無源光網(wǎng)絡(luò)的光線路相關(guān)技術(shù)研究

程　磊　孟嗣儀

[摘要]寬帶業(yè)務(wù)的增多，使得PON技術(shù)得到了越來越多的應(yīng)用。介紹PON技術(shù)的概念、組成、工作原理及特點(diǎn)。并且對APON、EPON和GPON技術(shù)進(jìn)行綜合分析比較，指出各自的應(yīng)用前景。

[關(guān)鍵詞]無源光網(wǎng)絡(luò) APON EPON GPON

中圖分類號(hào)：TP3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671－7597（2009）0220039－01

近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展和個(gè)人電腦的普及，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流激增，以傳統(tǒng)的銅纜接入方式運(yùn)作的接入網(wǎng)顯然已經(jīng)無法滿足通信業(yè)務(wù)量增長的需求。

由于光纖具有傳輸頻帶寬、容量大、損耗低、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，非常適合作為高速、寬帶業(yè)務(wù)的傳輸媒體。而在各種光接入技術(shù)中，PON（Passive OpticalNetwork，無源光網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)由于采用無源節(jié)點(diǎn)、敷設(shè)和運(yùn)行維護(hù)成本低、對業(yè)務(wù)透明和易于升級(jí)等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。

一、PON技術(shù)詳解

（一）PON的概念及特點(diǎn)

早在上世紀(jì)90年代，PON技術(shù)就被用于傳輸話音業(yè)務(wù)。PON（無源光網(wǎng)絡(luò)）是指在光接入網(wǎng)中，ODN（光配線網(wǎng)）全部采用無源器件，不含有任何電子器件及電子電源。如圖1所示，無源光網(wǎng)絡(luò)主要由位于中心控制站的光線路終端(OLT)，位于用戶端的光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)以及OLT與ONU之間的光分配網(wǎng)絡(luò)(ODN)組成；其中ODN包括光纖和無源分光器或耦合器。

PON采用無源光器件且共享光纖作為傳輸介質(zhì)，因而整個(gè)光網(wǎng)絡(luò)成本較低，同時(shí)避免了外部設(shè)備的電磁干擾和雷電影響，設(shè)備和線路的可靠性大大高于有源網(wǎng)絡(luò)。鑒于光纖本身的高度穩(wěn)定性，PON運(yùn)行維護(hù)成本也較低。總之，PON寬帶接入技術(shù)具有寬頻帶，大容量，廣覆蓋，低投入，高可靠性以及綜合業(yè)務(wù)接入能力等優(yōu)點(diǎn)，吸引著運(yùn)營商的眼球，成為目前FTTH中的熱門技術(shù)。

（二）PON的工作原理及關(guān)鍵技術(shù)

1．PON上/下行業(yè)務(wù)傳遞方式

PON是一種樹狀結(jié)構(gòu)的全光網(wǎng)絡(luò)，采用點(diǎn)到多點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；OLT與ONU之間可采用WDM/WDMA、SCM/SCMA、CDM/CDMA和TCM/TCM等數(shù)據(jù)傳輸方式。實(shí)際應(yīng)用中，下行（從網(wǎng)絡(luò)側(cè)OLT到用戶側(cè)ONU）采用時(shí)分復(fù)用(TDM)技術(shù)，以無源功率分束廣播業(yè)務(wù)到每個(gè)用戶。上行（從用戶側(cè)ONU到網(wǎng)絡(luò)側(cè)OLT）采用時(shí)分多址(TDMA)方式把多個(gè)用戶信息接入OLT，實(shí)現(xiàn)用戶對帶寬和設(shè)備的共享。

2．關(guān)鍵技術(shù)

上行信號(hào)的接入問題在PON的下行方向中，信號(hào)由OLT發(fā)送，經(jīng)光分路器透明的廣播至所有ONU。但在上行方向，由于各ONU只能共享上行信道。為了提高網(wǎng)絡(luò)效率，采用了TDMA多址接入方式，即每個(gè)ONU只能處于其被分配的特定時(shí)隙時(shí)才能打開激光器發(fā)送信息，否則關(guān)斷激光器。因此在大部分時(shí)間里ONU是不發(fā)光的；換句話來說，要求ONU的光發(fā)射機(jī)具有突發(fā)光信號(hào)的能力。

另一方面每一個(gè)ONU的光模塊發(fā)出的光信號(hào)的強(qiáng)度不同，與OLT的距離也不同，使得在每個(gè)時(shí)隙達(dá)到OLT的ONU光信號(hào)功率和相位都不同，容易導(dǎo)致OLT產(chǎn)生誤判。故此要求OLT的光接收機(jī)能對突發(fā)信號(hào)進(jìn)行接收同步。

二、對三種PON技術(shù)的比較

三種PON技術(shù)各有特點(diǎn)，APON、EPON和GPON似乎從一開始就注定了要在競爭中不斷完善和發(fā)展。

（一）APON

APON(ATM Passive Optical Network)以ATM作為承載協(xié)議。可采用兩種速率不同的幀結(jié)構(gòu)；一種是上、下行速率均為155.52Mbit/s的對稱速率幀結(jié)構(gòu)；另一種是上行為155.52Mbit/s，下行為622.08Mbit/s的非對稱速率幀結(jié)構(gòu)。在下行的信元流中插有專門的物理層運(yùn)行管理維護(hù)(PLOAM)信元。

（二）EPON

EPON(EthernetPassiveOpticalNetwork)是基于以太網(wǎng)的PON。用于接入網(wǎng)的以太網(wǎng)也稱“第一英里以太網(wǎng)”(EFM)。EFM的物理層既包括用于點(diǎn)到點(diǎn)(P2P)連接的光纖與銅線，也包括用于點(diǎn)到多點(diǎn)(P2MP)的EPON。為了便于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行與故障修復(fù)，還包括了OAM機(jī)制。

EPON可以支持1.25Gbps對稱速率，將來速率還能升級(jí)到10Gbps。EPON下行幀周期為2ms。每幀開頭是長度為1字節(jié)的同步標(biāo)識(shí)符，用于OLT與ONU之間的時(shí)鐘同步；隨后是長度不同的數(shù)據(jù)包。

（三）GPON

GPON(Gigabit Passive Optical Network)又稱本色模式PON。這是因?yàn)镚PON有兩大承諾：在PON上傳送多業(yè)務(wù)時(shí)保證高比特率和高效率，故GPON一開始就自下而上地重新考慮了PON的應(yīng)用和要求，不再基于早先的APON標(biāo)準(zhǔn)，所以稱為本色模式PON。

GPON采用ITU-TG.7041定義的GFP（通用成幀規(guī)程）。GFP是一種通用機(jī)制，它適配來自傳送網(wǎng)上高層客戶信令的業(yè)務(wù)，可對Ethernet、TDM、ATM等多種業(yè)務(wù)進(jìn)行封裝映射，能提供1.25Gb/s和2.5Gb/s下行速率和所有標(biāo)準(zhǔn)的上行速率，并具有強(qiáng)大OAM功能。

綜上所述，APON、EPON和GPON各有其優(yōu)、缺點(diǎn)。APON技術(shù)是基于復(fù)雜的ATM技術(shù)，因此存在帶寬不足、技術(shù)復(fù)雜、價(jià)格高、承載IP業(yè)務(wù)效率低等問題，未能取得市場上的成功，已基本被市場淘汰。目前EPON產(chǎn)品已得到一定程度的商用，由于其將以太網(wǎng)技術(shù)與PON技術(shù)完美結(jié)合，成為非常適合IP業(yè)務(wù)的寬帶接入技術(shù)。而在高速率和支持多業(yè)務(wù)方面，GPON具有明顯優(yōu)勢，將是PON的重要發(fā)展方向，但GPON的成本要高于EPON，目前產(chǎn)品的成熟性也遜于EPON。

三、結(jié)束語

歷經(jīng)十幾年的發(fā)展，如今的PON 網(wǎng)絡(luò)被普遍認(rèn)為是寬帶接入網(wǎng)的最終解決方案。隨著FTTH接入網(wǎng)涉及的光纖、光收發(fā)器件和傳輸設(shè)備在技術(shù)上的不斷商用化，尤其是銅線和光纖價(jià)格的一漲一跌，使得FTTH的成本正呈現(xiàn)下降的趨勢；其中基于PON技術(shù)的FTTH成為當(dāng)前接入技術(shù)的熱點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳錦瑚，現(xiàn)階段PON技術(shù)部署策略探討[J].通信世界，2006,(43).

[2]王中華，APON、EPON、GPON技術(shù)的綜合比較[J].甘肅科技,2005,(6).

作者簡介：

程磊，北京交通大學(xué)，電子信息學(xué)院在讀工程碩士，中國鐵通安徽分公司職員；孟嗣儀，北京交通大學(xué)，電子信息學(xué)院副教授。