光纤接入技术.ppt
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1、第5章光纤接入技术,教学内容,5.1 光纤通信基础5.2 光纤接入网结构5.3 有源光网络(AON)5.4 无源光网络(PON)5.5 FTTX+LAN技术,教学目标,理解光纤通信基本概念 掌握光纤接入网结构 了解有源光网络 理解无源光网络 理解光纤接入网应用,光纤的优势,带宽优势与双绞线和同轴缆相比,光纤的理论带宽几乎是无限的单个波长可传输10Gb/s,采用波分复用可传输更高的速率长距离传输优势衰减很小,不加中继的距离现在可达数百公里 抗恶劣环境优势抗腐蚀能力强,不受电磁波干扰 安全性优势盗接线头困难,不易盗听绝大多数运营商断言:未来理想的宽带接入网是基于光纤的网络,5.1 光纤通信基础,光
2、纤传输性能,大容量:10Tb/s单波:10Gb/s,40Gb/s多波复用:16/40/80/160波长距离光复用段:LH/ELH/ULH单段光传输距离:100200km多段光传输距离:30004000km其他性能抗电磁干扰、保密性好价格降低可能性大,节约资源,光纤工作波长区有三个:850nm窗口 1310nm窗口1550nm窗口 三个工作区的使用情况850nm、1310nm波长,主要用于提供2Mb/s及以下的业务1550nm波长用于异波长双工的下行通信,以及宽带的新业务,光纤的工作波长,SDH同步数字序列,Synchronous Digital Hierarchy传输速率STM-1、STM-4
3、、STM-16、STM-64155Mb/s、622Mb/s、2.5Gb/s、10Gb/s拓扑结构自愈合环:愈合时间 50ms等同的美国标准SONET:同步光网络传输速率:OC-3、OC12、OC48、OC192低速率接口:VC12、VC3、,波分复用WDM,把不同波长的光信号复用到一根光纤中进行传送(每个波长承载一个TDM电信号)的方式统称为波分复用。可细分为:波分复用不同窗口的光波复用密集波分复用同一窗口的多个光波复用,2,3,l1,l2,MUX,DMX,光纤,SDH,光发射机,光放大器,接口,1,ATM,光接收机,接口,2,W,1,2,W,光域,WDM和DWDM,WDM:波分复用Wavel
4、ength Division Multiplex就是一种频分复用在可见光频段,习惯使用波长而不是频率是一种统称在一根光纤中复用不同波长的光信号使用一个或多个传输窗口每个波长承载一个TDM电信号DWDM:密集波分复用Density Wavelength Division Multiplex在同一窗口中复用很多个光波(波长间隔小于1nm),教学内容,4.1 光纤通信基础4.2 光纤接入网结构4.3 有源光网络4.4 无源光网络4.5 FTTX+LAN技术,5.2 光纤接入网结构,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
5、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
6、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(
7、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(Optical 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
8、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
9、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
10、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
11、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,教学内容,5.1 光纤通信基础5.2 光纤接入网结构5.3 有源光网络5.4 无源光网络5.5 FTTXLAN技术,4.3 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S
12、DH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,教学内容,5.1 光纤通信基础5.2 光纤接入网结构5.3 有源光网络5.4 无源光网络5.5 FTTx+LAN技术,4.4 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由早期的窄带接入PON(NPON)发展到目前的宽带接入PON(BP
13、ON),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低、安装维护方便、节省了维护成本;业务透明性较好,原
14、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可以收到所有的广播数据,但只接受属于自己的数据,其他数据则丢弃。在上
15、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与OLT之间传送ATM信元速率:上/下行对称 155
16、.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
17、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32时,要求一个OLT提供多个ODN接口,OLT,O
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