ONU设备，以提高通信的可靠性。,86,近期配线光缆应根据ONU的分布及所带用户的性质，尽量统一考虑采用链形或星形的逻辑拓扑结构，对于用户性质重要、必须连入主干光缆环的ONU再采用环形结构。每个ONU暂按照进出各6芯光纤考虑预留（含话音、数据、图象）。由于配线光缆芯数小、数量多，需要占用大量的管孔，施工量较大，因此具体施工中应酌情采用管道或架空的铺设方式。,