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1、三网融合光纤到户接入系统,光纤通信技术实验,光纤通信技术实验,一、实验目的,2023/4/1,3,一、实验目的,1、了解三网融合光纤到户接入系统的网络拓扑结构，掌握星形网络和总线型网络的组网方法，了解数据、语音、视频三网融合业务的单纤传输和双纤传输方案。2、掌握无源光网络中光功率预算的设计和计算方法，以及传输波长的选择和分配方法。3、完成三网融合光纤到户接入系统的设计构建和业务配置，了解根据不同应用需求进行业务配置的方法和实现原理，学习三网融合光纤到户接入系统网络管理的基本方法。,光纤通信技术实验,二、实验原理,2023/4/1,5,接入网的定义,接入网是在业务节点接口(SNI)和与其关联的每
2、一个用户网络接口(UNI)之间由提供电信业务的传送实体组成的系统。SN（业务节点）是提供接入到各种交换和/或非交换电信业务的网元。SNI（业务节点接口）是提供用户接入到SN的接口。UNI（用户网络接口）指的是终端设备与应用接入协议的网络终端之间的接口。,接入网在整个通信网中的位置,2023/4/1,6,接入网的技术演进,xDSL ADSL、ADSL2、ADSL2+、VDSLP2P Ethernet 100BASE-LX10、100BASE-BX10、1000BASE-LX10、1000BASE-BX10 Cable Modem/PLCxPON APON，EPON、GPON、WDM-PON,20
3、23/4/1,7,xDSL,2023/4/1,8,P2P Ethernet,点对点以太网可以提供较宽的带宽，传输距离也较长，但使用的光纤光缆的数目较点对多点的PON结构要多得多，另外在局端需要很多光收发模块。因此，点对点以太网技术并不适合于用户密度较大的区域。,2023/4/1,9,Cable Modem,网络线路带宽是共享的，在用户达到一定规模后实际上无法提供宽带数据业务，用户分享到的带宽是非常有限的。Cable Modem所有用户的信号都是在同一根同轴电缆上进行传送的，因此有被搭线窃听的危险。要实现双向的HFC需要更换目前有线电视网上使用的单向放大器，这一部分改造费用也是相当高的。,202
4、3/4/1,10,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。,2023/4/1,11,xPON,PON是一种点到多点（P2MP）结构的无源光网络（Passive Optical Network）,2023/4/1,12,目前通信网络现状,目前的现状：骨干网层面：容量已达到Tbps量级,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。接入网层面：始终是整个网络运行的瓶颈，从传统拨号上网到xDSL、LAN、HFC，本质仍是基于铜缆的接入方式。,2023/4/1,13,接入网的宽带发展趋势,宽带
5、化从业务发展现状来看，高带宽的消耗业务逐步涌现，带宽提速成为迫切需求，每用户至少需要10Mbit/s 带宽。但是，带宽永远没有够的时候。业务综合化基于各种传统网络技术的业务接入逐步走向融合，要求在一个接入网内实现专线/VPN、Stream Video/VOD、Video phone/VoIP、HSIA（高速互联网接入）等；这不仅要求接入网络能够实现各种接入技术，更需要一个有机的平台能够很好地承载各类业务，并保证业务质量。无线化及移动化无线及移动提供了接入方便性。根据场合的不同，对无线/移动的技术要求也不同，相应技术对业务的支持能力也不同。WiMAX 成为最新的热门话题。光纤化引入FTTH的必然
6、性随着光纤在长途网、城域网乃至接入网主干段的大量应用，合理的发展是：将光纤继续线接入网的配线段和引入线部分延伸，最终实现光纤到用户！FTTHFTTH实现有一个渐进的过程，如从FTTC FTTB FTTH。,2023/4/1,14,光纤接入网简介,OAN又可以划分为无源光网络（PON）和有源光网络（AON）。前者采用光分路器分路，后者采用电复用器分路，两者均在发展，但多数国家和国际电联标准部（ITU-T）更注重推动PON的发展。PON技术早在1987年由英国电信公司的研究人员提出，目前主流的PON技术有APON，EPON和GPON，其中以EPON技术最具有优势和竞争力。,2023/4/1,15,
7、xPON的技术比较,BPON业务适配复杂，业务提供能力有限，传送速率和效率都不高；GPON继承引用了BPON的部分优点，在速率上提升到1.25G/2.5Gbps；EPON直接采用以太网作为数据链路层，简单高效，成本低廉，成为主流。,2023/4/1,16,xPON的技术标准最新动向,2023/4/1,17,EPON网络结构,无源光网络（PONPassive 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。OLTOptical Line Terminal，光线路终端ONUOptical Network Unit，光网络单元 POSPassive Optical
8、Splitter，无源光分路器/耦合器ODNOptical Distribution Networks，光纤分布网,2023/4/1,18,GEPON原理,GEPON采用单纤波分复用技术下行1490nm；上行1310nm；1550nm可选用于视频；,2023/4/1,19,GEPON上行流,由MPCP协议完成上行流的控制管理时隙中含多个802.3的以太网帧发送64字节的REPORT信息向OLT报告ONU的状态避免冲突,2023/4/1,20,GEPON下行流,802.3帧广播数据的导出是由802.3帧的前导码中的LLID来标识64字节GATE信息来分配带宽,2023/4/1,21,EPON中的
9、关键技术,突发发射，需要较高的响应速度。开启和关闭时间应该较短。突发接收，因为ONU的距离不同，需要较宽的光功率响应范围。注册和自动发现测距和定时请求报告和允许处理,2023/4/1,22,EPON局端设备OLT简介,特点：标准电信级产品设计，1U高，19英寸宽标准通信机框1-4路千兆UpLink，1-4路千兆PON DownLink，16G全线速转发，超大带宽最大支持4个PON，覆盖20公里，1:32分支比模式220V电源系统，软件平滑升级，增强的稳定性粒度64kbps的动态带宽分配能力，多达10级用户SLA服务分级，128位ASE双向数据加密，增强的可运营性,2023/4/1,23,三网融
10、合宽带接入架构,2023/4/1,24,三网融合的发展阶段,2023/4/1,25,基于EPON的光纤到户,V5/PRI,GE,1xn,Coupler,GE,PSTN,LE,IP骨干网,视频网,C1000,M3000,1550nm,HFC CATV,POTS,LAN,RFTV,多业务融合 IP（LAN、WLAN）TDM（POTS电话、语音专线)CATV,M3000,2023/4/1,26,常用光器件和光纤简介,光分路器光合波/分波器法兰盘和光纤跳线光纤的种类和选取,分光器1:2,分光器1:4,分光器1:16,2023/4/1,27,光分路器,光分路器的作用是进行光功率分配，一般为均分，我们在工
11、程中使用的是1N树型光分路器。光分路器的正向和反向插入损耗相同，12分路器理论插损为3dB，依次的14的6dB，18的9dB。光分路器反向使用就是耦合器，也可以用于合波，但是比起合波器，其插损很大。光分路器有熔融拉锥和PLC（平面光波导）两种，前者廉价但体积较大，且一致性不好，后者较贵，但体积小，一致性好。,2023/4/1,28,光分路器,熔锥型,光波导型,两种常用的无源光分路器（ODN，Splitter）：,器件功能：将一路输入光信号进行光功率分割，分成多路输出（可以等分，也可以按照需要定制功率分配比）典型的分路器实现1：2到1：32的分光器件特点：无源器件，不需要供电，环境适应能力较强,
12、2023/4/1,29,光合波器、光分波器,光合波器的作用是将多个输入端口的不同的波长的光耦合到一个输出端口。光合波器也分几种：熔融拉锥，AWG和薄膜式。光合波器反向使用就是分波器。插损较小，一般的都在5dB以下。,2023/4/1,30,法兰盘和光纤跳线,法兰盘就是光纤适配器，用于连接光纤跳线或尾纤；光纤跳线是指带两个光纤连接头的光纤；尾纤则是指带一个光纤连接头的光纤。光纤跳线的种类有很多，根据接头形状可分为：FC、SC、ST、LC等；根据插芯的类型可分为：PC、UPC、APC等；根据光纤种类可分为单模、50/125多模、62.5/125多模、保偏等；根据光纤直径可分为：900m、2mm、3
13、mm 等。CATV对回波损耗有要求，需要使用APC端面。,2023/4/1,31,光纤种类,目前常用的光纤种类有常规单模光纤G.652、色散位移光纤G.653和非零色散位移光纤G.655以及无水峰光纤。EPON中一般采用G.652光纤。WDM-PON中DWDM一般采用G.655光纤，CWDM 18信道一般采用无水峰光纤。,2023/4/1,32,G.652传统和无水光纤比较,2023/4/1,33,功率预算的计算方法,何谓功率预算？功率预算的计算方法,2023/4/1,34,何谓功率预算,功率预算是指对于特定的距离、光纤/缆和光器件，从发端到收端的光功率损耗的预算。功率预算可以用于指导选择光纤
14、光缆和光器件以及光模块的规格和指标。,2023/4/1,35,光功率预算的计算方法,对于1N分路器，插损记为PIL=log2N3+2dB，速算方法如N=2m，则PIL=3m+2dB常规单模光纤G.652，传水峰以外的波长，插损按0.3dB/km计算。合波器插损一般按5dB计算。各种插损简单相加后再增加3dBm的功率余量，以弥补器件老化带来的功率损耗。,2023/4/1,36,光功率预算举例,EPON使用常规单模光纤，使用1:32分路器，最远传输距离20km。则其功率预算为532200.33=26dB（注:3225）,2023/4/1,37,网络拓扑,2023/4/1,38,网络拓扑,可采用不对
15、称分光比分支器，保证每条链路在设备光接受灵敏度范围内,10%,90%,总线型,2023/4/1,39,最大为1：32的光分支比，适用于用户较集中的情况,树型,网络拓扑,光纤通信技术实验,三、实验仪器和装置,2023/4/1,41,三网融合光纤到户接入综合实验系统简介 本实验使用的三网融合光纤到户接入综合实验系统是采用国际标准IEEE802.3ah制作的EPON综合光接入网络系统设备。实验系统总体包括局端设备、终端设备和光配线设备。局端设备有数据光线路终端（OLT，Optical Line Terminal）、CATV光发射机（1550nm波长）、电话语音网关（VoIP FXO网关）；终端设备有
16、数据光网络单元（ONU，Optical Network Unit）、CATV光接收机、电话语音终端（VoIP FXS网关）；光配线设备有光分支器（POS，Passive Optical Splitter）、光复用/解复用器（CWDM MUX/DMUX）、单模光纤（G.652标准光纤）、光纤跳线和法兰盘等。,2023/4/1,42,三网融合EPON综合接入网典型组网,2023/4/1,43,上图给出了采用三网融合光纤到户接入综合实验系统的实验设备搭建的典型网络。在该网络中，局端设备分别连接数据网络、电视网络和语音网络，将从上一级网络传来的信号通过光纤传输至终端设备，终端设备通过不同的信号处理方式
17、还原成原始信号，输出给电视、电话和电脑等最终用户设备。,光纤通信技术实验,四、实验内容和步骤,2023/4/1,45,三网融合EPON综合接入设计,设计实验内容：1、三网融合光纤到户接入网络设计（1）比较并分析各种光纤接入网络拓扑结构的特点，选择三网融合光纤到户接入网络实验的网络拓扑结构。（2）分析三网融合光纤到户接入网络系统的各组成部分的功能和作用，选择三网融合光纤到户接入网络的构成组件。（3）完成三网融合光纤到户接入网络设计，形成体系结构框图，并进行光链路功率预算。,2023/4/1,46,三网融合EPON综合接入设计,2、三网融合光纤到户接入网络的搭建和业务开通（1）根据设计的三网融合光纤到户接入网络方案，搭建实验系统。（2）在搭建的三网融合光纤到户接入网络中，逐一开通数据、语音和视频业务。对开通业务的功能和质量进行评测，对于调试中出现的问题进行分析解决。3、实验数据和结论分析（1）对三网融合光纤到户接入网络的光链路功率进行测量，并和前面的预算数据进行比较分析。（2）对不同的网络拓扑结构下的搭建情况和业务开通情况进行对比分析，对其中遇到的问题进行分析说明。,
