《光纤网络》PPT课件.ppt

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1、第九章 光纤网络,第一节 CATV网与第二节 HFC技术第三节 光纤接入网第四节 SDH,CATVCable TeleVision有线电视HFC Hybrid Fiber/Coax混合光纤/同轴电缆网 在CATV网中添加电缆调制解调器（Cable Modem)后可构成强大的数据接入网，该网络除实现传统的有线电视外，还可以提供高速的交互式数据业务，是一种廉价的接入方案。,1 CATV网,为特定的业务设计 将广播视频业务传送到家而优化设计 通信方式：单向（下行）、广播式 介质：同轴电缆 频带：50550MHz（参考范围）每个频道占8Mbps带宽 复用技术：FDM 模拟传输方式,传统有线电视网络特点

2、,组成：网络组成：头端、干线网、配线网、下引线 设备组成：头端设备、放大器、分配器、分支器拓扑结构：树状结构（分支结构）,CATV网络的系统结构,视频信号 接收机,合路器,信号分配器,分支器,配线网,头端,干线网,单向放大器,15km,下引线,主配线,13km,系统结构说明,头端 信号的接收与处理中心 接收来自各种信号源的电视信号（卫星、本地）将接收到的各路信号调制到一个6（8）MHz频道 通过FDM合路器下传到干线，最终送到千家万户 干线（网）连接头端和信号分配点之间的电缆与设备 距离一般为15km 配线网 连接信号分配点之间和用户之间的电缆与设备（信号分配器、同轴缆、放大器、分支器）距离一

3、般为13km,系统结构说明（续）,信号分配器：将干线信号分成几路，覆盖更大范围配线：连接信号分配点与分支器，中间有放大器分支器：用户的接入点下引线（引入线）：用户接入线缆放大器：对信号放大，使信号能达到更大的范围注：线缆越长，使用的放大器越多，但放大器串联个 数越多，失真越厉害，故个数有一定限制。,CATV前端,干线 配线 引入线,放大器,干线/桥接放大器,去干线和配线,分支器,用户,分支器,CATV线路结构,干线、配线、引入线一般均为75同轴电缆。干线直径为12.722mm，长度为几公里到几 十公里，每隔600m加一干线放大器，以 补偿线路损耗。长度为15km。配线直径为9.511.5mm，

4、长度为13公里。引入线直径为7mm，长度为十几米到几十米。,CATV网络的局限性,业务单一：视频单向通信：只能下行通信，不能双向交互网络结构脆弱：树形结构，只要一个地方或设备故障，可能导致中断对众多用户的服务 传统的CATV已不能满足现代业务（交互式、综合业务）的要求，双向改进势在必行。,HFC有线电视网发展成为宽带高速综合信息网的有利条件：一是具有丰富的频带资源；二是覆盖范围广，在城市里已超过了电话普及率；三是中国加入WTO后，邮电通信市场将开放，有线电视网在经营话音通信方面消除了政策性障碍，而在有线电视网的基础上参与电信市场竞争则处于有利位置。,HFC在网络结构方面存在的问题如下。网络结构

5、在光缆部分多数采用星型网，在电缆部分则采用树型分配网。在电缆分配网的传输通道中，有源器件和无源器件过多，电缆接头过多，严重降低了系统传输的可靠性。宽带高速综合信息网在进行数据通信时，对误码率要求很高，要求电缆有很高的屏蔽性，需使用无电磁泄漏的电缆连接器，而目前有线电视网使用的设备达不到要求。,在有线电视系统中，分支器的使用是按照下行传输广播电视信号，使用户得到满意的电平而选择分支器型号的，而且为了使用户看好电视而不互相干扰，要求分支器有良好的反向隔离度。HFC有线电视网存在的另一个问题是光缆的传输频带很宽，而且上下行传输又是分开使用不同的纤芯，而电缆的传输频带较窄，而且上下行传输又是在一根电缆

6、上进行，这样电缆分配网成了整个传输网的瓶颈。,网管问题。将有线电视网发展成为宽带高速综合信息网改造方案大致可以分为两种类型：一种方案是有线电视网基本不做大的变动，仅利用有线电视的剩余频带资源，增加一些新的功能，这也可以叫多功能网。另一种方案是建设两个传输平台，一个是有线电视传输平台，传输广播电视信号；另一个是利用有线电视网在每个光节点的多余光纤建设数据传输平台。,传统有线电视系统,将传统的CATV中的干线和支干线改用光纤。,单向、广播型 传统的传输媒质是同轴电缆 信号的调制方式是模拟调频 结构呈树形分支型。不适合网络的监控和管理。为了克服CATV网络单向的缺陷，加 调制解调器Cable Mod

7、em。实现因特网、有线电视网、电信网“三网合一”。,双向,单模光纤,数字,出故障影响面大业务质量不一致,CATV的改进与未来,HFC：Hybrid Fiber Coax 混合的光纤同轴电缆采用光纤到服务区，而在进入用户的“最后1公里”采用同轴电缆。HFC和CATV的根本区别是：HFC 提供双向通信业务 CATV只提供单向业务,2 HFC网,6.2.1 HFC网络结构HFC接入网的拓扑结构为“星树”型结构或“环星树”型结构。HFC网络结构用先进的光纤传输技术和新型的网络拓扑，有效地利用数字传输技术增加了上下行通道的承载能力，具备了承载双向交互式宽带业务的能力。HFC网络基本传输模式均是城市或区域

8、有线电视网的总前端为中心的多前端传输模式。HFC通常由信号源、前端、分前端（分中心）、光纤主干网、同轴分配网和用户引入线等组成。,图6-1 典型的HFC网络组成,同一城市或同一区域的有线电视网共用一个前端，所有信号都汇集在总前端。,独立总前端模式,HFC体系结构,Fiber Backbone,Headend,Bi-directional Amplifier,Neighborhood,Coax,PC,Server,Satellite,Cable Modem,Fiber Node,Router,Internet,结构说明,头端信号的接收与处理中心接收来自各种信号源的电视信号（卫星、本地）接入到PS

9、TN、Internet,电视信号,电话信号,数据信号,调制、合路,光节点,服务区用户,解调、分路,光纤干线网头端到服务区光节点之间的部分（光纤）拓扑结构为星形 配线网和下引线完全同CATV（放大器除外）配线网的拓扑结构为树形,HFC对CATV的改进,主干采用光纤代替同轴电缆和放大器引入光节点光纤与配线网的接口（光/电变换及反变换）双向放大器代替原有的单向放大器重建头端增加接入PSTN的设备（DLC或PSTN交换机）增加接入Internet的设备（Router或网关）保留原视频接收机增加话音、数据、视频合路和分离的设备增加光发射器和光接收器增加网络管理设备或接口,HFC的优势,取消主干上的放大器

10、，提高信号质量和可靠性在主干上采用光纤，提高了容量，为宽带接入奠定了基础为双向交互式通信提供了网络条件通过Cable Modem可实现全业务通信（数、话、图）,HFC的频谱划分,上行信道,CATV业务,数字下行,f,下行信道,数字上行,个人通信,5 42 50 550 750 1000,下行信道,上行信道,5 42 50 550 750 1000,6080路模拟电视,数字信号,频率(MHz),保留,HFC接入网频谱结构,64QAM,QPSK,10Mbps,电话、数据业务、压缩数字视频,36Mbps,从42MHZ750MHZ之间电视频道中分离出一条6MHZ的信道用于下行传送数据。上行数据一般通过

11、542MHZ之间的一段频谱进行传送，为了有效抑制上行噪音积累，一般选用QPSK调制，QPSK比64QAM更适合噪音环境，但速率较低。上行速率最高可达10Mbps。传输距离达到100km甚至更远。,542MHz为上行信道。上行信道带宽一般在 200K2Mbits之间，最高可达10Mbit s。采用QPSK调制。50750MHz用于下行信道，带宽在3 10Mbits之间，最高可达36Mbits，（采用256QAM调制）。50550MHz传现在的模拟CATV信号，每一路带宽6 8MHz，可传送60 80 路电视信号。,550750MHz用于传输下行电话、双向的交互式数据通信业务和压缩数字视频信号。该

12、频段多采用QAM(正交调幅)调制及时分复用技术，将多路信号时分复用后经QAM调制和MPEG-2图像信号压缩，允许一个6 8MHz的模拟信道传约30 40Mbps速率的数字信号，即大约6 8路4Mbps速率的MPEG 2图像信号。故这200MHz带宽共可传约400 路压缩的数字通道，其中 200 路用于点播电视，200 路用于交互式业务。,7501000MHz用于各种双向通信业务。其中两个50MHz频带可用于个人通信业务，其他用于未来新业务。实际HFC系统所用标称频带为750MHz，860MHz和1000MHz，目前用得最多的是750MHz系统。,HFC的问题,可靠性问题虽然主干采用光纤后，减少

13、了许多放大器但配线网仍有一些，一个放大器故障可能会中断一片 安全性问题共享介质存在安全隐患供电问题必须给放大器供电一旦供电故障，可能会造成片区的服务中断操作、管理和维护问题提供完善的服务、管理和维护，HFC营运者尚需努力上行信道多干扰，会对数据通信产生影响,影响HFC上行信道的噪声,上行信道噪声,上行侵入噪声是HFC系统传输损伤的主要原因 连接用户的同轴电缆将接收到的噪声向上传输 各分支的噪声在主干上会聚、叠加 解决上行信道的噪声是一件十分困难的事,噪声的主要来源,用户家里（占70%）用户下引线（占25%）同轴设备（占5%）,抑制HFC上行信道噪声的基本方法,一个服务区允许合适的用户数量 选择

14、采用抗干扰能力强的Cable Modem（调制技术、纠错技术等）合理调整放大器的放大倍数 安装时确保机械接触良好，电气屏蔽好 室内使用良好的同轴电缆和连接器,HFC接入网是以模拟频分复用技术为基础，综合应用模拟和数字传输技术、光纤和同轴电缆技术、射频技术及高度分布式智能技术的宽带接入网络。通过对现有有线电视网进行双向化改造，使得有线电视网除了可提供丰富、良好的电视节目之外，还可提供电话、Internet接入、高速数据传输和多媒体等业务。,HFC接入网结构,Cable Modem,CMTS,用户房间,HFC,Internet,常规模拟电视,数字电视,CMTS,本地服务器,Router,混,合,/

15、,分,离,PC,TV,Phone,CM,宽带数据网络,局端系统CMTSCMTS:Cable Modem Termination Sys.安装在HFC网络头端用以太网/ATM接口接入计算机网/ATM数据网与CM通信并控制CM CMTS完成数据到射频RF转换，并与有线电视的视频信号混合，送入HFC网络中。除了与高速网络连接外，也可以作为业务接入设备，通过Ethernet网口挂接本地服务器提供本地业务。,线缆调制解调器CM CM:Cable Modem安装在用户端连接用户的PC机和HFC网络接入PC机等支持HFC网络中的CMTS和用户PC之间的通信 用户端的Cable Modem的基本功能就是将用户

16、计算机输出的上行数字信号调制成5 42 MHZ射频信号进入HFC网的上行通道，同时，CM还将下行的RF信号解调为数字信号送给用户计算机。,CMTS与 CM的通信过程为：在下行方向，来自路由器的数据包在CMTS中被封装成MPEG2-TS帧的形式，经过64QAM调制后与有线电视模拟信号混合输出RF信号到HFC网络，下载给各CM；在上行方向，CMTS将接收到的经QPSK调制的数据进行解调，转换成以太网帧的形式传送给路由器。同时，CMTS负责处理不同的MAC程序，这些程序包括下行时隙信息的传输、测距管理以及给各CM分配TDMA时隙。,模拟TV,数字TV,HFC数据通信系统结构,利用HFC网络进行数据接

17、入只需在HFC网络前端部署电缆调制解调器端接系统CMTS就可以在网络的任意地点使用CABLE MODEMCM进行宽带接入。前端CMTS设备完成数据达到射频的转换，通过10Base-T、100Base-T等接口，利用交换机与因特网等连接。或者可以直接联到本地服务器，享受本地业务。用户端CM是用户端设备，放在用户的家中，通过10BaseT接口，与用户计算机相联。支持基于IP的各种业务。,3 Cable Modem,电缆调制解调器(Cable Modem 简称CM)，是一种将数据终端设备（计算机）连接到HFC，以使用户能进行数据通信，访问Internet等信息资源的设备。主要用于有线电视网进行数据传

18、输。,图6-6 Cable Modem头端分层体系结构,通路,MAC层,物理层,头端MAC,1物理层数字电缆系统的物理接口是普通的同轴电缆，该物理层包括上行和下行通路。2MAC层MAC层规范的复杂性来自共享媒质，加之需要保证每个用户应用的服务质量。Cable Modem的MAC甚至更为复杂，Cable Modem的MAC必须涉及需要很大带宽并具有严格要求的交互式多媒体业务。,3上层Cable Modem应当能操纵管理实体和业务接口。（1）IP接口（2）ATM本原接口Cable Modem类型可以分为内置式和外置式，其中外置式Cable Modem根据接口的不同又可分为以太网接口和USB接口。,

19、Cable Modem有两个接口，一个用来接室内墙上的有线电视端口，另一个与计算机相联。Cable Modem的功能模块 1、调制解调部分 2、电视接收调谐、加密解密和协议适配等 3、提供标准的以太网接口，可能是一个桥接器、路由器、网络控制器或集线器。一个Cable Modem要在两个不同的方向上接收和发送数据，把上、下行数字信号用不同的调制方式调制在双向传输的某一个6MHz(或8MHz)带宽的电视频道上。它把上行的数字信号转换成模拟射频信号，在有线电视网上传送。接收下行信号时，Cable Modem把它转换为数字信号，以便电脑处理。,Cable Modem是实现HFC的关键技术，它的作用与A

20、DSL Modem相似，两者的不同在于：不同用户的Cable Modem共享传输媒质，而不同用户的ADSL Modem是独享传输媒质。与ADSL系统一样，在双向化CATV中，上、下行带宽同样是不对称的。,Cable Modem的接入示意,CMTS:Cable Modem Termination System头端电缆调解器CM:Cable Modem：电缆调解器,Internet,C M,HFC,Router,CMTS,接入示意图说明,CM:电缆调解器 连接用户的PC与HFC网络对网络和用户数据进行调制/解调与传输实现网络与用户数据的双向交互 CMTS:头端接入设备连接数据网与HFC对数据的调制

21、/解调与传输，对所有CM的接入进行控制（认证许可）给CM分配带宽并进行管理,Cable Modem工作原理,每个CM都有一个ID（48位，制造商定）,CM发送数据前要向CMTS申请带宽（发送时隙数）,下行帧格式为MPEG-2，封装ATM信元或可变长以太网分组,CM的接收器能调谐到所有M个下行信道的任何一个接收数据 CM能在所有1n个上行信道中的任何一个发送数据,上行帧为小时隙流格式,n,1,CM 2,CM 1,CM x,1,下行数字频段,上行频段,m,头端,Cable Modem工作在物理层和数据链路层，下面介绍Cable Modem在这两层的工作原理。1物理层 下行采用是64/256QAM(

22、正交振幅调制)，调制速率可达36Mbit/s。上行调制采用QPSK(四相移键控调制)，抗干扰性能好，速率可达10Mbit/s。另一个上行协议是S-CDMA(同步码分复用)。,2媒体通路控制层媒体通路控制层（MAC）和逻辑链接控制层（LLC），即OSI七层组织中的数据链路层。这两个协议层规定了不同信号和用户怎样共享公共带宽。在上行方向，Cable Modem从计算机接收数据包，把它们转换成模拟信号，传给网络前端设备。该设备负责分离出数据信号，把信号转换为数据包，并传给因特网服务器。同时该设备还可以剥离出语音（电话）信号并传给交换机。,电缆调解器的数据率下行：16/64/256QAM，1036Mb

23、/s上行：QPSK/16QAM，1.510Mb/s上下行带宽，均为多用户共享带宽必须有MAC协议，但上/下行协议不一样电缆调解器处于共享介质环境面临信息安全和信息保密问题电缆调解器标准提供了有关管理、安全的部件,Cable Modem的速率,1分支器和内置式Cable Modem的安装,Cable Modem安装,2.USB接口的Cable Modem,USB接口Cable Modem的连接,3.以太网接口的Cable Modem,分支器,以太网接口,Cable,Modem,同轴电缆,集线器,代理服务器,以太网接口Cable Modem连接到集线器,4 Cable Modem宽带接入网,4.1

24、 网络结构1数据传输的实现,2语音的传输采用IP技术，提供语音业务，可通过VoIP技术来实现。要真正通过HFC网提供语音业务必须与PSTN互通，实现互通的方法有两种。,图7-8 HFC与PSTN互通,一种方法是从因特网通过IP Phone网关来与PSTN相连；另一种方法是从HFC的局端设备CMTS通过IP Phone网关联向PSTN。,4.3 Cable Modem与ADSL的比较,Cable Modem的HFC接入方案采用分层树型结构，其优势是带宽比较高（10M），用户要和邻近用户分享有限的带宽，当一条线路上用户激增时，其速度将会减慢。再者，大部分情况下，HFC方案必需兼顾现有的有线电视节目

25、，而占用了部分带宽。国外公司实验表明，其速率减为 1M-2Mbps，更常见的是 400K-500Kbps。综合来看，即使在理想状态下，HFC只相当于一个10Mbps的共享式总线型以太网，而ADSL接入方案在网络拓扑结构上较为先进，因为每个用户都有单独的一条线路与ADSL局端相连，它的结构可以看作是星型结构，它的数据传输带宽是由每一用户独享的。,接入技术,ModemISDNADSLCable modemX.25DDNFR,PSTN电话线,专用数据网，价格昂贵,-CATV网,Cable modem基于HFC；树形结构；速率高10Mbps；共享接入总线；采用同轴电缆，抗干扰 能力强；数据的安全性差；

26、传输距离远。ADSL基于PSTN；星形结构；速率低；独享接入带宽；采用电话双绞线；保障用户数据的安全性；传输 距离近。,Cable modem与 ADSL在性能上各有优势，谁更胜一筹？CATV的同轴电缆的高频特性适合用户密集型小区，但在用户增多时，速率急剧下降；而远距离的单独用户则应采用ADSL接入更为方便。,4.4 HFC的应用,利用HFC有线电视网络公司可以很方便地为用户提供模拟电视、数字电视、交互电视、IP电话、互联网等多种业务。,传统业务：模拟广播电视、调频广播等；高速数据业务：基于IP技术的高速Internet接入；IP话音/IP视频（Voice over IP/Video over

27、 IP）业务；其他增值业务：远程教学、远程医疗、虚拟专网（VPN）、视频点播（VOD）、电视会议、远程办公、数字电视、证券交易、提供小区内综合信息资源的共享通道、报警信息的传递、闭路电视监控系统图像的传输、访客对讲系统联网信息的传输、防盗报警信息的传输、公共设备信息的传送等。,5 机顶盒,机顶盒STBSet Top Box是一种扩展电视机功能的新型家用电器，能让用户在现有模拟电视上，观看数字电视节目，进行交互式数字化娱乐、教育和商业化活动的电子产品。可接收特定网络运营商发出的数字电视和各类数据信息后，通过解调、解复用、信道解码，最后视音频解码，使用户可以看到高品质的视音频节目。,数字电视机顶盒

28、 数字卫星电视DVB-S 地面数字电视DVB-T 有线数字电视DVB-C 网络电视（WebTV)机顶盒（交互式）多媒体(Multimedia)机顶盒,机顶盒的分类,数字电视机顶盒的主要功能是将接收下来的数字电视信号转换为模拟电视信号，使用户不用更换电视机就能收看数字电视节目，图像质量接近500线水平，但无上网功能。,网络电视机顶盒主要功能是使我国现有3.2亿台模拟电视机用户通过PSTN或HFC网实现因特网接入，收发电子邮件、游戏娱乐、网上学习等。,多媒体机顶盒是对前两种机顶盒功能的综合，有时也称综合业务机顶盒或全功能数字机顶盒，它可以支持几乎所有的广播和交互式多媒体应用，包括收看普通电视节目及

29、数字加密电视节目、点播多媒体节目和信息、电子节目指南、收发电子邮件、因特网浏览、网上购物、远程教育等，其应用的条件是双向CATV网,按机顶盒的技术性能可分为：基本型具有能满足免费数字电视业务和付费电视业务的基本功能。增强型在基本型功能的基础上，具有能满足按次付费业务、数据广播业务、广播式视频点播和本地交互业务的功能。高级型在增强型功能的基础上，具有视频点播业务、上网浏览业务、电子邮件收发业务、互动游戏及IP电话业务的功能，支持Internet接入、存储硬盘等。,电子节目指南：支持交互式应用：如视频点播、互动游戏等。高速数据广播：能为用户提供股市行情、票务信息、电子报纸、热门网络等各种信息。因特

30、网接入和电子邮件：软件在线升级：可看成是数据广播的应用之一。有条件接收：有条件接收的核心是加扰和加密，数字电视机顶盒应具有解扰和解密功能。,数字机顶盒的功能,数字电视机顶盒结构,机顶盒是计算机和电视机的融合产物，从信号处理和应用操作上看，分为以下层次：物理层和链路层 传输层 节目层 用户层 输出接口,数字电视机顶盒的发展,数字电视机顶盒是模拟电视机向数字电视机过渡的最佳解决方案。数字电视机顶盒是数字时代家庭必备的多媒体信息终端，使用数字电视机顶盒的有线电视用户，可以享受电视、数据、话音等全方位的信息服务。随着数字技术、多媒体技术和网络技术的发展，数字电视机顶盒的功能将进一步得到完善。,数字机顶

31、盒不仅是用户终端，还是网络终端，它能使模拟电视机从被动接收模拟电视转向交互式数字电视（如视频点播等），并能接入因特网，使用户享受电视、数据、语言等全方位的信息服务。,2 光纤接入网,基本概念,OAN：Optical Access Network 光接入网是指以光纤作为主要传输介质的接入网根据光配线网是否采用有源或无源设备，OAN 可分为无源光接入网PON和有源光接入网AON PON:Passive Optical Network AON:Active Optical Network,PON主要采用无源光功率分配器（耦合器）将信息送至各客户端。较适合短距离使用；若传输距离较长，或用户较多，可采用

32、光纤放大器（EDFA）来增加功率。AON采用有源的电复用器分路，将信息送给用户。其主要优点是传输距离远、传输容量大、用户信息隔离度好、易于扩展带宽、网络规划和运行的灵活性大。,在电信网中引入OAN的最基本的目标有两条：首先是为了减少铜缆网的维护运行费用和故障率。其次是为了支持开发新业务，特别是多媒体和带宽新业务。简言之，采用光接入网已经成为解 决电信发展瓶颈的主要途径，其应用场合不仅最适合那些新建的用户区，而且也是需要更新的现有铜缆网的主要代替手段。OAN是一个点对多点的光纤传输系统。,光接入网的参考配置,图5-1 光接入网的参考配置,SNI为业务节点接口，UNI为用户网络接口，Q3为网络管理

33、接口；S为光发送参考点，与ONU/OLT光发送端相邻；R为光接收参考点，与ONU/OLT光接入端相邻；V为业务网络接口参考点；T为用户网络接口参考点；a为AF与ONU间的参考点。光接入网一般是一个点到多点的光传输系统，主要由光网络单元（ONU）、光线路终端（OLT）、光配线网络(ODN)/光配线终端（ODT）和适配功能块（AF）等组成。,网络侧,用户侧,光纤接入网OAN,光,光,网络侧设备,光接入网设备,光/电,用户侧设备,光/电,ONU,ONU,ODN,OLT,中心局设备,光/电信号,光纤,光信号,光纤,光纤,终端设备,光/电信号,光接入网设备,光纤接入网结构,终端设备,光网络单元ONU（O

34、ptical 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）光分配网络 ODN（Optical Distribution Network）为OLT和ONU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）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对众多的ONU进行管理和指配,光纤接入网结构说明,ODN为OLT和ONU提供以光纤为传输介质的物理

35、连接。在PON中，它是由无源光器件组成的无源光分配网。可有多种网络结构，一般为点到多点连接，即多个ONU通过ODN与一个OLT相连。,ONU提供用户侧的接口。具有光/电转换功能以及相应的维护和监控功能。ONU的主要功能是终结来自OLT的光纤，处理光信号并为多个用户提供业务接口。它还具有对话音的数/模转换和复用功能。ONU通常放在距离用户较近的地方，其位置具有很大的灵活性。ONU提供用户数据、图像和电话网络与PON的接口。ONU的基本功能是接收光信号，并将其转换成用户需要的格式(以太网、IP多播、POTS、E1)。,ONU,AF为ONU与用户设备之间提供适配功能。其具体物理实现既可以包含在ONU

36、内，也可以完全独立。AN系统管理模块是光接入网的操作、管理与维护单元，它通过Q3与电信管理网相连，与其进行通信并接受其管理。,光接入网的分类,AON：有源光网络Active Optical Network接入网内含有源器件是主干网技术的延伸SDH、PDH、ATM、等等PON：无源光网络Passive Optical Network接入网内不含有源器件是专门为接入网发展的技术基于ATM的APON基于以太网的EPON,有源光网络(AON)无源光网络(PON),基于PDH 的AON基于SDH 的AON,基于ATM的APON基于以太网的EPON,两者的分路方式不同，AON用电复用器；可为PDH、SDH

37、或ATM，PON用无源光分路器。,光接入网(OAN)分为：,光有源器件包括：光源（激光器）光接收机（光检测器）光收发模块 光放大器,光无源器件包括：光纤和光缆 无源光衰减器 光连接器 光耦合器 无源光分路器 掺铒光纤放大器,光接入网的拓扑结构,光纤接入网的拓扑结构，是指网络的空间布局和几何形状，表示了网络中各节点的相互位置与相互连接的情况。网络的拓扑结构对网络功能、造价及可靠性等具有重要影响。其基本的拓扑结构是:星形总线形树形环形,图5-2 光接入网中的拓扑结构,有源光网络AON,有源光网络的局端设备到用户分配单元之间均用有源光纤传输设备，即光电转换设备、有源光电器件以及光纤等组成。有源光纤网

38、络具有技术简单、易于实现和组网能力强的特点，但有源电复用器存在传输的“瓶颈效应”，且系统成本和维护费用高。,光分配网ODN全部由有源器件组成（光放大器等）可分为基于PDH和基于SDH的AON现通常是基于SDH的AON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,无源光网络PON,定义 无源光网络PON Passive Optical Network，是指在OLT和ONU之间的光分配网络(ODN)，没有任何有源电子设备。实现点对多点的光纤接入网。PON由早期的窄带接

39、入PON(NPON)发展到目前的宽带接入PON(BPON)，BPON又包括基于ATM的APON及基于以太的EPON。,PON的背景,有源光网络需要电信级机房需要：供电、防雷接地、安全值守等等中小型用户的高性能接入，需要无源光网络无源光网络的类型APON：基于ATM的PONITU-T G.983,1-1998 FSANGPONGigabit PON，G.984-2003，用于替换APONEPON：基于Ethernet的PONIEEE 802.3ah-2004，EFM,特点,PON是一种纯介质网络避免了有源设备的电磁干扰和雷电影响无源光网络设备组网灵活，支持多种拓扑结构。无源光网络扩容比较简单价格

40、低、安装维护方便、节省了维护成本；业务透明性较好，原则上可适用于任何制式和速率的信号缺点是一次性投入成本较高；其树型结构使保护功能成本较高；传输距离及容量受限。,PON的参考配置,NPON系统,NPON指速率低于155Mbps的窄带系统，主要指N-ISDN的BRI、PRI接口。NPON的特点:采用单星型拓扑结构上、下行信号单纤时分双工（TDD）传输下行是点到多点系统，采用TDM技术并以广播方式传输，各OUN只允许在规定的时隙接收属于自己的信号。上行为多点到点，采用TDMA技术,PON的复杂性在于信号处理技术。在下行方向上，OLT采用TDM方式，以广播方式发给所有的ONU，ONU可以收到所有的广

41、播数据，但只接受属于自己的数据，其他数据则丢弃。在上行方向上，采用TDMA方式，各ONU按照OLT规定好的时间，在固定的时隙内传送数据。各ONU传送时间的安排，是按照由OLT自动测试计算出来的，统一由OLT安排的。各ONU发送时隙有一定间隔，以防止各ONU上传数据时，相互冲突、重叠。,APON,采用ATM信元传输技术的PON称APON-ATM Passive Optical Network。APON可以通过利用ATM的集中和统计复用，再结合无源分路器对光纤和光线路终端的共享作用，使成本可望比传统的以电路交换为基础的PDH/SDH接入系统低20%40%。,标准规范：ITU-T的G.983 ONU

42、与OLT之间传送ATM信元速率：上/下行对称 155.52/155.52Mbps上/下行非对称 155.52/622.08Mbps无放大器作用距离：20km双工方式：双纤，使用1310nm窗口单纤波分，使用1550nm/1310nm双窗口（上行：1310nm区，下行：1550nm区)传输技术：上行采用时分多址TDMA下行采用广播方式的时分复用TDM,APON的特点,宽带化并支持所有种类和各种比特率的业务；采用统计时分复用动态分配带宽网管能力强，安全性高且时延小传输稳定可靠成本与维护费用低扩容简单方便传输距离远（20公里）标准化程度高 安全性高 时延小 存在的问题，如系统成本太高；系统容量和覆盖

43、范围有限，未考虑对窄带业务的支持及与其他技术相结合时需解决引入线的宽带化等一系列问题。,APON综合了ATM技术和PON技术，可提供现有的从窄带到宽带等各种业务。APON由OLT、ONU和OBD（无源光分路器）组成。OBD根据光的发送方向，将进来的光信号分路并分配到多条光纤上，或是组合到一条光纤上。ONU主要完成业务的收集、接口适配、复用和传输功能；OLT主要完成接口适配、复用和传输功能。此外，OLT还向网元管理系统提供网管接口。,APON结构图,组成：OLT、ODN、ONU网络侧连接ATM交换机拓扑：无源双星结构用户数：一个ODN最多支持32个ONU(即1个OBD支持的ONU数）当ONU大于

44、32时，要求一个OLT提供多个ODN接口,OLT,ODN,ONU1,ONU2,ONUn,APON（传输ATM信元流）,ATM 交换机,用户,OBD,用户,用户,TDM,TDMA,4-32,8-32,下行：采用TDM技术，传输连续信元流上行：采用TDMA技术（动态分配）突发传送信元流传输原理：下行方向：局端的ATM 信元 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，根据PVC虚连接仅对相应VPI/VCI的信元进行处理 用户终端 上行方向：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（发送时 隙、带宽分配等）获得授权的ONU在指定时隙发送

45、,APON的信元传输,ATM信元以APON帧格式传输APON采用两种不同速率的帧结构：上、下行均为155Mbps对称上行 155Mbps下行 622Mbps,非对称,用户的接入速率可以从64Kbps到155Mbps间灵活分配。,APON的帧结构,图6-12 APON系统下行帧结构,APON的应用,适用场合具有综合业务接入需求对QoS要求较高APON的推广应用系统价格较高市场前景由于ATM在全球受挫而不确定APON技术也存在利用ATM信元造成的传输效率较低；带宽受限；系统相对复杂、价格较贵；需要进行协议之间的转换等缺点。,EPON,APON在传输质量和维护成本上有很大优势，其发展目前已经比较成熟

46、。为弥补APON标准缺乏视频能力、技术复杂、成本较高、带宽有限等因素。用以太网取代ATM作为链路层协议，从而构成一个可以提供更大带宽、更低成本和更宽业务能力的新一代光接入网技术EPON（Ethernet Passive Optical Network）。EPON是利用PON的拓扑结构实现以太网的接入，是PON与以太网技术相结合的产物。,EPON的发展背景,APON概览技术思路：90年代中期的黄金组合物理层：PON，技术很精致链路层：信元，基于ATM技术机制受ATM在全球受挫的牵连，未能迅速发展EPON概要技术思路物理层仍然使用现成的PON技术，链路层换成以太帧IEEE802.3EFM研究组：2

47、000年11月802.3ah：改换APON的MAC协议，使用以太帧,基于Ethernet和PON技术在PON上传送Ethernet帧，长度可变网络结构与APON类似MAC协议与APON不同速率：下行 百兆/千兆，广播方式 上行 百兆/千兆，共享传输技术：上行采用时分多址TDMA下行采用广播方式的时分复用TDM,图6-16 EPON系统上行帧结构,图6-15 EPON下行帧结构,相对成本低，维护简单，容易扩展，易于升级。提供非常高的带宽。服务范围大。带宽分配灵活，服务有保证。易于在EPON结构上开发更宽范围和更灵活的业务，从而增加收入，如可以提供诸如可管理的防火墙、语音业务的支持、VPN和互联网

48、接入等增值业务。在当前的情况下，EPON技术大多会以一种与其他技术相结合的姿态进入市场。FTTB/FTTC+DSL、FTTB/FTTC+LAN,EPON技术的优势,APON几个问题：传输速率不够高：下行最高为622 Mbits，上行为155 Mbits，带宽被1632个ONU所分享，每个ONU只能得到540 Mbits。与以太网设备相比，设备昂贵。采用ATM技术必须将IP包拆分重新封装为ATM信元，增加了网络的开销，造成网络资源的浪费。,APON与EPON的技术差别,EPON和APON最主要的区别：帧结构和分组大小EPON和APON的帧格式帧周期长度封装方式EPON分组长度可变：641518

49、ByteAPON分组长度固定：53 Byte,APON和EPON的性能对比,APON优点：与有源光网络和铜线网络相比，结构简单，且更加可靠和易于维护。对器件和设备的环境要求可以大大降低，维护周期可以加长。能够提供较好的QoS（服务质量）。标准化程度高，FSAN和ITU均已发布了 APON的技术规范，分属于不同供应商的OLT设备和ONT已经实现互通。能够提供较高的接入速率。已开发出商用化的产品。,APON缺点：APON采用ATM信元传输，内部开销较大，传输效率较低。带宽有限、系统复杂以及价格昂贵。需要进行ATM协议和IP/Ethernet协 议之间的转换。,EPON的优点：,与APON相比，结构

50、更简单、更加可靠和易于维护，投资成本更低。接入总带宽高，提供给用户的接入速率高。EPON采用和IP/Ethernet一样的以太网协议，不需要进行协议转换。EPON的传输距离比APON更远，覆盖范围广。应用范围言广，除了基本的FTTB、FTTC和FTTH外，还可以用于DSL、Cable modem等技术中。,目前还缺少完整的技术标准。还存在一些技术难点没有解决,如Qos,支持综合业务等。目前还处在试验阶段，还没有开发出商用化的产品。,EPON的缺点：,APON和EPON都属于BPON，它们事实上具有很多无源光网络的共同优点。可以说，APON和EPON之争本质上是核心网中的ATM和IP之争在接入网