《现代通信网及其关键技术》8光纤接入.ppt

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1、光纤接入网(OAN)是指在接入网中用光纤作为主要传输媒介来实现信息传送的网络形式，或者说是本地交换机或远端模块与用户之间采用光纤通信或部分采用光纤通信的接入方式。,8.3光纤接入网,图5-19 光纤接入网的功能参考配置,8.3.2 光纤接入网的基本结构1.光纤接入网参考配置,光接入网(Optical Access Network，OAN)定义为共享同样网络侧接口且由光接入传输系统支持的一系列接入链路，由光线路终端(Optical Line Terminal，0LT）光配线网(Optical Distribution Network，ODN）光网络单元(Optical Network Unit,

2、ONU)适配设施(Adaptation Function,AF)等组成.,各功能块的基本功能分述如下：1OLT功能块 OLT的作用是 为光接入网提供网络侧与本地交换机之间的接口，并经过一个或多个ODN与用户侧的ONU通信，OLT与ONU的关系为主从通信关系。OLT可以分离交换和非交换业务，管理来自ONU的信令和监控信息，为ONU和本身提供维护和供给功能。OLT可以直接设置在本地交换机接口处，也可以设置在远端，与远端集中器或复用器接口。OLT在物理上可以是独立设备，也可以与其他功能集成在一个设备内。,光纤接入网的参考配置,2ONU功能块 ONU的作用是为光接入网提供直接的或远端的用户侧接口，处于

3、ODN的用户侧。ONU的主要功能是终结来自ODN的光纤处理光信号并为多个小企事业用户和居民住宅用户提供业务接口。ONU的网络侧是光接口，而用户侧是电接口，因此ONU需要有光/电和电/光转换功能，还要完成对语声信号的数/模和模/数转换、复用、信令处理和维护管理功能。,3ODN功能块ODN为ONU和OLT提供光传输媒介作为其间的物理连接。多个ODN可以通过与光纤放大器结合起来延长传输距离和扩大服务用户数目。4AF功能块 AF适配功能块主要为ONU和用户设备提供适配功能，在具体物理实现时，它既可以包含在ONU之内，也可以完全独立。,2.光纤接入网的分类,根据光纤接入网传输设施ODN可以是点到点、点到

4、多点的结构。其室外传输设施中是否采用有源器件，光纤接入网分为无源光网络（PON）和有源光网络（AON）：无源光网络（PON）指的是OAN中的光配线网ODN全部由光分路器等无源器件组成，且不含任何有源节点的光接入网。有源光网络（AON）则指的是OAN中的光配线网ODN中含有源器件(采用电复用器分路)。,1)有源光纤接入网采用有源光节点可降低对光器件的要求，采用性能低、价格便宜的光器件，但是初期投资较大，作为有源设备存在电磁信号干扰、雷击以及有源设备固有的维护问题，因而有源光纤接入网不是接入网长远的发展方向 有源光网络又可分为基于SDH的AON和基于PDH的AON,在有源光纤网络中，用户侧的ONU

5、设备通过有源节点与局端相连接，网络的馈线段和配线段全部采用光纤媒质，ONU与局端设备既可以直接连接，也可以通过设备（分插复用器）转接。有源光纤网技术较为简单，容易实现。但由于网络中使用了有源设备，所以增加了设备维护和供电问题。,有源光纤网络原理图,2)无源光纤网络PON,PON作为光接入网（OAN）中的一种，它本身是一种多用户共享系统，即多个用户共享同一套设备、同一条光缆和同一个光分路器，所以成本低。与有源光网络相比，其安装、开通和维护运营成本很低，但系统可靠性、稳定性却很高，PON还具有透明宽带传送能力。因此，PON接入网具有广阔的应用前景。目前市场上的PON产品按采用的技术，主要分为APO

6、N/BPON（ATM PON/宽带PON）、EPON（以太网PON）和GPON（千兆比特PON）几种。,基于PON的FTTC的组网方案,PON-OLT可通过无源光分路器与多个PON-ONU连接，每个PON-ONU放置在一个用户群附近，PON-ONU利用双绞线连接到各用户家中。,3.光纤接入方案,根据光网络单元(ONU)设置的位置不同，光纤接入网可分成不同种应用类型，主要包括：光纤到路边(FTTC)、光纤到大楼(FTTB)、光纤到家(FTTH)或光纤到办公室(FTTO)等。,FTTx总体解决方案,住宅,NGN,IPTV/CATV,网管,Splitter,FE/GE/E1/WLAN,商业用户,大楼

7、,ONT,Modem,POTS,VDSL2,FE,L2Switch,Splitter,Splitter,VOICE,VIDEO/CATV,FE/WLAN,IPTV,GE/10GE,OLT,PSTN/SS,合波器,RF,P2MP,H.248/MGCP或V5,GE,SFU,MTU/SBU,POTS,xDSL,FE,E1,FTTCab,FTTO,FTTH,FTTB,MSTP/GE直连,铜线,EPON,MSAN/DSLAM,Ring/P2P,小区或交接箱处,铜线,Splitter,1550nm,1)光纤到路边(FTTC),在FTTC结构中，ONU设置在路边的人孔或电线杆上的分线盒处，也可能设置在交接箱

8、处，但通常指前者。FTTC结构主要适用于点到点或到多点的“树形-分支”拓扑，用户为居民住宅用户和小企事业用户，ONU支持的用户数一般在128个以下.,FTTB也可以看作是FTTC的一种变型，不同处在于将ONU直接放到楼内(通常为居民住宅公寓或小企事业单位办公楼），再经多对双绞线将业务分送给各个用户.,2.）光纤到楼(FTTB),EPONLAN,家庭用户接入2FTTB/C,OLT,FE/GE,IP Network,PSTN/SS,FE/E1,Splitter,Splitter,Splitter,PC,IAD/HG,IPTV,ADSL2+Modem,MDU,RF,VDSL2 Modem,光纤到楼道

9、，用户家庭到楼道为五类线或者双绞线。,MTU,EPONAD,EPONLAN方式具体采用C200/220F820（24*FE）EPONAD方式具体采用C200/2209806H（96*ADSL2+）,3）光纤到户(FTTH)和 光纤到办公室(FTTO),在原来的FTTC结构中，如果将设置在路边的ONU换成无源光分路器，然后将ONU移到用户房间内即为FTTH结构。如果将ONU放在大企事业用户(公司、大学、研究所、政府机关等)的终端设备处并能提供一定范围的灵活的业务，则构成所谓的光纤到办公室(FTTO)结构。,家庭用户接入1FTTH,机房,CATV/IPTV,OLT,Splitter,1 Gbps,

10、Internet,PSTN/SS,。,Splitter,PC,CATV,PHONE,IPTV,WLAN,D/F系列,家庭网络,Splitter 1：32,光纤到家庭，ONT可以放在室内也可放在室外不同种类的ONT提供多种接口满足不同业务接入的求统一光纤布线，节省成本，减少后期重复布线的麻烦适应于新建小区、别墅小区、小区网络改造等家庭网关和家庭网络接入一体化,020KM,CATV,合波器,1550nm,有源光网络（AON，Active Optical Network）由OLT、ODT、ONU和光纤传输线路构成。ODT可以是一个有源复用设备，远端集中器（HUB），也可以是一个环网。一般有源光网络属

11、于一点到多点光通信系统，按其传输体制可分为准同步数字序列（PDH）和同步数字序列（SDH）两大类。通常有源光网络采用星型结构，它将一些网络管理功能和高速复接（分接）功能在远端终端中完成，端局和远端之间通过光纤通信系统传输，然后再从远端将信号分配给用户。,8.3.3 有源光网络简介,1.AON的简化技术,SDH技术是针对传送网而形成的一种技术，SDH的体制、标准、系统及设备等诸多方面都适合核心网。将目前的SDH系统应用在接入网中会造成系统复杂，而且还会造成极大的浪费，因此必须从技术上对SDH系统、SDH设备进行简化，以适应AON对SDH的要求。,1）简化SDH系统 SDH系统在干线网中，一个PD

12、H信号作为支路装入SDH时，一般需要经历几次映射和一次（或多次）指针调整才装入SDH线路。在接入网中一般只需经过一次映射，不实施指针调整，指针值只作为净负荷开头的指示值，从而简化了操作。,2）简化SDH设备,机架式的大容量SDH设备用于干线，将其直接搬到接入网中使用价格比较昂贵。接入网中需要的SDH设备应是小型、低成本、易于安装和维护的，同时还必须采取各种简化措施来降低设 备成本。目前，在接入网中的SDH已经靠近用户，对低速率接口的需求远远大于对高速率接口的需求。,SDH接入网需要管 理的地域范围较小，较少采用远端管理。虽然采用分布式管理方式，但它的管理范围也远远小于骨干网。由于对接入网中的S

13、DH硬件系统进行了简化，因此网管中对SDH设备的配置部分也应该进 行简化。虽然接入网和骨干网一样有性能管理、故障管理、配置管理、账目管理和安全管理五大功 能，但是骨干网中这五大功能有很全面的内部规定，而接入网并不需要如此，故可以在每种功能内部 进行简化。,3）简化网管系统,SDH的标准速率为155.520 Mbit/s，622.080 Mbit/s，2488.310 Mbit/s和9953.280 Mbit/s。接入网中应用时，所需传输数据量比较小，过高的速率很容易造成浪费，因此需要规范低于STM-1的速率，便于在接入网中应用。为了更适应接入网的需要，必须设立低于STM-1的子速 率，采用51

14、.840Mb/s(STS-1速率)和7.488Mb/s。,4）设立子速率,5）其他简化,在干线网中，SDH系统在保护方面有的采用通道保护方式，有的采用复用段共享保护方式，有的两者都采用。(1)保护方式的简化。在骨干网中，SDH系统在保护方面有的采用通道保护方式，有的采用复 用段共享保护方式有的两者都采用。接入网可靠性要求没这样高，因而采用最简单便宜的二纤单 向通道保护方式即可，以节省投资。(2)性能指标的简化。由于接入网信号传送范围小，故各种传输指标要求可以设计低于核 心网。(3)组网方式的简化。可以把几个大的节点组成环，不能进入环的节点采用点到点传输，从而降低建设技资。,采用简化SDH构建接

15、入网的新发展，是对IP业务的支持。这种新型SDH设备配备了LAN接口，将SDH技术与低成本的LAN技术相结合，提供灵活带宽。解决了SDH支路接口及其净负荷能力与局域网接口不匹配的问题。主要面向商业用户、公司用户、政府用户，提供透明LAN互连业务和ISP接入，很适合目前数据业务高速发展的需求。,8.3.4 无源光网络（PON）接入技术,根据光接入网（OAN）参考配置可知，OAN由光线路终端（OLT）、光配线网（ODN）和光网络单元（ONU）三大部分组成。,2.PON拓扑结构光接入网（OAN）的拓扑结构取决于光配线网（ODN）的结构。通常ODN可归纳为单星型、树型、总线型和环型等四种基本结构，也就

16、是PON的四种基本拓扑结构。,选择PON的拓扑结构应考虑的主要因素有：用户分布区域，OLT和ONU的距离，提供各种业务的光通道，可采用的技术，光功率预算，波长分配，升级要求，可靠性，有效性，运行和维护，安全和光缆的容量等。,3.PON的关键技术,在PON中，OLT至ONU的下行信号传输过程是：OLT送至各ONU的信息采用光时分复用（OTDM）方式组成复帧送到馈线光纤，通过无源光分路器以广播方式送至每一个ONU，ONU收到下行复帧信号后，分别取出属于自己的那一部分信息。各ONU至OLT的上行信号采用OTDMA，OWDMA，OCDMA及OSCMA等多址接入技术。,PON的双向传输技术,采用复用技术

17、的目的是提高信道传输信息的容量。光波分复用（OWDM）、光时分复用（OTDM）、光码分复用（OCDMA）、光频分复用（OFDM）、光空分复用（OSDM）及光副载波复用（OSCM）技术，在双向传输过程中都可使用。其中光波分复用技术、频分复用技术、码分复用技术和时分复用技术，以及它们的混合应用技术被认为是最具潜力的光复用技术。,1)PON的复用传输技术,光接入网的传输技术（1）空分复用（SDM）技术是指上行信号和下行信号使用不同的光纤分开传输。（2）时分复用(TDM)/时分多址（TDMA）技术是指在同一个光载波波长上，将时间分割成周期性的帧，每帧再分割成若干个时隙，按一定的时隙分配原则，使每个ON

18、U在指定时隙内以分组方式向OLT发送信号,TDM/TDMA-PON原理示意图,2）光多址接入技术,(1)光时分多址（OTDMA）光时分多址（Optical Time Division Multiple Access，OTDMA）方式是指将上行传输时间分为若干时隙，在每个时隙只安排一个ONU，以分组的方式向OLT发送分组信息，各ONU按OLT规定的顺序依次向上游发送。,(2)光波分多址（OWDMA）采用光波分多址（Optical Wavelength Division Multiple Access，OWDMA）接入技术，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OBD后，耦合到馈

19、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。,WDM/WDMA-PON原理示意图,CDM/CDMA-PON原理示意图,(3)光码分多址（OCDMA）光码分多址（Optical Code Division Multiple Access，OCDMA）是指给每一个ONU分配一个多址码。,(4)光副载波多址（OSCMA）光副载波多址（Optical SubCarrier Multiple Access，OSCMA）采用模拟调制技术，将各个ONU的上行信号分别用不同的调制频率调制到不同的射频段，然后用此模拟射频信号分别调制各ONU的激光器

20、（laser Device，LD），把波长相同的各模拟光信号传输至OBD合路点后再耦合到同一馈线光纤到达OLT，在OLT端经光电探测器后输出的电信号通过不同的滤波器和鉴相器分别得到各ONU的上行信号。,SCM/SCMA-PON原理示意图,副载波复用(SCM)/副载波多址（SCMA）技术是将上行信号和下行信号分别安排在不同频段，在同一根光纤中完成双向传输任务。,（5）时间压缩复用(TCM)/时间压缩多址（TCMA）技术是指利用一根光纤，传输时不断改变收、发方向，使两个方向的信号以脉冲串的形式轮流在同一根光纤中传输。,TCM/TCMA-PON示意图,3)OTDMA-PON系统的关键技术,对于采用O

21、TDMA方式作为上行协议的PON系统，由于采用突发模式，各个OND与OLT收发之 间必须保证严格的时隙同步，且要求接收机在指定时隙内实现快速同步和动态接收。因此，必须采 用如下措施来解决实际系统所面临的问题。,（1）测距与补偿技术。对于OTDMA-PON系统，由于各OND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，,(2)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。在上行帧的每个时隙里有3

22、字节开销，保护时间用户防止微小的相位漂移损坏信号，前导字节则用于同步获取。OLT在接收上行帧时，搜索前导字节，并以此快 速获取码流的相应信息，达到比特同步;然后根据定界符确定ATM信元的边界，完成字节同步。OLT在收到ONU上行突发的前几个比特内实现比特同步，才能恢复ONU的信号。同步获取可以通过将收到的码流与特定的比特图案进行相关运算来实现。,(3)突发信号的收发技术。,在OTDMA方式的上行突发接入中，各个ONU必须在指定的时隙区间内完成光信号的发送，以 免与其他信号发生冲突。为了实现突发模式，收发端都要采用特别的技术。光突发发送电路要求能 够快速地开启和关断，迅速建立信号，传统的电光转换

23、模块中采用的加反馈自动功率控制不适用了，需要使用响应速度很快的激光器。在接收端，由于来自各个用户的信号光功率不同且是变化的，所 以突发接收电路必须在每收到新的信号时调整接收门限。调整工作通过PON系统中的时隙前置比 特实现。突发模式前置放大器的阔值调整电路可以在几个比特内迅速建立起阀值，接收电路根据这 个门限正确恢复数据。,(4)高消光比激光器技术。,常规的光纤通信(例如:SDH系统)，激光器的消光比大于4.1dB即可。但是，由于采用突发模式，对于采用OTDMA协议的PON系统是不能接受的。以1:16系统为例，上行方向正常情况下只有 1个激光器发光，其他15个激光器都处于“0”状态。根据消光比定义，即使是“0”状态，仍会有一些 激光发出来。15个激光器的光功率加起来，如果消光比不大，则有可能远远大于信号光功率，使信号淹没在噪声中。因此用于OTDMA-PON系统的激光器要有很好的消光比。而且还必须采取其他 特殊措施来减小其他激光器发光的影响.,