宽带接入网技术课件.ppt

1、第四章 FTTx+LAN接入技术第四章 FTTx+LAN接入技术 4.1 光接入网的概述 4.2 APON 4.3 GPON 4.4 EPON 4.5 FTTx+LAN 本章小结 习题 第四章 FTTx+LAN接入技术 4.1 光接入网的概述4.1.1 光接入网的系统模型1光接入网的系统模型光接入网主要由光线路终端(OLT)、光配线网(ODN)和光网络单元(ONU)三大部分组成，如图4-1所示。第四章 FTTx+LAN接入技术图4-1 光接入网的系统模型 第四章 FTTx+LAN接入技术1)光线路终端(OLT)OLT位于ODN与核心网之间，实现核心网与用户间不同业务的传递功能，通常安装在服务提

2、供端的机房中。它可以区分交换和非交换业务，管理来自ONU的信令和监控信息，并向网元管理系统提供网管接口，完成接口适配、复用和传输功能。同一个OLT可连接一个或多个ODN，为ODN提供网络接口。OLT可以直接设置在本地交换机接口处，也可以设置在远端，与远端集线器或复用器接口。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。第四章 FTTx+LAN接入技术2)光配线网络(ODN)ODN位于ONU和OLT之间，为OLT与ONU提供光传输手段，完成光信号的传输和功率分配任务。通常ODN是由光连接器、光分路器、波分复用器、光衰减器、光滤波器和光纤光缆等无源光器件组成的无源光分配网，呈树型

3、分支结构。第四章 FTTx+LAN接入技术3)光网络单元(ONU)ONU位于用户和ODN之间，实现用户接入。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，用户侧是电接口，因些ONU需要有光/电和电/光转换功能，还要完成对语音信号的数/模和模/数转换、复用、信令处理和维护管理功能。它既可以安装在用户住宅处，也可以安装在DP(路边)处甚至FP(楼边)处。ONU上有多种用户接口，以支持不同的线路，如10/100Base T，1000Base FX以太网接口、T1/E1接口、DS0、DS3、V5.1和V5.2接口等，它是通过安装不同

4、的接口卡在模块结构中来实现的。第四章 FTTx+LAN接入技术2光接入网的分类从光接入网的网络结构来看，按室外传输设备中是否含有源设备，光接入网可分为有源光网络(AON)和无源光网络(PON)两大类。1)有源光网络(AON)有源光网络主要采用电复用器分路，即指是OLT和ONU之间通过有源光传输设备相连。根据传输技术的不同，AON又可分为基于SDH的AON、基于PDH的AON、基于MSTP和基于PPPoE的AON。目前以基于SDH技术为主。有源光网络具有以下技术优势：第四章 FTTx+LAN接入技术(1)传输容量大：目前用在接入网的SDH传输设备一般提供155Mb/s或622Mb/s的接口，有的

5、甚至提供2.5Gb/s的接口。将来只要有足够的业务量需求，传输带宽还可以增加。(2)传输距离远：在不加中继设备的情况下，传输距离可达7080km。(3)用户信息隔离度好：有源光网络的网络拓扑结构无论是星型还是环型，从逻辑上看，用户信息的传输方式都是点到点方式。第四章 FTTx+LAN接入技术(4)技术成熟：无论是SDH设备还是PDH设备，均已在以太网中大量使用。(5)成本降低：由于SDH技术在骨干传输网中大量使用有源光接入设备的成本已大大下降，但在接入网中与其他接入技术相比，其成本还是比较高的。第四章 FTTx+LAN接入技术2)无源光网络(PON)无源光网络是指在OLT和ONU之间的光分配网

6、络没有任何有源电子设备，主要采用光分路器分路。1983年，BT实验室首先发明了PON技术。PON是一种纯介质网络，由于消除了局端与用户端之间的有源设备，因此它能避免外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少线路和外部设备的故障率，提高系统可靠性，同时可节省维护成本，是电信维护部门长期期待的技术。PON的业务透明性较好，原则上可适用于任何制式和速率的信号。目前基于PON的实用技术主要有APON/BPON、GPON、EPON/GEPON等几种，其主要差异在于采用了不同的二层技术。第四章 FTTx+LAN接入技术3光接入网的特点光接入技术与其他接入技术(如铜双绞线、同轴电缆、无线等)相比，其优点如下：(1)

7、传输速率高。现在采用的光纤波分复用技术可使一根光纤的传输容量加大到Tb/s级，4光路的WDM技术可以使一根光纤同时传输40Gb/s信息量；100光路的WDM技术可以使一根光纤同时传输1Tb/s信息量，这是其他有线接入网无法比拟的。(2)功率增益高，频率宽。现代的WDM/DWDM光纤系统中采用EDFA掺铒光纤放大器，能够使带宽从2030nm扩展到80100nm,对1550nm窗口上提供足够的功率增益。第四章 FTTx+LAN接入技术(3)适合各种综合业务。因为光纤接入有极高的传输速率和带宽，所以用户可以通过光纤接入网实现各种信息传输业务，它有利于传统电话通信网(PSTN)、互联网(Interne

8、t)和有线电视广播网(CATV)“三网合一”。光纤接入网能满足用户对各种业务的需求。(4)传输质量高。光纤通信可以克服铜线电缆无法克服的一些限制因素。如光纤损耗、频带宽，解除了铜线直径小的限制，光纤不受电磁干扰，保证了信号传输质量；用光缆代替铜线，可以解决城市地下通信管道拥挤的问题。第四章 FTTx+LAN接入技术当然，与其他接入技术相比，光接入网也存在一定的劣势。主要表现在如下几个方面：一是成本较高，尤其是光节点离用户越近，每个用户分摊的接入设备成本就越高；二是与无线接入网相比，光纤接入网还需要管道资源，配置也较复杂。但采用光接入网是光纤通信发展的必然趋势，光纤到户是公认的接入网发展目标。第

9、四章 FTTx+LAN接入技术4.1.2 光接入网的网络结构光接入网的网络结构，是指传输线路和节点之间的结构，表示网络中各节点的相互位置与相互联接的布局情况。在光接入网中，主要采用总线型、环型和星型这三种基本的网络拓扑结构。在大的网络中，还可以派生出一些混合型的结构，如总线星型结构、树型、双环型等多种组合应用形式，各有其特点，相互补充。第四章 FTTx+LAN接入技术1总线型结构总线型结构是光接入网中应用非常普遍的一种点到多点配置的基本结构，它以光纤作为公共总线，一端直接连接服务提供商的核心网络，另一端则利用了一系列串联的非均匀光分路器连接至各个用户。ONU与总线的连接可以是同轴电缆，或是双绞

10、线，也可以是光纤。总线型光接入网基本网络结构如图4-2所示。第四章 FTTx+LAN接入技术图4-2 总线型光接入网基本网络结构第四章 FTTx+LAN接入技术这种结构能从总线上检出OLT发送的信号，同时又能将每一个ONU发送的信号插入光总线送回给OLT。其中，非均匀光分路器在光总线中只引入少量损耗，并且只从光总线中分出少量的光功率。其分路比由最大的ONU数量、ONU所需的最小输入光功率等具体要求确定。这种结构的优点是共享主干光纤，节省线路投资，增删节点容易，彼此干扰小。缺点是共享传输介质，连接性能受用户数影响较大。此结构适用于沿街道、公路线状分布的用户环境。第四章 FTTx+LAN接入技术2

11、环型结构环型结构也是点到多点配置的基本结构。这种结构可看作是总线结构的特例，是一种首尾相接自成封闭回路的网络结构，如图4-3所示。ONU与光纤环的连接可以采用同轴电缆，或是双绞线，也可以是光纤。其信号传输方式和所用器件与总线形结构差不多。这种结构的突出优点是可以实现网络自愈，因为每个光分离器可从两个不同的方向连到OLT，所以其可靠性大大提高。缺点是连接性能差，通常适用于较少用户的接入网。第四章 FTTx+LAN接入技术图4-3 环型光接入网基本网络结构第四章 FTTx+LAN接入技术3星型结构星型结构是一种点到点配置的网络结构，又分为有源单星型结构、有源双星型结构和无源双星型结构三种。1)有源

12、单星型结构有源单星型结构是每一个用户端设备ONU都经过光纤直接与局端设备OLT相连。结构如图4-4所示。第四章 FTTx+LAN接入技术图4-4 有源单星型光接入网基本网络结构 第四章 FTTx+LAN接入技术这种结构的优点是用户之间相互独立，保密性能好，升级和扩容容易，只要将两端的设备更换就可以开通新业务，适应性强。缺点是成本太高，每个ONU都需要单独的一对光纤或一根光纤与OLT相连，要通向千家万户，就需要上千芯的光缆，难以处理。2)有源双星型结构双星型结构实际上是一种树型结构，分为两级。它在OLT与ONU之间增加了一个有源节点。OLT与有源节点间共用光纤，利用时分复用或频分复用传送大容量的

13、信息到有源节点，再转换成较小容量的信息流，传到千家万户。结构如图4-5所示。第四章 FTTx+LAN接入技术图4-5 有源双星型光接入网基本网络结构第四章 FTTx+LAN接入技术这种网络结构的优点是灵活性较强，中心局有源节点间共用光纤，光缆芯数较少，降低了费用。缺点是有源节点部分复杂，成本高，维护不方便。另外，如要引入宽带新业务，将系统升级，则需将所有光电设备都更换，或采用波分复用叠加的方案，这比较困难。3)无源双星结构无源双星结构保持了有源双星型结构光纤共享的优点，只是将有源节点换成了无源分路器，维护方便，可靠性高，成本较低。由于采用了一系列措施，保密性能也很好，是一种较好的接入网结构。第

14、四章 FTTx+LAN接入技术实际中，选择光接入网的拓扑结构时应考虑多种因素：如用户所在地的分布、OLT和ONU的距离、不同业务的光信道、可用的技术、光功率预算、波长分配、升级要求、可靠性和有效性、操作管理和维护、ONU供电、安全和光缆容量等。由于上述的任何一种结构均不能完全适用于所有的实际情况，因此光接入网的拓扑结构一般是由几种基本结构组合而成的。第四章 FTTx+LAN接入技术4.1.3 光接入网的传输技术光接入网的传输技术主要解决在OLT和多个ONU间上、下行信号的正确传输问题，其中最关键的是解决上行信道的使用问题。在有源光接入网中，OLT与ONU之间通过有源传输设备相连，传输技术是骨干

15、网中大量采用的SDH和PDH技术，但以SDH技术为主。SDH具有自愈能力，维护、控制、管理功能强，标准统一，便于传输更高速率的业务。第四章 FTTx+LAN接入技术在无源光接入网中，OLT至ONU的下行信号传输较简单，一般是在OLT中采用时分复用方式，将送往各ONU的信号复用后送至光纤，通过光分路器进行功率分路后，以广播方式送至各个ONU，各ONU在规定时隙接收属于自己的信息。ONU至OLT的上行信号传输比较复杂，由于多个ONU共享一根光纤，而每个ONU发送信号是突发的，因此，为了避免上行信号间碰撞，需要一定信道分配策略，保证任意时刻只能有一个ONU发送信号，各ONU之间轮流发送，以实现传输信

16、道共享。在OAN中，通常采用的传输技术有下列几种。第四章 FTTx+LAN接入技术1空分复用(SDM)空分复用是指上行信号和下行信号使用不同的光纤分开传输。这种技术传输性能最佳，实现也最简单，但与单纤传输方式相比，成本高，安装和维护要更复杂。2时分复用(TDM)/时分多址(TDMA)时分复用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ONU在指定时隙内以分组方式向OLT发送信号。基于TDM/TDMA的PON原理示意图如图4-6所示。第四章 FTTx+LAN接入技术图4-6 TDM/TDMA OAN示意图第四章 FTTx+LAN接入技

17、术TDM/TDMA技术所用的器件相对简单，技术上也相对成熟。但在实际组网时，由于各个ONU与OLT之间的距离不同，上行传输时必然引起各ONU信号到达光分路器和OLT的相位及幅度不同。为此，要求OLT必须具备一整套完善的测距系统，以防止信号在光分路器处出现碰撞；必须具有快速比特同步电路，保证OLT在每个分组信号开始的几个比特时间内迅速建立比特同步；采用突发模式的光接收机，才能根据每一个分组信号开始的几个比特信号幅度大小迅速建立合理的判决门限，正确还原出该组信号。第四章 FTTx+LAN接入技术3时间压缩复用(TCM)/时间压缩多址(TCMA)时间压缩复用技术是指利用一根光纤，传输时不断改变收、发

18、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。其工作原理是OLT将下行信号先经过时分复用技术形成下行脉冲串，再放入发送缓存器中进行时间压缩，最后在规定时间内送到光纤上传输。经光分路器后以广播方式送给ONU，各个ONU依次取出属于自己的信号。在随后的时间段内，各ONU依次在属于自己的时隙内以突发方式向OLT发送信号，形成上行脉冲串。待其发送完毕，OLT又开始发送下一个下行脉冲串，如此循环下去。基于TCM/TCMA的PON原理示意图如图4-7所示。第四章 FTTx+LAN接入技术图4-7 TCM/TCMA OAN示意图 第四章 FTTx+LAN接入技术TCM/TCMA技术的特点是用一

19、根光纤实现双向传输，节约了光纤、光分路器和活动连接器等，网管系统判断故障比较容易。但OLT和ONU的电路较复杂，传输速率不能太高。第四章 FTTx+LAN接入技术4波分复用(WDM)/波分多址(WDMA)波分复用技术是指把不同波长的光信号复用到一根光纤中进行传送的技术。该技术可细分为WDM和DWDM。WDM是不同窗口的光波复用，DWDM是同一窗口的多个光波复用。根据波分复用原理，不同波长的光信号只要相隔一定间隔就可以共享同一根光纤传输而彼此互不干扰。在OAN中将各个ONU的上行传输信号分别调制为不同波长的光信号，送到光分路器并耦合进入光纤中传输，在OLT处再利用WDM器件分出属于不同ONU的光

20、信号，最后再通过光/电检测器解调为电信号。基于WDM/WDMA的PON原理示意图如图4-8所示。第四章 FTTx+LAN接入技术图4-8 WDM/WDMA OAN示意图 第四章 FTTx+LAN接入技术WDM技术的主要优点是可以充分利用光纤的巨大带宽资源，增加光纤的传输容量；在单根光纤上实现双向传输，节省线路资源；降低了对器件的超高速要求；由于波分复用通道对数据格式的透明性，能方便地进行网络扩容，引入宽带新业务。缺点是对光源的波长稳定度要求很高，上行信道数受到限制，不能共享OLT设备，成本较高，因为每个波长都需要光发射器和检测器。第四章 FTTx+LAN接入技术5码分复用(CDM)/码分多址(

21、CDMA)CDM的基本原理是给每一个ONU分配一个唯一的正交码作为地址码，并将各ONU的上行信号与其进行模二加，再去调制具有相同波长的激光器，经分路器合路后送到光纤传输。OLT接到信号后通过光/电检测器接收、放大和模二加等过程恢复出各个ONU送来的信号。基于CDM/CDMA的PON原理示意图如图4-9所示。第四章 FTTx+LAN接入技术图4-9 CDM/CDMA OAN示意图 第四章 FTTx+LAN接入技术这种技术的主要特点是：用户地址分配灵活，抗干扰能力强，保密性能好，各ONU可灵活接入。但该方式系统容量受到一定限制，频谱利用率低。第四章 FTTx+LAN接入技术6副载波复用(SCM)/

22、副载波多址(SCMA)SCM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。下行信号一般采用TDM方式的基带传输形式，安排在低频段；上行信号采用SCM/SCMA方式，安排在较高频段。第四章 FTTx+LAN接入技术SCM/SCMA技术是指除光波外，多路信号还调制在电的载波上的复用技术。一般情况下，SCM/SCMA系统是以射频波或微波作为副载波。各个ONU的上行信号先对不同频率的副载波分别进行电调制，再去调制具有相同波长的激光器，经分路器合路后送入光纤传输。OLT接收光信号，经光/电变换、放大、滤波和解调后还原出各个ONU送来的上行信号。基于SCM/SCMA技术的P

23、ON原理示意图如图4-10所示。第四章 FTTx+LAN接入技术图4-10 SCM/SCMA OAN示意图 第四章 FTTx+LAN接入技术SCM技术的主要特点是：技术成熟，电路简单，易于实用化；各信道彼此独立，不需要复杂的同步技术；所需要的光器件较少，增加/减少一路ONU较方便；但由于各个ONU与OLT之间距离不同，将导致各路间接收到的光功率相差较大，容易引起严重的相邻信道干扰，影响系统性能。第四章 FTTx+LAN接入技术4.2 APON4.2.1 APON系统结构APON是指在PON上传送ATM信元，即物理层上采用PON技术，链路层上采用ATM技术。ATM统计复用的特点使APON能服务于

24、更多的用户，APON也继承了ATM的QoS优势。APON主要由光线路终端OLT、光分配网ODN、光网络单元ONU组成，系统结构如图4-11所示。第四章 FTTx+LAN接入技术图4-11 APON系统结构 第四章 FTTx+LAN接入技术在OLT与ONU之间传送ATM信元。在APON的网络侧，与OLT连接的是ATM交换机。在APON的用户侧，ONU可通过ISDN、LAN等与用户接口。根据G.983.1建议可知，传输线路的标称速率有两种：对称速率(155.52Mb/s)和非对称速率(上行155.52Mb/s，下行622.08Mb/s)。实现双向传输的方式也有两种：一是采用单纤波分复用方式，即利用

25、一根光纤的1310nm和1550nm两个低损耗窗口及WDM技术实现单纤双向传输，1310nm波长传上行信号，1550nm波长传下行信号；二是采用单向双纤空分复用方式，即利用两根光纤的1310nm窗口分别传输上下信号。第四章 FTTx+LAN接入技术目前，APON系统一般采用波分复用方式及TDM/TDMA传输复用技术实现单纤双向传输，即OLT送往ONU的下行信号用TDM技术，ONU送往OLT的上行信号用TDMA技术。在下行方向,由ATM交换机来的ATM信元先送给OLT，将其转换成速率为155.52Mb/s或622.08Mb/s的下行信号，再经过光分路器以广播方式发送给与OLT相连的ONU，每个O

26、NU可以根据信元的VCI/VPI选出属于自己的信元送给用户终端。在上行方向，各个ONU收集来自用户的信息，将其适配成ATM信元格式，插入到指定的时隙，再通过电/光转换设备将其转换为1310nm波长的光信号以155.52Mb/s速率送入光纤传输。第四章 FTTx+LAN接入技术1光线路终端(OLT)OLT通过标准业务接口与核心网络连接，通过PON专用接口与ODN相连，按要求提供光接入，其基本构成如图4-12所示。第四章 FTTx+LAN接入技术图4-12 OLT功能块 第四章 FTTx+LAN接入技术业务端口功能：主要通过VB5.x或V5.x接口实现系统和不同类型的业务节点的接入，可将ATM信元

27、插入上行的SDH净荷区，也可从下行的SDH净荷中提取ATM信元。ATM交叉连接功能：主要实现多个信道的交换、信元的路由选择、信元的复制、错误信元的丢弃等功能。传输复用功能：为业务端口和ODN接口提供VP连接，并在IFPON点为不同的VP分配不同的业务。不同信息(如主要内容、信令和OAM信息流)可用VP中的VCs来交换。第四章 FTTx+LAN接入技术ODN接口功能：完成光/电和电/光变换；向下行PON净荷插入ATM信元并从上行PON净荷提取ATM信元；与ONU一起实现测距功能，并且将测得的数据存储，以便在电源或者光中断后重新启动ONU时能恢复正常工作。根据系统所支持的用户群的大小，OLT应该能

28、够提供多个ODN接口。OAM模块对OLT的所有功能块提供操作、管理和维护，如配置管理、故障管理和性能管理等，并提供标准接口与TMN连接。供电模块将外部电源变换为机内所要求的各种电源。第四章 FTTx+LAN接入技术2光网络单元(ONU)ONU通过PON专用接口与ODN相连，通过多种UNI接口与不同用户终端相连，支持多种用户终端接入。其功能块如图4-13所示。第四章 FTTx+LAN接入技术图4-13 ONU功能块 第四章 FTTx+LAN接入技术ODN接口功能：实现光/电和电/光变换功能；从下行信号中提取定时信号，保证频率同步；与OLT一起完成测距功能；在OLT控制下调整发送光功率；若与OLT

29、通信中断，则切断ONU光发送，以减小该ONU对其他ONU通信的串扰。传输复用功能：用于处理和分配相关信息，即分析从ODN接口来的下行信号，在定时信号的控制下取出属于该ONU的ATM信元；同时，在规定时间内将上行ATM信元发送给ODN接口。第四章 FTTx+LAN接入技术用户和业务复用功能：对来自不同用户的ATM信元进行复用，经传输复用送至ODN接口；并对已取出的ATM信元进行解复用送至各用户端口。用户端口功能：通过多种NUI接口与不同用户终端相连，将各种用户信息适配成ATM信元，插入上行净荷中；并从下行净荷中提取ATM信元。OAM功能：对ONU所有的功能块提供操作、管理和维护(如线路接口板和用

30、户环路维护、测试和告警，告警报告送给OLT等)。供电功能：提供ONU电源变换，与实际供电方式有关。第四章 FTTx+LAN接入技术3光配线网络(ODN)ODN在OLT和一个或多个ONU之间提供一条或多条光信道,主要由单模光纤和光缆、带状光纤和光缆、光连接器、无源光分路器、无源光衰减器、光接头等无源光器件组成。根据ITU-T的建议，一个ODN的分支比最高能达到132，即一个ODN最多支持32个ONU；光纤的最大距离为20km；光功率衰减范围是：B类1025dB、C类1030dB。第四章 FTTx+LAN接入技术4.2.2 APON系统帧结构在APON中，ATM信元是以APON帧格式在系统中进行传

31、输的。APON帧是定时长帧，因此，一帧中含有的信元数随数据速率的变化而不同。APON系统中主要有两种类型帧：上行帧和下行帧。第四章 FTTx+LAN接入技术1APON系统下行帧APON系统下行帧结构如图4-14所示。APON下行帧是由连续的时隙流组成的，每个时隙包含一个53字节的ATM信元或PLOAM信元，每隔27个时隙插入一个PLOAM信元。对于速率为155.52Mb/s的下行信号，每帧共56个时隙，其中含2个PLOAM信元；对于速率为622.08Mb/s的下行信号，每帧共224个时隙，其中有8个PLOAM信元。第四章 FTTx+LAN接入技术图4-14 APON系统下行帧结构(a)155.

32、52 Mb/s下行帧结构；(b)622.08 Mb/s下行帧结构 第四章 FTTx+LAN接入技术PLOAM信元是物理层运行和维护信元，用来传送物理层OAM信息，同时携带ONU上行接入时所需的授权信号。通常，每个PLOAM信元有27个授权信号，而ONU上行接入时每帧只需要53个授权信号。该53个授权信号被映像到下行帧前两个PLOAM信元中，第二个PLOAM信元的最后一个授权由一个空闲授权信号填充。在622.08Mb/s的下行帧结构中，后面的6个POLAM信元的授权信号区全部填充空闲授权信号，不被ONU使用，每个授权信号长度是8bit。ITU-T建议中规定有不同类型的授权信号，如表4-1所示。第

33、四章 FTTx+LAN接入技术类 型 编 码 定 义 数据授权 除 11111101、11111110和 11111111 外的任何值 指示一个上行 ONU 数据授权，在测距协议中使用授权-分配消息，将数据授权值分配给 ONU。则该 ONU 可发送一个数据信元，或当没有数据信元可用时发送一个空闲信元 PLOAM 授权 除 11111101、11111110和 11111111 外的任何值 指示一个上行 ONU 的 PLOAM 授权，在测距协议中使用grant-allocation 消息，将 PLOAM 授权值分配给 ONU。该ONU 总是发送一个 PLOAM 信元来响应该授权 分离时隙 授权

34、除 11111101、11111110和 11111111 外的任何值 指示一组上行 ONU 分离时隙授权，在测距协议中使用Divided-slot-grant-configuration 消息，OLT 分配授权给一系列 ONU，配置的每个 ONU 都发送一个微时隙 预留授权 除 11111101、11111110和 11111111 外的任何值 这些授权可作为特殊数据授权类型，如用于表示一个特定的 ONU 接口或 QoS 等级 测距授权 11111101 用于测距过程，测距协议中给出了对授权起作用的条件 未分配的 授权 11111110 指示一个未使用的上行时隙 空闲授权 11111111

35、用于从上行信元速率里解耦下行 PLOAM 速率，一般 ONU忽略这些授权 表4-1 授 权 信 号 第四章 FTTx+LAN接入技术2APON系统上行帧APON系统上行方向通过猝发模式发送数据，每帧包含53个时隙，每个时隙包含56个字节。其中，53个字节为ATM信元，3个字节是开销字节。上行帧结构如图4-15所示。第四章 FTTx+LAN接入技术图4-15 PON系统上行帧结构 第四章 FTTx+LAN接入技术(1)保护时间：在两个连续信元之间提供足够的距离，以避免冲突，最小长度是4bit。(2)前置比特：用于OLT同步。(3)定界图案：一种用于指示ATM信元开始的特殊码型，也可作字节同步。开

36、销的边界是不固定的，其中保护时间长度、前导符和定界符格式可由OLT编程决定，其内容由下行方向PLOAM信元中的控制上行开销信息决定。第四章 FTTx+LAN接入技术4.2.3 APON关键技术APON系统是点到多点的结构，每个ONU与OLT直接相连，在下行方向以TDM方式工作，信号是连续脉冲串，采用标准SDH光接口，以广播方式传送，各个ONU会收到所有的帧，并从中取出属于自己的信元，所以在下行方向不需要OLT进行控制，实现起来很容易。而在上行方向以TDMA方式工作，信号是突发的、幅度不等、长度也不同的脉冲串，且间隔时间也不同。基于这种突发模式，为了保证各个ONU的上行信号完整地到达OLT，需要

37、适当的MAC协议进行控制，但实现相对难些，涉及的主要技术有：测距技术、快速比特同步技术、突发信元的收发技术、搅动技术等。第四章 FTTx+LAN接入技术1测距技术由于各个ONU发出的ATM信元是沿不同路径传输到OLT的，其传输距离不同，并且其传输距离也会由于环境温度的变化和光电器件的老化等因素而发生动态改变，导致不同节点发出的ATM信元到达接入点的时延不同，造成各ONU间的上行时隙重叠，从而导致不同的ATM信元发生碰撞。因此，OLT需要引入测距技术，来补偿因为ONU与OLT之间的距离不同而引起的传输时延差异，使所有ONU到OLT的逻辑距离相同，以确保不同ONU所发出的信号能够在OLT处准确地复

38、用到一起。第四章 FTTx+LAN接入技术APON系统的测距过程分为三步：第一步是静态粗测，在ONU安装调测阶段进行，这是对物理距离差异进行的时延补偿。为保证该过程对数据传输的影响较小，采用低频低电平信号作为测距信号。第二步是静态精测，每当ONU被重新激活时都要进行一次，是达到所需测距精度的中间环节，测距信号占据一个上行传输时隙。该过程结束后，OLT指示ONU可以发送数据。第三步是动态精测，是在数据传输过程中，使用数据信号进行的实时测距，以校正由于环境温度变化和器件老化等因素引起的时延漂移。一般测距方法有以下几种：第四章 FTTx+LAN接入技术(1)扩频法测距：粗测时OLT向ONU发出一条测

39、距指令，通知ONU发送一个特定低幅值的伪随机码，OLT利用相关技术检测出从发出指令到接收到伪随机码的时间差，并根据这个值分配给该ONU一个均衡时延Td。精测需要开一个小窗口，通过监测相位变化实时调整时延值。这种测距的优点是不中断正常业务，精测时占用的通信带宽很窄，ONU所需的缓存区较小，对业务质量QoS的影响不大。缺点是技术复杂，精度不高。第四章 FTTx+LAN接入技术(2)带外法测距：粗测时OLT向ONU发出一条测距指令，ONU接到指令后将低频小幅的正弦波加到激光器的偏置电流中，正弦波的初始相位固定。OLT通过检测正弦波的相位值计算出环路时延，并依据此值分配给ONU一个均衡时延。精测时需开

40、一个信元的窗口。这种方法的优点是测距精度高，ONU的缓存区较小，对QoS影响小；缺点是技术复杂，成本较高，测距信号是模拟信号。第四章 FTTx+LAN接入技术(3)带内法测距：粗测时占用通信带宽，当一个ONU需要测距时，OLT命令其他ONU暂停发送上行业务，形成一个测距窗口供这个ONU使用。OLT向该ONU发出一条测距指令，ONU接到指令后向OLT发送一个特定信号。OLT接收到这个信号后，计算出均衡时延值。精测时采用实时监测上行信号，不需另外开窗。这种测距方法的优点是利用了成熟的数字技术，实现简单，精度高，成本低。缺点是测距占用上行带宽，ONU需要较大的缓存器，对业务的QoS影响较大。第四章

41、FTTx+LAN接入技术接入网最敏感的是成本，所以APON应该采用带内开窗测距技术。为了克服其缺点，可采取减小开窗尺寸及设置优先级等措施。由于开窗测距是对新安装的ONU进行的，该ONU与OLT之间的距离可以有个估计值，根据估计值先分配给ONU一个预时延，这样可以大大减小开窗尺寸。如果估计距离精确度为2km，则开窗尺寸可限制在10个信元以内。为了不中断其他ONU的正常通信，可以规定测距的优先级较信元传输的优先级低。这样只有在空闲带宽充足的情况下才允许静态开窗测距，使得测距仅对信元时延和信元时延变化有一定的影响，而不中断业务。第四章 FTTx+LAN接入技术2快速比特同步技术由于测距精度有限，在采

42、用测距机制控制ONU的上行发送后，各ONU到达OLT的上行比特流仍存在一定的相位漂移，因此必须采取快速同步技术，将OLT的接收时钟同步到当前接收的、来自某一ONU的比特流。第四章 FTTx+LAN接入技术由APON的上行帧结构可知，在每个时隙的信元之前都有3个开销字节，用于同步定界，并提供保护时间。开销包含三个域，其中保护时间可用于防止微小的相位漂移损害信号；前置比特图案可用于同步获取，实现比特同步；定界图案则用于确定ATM信元的边界，完成字节同步。OLT必须在收到ONU上行突发信号的前几个比特内快速搜索同步图案，并以此获取码流的相位信息，达到比特同步，这样才能恢复ONU的信号。同步获取可以通

43、过将收到的码流与特定的比特图案进行相关运算来实现。然而一般的滑动搜索方法时延太大，不适用于快速比特同步。因而可采用并行的滑动相关搜索方法，即将收到的信号用不同相位的时钟进行采样，采样结果同时与同步图案进行相关运算，比较运算结果，在相关系数大于某个门限时将最大值对应的采样信号作为输出，并把该相位的时钟作为最佳时钟源。如果若干相关值相等，则可以取相位居中的信号和时钟。这实际上是以电路的复杂为代价来换取时间上的收益。第四章 FTTx+LAN接入技术3突发信元的收发技术APON系统上行信号采用TDMA的多址接入方式，各个ONU必须在指定的时间内完成光信号的发送，以免与其他信号发生冲突。突发信元的收发与

44、快速比特同步密切相关。为了实现突发模式，收发两端都要采用特殊技术。在发送端，光突发发送电路要求能够非常快速地开启和关断，迅速建立信号，因而传统的采用反馈式自动功率控制的激光器将不适用，需要使用响应速度很快的激光器。另外，由于APON系统是点对多点的光通信系统，以116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，如果消光比不大的话，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APON系统的激光器要有很好的消光比。第四章 FTTx+LAN接入技术在接收端，由于每个ON

45、U到OLT的路径不同、距离不同、损耗不同，将使OLT接收到的上行光功率存在较大的变化范围。因此要求突发接收电路一方面必须有很大的动态范围，这可通过在OLT中采用具有自适应功能的光接收机来保证；另一方面在每次收到新的信号时，必须能快速调整接收门限电平。这可通过每个上行ATM信元流中开销字节的前置比特实现，突发模式前置放大器的阈值调整电路可以在几个比特内迅速建立起阈值，然后根据这个阈值正确恢复数据。第四章 FTTx+LAN接入技术4搅动技术由于APON系统是共享媒质的网络，在下行方向上，所有的信元都是从OLT以广播方式传送到各个ONU的，只有符合目的地址的用户才能读取对应的信元。这就带来了用户信息

46、的安全性和保密性等问题。为了保证用户信息有必要的安全性和保密性，APON系统采用了搅动技术。这是一种介于传输系统扰码和高层编码之间的保护措施，基于信息扰码实现，为用户信息提供较低水平的保护。具体实现可通过OLT通知ONU上报信息扰码，然后OLT对下行信元在传输汇聚层进行搅动，ONU处通过信息扰码取出属于自己的数据。信息扰码长度一般为3字节，利用随机产生的3个字节和从上行用户信息中提取的3字节进行异或运算得到。信息扰码可快速更新，以满足更高的保密要求。这种搅动技术比较简单，易于实现，且附加成本较低。第四章 FTTx+LAN接入技术目前，由于光纤到户的实现还有一定距离，加之APON终端与ADSL、

47、以太网等终端相比成本偏高等因素，因而APON主要应用在企业、商业大楼的宽带接入中，特别适合于ATM骨干交换机端口有限、光缆资源紧张、用户具有综合业务接入需求且对QoS要求较高的场合。第四章 FTTx+LAN接入技术4.3 GPON4.3.1 GPON的技术特点APON是上世纪90年代中期就被ITU和全业务接入网论坛(FSAN)标准化的PON技术，因常被误解为只能提供ATM业务，故在2001年底将APON更名为BPON(宽带无源光网络)，以表明这种系统能提供以太接入、视频分配、高速租用线等宽带业务。APON的最高速率为622Mb/s。因二层采用的是ATM封装和传送技术，因此存在带宽不足、技术复杂

48、、价格高、承载IP业务效率低等问题，未能取得市场上的成功。随后FSAN又推出了GPON系统，由于GPON是在APON基础上专门针对APON的缺点发展起来的，因此GPON保留了APON的许多优点，与APON有很多相同之处，但GPON更高效、高速，特别是以本色模式和极高的效率同时支持数据和TDM。ITU-T于20032004年相继批准了GPON的标准：G.984.1和G.984.2、G.984.3和G.984.4，形成了G.984.x系列标准。GPON是目前最为理想的宽带光接入网技术。其主要技术特点如下。第四章 FTTx+LAN接入技术(1)提供多速率等级。在G.984.1标准中定义了7种类型的速

49、率等级，如表4-2所示。上、下行速率可以是对称的，也可以是非对称的，能满足不同的用户要求，并具有扩展性。第四章 FTTx+LAN接入技术上 行 下 行 155.52 Mb/s 1.24416 Gb/s 622.08 Mb/s 1.24416 Gb/s 1.24416 Gb/s 1.24416 Gb/s 155.52 Mb/s 2.44832 Gb/s 622.08 Mb/s 2.44832 Gb/s 1.24416 Gb/s 2.44832 Gb/s 2.44832 Gb/s 2.44832 Gb/s 表4-2 速 率 等 级第四章 FTTx+LAN接入技术(2)支持多种业务。GPON支持多种

50、类型业务，具有丰富的用户网络接口和业务节点接口。另外，GPON引入了一种新的传输汇聚子层(GTC)，用于承载ATM业务流和GEM业务流。GEM作为一种新的封装结构，主要用于封装那些长度可变的数据信号和TDM业务。GTC由成帧子层和适配子层组成。也可看成由两个平面组成，分别为C/M(用户管理)平面和U平面。C/M平面负责管理用户业务流、安全、OAM等；U平面负责承载用户业务流。第四章 FTTx+LAN接入技术(3)采用前向纠错编码(FEC)。GPON的OLT和ONU之间的最大逻辑距离可达60km，最大速率为2.44832Gb/s。为了保证长距离传输，引入前向纠错编码技术。利用FEC技术可大大降低