从无源光网络PON想到的

2024-07-04

从无源光网络PON想到的（通用3篇）

从无源光网络PON想到的篇1

对于无源光网络这个概念，早期从20世纪80年代，基于ATM的PON标准就已经提出，并由ITU/FSAN定义了相应G.983建议，即APON，笔者也曾经在去年底参加了国家TNS光器件工作组的会议，参与审查了“基于ATM的无源光网络（A-PON）用155Mb/s突发式光收发模块技术要求” 通信行业标准。从目前PON的发展来看，除了现有的APON和EPON之外，另有一个颇为引人注目的新的PON概念，就是由ITU/FSAN负责制定用来替换APON标准的Gigabit PON(GPON)标准。

PON的传输方案是以1310nm波长区传送窄带业务信号，以1550nm波长区传送宽带业务信号。之所以这样做，主要是因为：1550nm波长区的光纤损耗小，宜于传送宽带信号，目前波分复用器件如1310/1550nm、1310/1490/1550等要求的，价格相对便宜，能经济地传送窄带业务。由于 PON是一种采用添加分分支术的以光纤为主的结构，因此多采用无源双星（DSP）或树型结构。

相比这三种适用于PON的技术来说，我们可以从以下三个方面做个简单的比较，来评估各种技术的相应优缺点：

首先从传输速率上来看，APON是以ATM协议为载体，下行以155.52Mbps或622.08Mbps的速率发送连续的ATM信元，上行以环⒌ATM信元方式发送数据流，速率基本上以155.52Mbps为主，相对速率较低，而EPON能够提供高达1 .25Gbit／s的上下行带宽，相对速率较大。但随着用户对传输速率和传输容量的巨大需求，新型的GPON概念的提出也基本上可以说是顺其自然了，GPON的网络中上行的传输速率为1.244Gbs，下行传输速率可达2.488Gbs。

其次从上下行传输上来看，ATM-PON系统在下行方向采用时分复用的广播方式，在上行方向上，由于PON的ODN实际上是共享传输媒质，需要适当的接入控制才能保证各个ONU的上行信号完整地到达OLT，采用的技术主要有波分复用WDM、时分多址TDMA等；EPON上行采用多点到一点的拓扑结构，ONU侧的时钟应与OLT侧的时钟同步。EPON时钟同步采用时间标签方式。在OLT侧有一个全局的计数器，在下行方向OLT根据本地的计数器插入时钟标签，ONU根据收到的时钟标签修正本地计数器，完成系统同步；在上行方向ONU根据本地的计数器插入时钟标签，OLT根据收到的时钟标签完成测距；对于GPON来说，其数据的下行传输是利用广播的原理将从OLT发送到每个ONT，被传送的封包头上携带了目的地的住址，经由地址的比对可将数据流量准确地传达。上行传输因为光纤分布网络（ODN）具有媒介（media）共用的特性，所以必需协调每个ONT到OLT的数据传输，以避免ONT之间的网络拥塞。上行数据的传输是透过OLT所控制，利用TDMA（分时多任务）协定，分配给每个独立的ONT传输时槽，

最后从传输功能上来看，ATM PON标准不适合本地环，缺少视频传输功能、带宽有限、结构复杂、造价昂贵，；而EPON比APON具有更宽的带宽、更低的费用和更宽的业务功能，实现数据、视频和话音在单一平台FTTH上传输，EPON的特点适合应用于长距离高带宽(20km，1.25G)、光纤的接入和传输、光纤化的ONU/ONT，非常适合于FTTB和FTTO模式(非常有利于光纤在大楼内的布线和用户扩容)；GPON可在接入网络上提供10Mbps、100Mbps及1Gbps的服务，同样还可以提供VLAN的服务，同时支持语音的服务包括VoIP及TDM。在当前众多解决接入网络瓶颈的技术中，GPON也是唯一可在单一波长下提供2.5G的带宽，同时可传送多个波长在一条光纤上的唯一技术。

事实上，APON和EPON之争本质上是核心网中的ATM和IP之争在接入网中的继续。因此，对于以数据为中心的CATV领域或者新生的电信公司和运营商来说，可能会倾向于采用EPON；对于传统的电信公司和电信运营商来说，可能会倾向于采用APON。而GPON系统相比于目前广泛采用ADSL来说，GPON可提供物理覆盖至少20公里，远远优于ADSL的6公里覆盖范围。

因此，正确的评估一个网络系统的好坏也就是从其整体的传输效率及相应的成本作基准。假定同样的1.25Gb/s传输速率，比较不同PON的系统对Line coding、PON TC（包括 Mac Layer）、Bearer Protocol （ATM、Ethernet、GFP）的能力及Service adaptation效率，将会发现， EPON在以太网络封包的传输上是效能最低的，而GPON 在常规语音及数据传输上均优于APON和EPON两种系统。

综合上述的数据，不同技术的PON提供不同的带宽速率，同样适合不同的需求范围，因此在一定程度上占有了一定的发展空间。而PON架构也是目前最经济和最有发展潜力的成熟技术，只要能开发出一种良好定义的网络媒体接入协议和集成10G以太网的一些优点，PON将会成为一种非常优秀的宽带接入解决方案。

当然，也有专家对PON持悲观看法，基于ATM技术的APON因为ATM技术和光网泡沫的原因而没有真正应用，而后来的EPON由于采用单一的基于以太网的帧结构，处理话音时可能会产生QoS问题，导致EPON的总体效率极低。

但令我们欣慰的是，PON也在随着社会的发展而处于不断发展完善的过程之中，从APON到EPON，再到现在的速率可以高达2.4Gb/s，并且能以原有格式和极高的效率（90％以上）传送多种业务（TDM和数据）的GPON。因此，无论如何，作为解决“最后一公里”瓶颈的理想技术，作为成本最低且功能最全面的接入方法，PON技术必将在今后的发展过程中成为商家的首选，并最终将铺设到每条街、每条路和每栋大楼，为FTTX的建设思想提供良好基础。

从无源光网络PON想到的篇2

1 光纤传输的优势

光纤传输具有带宽高、线路直径小且重量轻、传输质量高和成本低等优势。如今光纤的带宽理论上已经超过10GHz, 每公里衰减小于0.3db, 随着技术的发展, 未来10~100Gb/s的传输也将成为可能;光纤即便包裹着保护套, 也比同等的铜线尺寸小重量轻;更为突出的是, 光纤传输抗干扰能力强, 几乎可以忽略附近各种电子噪声源的干扰;此外, 传输途中的低损耗可以增加中继器间的距离, 因此减少了外部设备的成本, 降低了维护运行费用。

2 无源光网络 (PON) 的组成与分类

无源光网络 (PON) 系统由局端设备 (OLT) 、用户端设备 (ONU/ONT) 和光分配网 (ODN) 组成。所谓“无源”, 是指ODN全部由无源光分路器和光纤等无源器件组成, 不包括任何有源器件。PON技术采用点到多点的拓扑结构, 下行和上行分别采用时分复用 (TDM) 的广播方式和时分多址 (TDMA) 方式传输数据。

PON技术可以细分为很多种, 目前常见的有APON (ATM PON) 、EPON (Ethernet PON) 和GPON (Gigabit PON) , 它们的主要区别体现在数据链路层和物理层的不同。其中, APON以AT M作为数据链路层;EPON使用以太网作为数据链路层, 并扩充以太网使之具有点到多点的通信能力;GPON则结合了APO N和EPO N的优点, 使用ATM/GEM作为数据链路层, 能够对多种业务提供良好支持, 同时引入了更多的来自电信业的网络管理和运行维护思想。目前, APON技术由于成本高, 宽带低, 已经基本被市场淘汰, 主流代表技术为EPON和GPON。简而言之, EPON用简单的技术为大多数的主流业务提供足够的功能和性能支持, GPON用复杂的方式为全部的业务提供完美的功能和性能支持。GPO N较EPO N具有明显的优势, 它们两者的简单对比如表1所示。

3 PON网络的组网方式

PON技术是一种点到多点的网络接入技术, 它是实现光纤接入 (FTTx) 的主要技术, 如图1所示, 它由以下部分组成。

(1) 光线路终端 (OLT) :OLT作为局端设备, 上行接入Internet和公共交换电话网 (PSTN) , 下行提供网络侧接口并经过一个或多个ODN和用户侧的ONU通信, OLT和ONU的关系为主从通信关系。

(2) 光分配网络 (ODN) :ODN为OLT和ONU之间提供光传输手段, 主要功能是完成光信号功率的分配, ODN是由无源光器件 (光纤, 光连接器和无源分光器等) 组成的光分配网。

(3) 光网络单元 (ONU) :ONU为光接入网提供远端用户侧接口, 用户侧的终端设备 (计算机, 机顶盒, 电话机等) 通过ONU接入光网络。

在PON网络中, 下行数据和语音信号使用1490nm波长传输, 上行数据和语音信号使用1310nm波长传输。在某些国家, 还使用1550nm波长传输视频广播信号 (CATV) 。

4 光功率预算

光信号在PON网络的传输过程中, 不可避免的存在信号衰减。因此, 在规划设计PON网络时, 必须进行光功率预算, 以保证光信号传输到ONU端时有足够强的功率, 满足数据通信的需要。光信号的传输损耗主要来自以下几个方面:每公里光纤上的损耗、分路器上的损耗、连接器上的损耗、接头处的损耗等。

PON的损耗预算基于ITU建议G983.4, B类PO N总损耗预算为22dB, C类PO N为27dB, 区分B类和C类PON在于使用激光的功率和光器件的质量, 损耗预算非常紧, 特别是在设计上使用高端口数分路器时。PON中的分路器会产生内在损耗, 因为输入功率被分发到几路输出, 分路器损耗要看分路比, 1∶2分路器损耗大约为3dB, 1∶32分路器损耗至少15dB。上行和下行信号都有该损耗, 结合考虑接头处, 连接器和光纤本身的损耗, 很容易理解为什么安装时必须准确双向测量端到端的光损耗。

例如, 系统的光功率预算为28dB, 1∶16分路器损耗为13.8dB, 连接器和接头处损耗为3dB, 老化损耗为1dB, 光纤衰减分别为下行0.3dB, 上行0.42dB。

由此可以得出结论, 对于该系统, OLT和ONU之间的最大传输距离约为24km。图2是在ITU-TG984标准下, 不同分光比情况下的最优和最差传输距离。

5 结语

随着Internet的高速发展, 特别是三网融合、云计算、物联网等新技术的应用, 用户对于网络带宽的需求不断提高。在这样的大背景下, 成本低、性能可靠的PON技术必将逐步取代传统的DSL等接入方式, 走进千家万户, 这也就是人们通常所说的“光进铜退”。在不久的将来, 通过PON接入技术, 我们的家中只要拉进一根细细的光纤, 就能够同时实现互联网冲浪、拨打电话和收看电视节目, 从而真正实现三网融合。因此, PON技术在我国信息产业的发展过程中, 有着非常光明的应用前景。

参考文献

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[2]王琴.基于PON的FTTx的实现[J].电力系统通信, 2008, 6 (1) :30-34.

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[4]张梅梅.无源光网络技术[J].网络与信息, 2008, 12 (1) :21.

从无源光网络PON想到的篇3

关键词：光通讯 PON GPON EPON ODN OLT ONT TOSA ROSA BOSA

[中图分类号] TN365 [文献标识码] A [文章编号] 1674-2583（2014）05-0034-05

1 无源光网络PON的概述

无源光网络（PON）技术是最新发展的点到多点的光纤接入技术。无源光网络由光线路终端（OLT）、光网络单元（ONU）和光分配网络（ODN）组成。PON （Passive Optical Network）：指ODN（Optical Distribution Network：光纤分布式网络）不含有任何电子器件及电子电源，ODN全部由光分路器（Splitter：分支器）等无源器件组成，不需要贵重的有源电子设备。

PON网络的突出优点是消除了户外的有源设备，所有的信号处理功能均在交换机和用户宅内设备完成。而且这种接入方式的前期投资小，大部分资金要推迟到用户真正接入时才投入。它的传输距离比有源光纤接入系统的短，覆盖的范围较小，但它造价低，无须另设机房，维护容易。因此这种结构可以经济地为居家用户服务。

EPON（Ethernet Passive Optical Network）是PON技术中最新的一种，由IEEE802.3 EFM（Ethernet for the First Mile）提出。EPON采用点到多点网络结构、无源光纤传输方式，也是一种能够提供多种综合业务的宽带接入技术。EPON是一种结合了Ethernet和PON的宽带接入技术。众所周知，Ethernet简单易用，安装方便，运用广泛，但是一直也存在一些问题，传输距离短，只有100米，共享的工作方式，特别是在大规模使用时这些问题更加明显。因此通信业界推出了一系列的解决方案，包括EPON、RPR（Resilient Packet Ring）、MSTP （Multi Service Transport Protocol）等。

GPON技术起源于1995年开始逐渐形成的ATM PON技术标准，PON是英文“无源光网络”的缩写。而GPON（Gigabit-Capable PON，千兆位无源光纤网络）最早由FSAN组织于2002年9月提出，ITU-T在此基础上于2003年3月完成了ITU-T G.984.1 和G.984.2的制定，2004年2月和6月完成了G.984.3的标准化。从而最终形成了GPON的标准族。

基于GPON技术的设备基本结构与已有的PON类似，也是由局端的OLT（Optical Line Termination，光线路终端），用户端的ONT/ ONU（optical network Termination /optical network unit，光网络终端或称作光网络单元），连接前两种设备由单模光纤[SM（Single Model）fiber]和无源分光器（Splitter）组成的ODN（Optical Distribution Network，光分配网络）以及网管系统组成。

FTTH是接入网发展的一种最终形式，光纤接入网（统称FTTx）以光网络单元（ONU）的位置所在，分为光纤到户（FTTH：Fiber to the Home）、光纤到大楼（FTTB：Fiber to the Building）和光纤到路边（FTTC（Fiber to the Calzada）等几种情况。

PON技术较好地解决了“三网合一”的”最后一公里”问题。FTTH（Fiber To The Home，光纤到户）是下一代宽带接入的最终目标。目前，实现FTTH的技术中，EPON（Ethernet Passive Optical Networks）将成为未来中国的主流技术，而GPON（Gigabit-capable passive optical networks）最具发展潜力。

2 千兆位无源光纤网络GPON的组成单元

千兆位无源光纤网络GPON组成单元（图1）。

2.1 千兆位无源光纤网络GPON中的光网络单元ONT的光收发模块方案

千兆位无源光纤网络GPON中的光网络单元ONT的硬件方案（图2）。

2.2 千兆位无源光纤网络GPON中的光网络单元ONT的硬件方案

千兆位无源光纤网络GPON中的光网络单元ONT的光收发模块方案（图3）。

3 光网络芯片

3.1 BL1908产品介绍

BL1908是一款2.5Gbps FTTX应用的Tx 脉冲模式激光收发器。

3.1.1 BL1908产品特性

激光器驱动电路调制电流最大可达100毫安；激光器驱动电路偏置电流最大可达80毫安；提供多种激光管功率补偿模式；在双闭环模式下可自动实现输出功率和消光比的自动调节；支持IEC-60825安全协议，偏置电流和调制电流的极限值可方便配置；在2.5G的码率下限幅放大器灵敏度可达5毫伏；限幅放大器码率，输入极性，输出摆幅可进行配置；支持DDMI（数字诊断）；内部集成高精度12比特的ADC和9位DAC；内部集成高精度的温度传感器+/-3度的温度检测精度；提供I2C和SPI两种常用的串口通信；小面积的QFN32封转；支持的工作温度：-40℃ — +85℃。

3.1.2 BL1908应用领域

APON，BPON，GPON，EPON等FTTX的ONU/ONT系统；

SFF/SFP模块。

3.1.3 BL1908功能方框图

BL1908电路原理（图4）。

3.1.4 BL1908 应用案例

BL1908应用案例（图5）。

3.1.5 BL1908产品管脚图

BL1908管脚图（图6）。

3.2 BL1920产品介绍

BL1920是一款die型的，2.5G CMOS 低噪声光纤跨阻放大器。

3.2.1 BL1920产品特性

BL1920是一款基于CMOS工艺设计的低噪声，低功耗光纤跨阻放大器。芯片内部集成自动增益控制，提供大于32dB的宽动态范围；芯片采用低噪声设计，大于10K的跨阻增益，可确保很好的接收灵敏度；芯片提供内部偏压用以偏置PIN光电管，如果采用APD 光电管则需外部提供高压偏置；芯片集成输入信号检测电路，可自动检测输入电流的大小。BL1920电路原理（图7）

-26dBm的接收灵敏度，饱和功率达6dBm（采用0.9A/W 的PIN 光电管）；

最高支持码率2.5G；

等效输入噪声电流小于280nA；

差分跨阻增益大于10K；

差分信号输出，可匹配主流L A或TRANSCEIVER；

自动增益控制，提供大于30dB的动态范围；

提供PIN二极管偏置电压；

自动检测输入功率；

标准3.3 电压供电；

对称布局，方便TO-CAN封装。

3.2.2 BL1920应用领域

BL1920可用在以下光纤通信领域：GPON、EPON、PCIE、ATM/SONET。