無源光網絡的光線路相關技術研究

程　磊　孟嗣儀

[摘要]寬帶業(yè)務的增多，使得PON技術得到了越來越多的應用。介紹PON技術的概念、組成、工作原理及特點。并且對APON、EPON和GPON技術進行綜合分析比較，指出各自的應用前景。

[關鍵詞]無源光網絡 APON EPON GPON

中圖分類號：TP3文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0220039－01

近年來，隨著互聯網的快速發(fā)展和個人電腦的普及，互聯網數據流激增，以傳統(tǒng)的銅纜接入方式運作的接入網顯然已經無法滿足通信業(yè)務量增長的需求。

由于光纖具有傳輸頻帶寬、容量大、損耗低、抗干擾能力強的優(yōu)點，非常適合作為高速、寬帶業(yè)務的傳輸媒體。而在各種光接入技術中，PON（Passive OpticalNetwork，無源光網絡）技術由于采用無源節(jié)點、敷設和運行維護成本低、對業(yè)務透明和易于升級等優(yōu)點而備受關注。

一、PON技術詳解

（一）PON的概念及特點

早在上世紀90年代，PON技術就被用于傳輸話音業(yè)務。PON（無源光網絡）是指在光接入網中，ODN（光配線網）全部采用無源器件，不含有任何電子器件及電子電源。如圖1所示，無源光網絡主要由位于中心控制站的光線路終端(OLT)，位于用戶端的光網絡單元(ONU)以及OLT與ONU之間的光分配網絡(ODN)組成；其中ODN包括光纖和無源分光器或耦合器。

PON采用無源光器件且共享光纖作為傳輸介質，因而整個光網絡成本較低，同時避免了外部設備的電磁干擾和雷電影響，設備和線路的可靠性大大高于有源網絡。鑒于光纖本身的高度穩(wěn)定性，PON運行維護成本也較低。總之，PON寬帶接入技術具有寬頻帶，大容量，廣覆蓋，低投入，高可靠性以及綜合業(yè)務接入能力等優(yōu)點，吸引著運營商的眼球，成為目前FTTH中的熱門技術。

（二）PON的工作原理及關鍵技術

1．PON上/下行業(yè)務傳遞方式

PON是一種樹狀結構的全光網絡，采用點到多點拓撲結構；OLT與ONU之間可采用WDM/WDMA、SCM/SCMA、CDM/CDMA和TCM/TCM等數據傳輸方式。實際應用中，下行（從網絡側OLT到用戶側ONU）采用時分復用(TDM)技術，以無源功率分束廣播業(yè)務到每個用戶。上行（從用戶側ONU到網絡側OLT）采用時分多址(TDMA)方式把多個用戶信息接入OLT，實現用戶對帶寬和設備的共享。

2．關鍵技術

上行信號的接入問題在PON的下行方向中，信號由OLT發(fā)送，經光分路器透明的廣播至所有ONU。但在上行方向，由于各ONU只能共享上行信道。為了提高網絡效率，采用了TDMA多址接入方式，即每個ONU只能處于其被分配的特定時隙時才能打開激光器發(fā)送信息，否則關斷激光器。因此在大部分時間里ONU是不發(fā)光的；換句話來說，要求ONU的光發(fā)射機具有突發(fā)光信號的能力。

另一方面每一個ONU的光模塊發(fā)出的光信號的強度不同，與OLT的距離也不同，使得在每個時隙達到OLT的ONU光信號功率和相位都不同，容易導致OLT產生誤判。故此要求OLT的光接收機能對突發(fā)信號進行接收同步。

二、對三種PON技術的比較

三種PON技術各有特點，APON、EPON和GPON似乎從一開始就注定了要在競爭中不斷完善和發(fā)展。

（一）APON

APON(ATM Passive Optical Network)以ATM作為承載協(xié)議?？刹捎脙煞N速率不同的幀結構；一種是上、下行速率均為155.52Mbit/s的對稱速率幀結構；另一種是上行為155.52Mbit/s，下行為622.08Mbit/s的非對稱速率幀結構。在下行的信元流中插有專門的物理層運行管理維護(PLOAM)信元。

（二）EPON

EPON(EthernetPassiveOpticalNetwork)是基于以太網的PON。用于接入網的以太網也稱“第一英里以太網”(EFM)。EFM的物理層既包括用于點到點(P2P)連接的光纖與銅線，也包括用于點到多點(P2MP)的EPON。為了便于網絡運行與故障修復，還包括了OAM機制。

EPON可以支持1.25Gbps對稱速率，將來速率還能升級到10Gbps。EPON下行幀周期為2ms。每幀開頭是長度為1字節(jié)的同步標識符，用于OLT與ONU之間的時鐘同步；隨后是長度不同的數據包。

（三）GPON

GPON(Gigabit Passive Optical Network)又稱本色模式PON。這是因為GPON有兩大承諾：在PON上傳送多業(yè)務時保證高比特率和高效率，故GPON一開始就自下而上地重新考慮了PON的應用和要求，不再基于早先的APON標準，所以稱為本色模式PON。

GPON采用ITU-TG.7041定義的GFP（通用成幀規(guī)程）。GFP是一種通用機制，它適配來自傳送網上高層客戶信令的業(yè)務，可對Ethernet、TDM、ATM等多種業(yè)務進行封裝映射，能提供1.25Gb/s和2.5Gb/s下行速率和所有標準的上行速率，并具有強大OAM功能。

綜上所述，APON、EPON和GPON各有其優(yōu)、缺點。APON技術是基于復雜的ATM技術，因此存在帶寬不足、技術復雜、價格高、承載IP業(yè)務效率低等問題，未能取得市場上的成功，已基本被市場淘汰。目前EPON產品已得到一定程度的商用，由于其將以太網技術與PON技術完美結合，成為非常適合IP業(yè)務的寬帶接入技術。而在高速率和支持多業(yè)務方面，GPON具有明顯優(yōu)勢，將是PON的重要發(fā)展方向，但GPON的成本要高于EPON，目前產品的成熟性也遜于EPON。

三、結束語

歷經十幾年的發(fā)展，如今的PON 網絡被普遍認為是寬帶接入網的最終解決方案。隨著FTTH接入網涉及的光纖、光收發(fā)器件和傳輸設備在技術上的不斷商用化，尤其是銅線和光纖價格的一漲一跌，使得FTTH的成本正呈現下降的趨勢；其中基于PON技術的FTTH成為當前接入技術的熱點。

參考文獻：

[1]吳錦瑚，現階段PON技術部署策略探討[J].通信世界，2006,(43).

[2]王中華，APON、EPON、GPON技術的綜合比較[J].甘肅科技,2005,(6).

作者簡介：

程磊，北京交通大學，電子信息學院在讀工程碩士，中國鐵通安徽分公司職員；孟嗣儀，北京交通大學，電子信息學院副教授。