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pon工作原理Pon工作原理。
PON（Passive Optical Network）即无源光网络，是一种新型的宽带接入技术，它利用光纤作为传输介质，通过被动光分配器将光信号分发给多个用户，实现了光纤接入网络中的光线路共享，是目前最为先进的光纤接入技术之一。
那么，PON是如何实现光信号的传输和分发的呢？下面我们就来详细了解一下PON的工作原理。
首先，PON的结构主要包括OLT（Optical Line Terminal）、ODN（Optical Distribution Network）和ONT（Optical Network Terminal）三个部分。
OLT位于运营商的中心局，负责与用户进行通信，ODN是光分配网络，负责将光信号分发给不同的用户，而ONT 则是用户端的设备，用于接收光信号并转换为电信号供用户使用。
在PON系统中，OLT发送的光信号经过光纤传输到达ODN，然后通过光分配器分发给不同的ONT。
在这个过程中，PON系统采用了TDMA（Time Division Multiple Access）技术，即时间分割多路访问技术，通过时间的划分来实现多用户共享同一条光纤的传输。
具体来说，OLT发送的光信号中包含了不同用户的数据，每个ONT在预定的时间段内接收自己的数据，而在其他时间段则处于休眠状态，这样就实现了多用户共享同一条光纤的传输。
另外，PON系统中还采用了光的波分复用技术，即将不同波长的光信号叠加在同一条光纤上进行传输。
这样一来，不同波长的光信号就相互独立，可以实现不同用户之间的数据隔离，提高了光纤的利用率和传输效率。
总的来说，PON系统的工作原理可以简单概括为，OLT发送的光信号经过光纤传输到达ODN，通过光分配器分发给不同的ONT，采用TDMA技术实现多用户共享同一条光纤的传输，同时采用波分复用技术实现不同用户之间的数据隔离。
这样一来，PON系统既实现了光纤接入网络中的光线路共享，又提高了传输效率和用户间的数据隔离，是一种高效、先进的光纤接入技术。
基于PON技术的宽带接入1PON技术的概念1.1PON技术的概念以及特点无源光网络（PON）(PassiveOpticalNetwork，无源光网络)技术是一种一点到多点的光纤接入技术，它由局侧的OLT（光线路终端）、用户侧的ONU（光网络单元）以及ODN（光分配网络）组成。
所谓“无源”是指在ODN中不含有任何有源电子器件及电子电源，全部由光分路器（Splitter）等无源器件组成。
无源光网络（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，是通信行业长期期待的技术。
同有源系统比较，PON技术具有节省光缆资源、带宽资源共享，节省机房投资，设备安全性高，建网速度快，综合建网成本低等优点。
1.2PON技术的工作原理（1）工作原理框图如图1所示，PON系统由位于中央局端的一个光线路终端（OLT）和位于客户端的一组关联光网络终端（ONT）组成，在它们之间是由光纤和无源分光器或连接器组成的光分配网络（ODN）。
（2）基于TDM/TDMA的上行/下行流量管理。
在PON中，OLT与ONU之间采用的数据传输方式包括WDM/WDMA、SCM/SCMA、CDM/CDMA和TCM/TCMA，实际应用中一般采用TDM/TDMA方式，图2、3表明在PON系统中从OLT到多个ONU其下行采用TDM广播方式、上行采用TDMA（时分多址）方式的数据传输过程。
2PON技术的分类以及在FTTx中的应用2.1FTTx技术FTTx技术分为FTTB、FTTC、FTTZ、FTTH、FTTO、FTTF 等。
其中最主要的是FTTB（光纤到大楼）、FTTC（光纤到路边）、FTTH（光纤到用户）三种形式。
随着软交换与光缆技术进一步成熟，FTTH将成为我们通信接入方式的最终目标。
有源光纤接入技术如PDH、SDH、MSTP、点到点以太网系统因机房建设、有源设备建设、维护成本高等原因而渐渐被淘汰；PON技术则因为无源化带来的维护成本低，以及无机房建设产生的建设成本低，愈加受到行业欢迎。
PON技术原理随着以太网技术在城域网中的普及以及宽带接入技术的发展，人们提出了速率高达 1 Gbit/s 以上的宽带 PON 技术，主要包括 EPON 和 GPON 技术：“E”是指 Ethernet，“G”是指吉比特级。
1、PON 概述PON（Passive Optical Network：无源光纤网络）。
PON（无源光网络）是指（光配线网中）不含有任何电子器件及电子电源，ODN全部由光分路器（Splitter）等无源器件组成，不需要贵重的有源电子设备。
一个无源光网络包括一个安装于中心控制站的光线路终端（OLT），以及一批配套的安装于用户场所的光网络单元（ONUs）。
在OLT与ONU之间的光配线网（ODN）包含了光纤以及无源分光器或者耦合器。
2、PON 组成PON由光线路终端（OLT）、光合／分路器（Spliter）和光网络单元（ONU）组成，采用树形拓扑结构。
OLT 放置在中心局端，分配和控制信道的连接，并有实时监控、管理及维护功能。
ONU 放置在用户侧，OLT 与 ONU 之间通过无源光合／分路器连接。
所谓无源，是指在OLT(光线路终端)和ONU(光网络单元)之间的ODN (光分配网络)没有任何有源电子设备。
PON 使用波分复用（WDM）技术，同时处理双向信号传输，上、下行信号分别用不同的波长，但在同一根光纤中传送。
OLT 到ONU/ONT 的方向为下行方向，反之为上行方向。
下行方向采用1490nm，上行方向采用 1310nm。
PON 单纤双向传输原理3、PON 拓扑PON 系统的组网方式如下图。
有树型拓扑、环型拓扑、总线型拓扑、树型干冗余拓扑等4种，其中最常见的是树形拓扑。
其中最常见的是树形拓扑。
4、PON 优势相对成本低，维护简单，容易扩展，易于升级。
PON 结构在传输途中不需电源，没有电子部件，因此容易铺设，基本不用维护，长期运营成本和管理成本的节省大。
无源光网络是纯介质网络，彻底避免了电磁干扰和雷电影响，极适合在自然条件恶劣的地区使用。
PON技术介绍一、什么是pon无源光网络（PON）技术是一种点到多点的光纤接入技术，它由局侧的OLT（光线路终端）、用户侧的ONU（光网络单元）以及ODN（光分配网络）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）。
所谓“无源”，是指ODN 中不含有任何有源电子器件及电子电源，全部由光分路器（Splitter）等无源器件组成，因此其管理维护的成本较低。
EPON 的标准化工作主要由IEEE 的802.3ah即EFM（EthernetFortheFirst Mile，第一英里以太网）工作组来完成，其制定EPON 标准的基本原则是尽量在802.3 体系结构内进行EPON 的标准化工作，工作重点放在EPON 的MAC 协议上，最小程度地扩充以太网MAC 协议。
该标准目前还是草案，EFM 计划在2004 年正式发布EPON 的相关标准。
我国目前正在积极进行EPON 的标准化工作，通信行业标准《接入网技术要求－基于Ethernet 的无源光网络（EPON）》正在制订中。
GPON 是ITU 提出的G比特级的无源光网络。
ITU 在2003 年正式通过并颁布了GPON 标准系列中的三个标准：G.984.1、G.984.2 和G.984.3。
由于GPON 标准是ITU 在APON 标准之后推出的，因此G.984 标准系列不可避免的沿用了G.983 标准的很多思路。
GPON 与EPON 都是千兆比特级的PON 系统，与EPON 力求简单的原则相比，GPON 更注重多业务和QoS保证，因此更受运营商的青睐。
但由于GPON 标准复杂且开发较晚，技术尚不成熟，因此目前GPON 产品还未到商品化阶段。
目前IEEE提出的EPON 实现方案是：在与APON 类似的结构和G．983 的基础上，设法保留APON 的物理层PON，而以Ethernet 技术代替ATM技术作为数据链路层协议，构成一个可以提供更大带宽、更低成本和更强业务能力的新的结合体EPON。
一、主要技术指标、术语和定义（一）术语及定义1、无源光网络：由光纤、光分路器、光连接器等无源光器件组成的点对多点的网络，简称PON。
2、无源光网络系统：由光线路终端OLT、光分配网ODN、光网路单元ONU 组成的信号传输系统，简称PON 系统。
根据采用的信号传输格式可简称xPON，如APON、BPON、EPON 和GPON 等。
3、光分配网：是无源光网络的另一种称呼，由馈线光缆、光分路器、配线光缆组成的点对多点的光分配网络，简称ODN。
4、馈线：光分配网中从光线路终端OLT 侧紧靠S/R 接口外侧到第一个分光器主光口入口连接器前的光纤链路。
5、配线：光分配网中从第一级光分路器的支路口到光网络单元ONU 线路侧R/S接口间的光纤链路。
采用多级分光时，也包含除一级光分路器以外的其它光分路器。
6、冷接子：一种通过机械方式快速实现裸光纤对接的光纤接续器件。
7、光分路器：一种可以将一路光信号分成多路光信号以及完成相反过程的无源器件，简称OBD。
8、分光分纤箱：专门为安装光分路器设计制作的箱体或机框，内部包含光纤熔接盘和光纤活动连接器等配件，具有一定的防尘功能。
箱式可分成落地安装式或挂墙安装式，机框式可安装在标准19 英寸机架上。
9、综合信息箱（家居配线箱、多媒体箱）：安装在最终用户处，具有电话、数据、有线电视等网络综合接线功能的有源信息分配箱。
10、用户光缆终端盒：提供光缆到达用户做终结的光纤保护盒，通常装有光接插件。
11、入户光缆：引入到用户建筑物内的光缆。
12、皮线光缆：是一种采用小弯曲半径光纤，具有低烟无卤阻燃特性外护套的非金属光缆，适用于室内暗管、线槽、钉固等敷设方式。
（二）主要技术指标1、光纤线路衰减系数2、线路设计维护余量的取值要求3、光分路器插损（三）ODN系统方面的主要设计规范1、光缆组网的主要原则（1）ODN应安全可靠，向下逐步延伸至通信业务最终用户。
（2）同一路由上的光缆容量应综合考虑，不宜分散设置多条小芯数光缆。
C A M E L PON 网络光分路器简述光分路器是PON 网络ODN 至关重要的无源光器件，PON 网络点对多点的无源光网络结构，正是由无源光分路器在下行方向将光功率均分，在上行方向将光功率合路来体现的。
可以这么说，无源光分路器支撑了PON 的点对多点结构。
光分路器是指在一定的波长范围内，对光信号功率耦合以实现光功率分路或合路的无源光器件，虽然WDM PON 的研究已经开展了几年，但本文讨论的光分路器不含按光信号的波长进行信号分路或合路的波分复用器件。
一、 光分路器的分类光分路器按照端口型式可分为星形和树形两类，输入端口数与输出端口数相等的为星形光分路器，输入端口数与输出端口数不等的为树形光分路器。
PON 网络使用的是1×N 或2×N 的光分路器，属于树形光分路器。
按照制造材料可分为光纤热熔拉锥光分路器和平面波导光分路器。
这两种光分路器在PON 网络上均有应用，通常1×2或1×4有采用光纤热熔拉锥光分路器，1×4以上采用波导型光分路器。
按照工作带宽来可分为单窗口窄带分路器、单窗口宽带分路器、双窗口宽带分路器以及全波段宽带光分路器。
一般来说，热熔拉锥型光分路器对应单窗口和双窗口，PLC 平面波导型光分路器的工作波长范围为1250nm~1650nm ，属全波段宽带光分路器。
1、 光纤热熔拉锥型光分路器热熔拉锥型光分路器可用一个2×2的模型来说明，如图一：图一 热熔拉锥型分路器原理示意图热熔拉锥型光分路器是用两条光纤除去涂覆层，在一定的长度区域内相互贴近，在高温下加热熔融，同时向两侧拉伸形成双锥体的波导结构，最后把耦合区用固化胶固化在石英基片上插入不锈铜管内，封装成2×2光分路器，将一端的一个端口去除，即为1×2光分路器。
这种生产工艺因固化胶的热膨胀系数与石英基片、不锈钢管的不一致，在环境温度变化时热胀冷缩的程度就不一致，容易导致光分路器损坏，尤其在野外使用时情况更严重，这也是此种类型光分路容易损坏的主要原因。
C A M E L 其原理是两条紧贴的光纤在高温下热熔拉伸形变，纤芯变细，光纤的归一化频率逐步减小，单模光纤中传播的基模导入热熔拉伸区域时，因模场直径减小，根据光的波导理论，越来越多的光能会进入光纤的包层，而在热熔拉伸区域，两条光纤的包层是合在一起的，且纤芯非常靠近，从而形成光波耦合，光波的能量耦合到另外一条光纤之中。
经过耦合区后，纤芯逐渐变粗，归一化频率增大，模场直径增大，光功率又逐渐被限制在直通端和耦合端的光纤中，最终在两个输出端输出。
通过控制耦合区域长度、光纤半径、两条光纤轴线间距、纤芯和包层的折射率，可以控制直通端和耦合端的光功率比值，从而制造出适合实际需求的光分路器。
例如输出功率相等的光分路器、两输出功率之比为5：95的光分路器，后者通常使用在有线电视HFC 网络中。
采用2×2光分路器作为基本单元，就可以制作1×N 、2×N 或N×N 的光分路器，参见图二。
图二 1×4、1×16光分路器示意图 2、 PLC 平面波导型光分路器PLC （Planar Lightwave Circuit ）平面波导型光分路器采用半导体工艺，具有体积小、易于集成、分光均匀、机械及环境稳定性好的特点，最近几年随着工艺技术的成熟，价格下降的幅度较大，目前已经成为PON 建设的首选。
图三 PLC 光分路器结构 图三是PLC 光分路器的结构示意图，光波导阵列位于芯片的上表面，分路功能集成在芯片上，在一只芯片上实现1：1等分路；然后，在芯片两端分别耦合输入端以及C AM E L 输出端的多通道光纤阵列并进行封装。
相比热熔拉锥，PLC 型光分路器有以下优点：■ 损耗对波长不敏感，PLC 型光分路器在1260nm~1650nm 很宽的波长范围内插入损耗与波长的相关性很小。
■分光均匀，可以实现光信号功率均匀的分配。
■ 单个器件分路多，目前已经有1×64分路比的分光器，可以满足PON 建设的需要。
■ 结构紧凑，体积小。
PLC 光分路器的芯片目前被国外几家公司垄断，因此制造技术主要为封装技术，相比热熔拉锥，PLC 的封装技术因技术门槛高，国内能大批量生产的企业还不是很多，因此价格相对昂贵。
PLC 分路器的封装是指将平面波导分路器上的各个导光通路（即波导通路）与光纤阵列中的光纤一一对准，然后用特定的胶（如环氧胶）将其粘合在一起的技术。
其中PLC 分路器与光纤阵列的对准精确度是该项技术的关键，涉及到光纤阵列与光波导的六维精密对准（三个平面维X、Y、Z，三个角度维α、β、δ），如1×8的PLC 光分路器，其8芯光纤阵列的最高累积间隔误差平均为0.48微米，难度较大。
二、 光分路器的几个关键指标为简单理解起见，下面几个关键指标均指1×N 分路比的光分路器。
1、 插入损耗（Insertion Loss ）：工作波长在指定输出端口的光功率相对于全部输入光功率的减少值，单位为dB 。
式中IL j 为第j 个输出端口的插入损耗 P outj 为第j 个输出端口的光功率，单位mW P in 为输入端的输入光功率，单位mW 在PON 网络中使用的光分路器为光功率均分型，各个输出端口的插入损耗在名义上是相等的，但是在选型时应该要求厂商提供每个端口的测试数据。
有一点需要特别说明，由PON 的工作机理知道，PON 网络使用的光分路器的插入损耗实际是指其下行通道。
上行通道是个合路的过程，因为PON 的上行是TDMA 时分复用，每个分支的ONU 只能在OLT 授权的时间内才能向OLT 发送数据，因此，对于特定的ONU 来说，在其允许向OLT 发送数据的时间段内，向上的链路是“独享”的，此时光分路器的插入损耗较小，实际ONU 的发射功率要比OLT 的发射功率要小得多。
插入损耗的技术要求，可以参考YD/T 1117，1×N 光纤型光分路器的插入损10lg outj j in P IL P =−C A M E L 耗要求为：20.6 3.6log IL N ≤+单位：dB ，不包括连接器损耗热熔拉锥型光分路器以及PLC 型光分路器均能满足上述指标，一般厂商提供的产品其插入损耗指标大部分优于上述要求。
下面是国内一厂商提供的PLC 型光分路器的插入损耗指标： 分路比 1×4 1×81×16 1×32 1×64 插入损耗（dB ） 7.511.0 14.0 17.5 21.5 2、 均匀性：用来衡量均分器件的“不均匀程度”的参数。
定义为：在工作带宽范围内，均匀光分路器各输出端口输出光功率的最大变化量，单位为dB 。
式中，P outmax ，输出光功率的最大值，单位mW P outmin ，输出光功率的最小值，单位mW 对于均分光分路器，其均匀性指标参考YD/T 1117，要求为： 21.50.7log FL N ≤+PLC 型光分路器的均匀性指标远优于上述要求。
3、 方向性：用来衡量光分路性定向传输性能的参数，定义为：光分路器正常工作时，输入一侧非注入光的端口输出光功率与输入光功率（被测波长）之比，单位为dB 。
式中P i ，输入侧注入光功率，单位mW Pj ，输入侧，非注入第j 端口的输出光功率，单位mW要求≥55dB 。
需要注意的是，对于1×N 热熔拉锥型光分路器，其内部存在N-1个多余的悬空端面，这些悬空端面如果不做消反射处理，会因端面反射影响光分路器的方向性指标。
由于PLC 型采用半导体芯片技术，分路在芯片上完成，而导光在芯片上表面，其影响很小。
4、 偏振相关损耗PMD ：用来衡量光分路器对于传输光信号的偏振态的敏感程度max 10lg minout out P FL P =−10lg j ij i P DL P =−C A M E L 的参数，定义为传输光信号的偏振态在0°~360°变化时，光分路器各输出端口输出光功率的最大变化量，单位为dB 。
式中：PDL j ，第j 个输出端口的偏振相关损耗P outjmax ，第j 个输出端口的输出光功率最大值，单位mWP outjmin ，第j 个输出端口的输出光功率最小值，单位mW从定义中可以看到，偏振相关损耗需要表述光分路器的输出端口的，对于光功率均分的光分路器，其指标要求为：PLC 型光分路器的PDL 指标一般均优于上述要求5、 回波损耗：用来衡量光分路器分支引起的输入光功率沿输入路径返回的光功率大小的参数，单位为dB 。
式中，P in 输入光功率，单位mW P r 沿同一输入端返回的光功率，单位mW PON 网络中使用的光分路器通常在输入输出端安装连接器，其端面有PC 、UPC 、APC 等类型，PC/UPC 端面，各分支的回波损耗通常要求大于40dB ，APC 端面通常要求大于45dB 。
PLC 型光分路器的回波损耗指标PC 端面达到50dB ，APC 端面达到55dB.6、 附加损耗：用来衡量光分路器由于制造工艺带来的光功率损失的参数，定义为所有输出端口的光功率总和相对于全部输入光功率的减小值，单位dB.制造工艺决定附加损耗，热熔拉锥1×2光分路器的附加损耗的典型值为0.04dB ，PLC1×2光分路器的典型值在0.02dB 以下，1×N 光分路器是由1×2为基础单元串接而成，由于工艺水平的提高，现在的光分路器附加损耗已经可以做得较小，很多厂商提供的参数中并不含附加损耗，实际选用时应该向厂商咨询该指max 10lg minoutj outj j P PDL P =−20.1(1log )PDL N ≤+Pr 10lg in RL P =−10lgn outi i inP EL P =−∑标，因为从附加损耗指标可以看出生产厂商的工艺水平。
下表是某采购标书对附加损耗的要求，可作参考：分路比1×4 1×81×16最大附加损耗(dB) 0.4 0.6 1.2LEMAC。
