光通信与无源光接入网技术介绍-周钊
光纤通信中的无源光网络技术
光纤通信中的无源光网络技术摘要：宽带业务的增多, 使得PON技术得到了越来越多的应用。
无源光网络主要由位于中心控制站的光线路终端（OLT），位于用户端的光网络单元（ONU）以及OLT与ONU 之间的光分配网络（ODN）组成。
其中ODN包括光纤和无源分光器或耦合器。
PON采用无源光器件且共享光纤作为传输介质，因而整个光网络成本较低，同时避免了外部设备的电磁干扰和雷电影响，设备和线路的可靠性大大高于有源网络。
PON宽带接入技术具有宽频带，大容量，广覆盖，低投入，高可靠性以及综合业务接入能力等优点。
目前PON技术主要有 APON、EPON 和GPON 等几种,其主要差异在于采用了不同的二层技术。
关键词：无源光网络；APON；EPON；GPON；TDMA1 绪论近几年来，随着互联网的快速发展和个人电脑的普及，互联网数据流量激增，传统的铜缆接入方式显然已经无法满足通信业务量增长的需求。
由于光纤具有传输频带宽、容量大、损耗低、抗干扰能力强、价格便宜等优点，非常适合作为高速、宽带业务的传输媒体。
在目前的宽带接入领域主要采用以下几种接入方式：XDSL( 数字用户线 )技术、FTTB+LAN以太网宽带接入技术、HFC + CableModem宽带接入技术、电力线载波宽带接入技术、无线宽带接入技术以及无源光网络宽带接入技术,其中应用最广泛的为电信普遍采用的XDSL(数字用户线)技术。
电力线载波宽带接入技术因其成本高昂未能推广应用,而无源光网络宽带接入技术随着技术的不断成熟和用户对带宽需求的不断增加,正以其高带宽、高效率、易维护、易升级以及低成本等特性受到业内的普遍关注,并在国内外得到大量应用。
2 光网络技术概述无源光网络【1】（Passive Optical Network, PON）是一种纯介质网络，避免了外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少了线路和外部设备的故障率，提高了系统可靠性，同时节省了维护成本，是电信维护部门长期期待的技术。
无源光网络(PON)和有源光网络(AON)技术比较
无源光网络（PON）和有源光网络（AON）技术比较深圳市首迈通信技术有限公司摘要：本文对无源光网络（PON）和有源光网络（AON）在网络结构和技术性能进行比较，分析两者在我国FTTH市场的适应性，阐述我国对FTTH接入技术的选择。
光纤到户（Fiber To The Home——FTTH）接入技术作为未来最终的、一劳永逸的宽带接入解决方案，在日本和美国已得到广泛应用（共有用户约500万）。
在我国FTTH尚处于明芽阶段，尚未有商用的FTTH接入网络，但FTTH在我国已得到了越来越多的关注。
现有的FTTH技术主要包括无源光网络（Passive Optical Network——PON）和有源光网络（Active Optical Network——AON），AON 接入技术又称小区交换有源光网络接入技术（Remote Office AON——RAON），它们各有优势，适合于不同的应用环境。
本文在对它们的网络结构和技术性能进行比较，并结合我国住宅小区的特点，比较上述两种FTTH技术在我国住宅小区应用的优劣，浅析我国住宅小区对FTTH接入技术的选择。
1. 几种FTTH接入技术最早的FTTH技术是光纤从电信运营商中心机房拉至用户家里以点对点（P2P）的方式组网，如图1.1所示。
其能轻易提供100M或1G带宽，网络结构简单，运营维护成本低，支持数据、话音和视频等多种业务，支持目前和未来各种宽带应用的能力。
但这种接入方式显然有其明显缺点：过分依赖光缆资源，光纤链路过长过多；由于中心机房离用户较远（一般平均距离在4—5km），这种大芯数远距离光缆铺设成本非常高，尤其在国内城市几乎不可能；一般中心机房覆盖区域大，用户众多，设备和光缆配线集中在中心机房需要大量空间。
目前，这种P2P的FTTH技术只应用在大客户（如大型企业、重点单位等），在FTTH接入中将很少使用。
目前谈论最多的FTTH接入技术是基于一点对多点（P2MP）网络拓扑结构的无源光网络（Passive Optical Network—PON）的FTTH接入网，如图1.2所示，在靠近用户时使用光分配器（Splitter）实现一点对多点（P2MP）的网络结构。
无源光网络技术原理及技术应用
无源光网络技术(PON)1、概述光接入网技术通常有两种：有源光网络(AON)和无源光网络(PON)。
有源光网络的局端设备和远端设备通过有源光传输设备相连，其传输技术在骨干网中已经大量采用，如SDH和PDH技术，以SDH技术为主。
有源光网络的拓扑结构通常采用星型或环型，其技术特点是：传输容量大，目前SDH传输设备一般提供155Mbps、622Mbps、2.5Gbps的速率；无中继情况下传输距离可达100公里以上；用户信息隔离度好，有源光网络的拓扑结构无论是星型还是环型，从逻辑上看，其传输方式一般采用点到点方式。
无源光网络(PON)有APON(BPON)、EPON(GEPON)、GPON之分。
其中APON(BPON)、GPON是由ITU制定的标准，其主要特点是以ATM技术为基础。
1998年，ITU-T以ATM技术为基础，发布了G.983系列APON(ATM PON)标准，后于2001年更名为BPON，即“宽带的PON”。
2003年3月～2004年6月，ITU-T在APON的基础上先后颁布了G.984系列GPON(Gbit PON)标准。
EPON是英文Ethernet over Passive Optical Networks即以太无源光网络的缩写，是IEEE于2004年6月，颁布文号为IEEE802.3ah的基于以太网技术的无源光网络标准。
APON、GPON、EPON的网络拓扑结构相似，其主要差异在于不同的二层技术。
APON、GPON采用的是ATM技术，APON的最高速率为622Mbps，二层采用的是ATM封装和传送技术，由于存在带宽不足、技术复杂、价格高、承载IP业务效率低等问题，一直未能取得市场上的成功。
而GPON在二层采用ITU-T 定义的GFP(通用成帧规程)对Ethernet、TDM、ATM等多种业务进行封装映射，能提供1.25Gbps和2.5Gbps下行速率和所有标准的上行速率，并具有OAM功能。
下一代无源光接入网技术PON的技术演进
下一代无源光接入网技术PON的技术演进摘要：PON技术越来越受到人们的关注，本文首先简单介绍了PON技术的发展历史和现状，接着介绍了PON 的三种技术：APON、EPON和GPON并对两种主流PON技术―EPON和GPON进行分析比较，提出了从现有的EPON、GPON技术演进到下一代PON网络xPON，从技术实现的角度对xPON技术进行了探讨。
关键字：PON APON EPON GPON xPON1、引言: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。
一般其下行采用TDM广播方式、上行采用TDMA(时分多址接入)方式，而且可以灵活地组成树型、星型、总线型等拓扑结构(典型结构为树形结构)，PON的本质特征就是ODN全部由无源光器件组成，不包含任何有源电子器件。
这样避免了外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少了线路和外部设备的故障率，简化了供电配置和网管复杂度，提高了系统可靠性，同时节省了维护成本，是电信维护部门长期期待的技术,越来越受到业界的关注和重视,发展非常迅猛。
与点到点的有源光网络相比，PON技术的主要特点在于维护简单，成本较低（节省光纤和光接口）和较高的传输带宽，其高性能价格比的特点会使其在很长时间内保持竞争优势，PON一直视被为接入网未来的发展方向。
PON网络由于其简洁、廉价、可靠的网络拓扑结构被普遍认为是宽带接入网的最终解决方案，支持光纤到户FTTH。
与核心网不同的是，FTTH对成本更加敏感。
成本的突破很大程度上意味着条件的成熟。
剖析FTTH成本因素，主要有两个方面，一是设备采购成本，二是运营成本。
根据NTT公布的数据，FTTH的这两项成本已经与高速ADSL基本接近。
值得一提的是，目前ADSL设备的价格下降潜力已经不大，但是FTTH的成本随着规模增长有望继续下降。
从整体上看，在接入网领域光通信酝酿着新一轮的发展。
无源光网络(PON)技术概述
无源光网络(PON)技术概述作者：管一飞来源：《科技资讯》 2012年第28期管一飞（上海贝尔股份有限公司上海 201206）摘要:简单介绍无源光网络（PON）技术，包括它们的组成、分类和性能特点，实际应用中的组网方式和光功率计算等。
关键词:无源光网络 EPON GPON FTTx中图分类号:TN915.6 文献标识码:A 文章编号：1672-3791(2012)10(a)-0019-02我国目前的主流有线宽带接入技术主要包括ADSL、FTTB+LAN、FTTx等，其中光纤接入（FTTx）技术是今后一定时期内的发展方向，它主要通过无源光网络（PON）技术实现。
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ATM 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APON和EPON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。
无源光网络技术无源光网络技术应用
无源光网络技术无源光网络技术应用1 概述随着宽带接入的普及，以及业务类型从简单的邮件收发发展到在线游戏等对实时性和带宽需求较高的业务，一部分用户提出了更高带宽需求，因此“光纤到户”成为最具发展潜力的宽带接入解决方案。
FTTH分为点到点（以下简称P2P）和点到多点（以下简称P2MP）两种。
P2P的光纤接入技术就是使用光纤收发器的以太网接入；P2MP 的光纤接入技术有一个专用的名词叫做PON（无源光网络），PON技术可以细分为BPON、EPON、GPON和WDM―PON等多种。
2 无源光网络技术2.1 BPON（APON）BPON以前被称为APON，以ATM 作为承载协议，下行传输的是连续的ATM 流，比特率为155.52 Mb/s或622.08 Mb/s；上行传输的是突发形式的ATM 信元，速率为155M。
实现BPON 的关键技术有多址和接入控制技术(在使用TDMA上行接入时包括测距、带宽分配等)、突发信号的发送和接收技术、快速比特同步技术以及安全保密等方面的技术。
BPON的特点在于多业务和灵活的组网。
BPON系统有两大缺点，一是数据传送效率低，二是在ATM 层上适配和提供业务复杂，不适合向所有用户推广应用。
2.2 EPONEPON以以太网为载体，采用点到多点结构、无源光纤传输方式，下行速率为1Gbit/s，上行以突发的以太网包方式发送数据流，也提供一定的运行维护和管理(OAM)功能。
和传统的以太网相比，EPON 主要增加了两部分功能：位于媒体接入控制(MAC)层之下的仿真子层和被作为MAC层一部分的多点控制协议（MPCP）。
基于千兆以太网的无源光网络(EPON)设备通过树形光分配网的拓扑结构，实现一个局端设备（OLT）一根光纤与多个远端设备（ONU）通信。
其下行通信为连续方式，发送的以太网数据帧中载有各个目的ONU的标识LLID，广播发送给每个ONU，在ONU设备中实现数据帧的过滤，将其它ONU的数据帧丢弃；上行通信采用TDMA方式实现多点接入，每个ONU 在由局端设备统一分配的时隙中发送数据帧，所分配的时隙补偿了各个ONU距离的差距，避免了各个ONU之间的碰撞。
光纤接入网与无源光网络概述
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PLC
PLC是指电力线上网，只要有电力插座的地方 就可以上网，方便，但因为其安全性和标准上 的障碍，目前其市场基本上可以忽略不计。
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目前网络现状
骨干网层面：容量已达到10Tbps级 ,下一代网
络的逐步引入提高了网络利用率 ,已基本可以满 足新兴业务的需求 。
DEMUX …
λUM
λUM
(b)
SOA Chip FBG2
(d)
FBG1 λS
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解决方案
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技术难题2：突发信号“全光、透明”放大整形
突发 功率变化达 10 倍 信号 功率突变时间可达 1纳秒
需要“全光、透明”放大整形，以适合长距离传输
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PON网络结构
无源光网络（PON－Passive Optical Networks）技术是为了支 持点到多点应用发展起来的光接入技术。 OLT－－Optical Line Terminal，光线路终端 ONU－－Optical Network Unit，光网络单元 POS－－Passive Optical Splitter，无源光分路器/耦合器 ODN－－Optical Distribution Network，光纤分布网
光纤接入网与无源光网络概述
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光纤接入网与无源光网络
接入网简介 时分复用无源光网络(EPON & GPON) 波分复用无源光网络(WDM-PON) 混合波分时分复用无源光网络(HPON)
光通信中的无源光网络技术研究
光通信中的无源光网络技术研究无源光网络技术是目前光通信领域研究的重点内容之一。
无源光网络是以被动元件为主要构成的光网络，也称为全光网络。
相比有源光网络，无源光网络的构建成本更低，同时无需进行耗能量的光放大，从而可以有效降低光信号传输过程中的能耗，提高光网络的可靠性和稳定性。
本文将对无源光网络的技术特点、发展现状及研究进展进行探讨。
一、无源光网络技术特点无源光网络中的主要光元器件是光纤、光栅、波导等无源器件，它们均没有自己的电源设备，也不需要人为干预，可靠性高、寿命长。
通过对无源光网络进行一定的设计和优化，可以将网络所需的光源等主要器件做进被动元器件中，从而在光网络传输过程中最大限度地减少光信号损耗，提高网络传输效率和可靠性。
二、无源光网络发展现状当前，无源光网络技术已经得到了广泛的应用和研究。
无源光网络已广泛用于高速通信、无线通信、光存储、光计算等领域。
在实际应用中，无源光网络的优点有很大发挥空间。
三、无源光网络研究进展在无源光网络领域中，有很多的研究方向，例如光路调度、数据安全、新型纤芯等方面，进行不断的改进和创新，科技进步带来的发展速度越来越快。
目前，人们对光通信的期望越来越高，因此无源光网络技术的研究也必须不断创新和更新。
四、一个令人振奋的新突破在无源光网络的研究中，近年来有一个令人振奋的新突破：基于真空电子器件的新型无源光网络。
这种新型的无源光网络主要利用微小尺寸的真空电子器件进行信号控制和调制，从而实现对光信号的高效传输和处理。
相比传统的无源光网络，这种新型网络具有更高的灵活性、更高的传输速率、更高的抗干扰能力等优点。
当前，这种基于真空电子器件的新型无源光网络已经在一些领域中得到了广泛的应用，并有望在未来成为光网络的新标准。
五、结论无源光网络技术是光通信领域中的重要研究方向。
无源光网络的发展趋势是越来越灵活和高效，无源光网络需要在多个方面进行创新和应用，从而更好地服务于实际需求。
在未来的科技发展中，无源光网络将成为光通信的主流技术，并为人们的通信、互联网等带来无与伦比的体验和效果。
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高速突发同步技术
动态带宽分配算法
大动态范围光信号收发技术
高精度的测距技术
缺点
信元开销很大，设备成本过高（费力不讨好）
EPON
EPON与APON最大的区别是前者通过不定长的802.3以太 网帧来提供多种业务。帧长从64字节到1518 字节。 优点：
• 与现有以太网的兼容性. • 以太网技术,是迄今为止最成功和成熟的局域网技术. 在WAN和LAN连接时将减少APON在ATM和IP协议 间转换.
交互式电视 ATM节点
视频 VIDEO
有线接入 • 铜线
• HDSL • ADSL • 铜线光线混合接入
• HFC • 光纤接入
• 有源光纤 • 无源光纤 无线接入
光纤接入 未来的发展趋势
<1Mbps3M
8M
25M
~100M
接入技术
ADSL / ADSL2+ 基于铜线
ADSL2+ / VDSL2 基于铜线
PON / P2P 基于光纤
距离 <3km
<2km
业务
SDTV 视频会议 游戏
Internet
2000年
<1km
>5km
HDTV VoD SDTV 视频会议
数字家庭
HDTV VoD
2003年
2006年
2010年
解决了双绞线接入的带宽瓶颈问题 ； 解决了双绞线接入的长距离覆盖的问题；
全光纤接入可以满足用户长距离、高带宽、全业务的需求
LLID的帧或者广播帧。
TDM-PON工作原理－上行
➢TDMA方式
▪ OLT接收数据前比较LLID注册列表； ▪ 每个ONU在由局方设备统一分配的时隙中发送数据帧； ▪ 分配的时隙补偿了各个ONU距离的差距，避免了各个ONU之间的碰撞。
APON——ATM+PON
到20世纪90年代中期人们普遍认为ATM技术是最适合多业 务的协议,而PON则是最经济的宽带接入方式,所以将ATM技 术和PON技术相结合就成为实现在单一接入平台进行宽带接 入的理想途径。
骨干网的容量需求
IP业务爆炸性增长 IP业务的不确定性造成网络资源的不平衡 带宽租用业务正在兴起 宽带接入业务（ADSL等）的发展和宽带新业务新应 用，如：HDTV，视频会议，战场通信等。 网络生存性要求消耗大量容量 带宽换QoS的轻载网新思路需要更大的带宽 通信市场的正弹性定律和竞争的刺激
我国光纤通信网的发展
光通信及无源光接入网技术介绍
报告人：周钊 学号：0110349041
Outline 光通信技术的起源和发展 无源光接入网技术简介 从TDM PON到WDM PON
1
光通信：以光为载体传送信息的通信方式的总称 ，根据传送媒体不同又分为大气、空间、海底光 通信和光纤通信
光通信3要素：光源、光传输、光检测 2000多年前：烽火台——浓烟、火焰 西方的大航海时代：旗语
Outline 光通信技术的起源和发展 无源光接入网技术简介 从TDM PON到WDM PON
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接入网概念
用户接入网(AN)是由业务节点接口(SNI)和相关用户网络接口 (UNI) 之间的一系列传送实体组成。
SNI 交叉连接器
UNI 普通电话POTS
本地交换机 AN
广播电视
ISDN 专线LL 无线 RADIO
PON的优点是：宽带化、业务综合化、灵活的组 网能力、低成本。
PON技术介绍 PON网络体系结构
Outline 光通信技术的起源和发展 无源光接入网技术简介 从TDM PON到WDM PON
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动后分配一个唯一的LLID,用于在OLT上标识ONU ； ▪ 在每一个分组开始之前添加一个LLID，替代以太网前导符的最后两个字节； ▪ OLT接收数据时比较LLID注册列表，ONU接收数据时，仅接收符合自己的
1880年 贝尔发明了光电话——无线光通信 太阳能做光源，传输了213米 1960年，红宝石激光器的发明 1966年，“光纤之父”高锟博士提出光纤通信的 设想
1970年，康宁公司的卡普隆(Kapron) 之制作出 损耗为20dB/km光纤，世界第一根有实用意义的 通信光纤。
1977年，贝尔研究所和日本电话电报公司研制成 功寿命达百万小时的半导体激光器。
1974年开始低损耗光纤和光通信的研究 1970年代中研制成低损耗光纤和室温下可连续发光的半 导体激光器 1979年在北京和上海分别建立了光通信试验系统 1986年建立了国内第一条实用化光缆干线——宁汉光缆 1991年起，不再建长途电缆通信系统 1999年建成8纵8横光纤骨干网，覆盖了除台湾外所有省 会城市和75％地市。 21世纪以来，接入网应用，FTTH建设、三网融合。
光纤通信与个人计算机的结合，进入了一个以互联网发 展为中心的创新高峰期
光纤通信技术的优势 光波频率很高，因此可使用的带宽巨大、
光纤的传输损耗小、现在光纤的损耗已经降至小 于0.2dB/km 光波的传输频率高，同时光纤是非导体，因此抗 电磁干扰性能好 携带信息的光波向外辐射量极小，不容易被检测 到，因此光纤通信保密性极好
• 高带宽. • 根据目前的讨论,EPON的下行信道为百兆/千兆的广 播方式,而上行信道为用户共享的百兆/千兆信道.这 比目前的接入方式,如Mo-dem、ISDN、ADSL甚至 APON(下行622/155Mbit/s,上行共享155Mbit/s)都要 高得多.
20世纪80年代：光纤通信的第一个应用高潮期
在这一时期，发达国家，如英、日、德、意、法、美等 国二战后建立的通信设施正面临更新换代，光纤通信为 他们提供了前所未有的机遇。我国于1988年也确立了“ 大力推广光纤通信在我国的应用”这一方针，并于90年 代前期建设了光纤通信应用干线系统。
从上世纪90年代至跨世纪前后：光纤通信新技术 与产业并行发展时期
PON技术介绍 光纤接入的主流技术
光纤接入分为有源 (P2P Ethernet)和无源 (PON)两种模式；
PON是未来光纤接入 技术的主流模式；
Ethernet (P2P)
FTTx
xPON (P2MP)
APON
BPON EPON
GPON
P2P
适合大客户专线接入
P2MP
适合FTTH/O的应用
PON（无源光网络）技术是一种点对多点的光纤 传输和接入技术，下行采用广播方式、上行采用 时分多址方式，可以灵活地组成树型、星型、总 线型等拓扑结构，在光分支点不需要节点设备， 只需要安装一个简单的无源光分路器，光信号在 传输过程中不再经过放大和再生，网络的分路由 光分路器来实现。