《现代通信网及其关键技术》8光纤接入.ppt

1、现代通信网及其关键技术8光纤接入 图图5-19 光纤接入网的功能参考配置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光纤接入网的基本结构1.光纤接入网参考配置光纤接入网参考配置 n 光接入网光接入网(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，由支持的一系列接入链路，由n光线路终端光线路终端(Optical Line Terminal，0LT）n光配线网光配线网(Optical Distribution Network，ODN）n光网络单元光网络单元(Optical

2、Network Unit,ONU)n适配设施适配设施(Adaptation Function,AF)等组成等组成.各功能块的基本功能分述如下：1OLT功能块功能块 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光纤接入网的参考配置 2ONU功

3、能块功能块 3ODN功能块功能块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n根据光纤接入网传输设施ODN可以是点到点、点到多点的结构。其室外传输设施中是否采用有源器件是否采用有源器件，光纤接入网分为无源光网络（PON）和有源光网络（AON）：n无源光网络（无源光网络（PON）指的是OAN中的光配线网ODN全部由光分路器光分路器等无源器件组成，且不含任何有源节点的光

4、接入网。n有源光网络（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)。n1)有源光纤接入网有源光纤接入网n采用有源光节点可降低对光器件的要求，采用性能低、价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纤接入网不是接入网长远的发展方向 n有源光网络又可分为基于有源光网络又可分为基于SDH的的AON和基于和基于PD

5、H的的AON,n在有源光纤网络中，用户侧的在有源光纤网络中，用户侧的ONU设备通过有源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，采用光纤媒质，ONU与局端设备既可以直接连接，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。也可以通过设备（分插复用器）转接。n有源光纤网技术较为简单，容易实现。但由于网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络中使用了有源设备，所以增加了设备维护和供电问题。电问题。有源光纤网络原理图 2)无源光纤网络无源光纤网络PON 3.光纤接入方案光纤接

6、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。住宅住宅NGNIPTV/CATV网管网管SplitterFE/GE/E1/WLAN商业用户商业用户大楼大楼ONTSBUModemModemModemPOTSVDSL2FEModemL2SwitchSplitterSplitterVOICEVIDEO/CATVFE/WLANIPTVGE/10GEOLTPSTN/SSONT合波器合波器RFP2MPH.248/MGCP或或V5GESFUMTU/SBUPOTSxDSL

7、FEE1FTTCabFTTOFTTHFTTBMSTP/GE直连直连铜线铜线EPONMSAN/DSLAMRing/P2P小区或交接箱处小区或交接箱处铜线铜线ONTONTSFUSplitterONTONT承载网承载网1550nm1)光纤到路边光纤到路边(FTTC)n在在FTTC结构中，结构中，ONU设置在路边的人孔或电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处，但通线杆上的分线盒处，也可能设置在交接箱处，但通常指前者。常指前者。n FTTC结构主要适用于点到点或到多点的结构主要适用于点到点或到多点的“树树形形-分支分支”拓扑，用户为居民住宅用户和小企事业用拓扑，用户为居民住宅用户和

8、小企事业用户，户，ONU支持的用户数一般在支持的用户数一般在128个以下个以下.FTTB FTTB也可以看作是也可以看作是FTTCFTTC的一种变型，不同处在的一种变型，不同处在于将于将ONUONU直接放到楼内直接放到楼内(通常为居民住宅公寓或小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送给各个用户.2.）光纤到楼）光纤到楼(FTTB)EPONEPONLANLANOLTONTONTONTONTONTONTONTONTFE/GEIP NetworkPSTN/SSFE/E1SplitterSplitterSplitterP

9、CIAD/HGIPTVADSL2+ModemMDUIPTVRFVDSL2 Modem光纤到楼道，用户家庭到楼道为五类线或者双绞线。光纤到楼道，用户家庭到楼道为五类线或者双绞线。MTUEPONEPONADADEPONEPONLANLAN方式具体采用方式具体采用C200/220C200/220F820F820（2424*FEFE）EPONEPONADAD方式具体采用方式具体采用C200/220C200/2209806H9806H（9696*ADSL2+ADSL2+）3）光纤到户）光纤到户(FTTH)和和 光纤到办公室光纤到办公室(FTTO)n在原来的在原来的FTTC结构中，如果将设置在路边的结构中

10、，如果将设置在路边的ONU换成换成无源光分路器，然后将无源光分路器，然后将ONU移到用户房间内即为移到用户房间内即为FTTH结构。结构。n如果将如果将ONU放在大企事业用户放在大企事业用户(公司、大学、研究所、公司、大学、研究所、政府机关等政府机关等)的终端设备处并能提供一定范围的灵活的业务，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则构成所谓的光纤到办公室(FTTO)结构。结构。机房机房CATV/IPTVOLTSplitter1 GbpsInternetPSTN/SS。SplitterONUONUONUONUONUONUONUONUONUONUONUONUONUONU

11、ONUONUPCCATVPHONEIPTVWLAND/F系列系列家庭网络Splitter 1：32n光纤到家庭，光纤到家庭，ONTONT可以放在室内也可放在室外可以放在室内也可放在室外n不同种类的不同种类的ONTONT提供多种接口满足不同业务接入的求提供多种接口满足不同业务接入的求n统一光纤布线，节省成本，减少后期重复布线的麻烦统一光纤布线，节省成本，减少后期重复布线的麻烦n适应于新建小区、别墅小区、小区网络改造等适应于新建小区、别墅小区、小区网络改造等n家庭网关和家庭网络接入一体化家庭网关和家庭网络接入一体化020KMCATV合波器合波器1550nmn1）简化）简化SDH系统系统n SDH系

12、统在干线网中，一个系统在干线网中，一个PDH信号作信号作为支路装入为支路装入SDH时，一般需要经历几次映射和时，一般需要经历几次映射和一次（或多次）指针调整才装入一次（或多次）指针调整才装入SDH线路。线路。n在接入网中一般只需经过一次映射，不实施指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，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。从而简化了操作。2）简化）简化SDH设备设备n机架式的大容量机架式的大容量SDH设备用于干线，将其直接搬到设备用于干线，将其直接搬到接入网中使用价格比较昂贵。接入网中使用价格比较昂贵。n接入网中需要的接入网中需要的

13、SDH设备应是小型、低成本、易于设备应是小型、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安装和维护的，同时还必须采取各种简化措施来降低设低设 备成本。备成本。n目前，在接入网中的目前，在接入网中的SDH已经靠近用户，对低速率已经靠近用户，对低速率接口的需求远远大于对高速率接口的需求。接口的需求远远大于对高速率接口的需求。nSDH接入网需要管接入网需要管 理的地域范围较小，较少采理的地域范围较小，较少采用远端管理。用远端管理。n虽然采用分布式管理方式，但它的管理范围也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。由于对接入网中的远远小于骨干网。由于对接入网中的SDH硬件硬

14、件系统进行了简化，因此网管中对系统进行了简化，因此网管中对SDH设备的配设备的配置部分也应该进置部分也应该进 行简化。行简化。n虽然接入网和骨干网一样有性能管理、故障管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理、配置管理、账目管理和安全管理五大功 能，能，但是骨干网中这五大功能有很全面的内部规定，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而接入网并不需要如此，故可以在每种功能内部部 进行简化。进行简化。3）简化网管系统）简化网管系统nSDH的标准速率为的标准速率为155.520 Mbit/s，622.080 Mbit

15、/s，2488.310 Mbit/s和和9953.280 Mbit/s。n接入网中应用时，所需传输数据量比较小，过接入网中应用时，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。的速率，便于在接入网中应用。n为了更适应接入网的需要，必须设立低于为了更适应接入网的需要，必须设立低于STM-1的子速的子速 率，采用率，采用51.840Mb/s(STS-1速速率率)和和7.488Mb/s。4）设立子速率）设立子速率5）其他简化）其他简化n在干线网中，在干线网中，SDH系统在保护方面有的采用通道保护方式，系统

16、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。有的采用复用段共享保护方式，有的两者都采用。n(1)保护方式的简化。保护方式的简化。n在骨干网中，在骨干网中，SDH系统在保护方面有的采用通道保护方式，系统在保护方面有的采用通道保护方式，有的采用复有的采用复 用段共享保护方式有的两者都采用。用段共享保护方式有的两者都采用。n接入网可靠性要求没这样高，因而采用最简单便宜的二纤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单 向通道保护方式即可，以节省投资。向通道保护方式即可，以节省投资。n(2)性能指标的简化。由于接入网信号传送范围小，故各性能指标的简化。由于接入

17、网信号传送范围小，故各种传输指标要求可以设计低于核种传输指标要求可以设计低于核 心网。心网。n(3)组网方式的简化。可以把几个大的节点组成环，不能组网方式的简化。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。进入环的节点采用点到点传输，从而降低建设技资。8.3.4 无源光网络（无源光网络（PON）接入技术）接入技术n根据光接入网（根据光接入网（OAN）参考配置可知，）参考配置可知，OAN由光线路由光线路终端（终端（OLT）、光配线网（）、光配线网（ODN）和光网络单元（）和光网络单元（ONU）三大部分组成。三大部分组成。n22.PON PON拓扑结构拓扑结构n光接

18、入网（光接入网（OAN）的拓扑结构取决于光）的拓扑结构取决于光配线网（配线网（ODN）的结构。）的结构。n通常通常ODN可归纳为单星型、树型、总线可归纳为单星型、树型、总线型和环型等四种基本结构，也就是型和环型等四种基本结构，也就是PON的四种基本拓扑结构。的四种基本拓扑结构。表表4.1 各各 种种 拓拓 扑扑 结结 构构 的的 性性 能能 比比 较较比比 较较 内内 容容 总总 线线 型型 星星 型型环环 型型树树 型型成成 本本 投投 资资低低最最 高高低低低低维维护护与与运运行行测测 试试 很很困困 难难清清 除除 故故 障障时时 间间 长长较较 好好测测 试试 困困 难难安安 全全 性

19、性 能能很很 安安 全全 安安 全全很很 安安 全全很很 安安 全全可可 靠靠 性性比比 较较 好好 最最 差差很很 好好比比 较较 好好用用 户户 规规 模模适适 于于 中中规规 模模适适 于于 大大 规规模模适适 于于 选选 择择性性 用用 户户适适 于于 大大 规规模模新新业业务务要要求求容容 易易 提提供供容容 易易 提提 供供每每 户户 提提 供供较较 困困 难难每每 户户 提提 供供较较 困困 难难带带 宽宽 能能 力力高高 速速 数数据据基基 群群 接接 入入视视 频频基基 群群 接接 入入 视视 频频 高高 速速 局 端 V 5接 口 O N U-1 U N I 用 户 O B

20、 D O N U-n O L T 图图 8.1 1 无无 源源 多多 星星 型型 结结 构构n在在PON中，中，OLT至至ONU的下行信号传输过程是：的下行信号传输过程是：OLT送至各送至各ONU的信息采用光时分复用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）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收到下行复帧信号后，分别取出属于自己的那一部分信息。部分信息。n各各ONU至至OLT的上行信号采用的上行信号采用OTDMA，OWDMA，OCDMA及及OSCMA等多址接入

21、技术。等多址接入技术。PON的双向传输技术n采用复用技术的目的是提高信道传输信息的容量。n光波分复用（光波分复用（OWDM）、光时分复用）、光时分复用（OTDM）、光码分复用（）、光码分复用（OCDMA）、光频分）、光频分复用（复用（OFDM）、光空分复用（）、光空分复用（OSDM）及光副）及光副载波复用（载波复用（OSCM）技术，在双向传输过程中都）技术，在双向传输过程中都可使用。可使用。n其中光波分复用技术、频分复用技术、码分复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。被认为

22、是最具潜力的光复用技术。1)PON的复用传输技术n光接入网的传输技术光接入网的传输技术n（1）空分复用（）空分复用（SDM）技术）技术n是指上行信号和下行信号使用不同的光纤分开传是指上行信号和下行信号使用不同的光纤分开传输。输。n（2）时分复用）时分复用(TDM)/时分多址（时分多址（TDMA）技术）技术n是指在同一个光载波波长上，将时间分割成周期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，使每个配原则，使每个ONU在指定时隙内以分组方式向在指定时隙内以分组方式向OLT发送信号发送信号 保护时间

23、上行信号 OLT ONU ONU ONU Ai Bi Ni B2 A2 N1 B1 A1 光分路器 TDM/TDMA-PON原理示意图2）光多址接入技术n(1)光时分多址（OTDMA）n 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。n(2)光波分多址（OWDMA）n采用光波分多址（Optical Wavelength Division Multiple Access，OWDMA）接入技术，将各ONU的

24、上行传输信号分别调制为不同波长的光信号，送至OBD后，耦合到馈线光纤；n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。1 N 2 2 1 N 1 上行信道 2 N OLT OLT OLT 1 ONU ONU 1 2 N ONU 光分路器 波分复用器 2 N WDM/WDMA-PON原理示意图 上行信道 A1 A2 An n 2 1 OLT A1 A2 An 1 2 n ONU 光分路器 光探测器 LD LD LD CDM/CDMA-PON原理示意图n(3)光码分多址（OCDMA）n 光码分多址（Optical Code Division M

25、ultiple Access，OCDMA）是指给每一个ONU分配一个多址码。n(4)光副载波多址（OSCMA）n 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（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。OLT f1 f2 fn 上行信道 f1 f fn f2 鉴相 鉴

26、相 鉴相 低通滤波 低通滤波 低通滤波 光分路器 光探测器 LD LD LD SCM/SCMA-PON原理示意图n副载波复用副载波复用(SCM)/副载波多址（副载波多址（SCMA）技术）技术n是将上行信号和下行信号分别安排在不同频段，在同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。一根光纤中完成双向传输任务。n（5）时间压缩复用）时间压缩复用(TCM)/时间压缩多址时间压缩多址（TCMA）技术）技术n是指利用一根光纤，传输时不断改变收、发是指利用一根光纤，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方向，使两个方向的信号以脉冲串的形式轮流在同一根

27、光纤中传输。同一根光纤中传输。光分路器 上行脉冲串 下行脉冲串 下行脉冲串 下行脉冲串 上行脉冲串 保护时间 ONU ONU ONU Ai Bi Ni OLT TCM/TCMA-PON示意图3)OTDMA-PON系统的关键技术系统的关键技术n对于采用对于采用OTDMA方式作为上行协议的方式作为上行协议的PON系统，系统，由于采用突发模式，各个由于采用突发模式，各个OND与与OLT收发之收发之 间必间必须保证严格的时隙同步，且要求接收机在指定时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。隙内实现快速同步和动态接收。n因此，必须采因此，必须采 用如下措施来解决实际系统所面

28、临用如下措施来解决实际系统所面临的问题。的问题。（1）测距与补偿技术。测距与补偿技术。对于对于OTDMA-PON系统，由于各系统，由于各OND到到OLT的的连接距离不可能相等，且不同节点发出的数据连接距离不可能相等，且不同节点发出的数据 单单元时隙沿不同路径传输，将不可能同步地到达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接收机，从而不可避免地出现时隙在OLT处发处发生碰撞的问题，生碰撞的问题，(2)突发模式同步技术。突发模式同步技术。n在上行突发传输条件下，无论采用哪种测距机制，由于总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

29、号还是有一定存在着测距误差，上行信号还是有一定 的相位漂移，需的相位漂移，需要采用快速同步技术。要采用快速同步技术。n在上行帧的每个时隙里有在上行帧的每个时隙里有3字节开销，保护时间用户防止字节开销，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。微小的相位漂移损坏信号，前导字节则用于同步获取。nOLT在接收上行帧时，搜索前导字节，并以此快在接收上行帧时，搜索前导字节，并以此快 速获取速获取码流的相应信息，达到比特同步码流的相应信息，达到比特同步;然后根据定界符确定然后根据定界符确定ATM信元的边界，完成字节同步。信元的边界，完成字节同步。n OLT在收到在收到ONU上行突发的

30、前几个比特内实现比特同步，上行突发的前几个比特内实现比特同步，才能恢复才能恢复ONU的信号。的信号。n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。关运算来实现。(3)突发信号的收发技术。突发信号的收发技术。n在在OTDMA方式的上行突发接入中，各个方式的上行突发接入中，各个ONU必须在指定必须在指定的时隙区间内完成光信号的发送，以的时隙区间内完成光信号的发送，以 免与其他信号发生免与其他信号发生冲突。冲突。n为了实现突发模式，收发端都要采用特别的技术。为了实现突发模式，收发端都要采用特别的技术。n光突发发送电路要求能光突发发

31、送电路要求能 够快速地开启和关断，迅速建立够快速地开启和关断，迅速建立信号，传统的电光转换模块中采用的加反馈自动功率控制信号，传统的电光转换模块中采用的加反馈自动功率控制不适用了，不适用了，需要使用响应速度很快的激光器。需要使用响应速度很快的激光器。n在接收端，由于来自各个用户的信号光功率不同且是变化在接收端，由于来自各个用户的信号光功率不同且是变化的，所的，所 以突发接收电路必须在每收到新的信号时调整接以突发接收电路必须在每收到新的信号时调整接收门限。收门限。n调整工作通过调整工作通过PON系统中的时隙前置比系统中的时隙前置比 特实现。特实现。n突发模式前置放大器的阔值调整电路可以在几个比特

32、内迅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，接收电路根据这速建立起阀值，接收电路根据这 个门限正确恢复数据。个门限正确恢复数据。(4)高消光比激光器技术。高消光比激光器技术。n常规的光纤通信常规的光纤通信(例如例如:SDH系统系统)，激光器的消光比大于，激光器的消光比大于4.1dB即可。但是，由于采用突发模式，对于采用即可。但是，由于采用突发模式，对于采用OTDMA协议的协议的PON系统是不能接受的。以系统是不能接受的。以1:16系统为例，系统为例，上行方向正常情况下只有上行方向正常情况下只有 1个激光器发光，其他个激光器发光，其他15个激个激光器都处于光器都处于“0”状态。根据消光比定义，即使是状态。根据消光比定义，即使是“0”状态，仍会有一些状态，仍会有一些 激光发出来。激光发出来。15个激光器的光功率加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，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。使信号淹没在噪声中。n因此用于因此用于OTDMA-PON系统的激光器要有很好的消光比。系统的激光器要有很好的消光比。而且还必须采取其他而且还必须采取其他 特殊措施来减小其他激光器发光的特殊措施来减小其他激光器发光的影响影响.