無源光網(wǎng)絡光纖復用拉遠的技術方案分析

龍 函，胡 毅

（1.武漢郵電科學研究院，武漢 430074； 2.武漢光迅科技股份有限公司，武漢 430205）

無線通信技術

無源光網(wǎng)絡光纖復用拉遠的技術方案分析

龍 函1，2，胡 毅1，2

（1.武漢郵電科學研究院，武漢 430074； 2.武漢光迅科技股份有限公司，武漢 430205）

為解決PON（無源光網(wǎng)絡）傳輸距離受限問題，首先介紹了一種PON光纖復用拉遠的技術方案，然后分析了其關鍵技術：PON信號聚合和PON拉遠，該技術方案能夠?qū)崿F(xiàn)PON傳輸距離和傳輸容量的增加；最后介紹了兩種應用場景。

無源光網(wǎng)絡；復用拉遠；通用映射規(guī)程；異步映射規(guī)程

0 引 言

在傳統(tǒng)的PON（無源光網(wǎng)絡）系統(tǒng)中，每個OLT（光線路終端）端口需要通過一根光纖連接到ODN（光配線網(wǎng)絡）。隨著FTTH（光纖到戶）的大規(guī)模建設，光纖的需求劇增，光纜資源消耗嚴重；并且PON的傳輸距離也會受到物理層收發(fā)器、拓撲、色散、DBA（動態(tài)帶寬分配）以及注冊開窗時間等因素的限制，無法覆蓋較偏遠地區(qū)。本文介紹了一種PON光纖復用拉遠方案，并對其中的光纖復用拉遠技術進行了淺析，該方案有助于解決接入網(wǎng)建設時光纜資源不足及長距離傳輸?shù)葐栴}。

1 PON光纖復用拉遠技術方案

PON光纖復用拉遠方案主要通過PON信號聚合和信號中繼再生實現(xiàn)。圖1所示為PON光纖復用拉遠方案框圖。在綜合業(yè)務接入端，可將8路 1.25 Gbit/s EPON（以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡）信號或8路2.5 Gbit/s GPON（吉比特無源光網(wǎng)絡）信號進行O/E（光/電）轉(zhuǎn)換等處理，形成電層信號，再通過映射和復用，聚合成1路或2路OTU2（光傳輸單元）信號。多路OTU2信號經(jīng)E/O（電/光）轉(zhuǎn)換，并通過WDM（波分復用）復用到1根光纖中進行傳輸，實現(xiàn)信號的二次聚合。在接入主干光交節(jié)點，WDM解復用出每路OTU2光信號，OTU2光信號經(jīng)過O/E轉(zhuǎn)換，并依次進行解復用、解映射和E/O轉(zhuǎn)換，恢復出每路PON信號。在靠近OLT側，通過上行PON信號中繼再生，可實現(xiàn)在PON over OTN（光傳輸網(wǎng)）拉遠的基礎上將PON的傳輸距離進一步拉遠。由于ONU（光網(wǎng)絡單元）上行方向為突發(fā)模式，在接入主干光交節(jié)點時，PON信號需通過信號處理單元將突發(fā)模式信號變成連續(xù)模式信號；在綜合業(yè)務接入端，再將連續(xù)模式信號恢復成突發(fā)模式信號。

圖1 PON光纖復用拉遠方案框圖

2 關鍵技術分析

2.1 EPON聚合

8路1.25 Gbit/s EPON信號聚合到1路OTU2的過程如圖2所示。EPON信號的上下行標稱速率均為1.25 Gbit/s，采用8B/10B編碼技術，而OPU0的凈荷標稱速率為1 238 954.310 kbit/s，不足以承載1.25 Gbit/s EPON信號，因此需要對EPON信號進行TTT以壓縮信號比特速率。該過程首先對8B/10B線路碼進行解碼，然后將解碼后的8B/10B字符映射到開銷較小的64B/65B碼塊，并加入GFP（通用成幀規(guī)程）幀頭，轉(zhuǎn)碼后的EPON信號速率為1 171 875 kbit/s［1-2］。

圖2 8路1.25 Gbit/s EPON信號聚合過程

經(jīng)過TTT處理的EPON信號速率低于OPU0的凈荷標稱速率，因此還需通過GMP將EPON信號映射到OPU0。該映射過程中，Sigma-delta算法Cn（t）、Cm（t）中的n和m值均為8，利用該算法對OPU0凈荷區(qū)的每一個字節(jié)進行數(shù)據(jù)和固定填充。

1路1.25 Gbit/s EPON信號映射進OPU0后，加上ODU0 OH（開銷）形成ODU0，然后可將8路這樣的ODU0復用進1路OPU2。該復用過程分為兩步進行:

（1）使用GMP將ODU0異步映射進ODTU2.1。ODTU2.1是一個具有476列×32行凈荷區(qū)和6字節(jié)ODTU2.1 OH的結構，其OH用于承載GMP的開銷。ODU0信號通過加入FAS（幀定位信號）和全“0”填充的OTU0開銷后被擴展，擴展后的ODU0再通過GMP適配到本地產(chǎn)生的OPU2/ODTU2.1時鐘，該映射過程中，Cn（t）、Cm（t）中n和m的值也均為8。

（2）ODTU2.1通過BMP（比特同步映射）映射到OPU2的一個支路時隙TS。OPU2被分成8個1.25 Gbit/s支路時隙，每個支路時隙占據(jù)12.5%的OPU2凈荷區(qū)，它是一個476列×32行加上一個TSOH（支路時隙開銷）的結構。8個支路時隙按字節(jié)間插到OPU2的凈荷區(qū)，8個OPU2的TSOH按幀間插到OPU2開銷區(qū)域的第15和16列。這樣，8路ODTU2.1通過映射到8個OPU2的1.25 Gbit/s TS，完成了到OPU2的復用。

OPU2通過加上ODU2開銷、OTU2開銷、FAS、MFAS（復幀對齊信號）和FEC（前向糾錯）等，最終形成了OTU2幀。

2.2 GPON聚合

4路2.5 Gbit/s GPON信號聚合到1路OTU2的過程如圖3所示。

圖3 4路2.5 Gbit/s GPON信號聚合過程

GPON的下行最大速率為2.488 32 Gbit/s，與OPU1的凈荷標稱速率相同［3］，兩者之間只有頻偏的差別，可通過AMP（異步映射規(guī)程）將2.5 Gbit/s的GPON信號適配到OPU1的凈荷中。AMP的原理是通過OPU1開銷中的JC1、JC2、JC3、NJO以及凈荷中的PJO字節(jié)對客戶信號速率進行-1/0/+1調(diào)整。

1路GPON信號映射進OPU1后，加上ODU1 OH則形成了ODU1，然后可將4路這樣的ODU1復用進1路OPU2。該復用過程同樣分兩步進行:

（1）ODU1通過AMP異步映射進ODTU12。ODTU12具有952列×16行的凈荷區(qū)和4字節(jié)ODTU12 OH的幀結構，其開銷由3個字節(jié)JC1、JC2、JC3和1個字節(jié)的NJO組成，此外，它有兩個正調(diào)整字節(jié)PJO1、PJO2位于ODTU12凈荷區(qū)。ODU1信號通過加入FAS和全“0”填充的OTU1開銷后被擴展，擴展后的ODU1使用異步映射過程產(chǎn)生的JC、NJO、PJO1和PJO2對其進行-1/0/+1/+2調(diào)整，使得被擴展的ODU1的一個字節(jié)被映射到ODTU12的一個信息字節(jié)。

（2）ODTU12通過BMP映射到OPU2的一個支路時隙TS。OPU2還可被分成4個2.5 Gbit/s支路時隙，每個支路時隙占據(jù)25%的OPU2凈荷區(qū)，它是一個952列×16行加上一個TSOH的結構。這4個支路時隙按字節(jié)間插到OPU2凈荷區(qū)，4個OPU2的TSOH按幀間插到OPU2開銷區(qū)域的第16列。這樣，4路ODTU12通過映射到4個OPU2的2.5 Gbit/s TS，完成了到OPU2的復用。

OPU2通過加上ODU2開銷、OTU2開銷、FAS、MFAS和FEC等，最終形成了OTU2幀。

GPON上行方向速率為1.25 Gbit/s，要將其映射復用到OTU2，需對其進行處理。將突發(fā)模式的1.25 Gbit/s GPON信號轉(zhuǎn)換成連續(xù)模式信號，然后通過曼徹斯特編碼器將“1”編碼成“10”，將“0”編碼成“01”［4］，這樣1.25 Gbit/s信號變成2.5 Gbit/s信號，再利用上述同樣的方式映射復用到OTU2。

2.3 PON拉遠

當傳輸超過受限距離時，會導致OLT與ONU之間無法正常進行數(shù)據(jù)通信。圖4所示為主干交換端PON拉遠原理框圖。ONU注冊過程如圖5所示［］。

圖4 主干交換端PON拉遠原理框圖

OLT定時向各ONU發(fā)送帶寬授權信息、上行開銷和ONU SN（序列號）請求等，圖示部分提取帶寬授權信息并進行存儲，同時轉(zhuǎn)發(fā)下行數(shù)據(jù)。ONU收到信息后會將SN插入上行幀中，該部分提取上行幀中的SN并進行存儲。當OLT再次發(fā)送SN請求時，該部分根據(jù)帶寬授權信息在相應的時隙將SN插入上行幀中，并轉(zhuǎn)發(fā)給OLT。OLT收到SN后，為ONU分配LLID（邏輯鏈路標識），并等待一個預設時間后發(fā)送測距請求。ONU收到測距請求后返回一個測距響應消息，該部分從上行數(shù)據(jù)幀中提取該響應消息，并對其進行處理（減去OTU2的傳輸時延），生成新的測距響應消息。OLT如在規(guī)定的測距時間窗口內(nèi)未收到響應消息，則再等待一個預設時間后重新發(fā)送測距請求，該部分收到測距請求后將新的測距響應消息發(fā)送給OLT。OLT根據(jù)ONU的RTD（往返時延值）產(chǎn)生一個EqD（均衡時延值）并發(fā)送給ONU，ONU返回一個應答消息表明已經(jīng)收到EqD，從而完成ONU注冊。

圖5 ONU注冊過程

OLT與ONU進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，該部分從下行數(shù)據(jù)流中提取帶寬授權信息并進行存儲，轉(zhuǎn)發(fā)下行數(shù)據(jù)；從上行數(shù)據(jù)流中提取開銷、解映射出信息凈荷并進行存儲。當數(shù)據(jù)發(fā)送時間結束時，該部分根據(jù)帶寬授權信息對信號進行重組，生成新的上行信號發(fā)送給OLT。

3 應用場景

PON光纖復用拉遠方案可應用于兩種典型的場景，如圖6所示。

圖6 PON光纖復用拉遠應用場景

在圖6中，OLT設備與綜合業(yè)務接入端部署在同一機房，綜合業(yè)務接入端將多路OLT側的PON信號映射復用成多路OTU2信號，然后通過WDM將多路OTU2信號復用到1根主干接入光纖中進行傳輸；在接入主干光交節(jié)點，WDM將合波的光信號分波得到每路OTU2信號，再對其進行處理，恢復出OLT側的PON信號，從而實現(xiàn)綜合業(yè)務接入機房到接入主干光交節(jié)點的大容量點到點光纖復用。

圖6（b）與圖6（a）的不同之處在于沒有對多路OTU2信號進行復用，而是將每路OTU2信號通過1根主干接入光纖進行傳輸；在每個接入主干光交節(jié)點對接收到的1路OTU2信號進行處理，恢復出OLT側的PON信號。

4 結束語

介紹了一種PON光纖復用拉遠技術方案，并重點分析了其中1.25 Gbit/s EPON和2.5 Gbit/s GPON信號聚合和拉遠技術。該技術方案將OLT部署在匯聚節(jié)點，結合PON的傳輸距離，能擴大覆蓋范圍，節(jié)省主干接入光纜資源，解決鄉(xiāng)鎮(zhèn)光纜資源不足和長距離傳輸?shù)葐栴}；同時，該方案可實現(xiàn)大容量傳輸，減少中間局所，設備集中，便于集中網(wǎng)絡管理和促進網(wǎng)絡扁平化，對推進OLT集中建設和鄉(xiāng)鎮(zhèn)廣覆蓋具有一定的參考意義。

［1］EXAR.Recent feature of OTN（G.709）［Z］.China: EXAR，2011.

［2］ITU-T Recommendation G.709/Y.1331-2012，Interfaces for the optical transport network［S］.

［3］李允博.光傳送網(wǎng)（OTN）技術的原理與測試［M］.北京:人民郵電出版社，2013.

［4］ITU-T Recommendation G.984.6-2008，Gigabit-capable passive optical networks（GPON）:Reach extension Amendment 1［S］.

［5］胡幸，蔣紅麗，陳娟，等.一種實現(xiàn)無源光網(wǎng)絡拉遠的方法和系統(tǒng)及中繼裝置:中國，102131131A［P］.2011-07-20.

Technical Plan Analysis of PON Fiber Multiplexing and Reach Extending

LONG Han1，2，HU Yi1，2
（1.Wuhan Research Institute of Posts and Telecommunications，Wuhan 430074，China；2.Accelink Technologies Co.，Ltd.，Wuhan 430205，China）

To solve the distance limitation of Passive Optical Network（PON），a PON fiber multiplexing and reach extending method is first introduced.The relevant key technologies，such as aggregating and reach extending of PON signals are then analyzed.The technology can increase PON’s transmission distance and capacity，F(xiàn)inally we introduce two application scenarios based on this technology.

PON；multiplexing and reach extending；GMP；AMP

TN915

A

1005-8788（2016）05-0032-03

10.13756/j.gtxyj.2016.05.010

2016-04-07

龍函（1991-），男，湖北黃岡人。碩士研究生，主要研究方向為光通信子系統(tǒng)。