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接入网

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光接入网的新技术摘要随着各种新应用的层出不穷，用户对接入网带宽提出了越来越高的需求。

下一代无源光网络能够打破接入网带宽瓶颈，成为了光接入网领域重要研究课题之一。

本报告深入研究带宽大于1 0Gbit/s、新颖的下一代无源光网络，如40Gbit/s无源光网络，并提出了混合偏振/时分复用下一代无源光网络架构，主要内容包括:1.介绍无源光网络基础知识，分析无源光网络发展现状;2.分别从光发射机、光放大器、光接收机、波分复用滤波器/路由器、无源光分配网五个方面研究实现下一代无源光网络的关键技术;3.分别从时分复用无源光网络和波分复用无源光网络两个领域研究了现有的实现下一代无源光网络的方案，并分析其优缺点;4.提出了一种新颖的下一代无源光网络方案:混合偏振/时分复用下一代无源光网络，并分别通过理论研究、仿真分析和实验演示验证了该方案的可行性与优越性。

AbstractWith the endless stream of new applications coming out, users have increasingly higher demand on the access network bandwidth.Next-generation passive optical networks(PON) can break the bandwidth bottlenecks of access network, and has become one of important research subjects in the field of optical access network. This thesis focused on novel next-generation passive optical networks with bandwidth higher thanl0Gbit/s, e.g. 40Gbit/s passive optical networks, and proposed the architecture of hybrid polarization-multiplexed andtime-division-multiplexed next-generation passive optical network, the main contents can be outlined as follows:1 .Introduced background knowledge, and analyzed the development status of passive optical networks;2. Investigated the key technologies to realize next-generation passive optical networks, in terms of optical transmitters, optical amplifiers, optical receivers, wavelength-division-multiplexed filters/routers and passive optical distribution networks, respectively;3. Investigated existing schemes to realize next-generation passive optical networks from areas of time-division-multiplexed passive optical networks and wavelength-division-multiplexed passive optical networks, respectively, and analyzed their corresponding advantages and disadvantages;4. Proposed a novel scheme to realize next-generation passive optical network: hybrid polarization-multiplexed andtime-division-multiplexed next-generation passive optical network, and, by comparison with time-division-multiplexed passive optical network, verified its feasibility and superiority through theoretical research, simulation analysis and experimental demonstration.正文第一章10G EPON(1)10G EPON技术简介作为下一代的EPON技术，10G EPON技术的特点主要体现为更高的传输速率、更丰富的物理层规格、与10G Ethernet和1G EPON 技术的继承性以及与EPON的兼容性。

①更高的系统传输能力IEEE 802．3av规定了下行10Gbit／s、上行1Gbit／s的非对称模式和上／下行10Gbit／s对称模式两种速率，显著提高了系统的传输能力，可以满足未来相当长一段时间内高清IPTV、多媒体、网络游戏等宽带业务发展的需求。

另外，10G EPON采用64B／66B线路编码，编码效率为97％，与EPON的8B／10B(编码效率为80％)线路编码相比在效率上有了明显提升。

【1】10GEPON的FEC功能采用RS(255，223)编码方式，可增加5～6dB的光功率预算，与1GEPON 的RS(255，239)编码方式相比能力更强。

②更丰富的物理层规格针对10G EPON 10Gbit／s对称的系统速率和10／1Gbit／s非对称的系统速率，802．3av分别定义了10G Base．PR和10G／1G Base．PRX的物理层要求。

每种物理层要求又根据光功率预算的不同规定了3种规格，包括10G Base．PRl0、10G Base—PR20、10G Base—PR30、10GBase．PRXl0、10G Base．PRX20、10G Base．PRX30，总共6种规格，以满足不同的链路损耗要求。

具体规格及链路光指标见表7．1。

其中，1 0G Base—PR30和1 0G Base．PRX30的光链路预算达到了29dB，可以实现20km传输距离下的1：64分光。

③对10G Ethernet和EPON协议的继承性10G EPON技术在开发时充分考虑了与现有10GE和1G EPON技术的继承性。

10GE的技术已经非常成熟，10G EPON在下行方向和10Gbit／s速率的上行方向完全继承了10GE的技术特点和现有成果，因此可以有效降低自身的成本。

10G EPON的IEEE 802．3av标准在EPON标准基础上对MPCP 进行了扩展，增加了10Gbit／s能力的通告与协商机制。

在10G EPON 系统的发现注册过程中，OLT在Discovery GATE帧中增加Discovery Information字节来请求ONU上报其是否支持10Gbit／s速率，ONU 在REGISTER REQ帧中增加Discovery Information字节向OLT通告10Gbit／s速率的支持能力。

这种简单的扩展使得10G EPON可以有效继承现有的EPON技术实现方案，使10G EPON的芯片和设各成本大大降低。

另外，为了降低10Gbit／s突发光模块的实现难度，对称速率的10GEPON的上行方向没有因为线路速率的提高而缩短突发模式光收发机的激光器打开激光器关闭时钟提取时间(CDR)等指标要求，而是保持与EPON相同的512ns、400ns的指标要求，自动功率调整的稳定时间(receiver settling)还从EPON的400ns提高到800ns，这样就显著降低了光模块实现的复杂性，降低了系统成本。

④与EPON的兼容性和共存为了实现10G EPON与EPON的兼容和网络的平滑演进，IEEE 802．3av标准在波长分配、多点控制机制方面都有相应的考虑，以保证10G EPON与EPON系统在同一ODN上的共存。

在波长规划方面，为了实现与1G EPON兼容，10G EPON没有使用EPON系统所使用的1 490nm的下行波长，同时考虑避开模拟视频波长(1 550nm)和OTDR测试波长(1 600 1 650nm)，IEEE 802．3av标准选择1 577nm 作为10Gbit／s下行信号的波长(波长范围1 574 ~ l 580nm)。

因此，在下行方向可以确保10Gbit／s信号与1Gbit／s信号的隔离度。

上行方向，EPON系统的上行信号的波长是1 310nm(1 260～1 360nm)，IEEE 802．3av标准规定10Gbit／s信号的上行波长是1270nm(1 260～1280nm)，二者有重叠，因此不能采用WDM方式，只能采用双速率TDMA方式。

对于非对称速率的10G EPON系统，则完全可以采用既有的10GE和EPON技术。

10G EPON的难点主要体现在对称速率的10G EPON系统，特别是由于对称10G EPON系统的上行方向数据速率是10Gbit／s且必须工作于突发模式，尽管ONU的突发模式光发送机和OLT的突发模式光接收机的指标并没有提得很高，甚至是适度降低。

但对于光模块来讲，还是充满挑战的，主要体现在Serdes模块、高功率激光器和高灵敏度探测器，特别是对于PR30和PRX30的光模。

图1 光接入网的基本结构(2)10G EPON的应用模式分析从系统成本来看，即使未来10G EPON得到规模商用后，其成本也会高于EPON，这是由于下述3方面的成本因素。

①1 0Gbit／s速率光模块的成本较高因为10Gbit／s速率光模块的成本远高于1Gbit／s速率光模块的成本，因此10Gbit／s速率光模块的成本会导致非对称／对称速率的10G EPON每线成本增加。

②MAC芯片成本增加由于接口速率的提高和实现的复杂度，在同样产量下，10G EPON芯片的每线成本要比EPON的高。

③设备成本增加除了光模块和MAC芯片导致成本增加外，OLT和ONU设备也需要采用更高速的新的系统架构和交换芯片、背板总线等，以满足10G EPON的速率要求，这也会在一定程度上导致系统成本提高。

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接入网概述

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交接箱：由交接箱开始经较小线径较小对数的配线 电缆（每组几十对）连至分线盒。
分线盒：由分线盒开始通常是若干单对或双对双绞 线直接与用户终端处的网路接口（NI）相 连，用户引入线为用户专用，NI为网络设 备和用户设备的分界点。
1.2.2 光纤接入网 光纤接入网（或称光接入网）（OAN）是以光纤为 传输介质，并利用光波作为光载波传送信号的接入 网，泛指本地交换机或远端交换模块与用户之间采用 光纤通信或部分采用光纤通信的系统。
根据接入网框架结构和体制要求，接入网的重要特 征可归纳为如下四点：
（1）接入网对于所接入的业务提供承载能力，实 现业务的透明传送。
（2）接入网对用户信令是透明的，除了一些用户 信令格式转换外，信令和业务处理的功能依然在业务 节点中。
（3）接入网的引入不应限制现有的各种接入类型和 业务，接入网应通过有限个标准化的接口与业务节点 相连。
第一章 接入网概述
1.1 接入网的基本概念 1.2 接入网的分类 1.3 接入网提供的综合接入业务
1.1 接入网的基本概念
接入网诞生的背景： 接入网诞生的背景：
由于用户业务规模和业务类型的剧增， 由于用户业务规模和业务类型的剧增， 需要有一个综合话音、 需要有一个综合话音、数据及未来交互 式视频的介入网络代替现有的铜线网络。
2．接入网的定界
接入网所覆盖的范围可由三个接口来定界： SNI、UNI与管理的Q3 接口。 业务节点（SN）是提供业务的实体，可提供 规定业务的业务节点有本地交换机、租用线业 务节点或特定配置的点播电视和广播电视业务 节点等。
业务节点（SN）是提供业务的实体，诸如： 本地交换机或者广播电视业务节点等。
三、综合数字通信和视像（IDV）方式
从上面的讨论可知，国际上新开发 的SDV技术是将电信、视像数字传输和 视像模拟传输综合在一起，这既保持了 数字传输质量高的优点，又保留了当前 视像以模拟传输的现实情况，还可能适 应将来交互式数字化视像发展，并具有 交换等多种功能，是一种比较先进和有 广泛应用前景的技术。
接入网

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例如全球移动业务从1000万发展到1亿花了5.5 年，而宽带接入业务仅用了3.5年。 按照IDC的预测，2007年全球宽带总用户可以达 到2.09亿，其中9.9%，即大约2000万用户为光 纤接入网。
①通信网的网络结构
通信网的网络结构可以分为两个部分：核心 网（CN）、接入网（AN）。 由于传统通信网络的干线网、本地网的网络 结构存在着不合理性，而新的核心网、接入 网网络结构则更符合客观实际情况，并适于 未来通信网络的发展，因此通信网络转变为 核心网、接入网结构。
11.7 接入网技术的发展
①宽带接入网发展的状况
固定电话的无线接入系统已经从最初基于电 话接入方式的窄带系统演变为面向宽带数据 业务为主的宽带固定无线接入系统。 随着接入网建设的持续升温以及各种新的技 术不断被引入，宽带固定无线接入系统仍是 未来几年内通信市场发展的一个热点。
建设速度快 安装灵活方便 建设投资省 维护费用低 安全性好
③ 无线宽带接入技术系统
目前宽带无线接入技术主要有以下几种：
本地多点分配系统 LMDS(LocalMultipointDistributeSystem,)
多点多信道分配系统 MMDS(MultipointMultichannelDistributeSyst em,) 无线局域网接入技术等。
②核心网的基本概念
核心网（CN）由业务节点（如交换机、数 据网络服务器、电视图像节目服务器等）、 中继网（本市内）和长途网（城市间）组成。 用于覆盖和连接的各个业务节点为成千上万 个用户所公用。核心网覆盖面大、技术发展 快，是电信网的骨干部分。 核心网属于传送网性质，它的主要功能是保 质、保量、高效地传送大量的信息流。
11.5 接入网的标准
ITU先后提出接入网的接口建议G．964 （V5．1接口）、G．965（V5．2接口）等 一系列技术标准，这些标准为接入网技术的 研发和应用发挥了极其重要的作用。 在宽带方面，ITU正制定和完善VB5．1、 VB5．2宽带接口建议（G．967），以及BISDN的UNI接口（I．432）、宽带接入 （G．966）等建议。
接入网

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1.什么事电信网？电信网是为众多用户服务的多个点到点的电信系统集合，它是将多个点到点的电信系统通过交换系统按一定网络拓扑结构集合在一起而构成。

2.接入网的定义按照ITU-T G.902的定义，接入网（Access Network）是由业务节点接口（Service Node Interface,SNI）和相关用户网络接口（User Network Interface,UNI）之间的一系列传送实体（诸如线路设施和传输设备）所组成的，它是一个为传送电信业务提供所所需承载能力的实施系统。

3.电信网的组成核心网：长途网+中继网4.接入网与电信网的关系？接入网处于电信网的末端，直接与用户连接，它包括本地交换机与用户端设备之间的所有实施设备与线路，它可以部分或全部替代传统的用户本地线路网，可含复用、交叉连接和传输功能。

5.带宽的划分：Narrow Band < 1.5Mb/s1.5Mb/s < Wide Band < 45Mb/sBroad Band > 45Mb/s6.接入网的功能结构以ITU-T建议G.803的分层模型为基础的，划分为电路层（Circuit Layer，CL）、传输通道层（Transmission Path layer，TP）和传输媒质层（Transmission Media layer，TM），其中TM 又可以进一步划分为段层和物理媒质层。

7.接入网的交换技术主要有两大类：同步转移模式（STM）和异步转移模式（ATM）。

8.接入网的重要特征（1）对于所接入的业务提供承载能力，实现业务的透明传送。

（2）对用户信令是透明的，除了一些用户信令格式转换外，信令和业务处理的功能依然在业务节点中。

（3）其引入不应限制现有的各种接入类型和业务，接入网应通过有限个标准化的接口与业务节点相连。

（4）有独立于业务节点的网络管理系统，该网管系统通过标准化接口连接电信管理网（TMN），TMN实施对接入网的操作、维护和管理。

5、接入网概述

5、接入网概述

第一章接入网的概念1接入网(AN Access Network)是电信网的重要组成部分位于电信网的最低层是电信网向用户提供业务服务的窗口其在通信网中的位置，可看作市话端局或远端模块(RSU)与用户之间的部分，主要完成交叉连接、复用和传输功能，一般不含交换功能。

用户接入网覆盖从交换机的交换端口至用户终端之间的所有设备和传输媒介通常包括用户线系统和复用设备还可以包括数字交叉连接设备远端交换模块和用户/网络接口设备接入网是由业务节点接口(SNI Service Node Interface)和用户网络接口(UNI User Network Interface)之间的一系列传送实体(例如线路设备和传输设施)组成为给电信业务提供所需的传送承载能力的实施系统可通过管理接口(Q3)实现接入网的配置和管理原则上对接入网可以实现的用户网络接口(UNI)和业务节点接口(SNI)的类型和数量没有限制接入网是由UNI SNI 和Q3 接口界定的AN 通过这些接口连接到其它网络实体显而易见用户终端通过用户网络接口(UNI)连接到接入网接入网通过业务节点接口(SNI)连接到业务接点(SN)接入网(AN)和业务节点(SN)通过Q3 接口连接到电信管理网接入网的特点：1、业务量密度低 2、缺乏规模经济，成本高。

3、成本差异大 4、成本与业务量无关 5、运行环境恶劣6、技术变化慢宽带业务需求有5类：1、点播电视（VOD）或准点播电视（NVOD），又称影视点播业务2、交互式图象游戏3、交互式图象业务4、远程教育5、多媒体库中长期的业务需求有以下几类：1、广播电视。

2、事务业务。

3、目标型广告。

用户接入网可分为五个功能组用户端口功能(UPF) 1. 与UNI 功能的终端相连接2. A/D 转换3. 信令转换4. UNI 的激活/激活5. UNI 承载通路/能力的处理6. UNI 的测试7. 控制功能业务端口功能(SPF) 1. 与SNI 功能的终端相连接2. 承载要求即时受理和操作要求映射进核心功能3. 特殊SNI 所需的协议映射4. SNI 测试5. SPF 维护6. 受理功能7. 控制功能核心功能(CF) 1. 接入的承载处理2. 承载通路集中3. 信令与分组信息的复用4. 对ATM 传送承载的电路模拟5. 管理功能6. 控制功能传送功能(TF) 1. 复用功能2. 业务疏导和配置的交叉连接功能3. 管理功能4. 物理媒质功能AN系统管理功能（SMF）接入网系统受理功能(AN-SMF) 1. 配置和控制2. 指配协调3. 故障检测和指示4. 使用信息和性能数据收集5. 安全控制6. 对UPF 及经SNI 的SN 的即时管理及操作要求的协调7. 资源管理用户接入网与交换网相比可概括为如下几个主要的特点：业务量密度低、接入网的成本高、接入网的成本差异大、接入网的成本与业务量的大小无关、接入网设备的运行环境差、接入网的投资比例低技术发展缓慢归纳起来主要的接入技术可分为基于对绞线铜缆的传统接入网技术混合光纤/同轴电缆HFC用户接入网技术无线接入网技术和光纤接入网技术等四种类型接入网的最终发展目标是接入网的光纤化就是人们通常说的光纤到家即FTTH 但由于成本和目前用户业务需求的限制世界上还没有一个国家一步到位实现FTTH 这一最终目标而都是采用多种方式实现光纤用户接入网技术通常可把光纤接入网技术分为两个阶段即采用混合光纤/对绞线铜缆接入网技术的初级阶段和采用纯光纤接入网技术的高级阶段前者是目前应用最多的光纤接入网技术根据光网络单元ONU 所处的位置不同又可分为FTTC 光纤到路边FTTR 光纤到远端FTTB 光纤到大楼FTTO光纤到办公室FTTH 光纤到家庭等后者即为光纤到家是用户接入网发展的最终目标混合光纤/对绞线铜缆接入网技术即FTTC 光纤到路边是目前应用最多最广的光纤接入网技术用户网络接口(UNI)通过分配一个用户端口可与一个SNI 取得固定关联这与用户端口功能及其要求的操作和控制功能所需的承载能力有关在ITU T 建议中所定义的UNI 在接入网中用于支持当前所提供的接入类型和业务也就是说用户网络接口要能支持各种类型的公用电话交换网(PSTN) ISDN 按需业务永久租用业务及其它业务类型连接到接入网鉴于ITU T 对于PSDN 没有统一的关于UNI 的信令协议方面的建议于是需要采用有关PSTN UNI 的国家标准一个以上的业务节点(SN)可通过单个UNI 接入(即UNI 采用ATM)这称为共享UNI 在这种情况下单个UNI 可以支持多个逻辑接入其中每一个逻辑接入都通过另一个SNI 与不同的SN 相连接单个用户网络接口的用户端口功能(UPF)要求能在UNI 中支持每个逻辑接入(见图2-1)接入网系统管理功能(AN-SMF)应对UNI 的传输媒质层进行监控并且配合相对应的SN协调逻辑UPF 的操作控制要求UNI 的类型有模拟电话接口N ISDN 接口B ISDN 接口等目前常用的是Z 接口和T 接口业务节点接口SNI业务节点接口是用户接入网和一个业务节点(SN)之间的接口业务节点接口要能支持更多的SN 像租用线业务节点视频和音频业务节点等以便连接到接入网满足用户对多种信息的需求SNI 使不同的用户业务能与交换机连接SNI 的类型有对交换机的模拟接口(Z接口)数字接口(V 接口)对节点机的各种数据接口及对宽带业务的各种接口等管理接口(Q3)Q3 是用户接入网及其业务节点(SN)与通信管理网(TMN)之间的接口通过Q3接入网能与TMN 进行通信这样就能将用户接入网的管理纳入到TMN 的整体之中关于用户端口功能(SPF)的管理不同网元(例如AN 和SN)的协调是必要的以形成用户所预约的接入和接入承载能力因此需要标准化的Q3管理接口通过Q3 接口TMN 可对用户接入网实施操作其中比较重要的是分配功能接入网的管理资源配置和重新分配检测定位和报告接入网的故障位置监视和报告接入网的性能(比特误码率等)进行保密控制和资源管理等V5 接口本地交换机通常以Z 接口连接模拟用户线随着光纤和数字用户传输系统的引入如继续使用Z 接口接入将增加A/D 变换次数这样既带来传输损伤又很不经济另外数据业务的发展要求从TE(用户终端)至LE(本地交换机)之间实现透明的数字连接这些都要求交换机提供数字用户线的接入能力为此开发了本地交换机用户侧的数字接口统称为V 接口早期所开发的V1V4 接口ITU T 没有形成国际标准化的接口为了适应在AN 范围内有多种传输媒介多种接入配置和业务希望有标准化的V 接口能同时支持多种类型的用户接入1994 年ITU T 通过了新型的V5 接口的规范制定了V5.1和V5.2 接口的建议G.964 和G.965V5 接口可支持利用各种不同传输媒质的接入类型和业务从发展的观点来看用户终端设备都应具有标准的用户网络接口UNI 交换机都应具备V5接口以便各厂商的设备可在接口上互通V5 接口建立在交换终端(ET)接口基础上是一种标准化的完全开放的接口用于交换设备和接入网设备之间的配合V5.1 接口由一个2048kbit/s 链路组成用于支持下列接入类型模拟电话接入基于64kbit/s 的ISDN 基本接入和用于半永久连接的不加带外信令信息的其他模拟接入和数字接入这些接入类型都具有分配的承载通路即用户端口与V5.1 接口内承载通路有固定的对应关系在AN 内无集线功能V5.1 接口使用一个时隙传送公共信道信令其他时隙传送话音信号V5.1 接口具有复用功能在AN 和LE 之间的V5.1 接口的数目不受限制V5.2 接口根据需要可以由1~16 个2048kbit/s 链路构成除能支持V5.1 接口所支持的接入类型外还可支持ISDN 一次群速率接入(即30B D 或支持H0 H12 和n 64kbit/s 业务)这些接入类型都具有灵活的基于呼叫的承载通路分配并且在AN 内和V5.2 接口上具有集线功能V5 接口具有重要的分配功能分配通过AN 或LE 的Q3 接口完成当Q3 具有核实和改变一参数的功能时就认为该参数被分配属于同一个用户的不同用户端口可以分配给同一V5 接口或不同的V5 接口备用的2048kbit/s 链路可以分配给同一个V5 接口或不同的V5 接口V5.1 接口可以通过分配而升级为V5.2 接口即使用V5.1 或V5.2 标准中所规定的有关控制协议的措施而升级为V5.2 接口V5.1 接口和V5.2 接口的主要区别如表2-2 所示表2-2 V5.1 接口和V5.2 接口的主要区别V5.1 接口 V5.2 接口只有一条E1 链路按需要可以有1 16 条E1 链路无BCC 协议无用户集线功能E1 时有承载通路连接(BCC)协议支持用户集线隙与用户终端直接一一对应功能E1 承载通路与用户终端动态分配连接不支持ISDN PRA 设备接入支持ISDN PRA 设备接入无保护协议无故障链路切换保护功能有保护协议有故障链路切换保护功能无链路控制协议只对单链路进行链路有链路控制协议可对多链路进行管理管理接入网技术按照接入信息的类型来分可分为话音接入网技术窄带业务接入网技术宽带业务接入网技术按照接入方式来分大致可分为1. 基于对绞线铜缆的传统接入网技术2. 光纤同轴电缆混合(HFC)接入网技术3. 光纤/对绞线铜缆混合接入网技术(这实际上就是人们常说的FTTC FTTB通常把3 4 两种方式合为一种统称为光纤接入网技术有时也称为用户光纤环路(FITL Fiber In the Loop)按照通信技术中传统的分类方法可分为有线接入网技术和无线接入网技术其中有线接入网技术包括基于对绞线铜缆的传统接入网技术光纤同轴电缆混合(HFC)接入网技术光纤接入网技术有线接入网技术1. 用户线对增容系统用户线对增容系统的主要目的是使现有对绞线铜缆的容量加倍即同一线对上最少可以再挂接一电话机该电话机具有独立的用户号两者可以同时通话互不干扰但是由于受对绞线铜缆传输特性的限制这种系统的扩容系数不高而系统成本相对偏高这种系统主要用于住宅用户对企事业用户来说其容量太低因而较少使用。