广域网宽带接入技术三PON技术

一、PON技术

我国在2013年发布“宽带中国”战略时首次提出到2020年发达城市部分家庭固定网络接入速率可达1Gbit/s的目标。之后工业和信息化部连续发布了多项落实“宽带中国”和“提速降费”战略的具体行动方案。

运营商在国家战略的指引下，大力推动宽带接入网络从DSL向FTTx演进，光纤到户已成为主要的宽带接入技术。光进铜退是指以PON(Passive Optical Network,无源网络)方式接入，代替原来的大量使用铜线的传输介质，具有成本低、上下行速率高、千兆带宽的优点。

随着10G PON标准的完善，国内现在正进行规模部署，接入区域且宽带速率将达到500M及以上。

1、什么是PON技术

PON(Passive Optical Network,无源网络)是指（光配线网中）不含有任何电子器件及电子电源，ODN全部由光分路器（Splitter）等无源器件组成，不需要贵重的有源电子设备。

无源光网络使用单根光纤传输多用户的信号，无源光分路器（Splitter）则用来分离不同用户的信号。无源是指从CO局端到用户端的传输设备不需要电源，当然就不会需要大量设备也减少设备的维护成本。PON网络的优点是消除了户外的有源设备，所有的信号处理功能均在交换机和用户宅内设备完成，造价低，无须另设机房，维护容易。

多模光纤：多条不同角度入射击的光线在同一条光纤中传输。（适合近距离）
单模光纤：光纤直径减少到一范围，使光线一直向前传输而不产生多次反射。（传播性好）

2、PON的基本结构

AN接入点设备
OLT(Optical Line Terminal，光线路终端)
ODN(Optical Distribution Network，光分配网)
ONU(Optical Network Unit，光线路单元)
POS(Passive Optical Splitter，无源光分光器)
PON是一种采用点到多点（P2MP）结构的单纤双向光接入网络。PON系统由局端的光线路终端（OLT）、光分配网络（ODN）和用户侧的光网络单元（ONU）组成，为单纤双向系统。

在下行方向（OLT到ONU），OLT发送的信号通过ODN到达各个ONU。

在上行方向（ONU到OLT），ONU发送的信号只会到达OLT，而不会到达其他ONU。

2.1、光线路终端（OLT）

光线路终端（OLT）的作用是提供业务网络与ODN之间的光接口，传递各种业务，OLT提供面向无源光纤网络的光纤接口(PON接口)。提供供电、维护管理功能。目前国内正在原来1Gbps基础上，进行升级改造成10Gbps带宽的以太接口，支持WDM(Wavelength Division Multiplexing，波分复用)传输。ONU数量越多，需要的OLT发射功率越大。

无源光网络支持语音，数据，视频不同类型数据传输，真正做到三网合一。

PON采用WDM（密集波分复用）技术，实现单纤双向传输。
为分离一根光纤上行下行多用户传输的用户信号，使用两种复用技术：

• 下行数据流采用广播技术；
• 上行数据流采用TDMA技术。

OLT设备

2.2、光分配网（ODN）

是OLT与ONU之间提供光传输手段，其主要功能是完成OLT与ONU之间的信息传输和分发作用，建立ONU与OLT之间的端到端的信息传送通道。

ODN的配置通常为点到多点方式，即多个ONU通过一个ODN与一个OLT相连，这样，多个ONU可以共享OLT到ODN之间的光传输媒质和OLT的光电设备。

光纤的传输距离可以大致20km,在长距离传输的光分配网（ODN），不需要供电的电子设备，成本上比较原使用铜线介质时的传输设备少很多，光纤也比铜线便宜。并且光纤受电磁干扰和雷电影响小，保证了数据传输的安全。

2.3、无源光分光器（POS）

PON采用点到多点(P2MP)拓扑，在光分配网（ODN）中从OLT到将光信号分发到下行通道的多个ONU上，而上行通道是将多个ONU的数据集中耦合到一根光纤上。

功能:分发下行数据并集中上行数据。POS各输出端口的输出功率比值被称为分光比，常用的POS分光比1：2、1：4、1：8、1：16、1：32、1：64、1：128。当1：2时功率平均分配为50：50，非平均分配可以设置为40：60、25：75等多种类型，1：2光衰3db、1：4光衰6db、1：8光衰9db、1：16光衰12db。

在实际运用中多采用，第一层1：2，第二层1：16；第一层1：4，第二层1：8。这两种方式。

2.4、光线路单元（ONU）

ONU用于连接用户的网络设备，按照业务按接入类型的不同，ONU设备也不一样，作用都是将光信号转换到电信号。上联接口为光接口，用户端为以太网接口(FE/GE),提供1Gbps(每秒1G比特)或100Mbps以太网接口,还有POTS接口(RJ11)、CATV接口。
上联接口
1个GEPON接口: SC/PC接头
用户接口
4个10/100FE接口，RJ45接头
语音接口
2个语音接口，语音处理模块负责语音处理。

光纤到楼FTTB建网模式、光纤到办公室FTTO模式，所使用设备

上联接口：1个EPON上联口（SC/PC）
线路端: 1.25Gb/s对称（上下行）

用户接口：插板式结构灵活调整端口。
10/100 BASE-T接口，最大可提供24路；
E1/T1接口，最大可提供16路；
VOIP语音接口，最大可提供32路

3、PON的发展历程

1983年，英国电信集团的研究实验室BTRL最先发明了PON技术。

1988年，BTRL提出TPON(Telephony Passive Optical Network)。

1995年,全业务接入联盟(Full Service Access Network,FSAN)以国际研究组形式共同研究了全业务接入网技术。

1996年，由FASN和ITU联合提出第一个PON国际标准，标准代号为ITU-T G.982。对应的国家标准是YD/T 1077-2000。

1997年，ITU-T提出以ATM为基础的APON(ATM Passive Optical Network)标准ITU-T G.983.1。上下行速率均为155Mbps。

2001年，标准ITU-T G.983.x，上行速率为155Mbps，下行速率为622Mbps的不对称传输系统。BPON(Broadband Passive Optical Network)标准。对应的国家标准是YD/T 1090-2000。

2003年，根据提出的GPON(千兆无源光网络)概念，完成标准ITU-T G.984.1、ITU-T G.984.2。

2004年，完成标准ITU-T G.984.3，形成GPON标准族。

2004年，正式发布EPON(以太网无源光网络)技术标准IEEE802.ah。对应的国家标准是YD/T 1475-2006。EPON可以支持1.25Gbps对称速率。

2009年，10G EPON的标准颁布，标准为IEEE 802.3av。

2010年,10G GPON的ITU-T G.987.3标准发布。

3.1、PON技术对比

目前我国接入网设备中GPON和EPON并存，GPON技术制式的设备较多，未来10G PON的部署需要考虑与已有GPON和EPON设备的共存以及异厂商设备的互通。
| PON类型 | 带宽 | 标准 | 发展趋势 |
|:-------- :-------- :-------- :-------- :--------
| EPON | 1.25G/1.25G对称速率 | IEEE802.ah | 目前主流 |
| 10G EPON | 10.3125G/10.3125G对称速率,非对称10G速率下行和1G速率上行 | IEEE 802.3av | 国内自2019年开始电信大力发展 |
| GPON | 2.488G/1.244G非对称速率 | ITU-T G.984 | 国内移动、联通大量使用，技术复杂 |
| 10G GPON | 9.953G/2.48832G非对称速率 | ITU-T G.987 | 国内移动部署正10G GPON-双频WiFi6 |

4、PON单纤双向传输机制

PON采用WDM（密集波分复用）技术，实现单纤双向传输。
为分离一根光纤上行下行多用户传输的用户信号，使用两种复用技术：

• 下行数据流采用广播技术；
• 上行数据流采用TDMA技术。
  

5、PON技术优点

5.1、带宽高

DSL铜线理论接入速率达十几兆级别。
PON技术在用户侧的ONU上动态分配带宽可以达到千兆级别。

5.2、覆盖范围广

DSL技术传输距离1~5km.

PON技术传输距离可以达到10~20Km。
EPON技术标准在1：32分光比下有10Km和20Km两种传输规格，在分光比更小的情况下，则可以传输更远。

5.3、可靠性高

普通交换机只能通过级联交换机延长传输距离，有源设备都是潜在的故障点，有源设备的增加会导致网络故障风险增大，降低网络的可靠性。

在PON网络中除了OLT，几乎没有有源器件 ，无需租用机房、无需配备电源、无需有源设备和维护人员，大大降低故障的概率和维护成本。

5.4、节省资源

P2MP (点到多点)技术节省网络建设和维护的资源。业务按接入类型分三种不同的光纤接入方式：

光纤入户FTTH建网模式，每个用户独享一套ONT，主要应用于高端新建小区或者别墅区，实现家庭综合通讯业务接入，该种模式的建网成本较高。

光纤到楼FTTB建网模式，多个宽带用户共享一套ONU，主要应用于新建小区场合，提供语音、数据、IPTV业务接入，该种模式满足高带宽业务接入要求，节省纤芯和上行数据端口资源，建网成本较FTTH模式低。末端采用五类网线，铜线接入距离在100米以内，一般ONU设备放在楼道内。

光纤到办公室FTTO建网模式，单个或者多个宽带用户共享一套ONU，用于各种类型的OFFICE。该种方式和传统的光电转换或者PDH设备相比，在业务提供能力、节省主干光纤等方面具有较大的优势。

6、PON拓扑结构

6.1、树型

6.2、总线型

6.3、光纤保护树型

6.4、全保护树型

6.5、全保护总线型