一、PON系統(tǒng)概述

1、 PON的定義與概念

無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON，Passive Optical Network），在我國(guó)通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T 1034《接入網(wǎng)名詞術(shù)語(yǔ)》中給出的定義是：分配網(wǎng)絡(luò)（DN）采用無(wú)源光分路器的光接入網(wǎng)（OAN）。那么，相對(duì)應(yīng)的應(yīng)該有有源光網(wǎng)絡(luò)（AON，Active Optical Network），其定義是：分配網(wǎng)絡(luò)（DN）采用有源器件（如復(fù)用器）的光接入網(wǎng)（OAN）。

由此可知，無(wú)論是PON還是AON均是相對(duì)于光接入網(wǎng)絡(luò)（OAN）而言，也就是說(shuō)，PON和AON并非是一個(gè)單獨(dú)或者是另一個(gè)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體，它實(shí)質(zhì)上是指OAN的DN部分或稱(chēng)ODN部分，只是在OAN中的ODN所采用的器件是有源還是無(wú)源而已。鑒于PON或稱(chēng)PDN或稱(chēng)（PODN，Passive Optical Distribution Network）具有環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，無(wú)需供電和維護(hù)等特點(diǎn)，在工程實(shí)際中得到了廣泛地普及與應(yīng)用，此時(shí)，我們稱(chēng)為基于PON的光接入網(wǎng)絡(luò)（OAN）。基于PON的光接入網(wǎng)絡(luò)（OAN）主要特點(diǎn)（優(yōu)、缺點(diǎn)）可見(jiàn)下表1-1。

表1-1：基于PON技術(shù)的光纖接入網(wǎng)的特點(diǎn)

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2、PON系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

那么，依據(jù)上述定義和OAN的組成，PON在OAN中的位置可如下圖1-2所示，也即基于PON技術(shù)的OAN的結(jié)構(gòu)。它是由光線(xiàn)路終端（OLT，Optical Line Terminal）、無(wú)源光分配網(wǎng)絡(luò)（PODN）和光網(wǎng)絡(luò)終端（ONT，Optical Network Terminal）組成。PODN通常是一個(gè)點(diǎn)到多點(diǎn)的方式，即多個(gè)ONU通過(guò)PODN連接到一個(gè)OLT。基于PON的OAN，可以實(shí)現(xiàn)FTTH、FTTO、FTTC、FTTTB及FTTCab等光接入類(lèi)型。

圖1-2：PON在OAN中的位置

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3、PON技術(shù)的分類(lèi)

PON技術(shù)可按信號(hào)分配方式來(lái)分類(lèi)：它分為功率分割（Power Splitting）型無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PSPON）和波分復(fù)用（WDM）型無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（WDMPON）。PSPON采用星型耦合器分路，上行、下行傳送采用TDMA/TDM方式，實(shí)現(xiàn)共享信道帶寬，分路器通過(guò)功率分配將OLT發(fā)出的信號(hào)分配到各個(gè)ONU上。目前，APON/BPON、GPON、EPON等均屬于PSPON。WDMPON則是將波分復(fù)用技術(shù)運(yùn)用在PON中，光分路器通過(guò)識(shí)別OLT發(fā)出各種波長(zhǎng)，將信號(hào)分配到各路ONU。兩者的特點(diǎn)比較詳見(jiàn)下表1-3-1。

表 1-3-1：PSPON與WDMPON特點(diǎn)對(duì)比

相對(duì)于PSPON由于技術(shù)比較成熟，目前得到廣泛的應(yīng)用。它根據(jù)采用的技術(shù)體制不同，又分為兩大類(lèi)：GPON類(lèi)和EPON類(lèi)。GPON類(lèi)系列是由全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)（FSAN）聯(lián)盟與國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU-T）推出并標(biāo)準(zhǔn)化，包括APON/BPON、GPON、XG-PON、XGS-PON、NG-PON2等。EPON類(lèi)系列是由IEEE 802.3中的第一英里以太網(wǎng)工作組（EFM）推出并標(biāo)準(zhǔn)化，包括EPON、GEPON、10G-PON、100G-PON等。EPON系列采用的是以太網(wǎng)（Ethernet）技術(shù)體制的PON系統(tǒng)，與GPOM系列相比，主要是在數(shù)據(jù)鏈路層采用的技術(shù)不同。GPON和EPON的系列演進(jìn)都是在不斷追求PON系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率。下表1-3-2匯總了這些PON系列的基本情況，包括PON名稱(chēng)/全程、對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸速率、標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)及發(fā)布時(shí)間等。

表 1-3-2：GPON系列和EPON系列的基本情況

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另外，PON技術(shù)也可按下表1-3-3中的分類(lèi)方法，它包括按PON采用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可分為6類(lèi)；按采用的雙向傳輸技術(shù)及多址接入技術(shù)可分為8種，可供參考。

表 1-3-3：PON技術(shù)的其它分類(lèi)方法

二、ODN的組成與組網(wǎng)

1、ODN組成

基于PON技術(shù)的OAN中，傳統(tǒng)的ODN是由無(wú)源光器件組成的PODN網(wǎng)絡(luò)，常用的器件有：光纖與光纜、光連接器、波分復(fù)用/解復(fù)用器、無(wú)源分路元件（即光分路器（OBD））、無(wú)源光衰減器、濾波器、光纖接頭等，當(dāng)然還包括光配線(xiàn)設(shè)施（配線(xiàn)架、交接箱、配線(xiàn)箱等）。ODN的配置通常為點(diǎn)到多點(diǎn)方式，即多個(gè)ONU通過(guò)ODN與一個(gè)OLT相連。這樣多個(gè)ONU可以共享同一個(gè)光傳輸媒質(zhì)和光器件。

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2、ODN的組網(wǎng)

對(duì)于點(diǎn)到多點(diǎn)配置的PODN，其組網(wǎng)方式常用的可以構(gòu)成樹(shù)型、總線(xiàn)型和環(huán)形結(jié)構(gòu)。樹(shù)型結(jié)構(gòu)如下圖2-2-1所示，是PODN最常用的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。它利用了一系列級(jí)聯(lián)的光分路器（OBD）對(duì)下行信號(hào)進(jìn)行分路，傳給多個(gè)用戶(hù)，同時(shí)對(duì)多個(gè)上行信號(hào)進(jìn)行合路，傳給OLT。OBD通常為1 : n型。

圖2-2-1：PODN的樹(shù)型組網(wǎng)結(jié)構(gòu)示例

總線(xiàn)結(jié)構(gòu)的典型示例如下圖2-2-2所示。它利用串聯(lián)的非平衡光分路器以便從總線(xiàn)上檢出OLT發(fā)送的信號(hào)，同時(shí)又能將每一ONU發(fā)送的信號(hào)插入總線(xiàn)送給OLT。采用這種非平衡光分路器會(huì)在光總線(xiàn)中引入損耗從而損耗掉一些光功率。無(wú)源環(huán)形結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是無(wú)源總線(xiàn)結(jié)構(gòu)的一個(gè)特例，邏輯等效于一折疊的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，其典型示例如下圖2-2-3所示。

圖2-2-2：PODN的總線(xiàn)型組網(wǎng)結(jié)構(gòu)示例

圖2-2-3：PODN的環(huán)形型組網(wǎng)結(jié)構(gòu)示例

PODN結(jié)構(gòu)的選擇需要考慮多種因素，主要與用戶(hù)所在地的分布、OLT與ONU之間的距離、不同業(yè)務(wù)的光通道、可用的技術(shù)、光功率預(yù)算值、波長(zhǎng)的分配、升級(jí)的需要、可靠性和可用性、操作管理和維護(hù)、ONU供電、安全、光纜容量等相關(guān)。

3、智能ODN

目前，關(guān)于PODN在實(shí)際工程的應(yīng)用中，其智能光分配網(wǎng)絡(luò)（Intelligent ODN）得到了廣泛地普及。所謂智能ODN就是在傳統(tǒng)的ODN的基礎(chǔ)之上引入了“電子標(biāo)簽技術(shù)”。即利用電子標(biāo)簽對(duì)光纖（包括跳纖、尾纖、光分路器尾纖等）的活動(dòng)連接器插頭進(jìn)行唯一標(biāo)識(shí)，自動(dòng)存儲(chǔ)、導(dǎo)入和導(dǎo)出光配線(xiàn)設(shè)施端口資源及光纖連接關(guān)系數(shù)據(jù)，從而光纖信息自動(dòng)存儲(chǔ)、光纖連接信息自動(dòng)識(shí)別、光纖資源信息校準(zhǔn)、可視化現(xiàn)場(chǎng)操作指導(dǎo)等智能化功能的光分配網(wǎng)絡(luò)。

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三、PON系統(tǒng)的技術(shù)要求

1、GPON類(lèi)系列

我們知道，PON技術(shù)是成立于1995年的全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)（FSAN）聯(lián)盟全力打造的光接入網(wǎng)（OAN）的技術(shù)方案，然后與ITU-T一起進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化成為了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。為了使PON技術(shù)的線(xiàn)路傳輸速率不斷的提升，相繼推出了一系列的PON技術(shù)，我們統(tǒng)稱(chēng)為GPON類(lèi)系列，目前它包括：

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第一代PON：APON/BPON。在1997年第一代PON問(wèn)世，即ATM技術(shù)體制的PON，稱(chēng)為APON（ATM-PON），被ITU-T發(fā)布為G.983.1建議書(shū)。由于ATM技術(shù)的復(fù)雜性，在2004年又推出了稱(chēng)之為寬帶PON（BPON，Broadband PON），被ITU-T發(fā)布為G.983.x系列建議書(shū)。BPON的目的是使PON技術(shù)不僅僅局限于ATM業(yè)務(wù)。

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第二代PON：GPON。GPON即千兆比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)（GPON，Gigabit-capable PON）。在2003年3月被ITU-T發(fā)布為G.984.x系列建議書(shū)，其下/上行的傳輸速率可達(dá)2.488Gbit/s/1.244Gbit/s。它在傳輸匯聚層（TC）采用了一個(gè)全新的稱(chēng)之為GPON封裝模式GEM（GPON Encapsulation Mode）。

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第三代PON：10G-PON，包括XG-PON與XGS-PON。第三代PON已達(dá)到10Gbit/s級(jí)的傳輸速率，它分為非對(duì)稱(chēng)（XG-PON，上/下行均為1Gbit/s /10Gbit/s）與對(duì)稱(chēng)（XGS-PON，上下行均為10Gbit/s）兩種模式，它們分別于2015年和2017年被ITU-T發(fā)布為G.987.x系列建議書(shū)和G.9807.x系列建議書(shū)。

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第四代PON：NG-PON2。第四代PON又被FSAN聯(lián)盟稱(chēng)為下一代PON（NG-PON，Next Generation PON）。由于曾將10G-PON被命名為NG-PON1，因此將第四代PON命名為NG-PON2。NG-PON2的傳輸速率需求為40 Gbit/s，即下行40G、上行40G或10G；可實(shí)現(xiàn)20km傳輸距離和1:64分光。在2015年被ITU-T發(fā)布為G.989.x系列建議書(shū)。

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2、EPON類(lèi)系列

當(dāng)PON技術(shù)出現(xiàn)后，IEEE也開(kāi)始啟動(dòng)了基于以太網(wǎng)（Ethernet）技術(shù)體制的PON系統(tǒng)研究，稱(chēng)為EPON（Ethernet PON）。于是在2000年IEEE成立了EFM（Ethernet for the First Mile）工作組（第一英里以太網(wǎng)工作組），歸屬于制定以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的IEEE 802.3研究組。在2004年4月，EFM工作組正式推出了第一代EPON的標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3ah，最大對(duì)稱(chēng)速率為1.25Gbit/s。2006年，IEEE開(kāi)始立項(xiàng)制定10Gbit/s速率的EPON系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)（10G-EPON），最后在2009年發(fā)布了IEEE 802.3av。在該標(biāo)準(zhǔn)中，10G EPON也分為非對(duì)稱(chēng)方式（下/上行速率為10 Gbit/s/1 Gbit/s）和對(duì)稱(chēng)方式（上下行速率均為10 Gbit/s）。當(dāng)然EFM工作組也一直在致力于更高速率的EPON的研究，如2020年又推出了IEEE 802.3ca標(biāo)準(zhǔn)，即100G-EPON的標(biāo)準(zhǔn)，其定義了三種速率需求：25G、50G和100G。我國(guó)也從2006年陸續(xù)發(fā)布了許多EPON 和10G EPON技術(shù)要求方面的通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

欲詳細(xì)了解EPON系統(tǒng)技術(shù)要求的請(qǐng)進(jìn)入：EPON系統(tǒng)；10G-EPON系統(tǒng)

3、WDM-PON類(lèi)

上述介紹的GPON類(lèi)和EPON類(lèi)，可以統(tǒng)稱(chēng)為TDM-PON。TDM-PON是通過(guò)使用ODN中的光功率分路器進(jìn)行分支的。而相對(duì)應(yīng)的有一種WDM-PON，則是通過(guò)使用ODN中的波長(zhǎng)復(fù)用器（WM）進(jìn)行分支的。我國(guó)在2018年開(kāi)始發(fā)布了基于波長(zhǎng)路由方式的PON（WDM-PON）系統(tǒng)技術(shù)要求的通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T 3345.x系列。

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