基于PON的光纤接入网

1998年第4期N o.4　1998

3男,1970年出生,硕士研究生,北方交通大学光波技术研究所,北京市西直门外上园村(100044)收稿日期:1998204208

基于PON 的光纤接入网

刘加彬3　庞翠珠　雷健斌

　　摘　要　由于多媒体通信的发展,全光网络成为具有美好发展前景的技术。而接入网的光纤化成为必然的趋势。无源光网络(PON )以其经济有效的成点尤其引人注目。本文首先介绍了无源光网络系统的发展情况,然后讨论了有关发展无源光网络的最新技术问题。

关键词　无源光网络　波分复用　光中继单元

Optica l F iber Access Network Ba sed on PON

L iu J iab in 　Pang Cu izhu 　L ei J ianb in

Abstract 　A ll 2op tical netw o rk s are em erging as a p rom ising techno logy w ith the developm en t of m u lti m edia comm un icati on .T herefo re ,it is a trend to in troduce fiber in to access netw o rk .E spe 2cially ,passive op tical netw o rk s p rove to be a co st 2effective w ay to carry it ou t .T he paper first de 2scribes the evo lu ti on of passive op tical netw o rk ,then som e new techno logyical issues of passive op 2tical netw o rk are discu ssed

Keywords 　PON (Passive Op tical N etw o rk )　　　W DM (W avelength D ivisi on M u lti p lex ing )ORU (Op tical R epeater U n it )

1　前　言

通信的发展正在由窄带向宽带过渡,用户的需求也不再仅仅满足现有的电话业务,

而向视频点播,视频购物等多媒体业务发展。因此对连接用户的接入网就有了更高的要求,为了提供各种宽带业务,光纤接入是最佳的选择,而PON (无源光网络)接入技术是优选的成网技术。下面首先介绍光纤接入网的发展进程,然后给出基于PON 的光纤接入网的系统构成,最后介绍有关PON 成网的技术发展。

2　光纤接入网的发展

光纤接入网经历了或者说还存在一个认识的过程,接入网现实的情况是利用现有的

大量的铜双绞线和同轴电缆,并相应的发展了一些新的技术如AD SL (不对称数字用户线)及VD SL (甚高速数字用户线)等。但这些都无法掩盖其固有的材料局限性。随着干线网络的全光纤的发展趋势及通信业务的迅速增长,现有网络接入部分有限的带宽成为业务增长的障碍。因此光纤以其适合宽带业务通信的特有的优点成为构成接入网的最佳选择。在发展光纤接入网的过程中,为了要使FT TH (光纤到家)这一个美丽的前景成为现实,必须加快PON 成网技术的发展。下面将介绍PON 光纤接入网的系统构成。

3　基于PON 的光纤接入网的系

统构成

如下图所示,这里的SN 包括电话业务网络以及其它的数据及视频通信网络还有其它的未定义的业务网络,而OL T 作为接入点一般位于本地交换局机房内,并通过用户

超级PON光纤接入网的结构图

SN为Service N etw o rk(业务网络);L EX为L o2 cal Exchange(本地交换机);OL T为Op tical L ine T erm inal(光线路终端);ONU为Op tical N et2 w o rk U n it(光网络单元);ORU为Op tical R e2 peater U n it(光中继单元)

网络接口将用户接入本地交换机。交换机根据核心网络所提供的业务的带宽,对窄带业务提供V5接口,而对于宽带的多媒体业务则提供有VB接口,当然对于VB接口的标准还有待于进一步完善。

在接入网的发展过程中,PON具有以下的特点:PON可实现点对多点的通信,每个ONU可连接几个到几十个用户,光设备费用较低,这是其优点,另外最具吸引力的是PON可实现与有线电视的共网传送。这种方式还具有初期投资少,使用灵活的优点;可以把PO T S与CA TV两个的业务网络很好的结合,适合多媒体业务的发展方向。而PON每经过一次分光器,光功率就衰减3dB 以上,所以传输距离不能很远,这是其缺点,并曾经一度了PON的发展。现在发展的典型的宽带PON分光率低于32,网络范围可达20km。但从核心业务网络的长远发展考虑,必须提高PON的分光率以接入更多的用户。因此应运而生了超级PON接入网络。这种超级PON接入网的分光率为2000,传输距离为100km。此种接入网能够适应各种交互式多媒体业务的需要,并充分利用线路终端,在一个光线路终端上接入2000个用户,可减少接入网的成本。但因为在开通双向宽带业务时,有以下技术问题需解决:对来自用户端的上行信号的突发性的处理以及上下行方向对分光器的要求的提高,当然传输距离也是一个。这些都成为PON的发展障碍,然而随着这些技术问题的逐步解决,PON越来越展现出良好的发展前景。从而使PON成为发展光纤接入网的首选技术。

4　有关PON的技术问题

要使PON具有更广阔的发展前景,必须实现PON的高的分光率,并实现远距离接入。在原有PON的基础上,必须应用新的技术。由于无源分光器的衰耗较大,因此为了实现PON的远距离传送信息,需要利用光放大器技术,而接入网的上行和下行方向的信息传递的不同,需要不同的通信带宽而引入了W DM(波分复用技术)。下面就这两种技术在接入网中的应用作些讨论。

首先,所谓W DM就是在同一根光纤中利用不同的波长传送更多的信息的技术。这类似于射频通信系统中的频分复用技术,它把光纤带宽分为多个光波段,每个光波段携带一定速率(Gb s级)的信息。在PON光纤接入网的发展进程中,最初是每个PON在上下行方向的通信速率都为20M b s～30M b s,可以为1000个用户提供电话业务;然而随着全业务网络的发展,在接入网的部分也发生了变化,在下行方向需要有622M b s～2.5Gb s的通信速率,而上行的速率为50M b s～100M b s。一般说来,这种速率分配完全能够适应全业务网络的要求,即可以提供双向的视频分配及视频点播业务。涉及到上下行方向的信道复用,可以在馈线段利用两根光纤,而在配线段使用一根光纤利用W DM传输方法实现上下行方向的复用及解复用,如此可适应新的发展要求并减小双向通信的串音干扰。所谓串音干扰是指光信号漏泄到其它话路并对其造成干扰。在W DM的使用中,需要确定这种串音信号的干扰电平,一般来说-20dB～-30dB是可选择范围。

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刘加彬等:基于PON的光纤接入网实现远距离光纤接入网,光中继是关键的技术问题。为了使接入网实现远距离分布和高的分光率,必须在接入网中加入光放大器。在接入网中,光放大器有两种位置,可应用在馈线段,以补偿光纤线路的损耗;也可用于PON分光器中以补偿光器件的损耗。如上图所示。在接入网的下行方向实现高分光率,远距离PON光接入网,这并不存在特别的技术问题。关键是上行方向的信息接入,因为用户信号的突发性而使光信号的放大传输变得复杂。尽管PON光接入网的拓扑结构有很多,但对于每一种结构,可以使用的两种光放大器是ED FA(掺铒光纤放大器)和SOA(半导体放大器)。另外对于上下行方向的光信号的传输情况,对光放大器的要求也有所区别。下面将就这两种光放大器在接入网上下行方向的应用作些比较。

下行方向的应用:接入网的下行方向需要支持2.5Gb s的光信号,而为了降低对ONU中的光接收机的灵敏度的要求以减少费用,下行方向的最后一个光放大器需要有较高的输出信号电平。而对噪声的累加并无更多的要求,因为光放大器的数量有限(不超过3个)。

如今ED FA的饱和输出功率电平高达17dBm,而SOA的输出电平值为10dBm。考虑到下行方向对光放大器输出的要求是越高越好,因此在下行方向优先选择ED FA作为光放大器。另外,ED FA比标准的SOA更适合W DM技术,有利于将来的接入网络升级。

上行方向的应用:在接入网的上行方向,因为用户端信息的突发性使得光的放大问题较为复杂,对于ED FA和SOA的选择需要特别的考虑。下面将依据上行方向光接入网的几种性能来比较这两种光放大器。

输入光功率电平:每一种光放大器都存在自激噪声,自激噪声的大小决定了对光输入功率电平的。而ED FA的自激噪声要优于SOA,则选择ED FA可以提高分光器的分光率。

光放大器的动态范围:对于运用TDM A (时分多址)的上行方向的通信,来自不同ONU的分组帧信号会有不同的功率电平,因此对于光放大器的动态输入范围有一定的要求。对SOA而言,它的动态响应时间范围可达p s级,因此它的增益适用于每个分组,甚至适用于比特之间。而对于ED FA,它的增益响应时间为m s级,这就了光信号的速率。因此可以看出,在动态范围这一方面, SOA优于ED FA。

噪声湮灭:对于PON光接入网,如果想提高分光率以增加接入用户,就必须在分光器中并行接入几个光放大器。而每个光放大器都造成自激噪声的累加,然而对于突发传输系统,只有一个光放大器携带光信号,而其它的光放大器只是造成自激噪声的累加,因此单纯增加光放大器的数量并不能无限地提高分光率,要使分光率大于1000,就需要在无信号通过时动态关闭相应的光放大器。以便减小自激噪声。

对于SOA的应用,因为它的开关速度很快,这种放大器可与光中继单元同步,即与PON同步。并行使用32个SOA光放大器实现的分光率可达2048。

就ED FA而言,因其开关速度较慢,无法获得很高的分光率。

因此,从以上三个方面可以看出,尽管在光放大器的输入电平和增益方面,SOA不如ED FA,但因为SOA的开关速度的优势,减小了自激噪声,使SOA适用于高分光率的PON接入网。而ED FA则适用于远距离、有限分光率的PON接入网。

未来的通信发展日新月异,为了适应用户不断增长的对各种业务的需求,接入网建设要充分考虑到网络升级问题。因此对PON

04光纤与电缆及其应用技术1998年第4期

光接入网,要求拥有较高的接入容量,则W DM 技术具有美好的应用前景,这也是基于网络升级的考虑。在下行方向固定波长范围,而上行方向则在分光器的光中继单元采取固定的波长变换。这样,在馈线段就可以在不同的波长应用时分多址技术构成多个时分多址信道。而在用户接入线段只有一个时分多址信道。如此可以逐渐提高PON 接入网的带宽,而不必增加更多的投资。

光纤接入网是接入网发展的必然,而基于PON 的光纤接入网以投资少、接入用户多、传输距离远等优点而具有广阔的发展前景,然而,基于PON 的光纤接入网,还有许多课题需要研究,以适应不断发展变化的市

场。

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(5):1～4

光纤拼接器

　　美国北卡罗来纳州的Sieco r 公司介绍了该公司生产的Fu seL ite T M 端接系统,该产品结合了连接器技术和光纤熔接技术。

Fu seL ite 拼接器可直接将工厂抛光的连接器与光缆进行熔接,该产品无需增加成本而能提供又一种可供

选择的连接方式,并且在几秒内很容易地将一个连接器的拼接器改装成光纤—光纤的小型拼接器,可用于系统的维护和修复、宽带应用场合、架空拼接及新结构的光缆。

Fu seL ite 连接器具有特殊的套管结构,可允许熔接在该连接器的壳体内进行。目前市场上的多模和单模

光纤连接器有SC 、FC 、

和ST 兼容型,它们都可以用Fu seL ite 拼接器进行现场安装。该公司说:“这个系统结合了连接器技术和熔接技术,为连接或光缆-光缆直接拼接提供了一个可靠、用户友好的系统。

吉译自《W ire Jou rnal In ternati onal 》

1998,Jun ,31(1):50为线缆行业开发的尼龙 PVC 柔软合金料

美国新泽西州Cybertech Po lym ers 公司最近开发了一种柔软的尼龙 PV C 合金料,它不是用增塑剂来增加PV C 的柔软性,而是用一种相容剂来达到这一目的。

该公司称:“这两种不同的聚合物相结合的最终结果是产生了一种合金料,它兼备尼龙的韧性和PV C 的柔软性”。

命名为Cylon 的这种合金料,原先打算用于大电缆应用场合,目前这种场合是用PV C 护套与耐磨的尼龙外护层共同挤出来完成的。现在可用Cylon 来代替外部的尼龙层。

该公司销售和市场部副总裁Jack O ’Donnell 先生介绍说,Cylon 的其它应用包括设备仪表用线以及钢丝绳的护套。他指出:“鉴于这种合金料是一种通用型的母体材料,通过添加剂和合金作用,PV C 的优点还可以得到进一步的发扬,从而使Cylon 具有更广泛的应用前景”。

赵芳灿摘译自《W ire Indu stry 》

1997,O ct ,(766):6021

4刘加彬等:基于PON 的光纤接入网