无源光网络的光线路相关技术研究

程　磊　孟嗣仪

[摘要]宽带业务的增多，使得PON技术得到了越来越多的应用。介绍PON技术的概念、组成、工作原理及特点。并且对APON、EPON和GPON技术进行综合分析比较，指出各自的应用前景。

[关键词]无源光网络 APON EPON GPON

中图分类号：TP3文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0220039－01

近年来，随着互联网的快速发展和个人电脑的普及，互联网数据流激增，以传统的铜缆接入方式运作的接入网显然已经无法满足通信业务量增长的需求。

由于光纤具有传输频带宽、容量大、损耗低、抗干扰能力强的优点，非常适合作为高速、宽带业务的传输媒体。而在各种光接入技术中，PON（Passive OpticalNetwork，无源光网络）技术由于采用无源节点、敷设和运行维护成本低、对业务透明和易于升级等优点而备受关注。

一、PON技术详解

（一）PON的概念及特点

早在上世纪90年代，PON技术就被用于传输话音业务。PON（无源光网络）是指在光接入网中，ODN（光配线网）全部采用无源器件，不含有任何电子器件及电子电源。如图1所示，无源光网络主要由位于中心控制站的光线路终端(OLT)，位于用户端的光网络单元(ONU)以及OLT与ONU之间的光分配网络(ODN)组成；其中ODN包括光纤和无源分光器或耦合器。

PON采用无源光器件且共享光纤作为传输介质，因而整个光网络成本较低，同时避免了外部设备的电磁干扰和雷电影响，设备和线路的可靠性大大高于有源网络。鉴于光纤本身的高度稳定性，PON运行维护成本也较低。总之，PON宽带接入技术具有宽频带，大容量，广覆盖，低投入，高可靠性以及综合业务接入能力等优点，吸引着运营商的眼球，成为目前FTTH中的热门技术。

（二）PON的工作原理及关键技术

1．PON上/下行业务传递方式

PON是一种树状结构的全光网络，采用点到多点拓扑结构；OLT与ONU之间可采用WDM/WDMA、SCM/SCMA、CDM/CDMA和TCM/TCM等数据传输方式。实际应用中，下行（从网络侧OLT到用户侧ONU）采用时分复用(TDM)技术，以无源功率分束广播业务到每个用户。上行（从用户侧ONU到网络侧OLT）采用时分多址(TDMA)方式把多个用户信息接入OLT，实现用户对带宽和设备的共享。

2．关键技术

上行信号的接入问题在PON的下行方向中，信号由OLT发送，经光分路器透明的广播至所有ONU。但在上行方向，由于各ONU只能共享上行信道。为了提高网络效率，采用了TDMA多址接入方式，即每个ONU只能处于其被分配的特定时隙时才能打开激光器发送信息，否则关断激光器。因此在大部分时间里ONU是不发光的；换句话来说，要求ONU的光发射机具有突发光信号的能力。

另一方面每一个ONU的光模块发出的光信号的强度不同，与OLT的距离也不同，使得在每个时隙达到OLT的ONU光信号功率和相位都不同，容易导致OLT产生误判。故此要求OLT的光接收机能对突发信号进行接收同步。

二、对三种PON技术的比较

三种PON技术各有特点，APON、EPON和GPON似乎从一开始就注定了要在竞争中不断完善和发展。

（一）APON

APON(ATM Passive Optical Network)以ATM作为承载协议。可采用两种速率不同的帧结构；一种是上、下行速率均为155.52Mbit/s的对称速率帧结构；另一种是上行为155.52Mbit/s，下行为622.08Mbit/s的非对称速率帧结构。在下行的信元流中插有专门的物理层运行管理维护(PLOAM)信元。

（二）EPON

EPON(EthernetPassiveOpticalNetwork)是基于以太网的PON。用于接入网的以太网也称“第一英里以太网”(EFM)。EFM的物理层既包括用于点到点(P2P)连接的光纤与铜线，也包括用于点到多点(P2MP)的EPON。为了便于网络运行与故障修复，还包括了OAM机制。

EPON可以支持1.25Gbps对称速率，将来速率还能升级到10Gbps。EPON下行帧周期为2ms。每帧开头是长度为1字节的同步标识符，用于OLT与ONU之间的时钟同步；随后是长度不同的数据包。

（三）GPON

GPON(Gigabit Passive Optical Network)又称本色模式PON。这是因为GPON有两大承诺：在PON上传送多业务时保证高比特率和高效率，故GPON一开始就自下而上地重新考虑了PON的应用和要求，不再基于早先的APON标准，所以称为本色模式PON。

GPON采用ITU-TG.7041定义的GFP（通用成帧规程）。GFP是一种通用机制，它适配来自传送网上高层客户信令的业务，可对Ethernet、TDM、ATM等多种业务进行封装映射，能提供1.25Gb/s和2.5Gb/s下行速率和所有标准的上行速率，并具有强大OAM功能。

综上所述，APON、EPON和GPON各有其优、缺点。APON技术是基于复杂的ATM技术，因此存在带宽不足、技术复杂、价格高、承载IP业务效率低等问题，未能取得市场上的成功，已基本被市场淘汰。目前EPON产品已得到一定程度的商用，由于其将以太网技术与PON技术完美结合，成为非常适合IP业务的宽带接入技术。而在高速率和支持多业务方面，GPON具有明显优势，将是PON的重要发展方向，但GPON的成本要高于EPON，目前产品的成熟性也逊于EPON。

三、结束语

历经十几年的发展，如今的PON 网络被普遍认为是宽带接入网的最终解决方案。随着FTTH接入网涉及的光纤、光收发器件和传输设备在技术上的不断商用化，尤其是铜线和光纤价格的一涨一跌，使得FTTH的成本正呈现下降的趋势；其中基于PON技术的FTTH成为当前接入技术的热点。

参考文献：

[1]吴锦瑚，现阶段PON技术部署策略探讨[J].通信世界，2006,(43).

[2]王中华，APON、EPON、GPON技术的综合比较[J].甘肃科技,2005,(6).

作者简介：

程磊，北京交通大学，电子信息学院在读工程硕士，中国铁通安徽分公司职员；孟嗣仪，北京交通大学，电子信息学院副教授。