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展和個人電腦的普及，互聯網數據流激增，以傳統的銅纜接入方式運作的接入網顯然已經無法滿足通信業務量增長的需求。

由于光纖具有傳輸頻帶寬、容量大、損耗低、抗干擾能力強的優點，非常適合作為高速、寬帶業務的傳輸媒體。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點、敷設和運行維護成本低、對業務透明和易于升級等優點而備受關注。

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務接入能力等優點，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送信息，否則關斷激光器。因此在大部分時間里ONU是不發光的；換句話來說，要求ONU的光發射機具有突發光信號的能力。

另一方面每一個ONU的光模塊發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展。

（一）APON

APON(ATM Passive Optical Network)以ATM作為承載協議。可采用兩種速率不同的幀結構；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務，可對Ethernet、TDM、ATM等多種業務進行封裝映射，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、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業務的寬帶接入技術。而在高速率和支持多業務方面，GPON具有明顯優勢，將是PON的重要發展方向，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。