1、重庆邮电大学高等函授本科毕业设计（论文）设计（论文）题目： 基于 EPON 的 FTTH 宽带光接入网设计 入学年月 2011 年 3 月 姓 名 廖 文 浩 学 号 321104861079 专 业 通 信 工 程 所属科站 川 邮 站 指导教师 马 晓 强 完成日期 2013 年 3 月 1 日【摘 要】近年来随着互联网的普及和快速发展，人们日益增长的通信需求对通信网络的交换和传输能力提出更高的要求(但骨干网传输速率和交换能力的提高使得接入网成了整个通信网络的瓶颈。当前 ADSL 是我国主流的宽带接入技术(主要提供普通上网业务、网吧业务、视频会议和企业专线业务，但随着 IPTV和 VOD
2、等新型业务的发展，对接入承载网提出了很高的要求，而当前主流的ADSL 带宽已远远不能满足需要，因此具有高带宽和高稳定性等优点的光纤到户技术的发展和应用成为了大势所趋。 本设计针对光纤到户接入技术主要进行了以下几方面工作： 一 通过对 FTTH 概念的介绍,详细分析了包括多业务传送平台系统，点到点以太网系统以及无源光网络技术，通过对以上光纤到户实现技术的对比，得出了各种技术的优缺点及适用场合。 二 、本设计阐述了光纤到户接入实现的主要手段 PON,并对 PON 的基本结构和分类进行了分析。通过对几种接入技术的比较，得出了目前 EPON 是最为适合我国的国情,并且能在我国得到大力发展的接入技术。三
3、 重点介绍了 EPON 系统的参考结构、复用原理、协议栈、帧结构及对外接口(为基于 EPON 的 FTTH 光纤到户接入的建设提供了理论上的支撑。四、结合光纤到户接入技术和 EPON 原理(以及工程建设的相关要求、原则。本设计介绍了 A 小区光纤到户建设的实例。 【关键词】无源光网络 EPON FTTH.目 录第 1 章 绪论 .41.1 FTTH 的研究背景 .41.2 FTTH 技术发展的现状 .41.3 FTTH 技术的发展前景 .5第 2 章 PON 技术的研究 .72.1 PON 的定义 .72.2 PON 的基本结构 .72.3 PON 的分类 .82.3.1 宽带 PON(BPO
4、N) .82.3.2 以太网 PON（EPON ） .92.3.3 吉比特 PON (GPON) .92.4 几种 PON 接入技术的比较 .102.5 PON 的应用环境与发展趋势 .112.5.1 PON 的应用环境 .112.5.2 PON 的发展趋势 .112.6 EPON 的参考结构 .122.7.2 EPON 下行复用技术 .142.8 EPON 的协议栈 .152.9 EPON 的帧结构 .162.10 EPON 的对外接口 .172.11 PON 技术接入方式 .182.11.1 FTTx 定义 .18第 3 章 FTTH 光纤到户技术研究 .203.1 FTTH 的概念 .2
5、03.2 各种光纤到户实现技术的分析 .203.2.1 多业务传送平台系统 .203.2.2 点到点有源以太网系统 .213.2.3 无源光网络技术 .223.2.4 光纤到户实现技术总结 .22第 4 章 FTTH 光纤到户建设实例 .234.1 建设简介 .234.1.1 建设地点 .234.1.2 建设业务及其规模 .234.2 工程设计方案 .234.2.1 网络结构 .234.2.2 OLT 设备的选择和安装 .254.2.3 ONU 设备的选择和安装 .254.2.4 光分纤盒及光分路器的选择和安装 .264.2.5 光缆布放及纤芯选择 .264.2.7 FTTH 配线光缆 .26
6、4.3 EPON 接入业务配置 .274.3.1 EPON 接入业务配置组网 .274.3.2 EPON 数据规划 .274.3.3 EPON 业务配置流程 .284.3.4 EPON 业务配置操作步骤 .294.4 光功率预算 .324.6 工作量及设备统计 .34总结 .35第 1 章 绪论1.1 FTTH 的研究背景近年来随着宽带技术的发展 大众对一通信网络日益增长的需求 对网络的传输速度和交换能力提出了新的要求 提高骨干网传输速度和交换能力 提高计算机的速度 使得接入网已成为在通讯网络中的瓶颈。虽然 ADSL 已成为一种主流宽带接入技术 但 ADSL 却无法提供高清晰度或交互式视频服务
7、。与其他的接入技术相比 光纤接入的带宽能力是无法比拟的 若在通信网络中使用光纤代替铜缆可以带来很多优势 消除电信网络的瓶颈 降低维护的成本 易于业务整合提供新的业务,提高信号传送质量和可靠性等诸多好处。对于每个家庭超过 100 兆字节的带宽FTTH 被广泛认为是一个理想的综合接入解决方案。目前一些国家都已开始进行对光纤到户的研究和商业开发。根据对国内及机遇。国际市场的分析和预测,发展 FTTH 将成为未来 4-5 年内,将成为促进光纤到户中国电信业发展的一个新的1.2 FTTH 技术发展的现状目前 FTTH 在国际市场上己经开始得到较大规模的商用,技术方面也趋于成熟,呈现出良好的发展前景及市场
8、价值。FTTH 建设在许多国家已经具有相当的规模,其中日本是全球 FTTH 发展最为成功的国家,2002 年 1 月日本用户数仅为 1.2万户2004 年 8 月底已飞增至 160 万户,占宽带接入总数的 10%到 2006 年第二季度末,日本的光纤用户数高达 631 万户,其在宽带用户市场中的份额就已经占到 23.4%,仅次于 ADSL,成为日本第二大用户宽带接入技术,使日本一举成为世界头号光纤用户大国。2010 年 3 月底达到 1980 万户,据推测到 2011 年末日本的FTTH 用户将达到 2430 万户。 韩国从 2003 年开始发展实地试验,2004 年韩国提出了为期 6 年的
9、BCN 计划,该计划投入 804 亿美元建设遍及全国的通信网络。2010 年 FTTH 普及率超过 53.5%,世界排名第一:2010 年底 FTTH 用户数达 980 万,世界排名第三。 北美 FTTH 技术也在不断发展,至 2010 年 12 月已经有 2064 万个家庭通达光纤,占北美家庭数的超过万的 20%。超过 700 万的家庭用光纤连接到互联网 电话和 CATV 等业务。2010 年底北美的用户数超过 700 万。2010 年北美宽带用户的下行速率平均增长了 34%。 欧洲在 2010 年 FTTH 用户及家庭覆盖增速上升。欧洲老牌运营商正越来越多的参与 FTTH 建设,几乎都已经
10、推出或计划部署大规模的 FTTH 网络。欧盟 36 个国家包括俄罗斯有近 810 万 FTTH/B 用户。FTTH/B 家庭/建筑物覆盖数近 3300 万如果不包括俄罗斯在内, FTTH/B 用户数为390 万,家庭/建筑物覆盖数为 2230 万我国 FTTH 产业发展前景良好,虽然与世界上其他国家相比,我国 FTTH 产业进展相对缓慢,但已经开始展现出良好的发展前景,我国电信运营商对 FTTH 发展的兴趣越来越浓,目前我国不少地方如武汉、杭州、上海等都己经纷纷开展了 FTTH/B 试点。1.3 FTTH 技术的发展前景FTTH/B 将在我国得到大规模的发展,理由主要有:(1)极大的技术优势:
11、光纤接入的带宽能力是其他接入方式无法媲美的,一根常规单模光纤的可用带宽至少可达 30000GHZ,而最好的同轴电缆的带宽不超过 1GHZ,微波的带宽不超过 300GHZ,光纤在带宽上相比其他的传输媒质的优势至少高出了两个数量级,光纤的高带宽性特质,使得各种宽带业务和多媒体业务都成为了可能,从而给各运营商提供了新的增值点和利润“光纤的另外一个优点是抗干扰性和极高的稳定性,光纤信道接近于理想信道,不易受外界的干扰,误比特率低,从而延伸了传输的距离,减少了中继站的建设,大大降低了投资成本 (2)FTTH 本快速下降:之所以 FTTH 得不到大规模的推广,其最主要的障就是设备、材料的成本过高,但是随着
12、近年来光通信技术的不断发展,光通信产品价格不断下降,FTTH 的成本也因此得到进一步的下降。近年来,光通信产品价格迅速下跌,光模块的价格与往年相比,己经由 10002000 元跌落到目前的 200300 元。此外,光纤价格也在不断下降:PON 产品的成本从原来的 2500 元/线下降到目前的 1500 元/线,同时,随着 FTTH 在我国的发展和应用的不断扩大, FTTH的建设成本还将进一步的下降,而 ADSL 等目前在广泛应用的接入方式的成本下降的潜力已经不大了,如果 FTTH 的成本和使用费用能够和 ADSL 接近甚至达到相同的水平,那无疑 FTTH/B 将扫清在我国大规模发展和应用的障碍
13、,取代 ADSL 成为我国主流的宽带接入技术(3)我国潜在市场需求旺盛:随着我国商业大客户对网络带宽、稳定性需求越来越高。而各家运营商也充分意识到了该领域市场的潜力,已逐步将开发和服务重心都转移到了 IPTV(网络电视)、VOD(视频点播)等新型业务方面,而当前比较主流的 ADSL 式的带宽远远不能满足需要,如远程学习、数字电视、视频点播等业务至少需要 7Mbit/s 的带宽,而高清晰数字电视)HDTV,更是需要至少20Mbit/s 的带宽,因此在我国有极大的发展空间。据电信行业的权威人士推算:如果未来我国 FTTH 用户数量按 1 亿计算的话,那么通讯设备和终端的市场规模将达 1500 亿元
14、,电信运营行业收入每年将近 1500 亿元,连带的辐射作用(对器件、芯片、光纤光缆、材料、业务应用的拉动)每年有 5001000 亿元,总计每年拉动市场 20002800 亿元。总之,在未来 10 年内我国 FTTH 市场总规模将有可能超过 10000 亿元.第 2 章 PON 技术的研究2.1 PON 的定义PON( Passive Optical Network: 无源光纤网络)。PON 是指 光配线网 中不含有任何电子器件及电子电源。ODN (Optical Distribution Network )是OLT 和 ONU 之间的光传输物理通道,通常由光纤光缆、光缆连接器、光分路器以及安
15、装这些器件的配套设备组成。PON 网络由包括光线路终端(OLT ,用户端的光网络单元(ONU)。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藕合器.2.2 PON 的基本结构PON 的基本模型如图 2.1 所示,局端设备通常称为光线路终端(OLT),用户端设备称为光网络单元(ONU),连接两者之间的部分称为光配线网(ODN).局端作为业务提供点对上与各业务主干网相连,对下与所覆盖区域里的众多用户进行链接。这样 OLT 与 ONU 之间的 ODN 就应该是点对多点的星型或树型网络。ODN 一般由分支节点和连接分支节点的光纤光缆组成,分支节点是实现接入网点到多点的关
16、键。OLT 和 ONU 之间的双向通信可以采用空分、波分和时分等方式实现。空分方式实际上就是双纤方式,时分和波分为单纤方式,通常采用1310nm/1550nm 波分方式。还可以采用波分方式实现同一条物理光纤上传送模拟视频光信号来提供模拟视频业务无源光网络的 ODN 中分支节点是一种简单的无源光分路器,它只是简单的将光功率进行分配和合并。PON 中实现点对多点靠的是复杂光传输系统技术。PON中有多种实现点对多点的方法,如时分多址(TDMA)、波分多址(WDMA)、副载波多址(SCMA)和码分多址(CDMA)等,其中最主要的是 TDMA。所有从传输系统的角度来看,PON 也被称为点对多点光接入系统
17、。2.3 PON 的分类从目前宽带接入技术发展和实际应用来看,PON 领域中最重要的三种接入技术分别为宽带 PON(BPON)、以太网 PON(EPON)和吉比特 PON(GPON).2.3.1 宽带 PON(BPON)BPON 以前也称为 APON(基于 ATM 的无源光网络),它是上世纪 90 年代中期由一些大型网络运营商同它们的主要设备供应商组成的全业务接入联盟,为应用于宽带接入的 PON 设备定义的一个通用标准。该标准以 ATM 作为传输协议,速率为155Mbit/s 的 PON 系统技术规范,即 APON。BPON 系统技术规范后来被 ITU-T 采纳制定为 ITU-TG.983 系
18、列标准:这是业界的第一个提供宽带接入的 PON。随着网络业务种类和流量的迅速发展:APON 标准后来发展到可支持 622Mbit/s 的传输速率:并增加了动态带宽分配、保护等功能,:能提供以太网接入、视频发送、高速租用线路等业务。2001 年底:APON 更名为宽带无源光网络,BPON,:表示是可以提高宽带业务接入的 PON:以避免让人觉得只能提供 ATM 业务接入的误解。BPON 能提供以太网接入、视频分配、高速租用线等宽带业务:目前在美国和日本等国已经开始商用:在日本己经敷设了约 50 万线。然而，目前实际 BPON 的业务适配提供却很复杂，业务提供能力有限:数据传送速率和效率不高:成本较
19、高，其市场前景由于 ATM 的衰落而变得很不确定。从长远的业务发展趋势看，BPON 的可用带宽任然不够，无法满足网络和业务的长远发展需要。2.3.2 以太网 PON（EPON ）EPON 的标准号为 IEEE 802.3ah。由 IEEE EFM(Ethernet in the first mile)研究小组制定完成:并于 2004 年 6 月 IEEE 协会正式通过。其基本原则为在 APON 类似的结构上和 802.3 协议的基础上:通过较小的修改:实现在用户接入网上:传输以太帧:即以 Ethernet 技术代替 ATM 技术作为链路层办议。中华人民共和国在 2006 年 6 月:正式发布
20、EPON 国标接入网技术要求基于以太网方式的无源光网络 EPON:编号为 YD/T 1475-2006。由于 EPON 是基于以太网的无源光网络:EPON 具有较大的成本及性能优势。首先:EPON 提供了多业务支持 可以提供数据、租用线、电话、IPTV 和 CATV 等多种典型业务。其次:EPON 保持了以太网适应通信网 IP 化发展的优势:还能通过 TDM over IP 技术兼容传统的电信网:较好的支持 TDM 业务。最后:在传送效率、传送距离和传送速率方面都有很高的性能指标。2.3.3 吉比特 PON (GPON)2001 年，在 IEEE 积极制定标准的同时，全业务接入网络,FSAN,
21、组织开始发起制定速率超过 1Gbit/s 的 PON 网络标准-GPON。随后，ITU-T 也介入到这一新标准的制定工作中来，并于 2003 年 1 月通过两个有关 GPON 的新标准G.984.1 和 G.984.2,速率提高到 2.5Gbit/s,。按照这一标准的规定，GPON 可以提供的 1.244Gbit/s 下行速率以及所有标准的上行速率。传输距离至少达到20km，具有高速高效传输的特点。而且，GPON 还在传输汇聚层采用了一个全新的标准 GFP，这是一种可以透明高效地将各种数据信号封装进现有网络的、开放的、通用的标准信号适配映射技术，可以适应任何用户信号格式和任何传输网络制式，全面体现了业务提供商对业务提供的灵活要求，而 BPON 和 EPON 对每种特定业务都需要提供特定的适配方法。由于采用 GFP 映射，GPON 的传输汇聚层本质上是同步的，并使用 SDH 标准的 125us 帧，因而使得 GPON 可以直接支持 TDM 业务。2.4 几种 PON 接入技术的比较APON 技术的核心部分采用 ATM 技术。利用 ATM 的集中和统计复用特性,提供从窄带到宽带等各种业务,不仅支持可变速率业务,也支持时延要求较小的业务,具有支持多业务多比特率的能力。APON 的对称速率(155.52Mbit/s)和非
