基于GPON的光纤接入网设计 - 图文

摘 要

吉比特无源光网络（Gigabit-Capable Passive Optical Network，GPON）技术是基于ITU-T G.984.x标准的新一代宽带无源光网络接入标准，是实现FTTx的热门技术之一。相对于现有的接入网技术，GPON具有高带宽、高效率、高分光比、长距离传输、覆盖范围广、用户接口丰富等特点，并且能大量节省运营商在接入层馈线段的光纤资源，为各种业务类型提供相应的QoS保证。GPON还规定了在接入网层面上的保护机制和完整的OAM功能，使光纤自动倒换时间小于50ms。由于这些优点，GPON被大多数运营商视为实现接入网业务宽带化、综合化改造的理想技术。

本论文首先从宽带接入技术的发展出发，介绍了目前几种主流的FTTx技术以及PON技术的发展和种类，分析了FTTx网络的各个组成部分的作用，指出了GPON技术的优势。其次介绍了GPON的结构原理，重点研究了GPON的关键技术、应用模式，组网方式及设备类型，分析了GPON的上下行帧结构、业务承载能力以及QoS技术等。最后以一个小区用户业务需求为案例，提出了基于GPON的小区FTTH解决方案，通过FTTH组网设计、小区GPON FTTH总体设计、ODN建设方案、光分路比的选取，成本、设备选取、传输损耗和业务带宽提供等方面，体现小区GPON接入的可行性,指出GPON是目前三网融合、光纤到户的最佳解决方案。

【关键词】FTTx技术 吉比特无源光网络 关键技术 设备 光纤到家解决方案

II

ABSTRACT

GPON(Gigabit Passive Optical Network) technology, which based on the ITU-T G.984.x standard, is a new generation broadband passive optical access standards. It is one of the hot technologies for FTTx implementation. Compared with the existing technology of access network, GPON offers the following features: high bandwidth, high transmission efficiency, high extinction ratio, long transmission distance, wide coverage and rich user interfaces. And GPON can save a large amount of fiber resources in the access layer feeder section for ISPs, providing QoS guarantees on various business types. GPON also provides protection mechanisms on the access level and complete OAM function, which ensures optical fiber automatic switching time less than 50ms. According to these advantages, GPON is considered as an ideal technology to implement broadband access network services and integrated transformation by most ISPs.

This paper starts from the development of broadband access technology. Several mainstream FTTx technology, the development and categories of PON technology are introduced. The functions of every part of FTTx network are analyzed. The advantages of GPON are presented. Then, GPON’s structure principle is introduced, and key technology, application mode, network way and device type are detailed studied. The frame structure of the uplink and downlink of GPON, business carrying and QoS technology are analyzed. Finally, a FTTH solutions based on the GPON for a residential is proposed. Through the FTTH network design, residential GPON FTTH general design, ODN building program, selection, cost, equipment selection and business bandwidth provision, reflects the feasibility of residential GPON is reflected. GPON is pointed to be the best program for triple-play and FTTH.

【Key words】FTTx GPON Key technologies Equipment FTTH solutions

III

目 录

前 言 ............................................................................................................................................. - 1 - 第一章 宽带接入技术 ................................................................................................................. - 3 - 第一节 宽带接入技术的概述 .................................................................................................... - 3 - 一、xDSL ................................................................................................................................ - 3 - 二、Cable Modem ................................................................................................................... - 3 - 三、吉比特以太网 .................................................................................................................. - 4 - 四、无线接入 .......................................................................................................................... - 4 - 五、光纤接入 .......................................................................................................................... - 4 - 第二节 光纤在接入网中的延伸——FTTX ............................................................................... - 5 - 一、FTTx的系统结构............................................................................................................ - 5 - 二、FTTx技术分类................................................................................................................ - 6 - 三、FTTx技术的应用类型.................................................................................................... - 6 - 第三节 无源光网络——PON .................................................................................................... - 8 - 一、无源光网络的概念及结构 .............................................................................................. - 8 - 二、PON的种类 ..................................................................................................................... - 9 - 第二章 下一代宽带光接入网——GPON .................................................................................. - 11 - 第一节 第二节 第三节

GPON的简介 ........................................................................................................... - 11 - GPON的系统结构 ................................................................................................... - 11 - GPON的关键技术 ................................................................................................... - 12 -

一、GPON的传输复用方式及帧结构 ................................................................................ - 12 - 二、GEM封装技术 .............................................................................................................. - 17 - 三、动态带宽分配（DBA） ............................................................................................... - 18 - 四、层次化QoS技术........................................................................................................... - 18 - 五、TDMoGEM技术 ........................................................................................................... - 19 - 六、 GPON安全技术 ......................................................................................................... - 19 -

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第四节 GPON在FTTX中的应用模式 ................................................................................ - 21 -

一、FTTB应用模式 ............................................................................................................. - 21 - 二、FTTH应用模式 ............................................................................................................. - 21 - 第五节 GPON组网方案 ......................................................................................................... - 22 - 一、星型方式 ........................................................................................................................ - 22 - 二、树型方式 ........................................................................................................................ - 22 - 三、总线方式 ........................................................................................................................ - 23 - 第六节 GPON设备类型 ......................................................................................................... - 23 - 一、OLT ................................................................................................................................ - 23 - 二、ONU ............................................................................................................................... - 23 - 三、ONU的PoE功能 ......................................................................................................... - 25 - 第三章 小区GPON接入设计方案 ............................................................................................ - 27 - 第一节 GPON接入的可行性 ................................................................................................. - 27 - 第二节 FTTH建设的可行性 .................................................................................................. - 28 - 第三节 小区GPON接入方案 ................................................................................................ - 29 - 一、小区项目概况 ................................................................................................................ - 29 - 二、解决方案 ........................................................................................................................ - 29 - （一）FTTH组网方案 ......................................................................................................... - 29 - （二）GPON FTTH建设方案 ............................................................................................. - 30 - 结 论 ........................................................................................................................................... - 35 - 致 谢 ........................................................................................................................................... - 36 - 参考文献 ....................................................................................................................................... - 37 - 缩略语 ........................................................................................................................................... - 38 - 附 录 ........................................................................................................................................... - 40 - 一、 英文原文 .......................................................................................................................... - 40 - 二、 英文翻译 .......................................................................................................................... - 43 -

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前 言

在经济飞速发展的今天，全球化信息已经成为不可阻挡的趋势,宽带接入的发展已不能仅仅停留于纸面上，刚性需求已经摆在眼前。2010年4月，国家发改委等七部委联合出台了《关于推进光纤宽带网络建设的意见》，其中明确指出；“到2011年，光纤宽带端口超过8000万，城市用户接入能力平均达到8Mbit/s以上，农村用户接入能力平均达到2Mbit/s以上，商业楼宇用户基本实现100Mbit/s以上的接入能力。”此项政策为中国宽带接入市场的发展奠定了良好基础，“光进铜退”、“百兆光纤入户”已成为现在国内宽带接入市场发展的方向。

自从1987年英国电信公司的研究人员提出了无源光网络(Passive Optical Network，PON)的概念开始，接入网技术从此进人了一片新的天地，尤其是在1995年FSAN联盟定义一个通用的标准后，不少设备制造商投资开发PON相关产品，运营商积极关注PON的应用。因此，PON得到了极大的发展，业界公认PON代表了未来接入网的发展方向。PON先后出现了ATM无源光网络(Active Optical Network，APON)、以太网无源光网络(Ethernet Passive Optical Network，EPON)、吉比特无源光网络(Gigabit Passive Optical Network，GPON)三种技术。APON技术由于承载协议复杂、业务效率不高等原因因此在无源接人网的应用前景中并不乐观。基于以太网的EPON技术依靠较为成熟的技术、产品和较低的成本等优势在目前的市场中是个宠儿，但是EPON采用8B/10B线路编码，其宽带损耗大、效率低，另外它主要支持以太网业务，承载时延敏感的话音服务时会引起服务质量（Quality of Service，QoS）问题。而GPON作为新一代无源光网络接入技术，从一开始就综合考虑了PON的应用和要求，在传送多业务时对提供高比特率和高效率有明确的保证，同时能提供可靠的QoS机制和简便的管理功能。因此GPON技术倍受运营商的关注和青睐，被认为是实现语音、数据、视频三网合一的最佳保证。

本论文全文分为五部分：第一部分为前言，介绍了课题背景和论文结构；第二部分，介绍了宽带接入的几种方式，目前主流的FTTx技术，PON的标准现状；第三部分，下一代光纤接入网—GPON，首先介绍了GPON的实现原理，并对关键技术、应用模式、组网方式、设备类型进行了简单的描述，特别对动态带宽分配、上下行信道复用技术、帧结构、安全性和传输质量等关键技术进行了介绍；第四部分，以一个小区业务需求为例，设计小区GPON接入方案，验证GPON应用方案的可行性，确保GPON在业务提供、系统性能等方面能够满足业务应用；第五部分为结束语，总结在论文阶段的主要工作和论文主要内容。

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第一章 宽带接入技术

第一节 宽带接入技术的概述

宽带接入是指用户需要通过一定的通信基础网络支持实现用户和Internet的高速连接。由于种种原因，从通信基础网络到用户端“最后一公里”成为宽带接入的“瓶颈”。目前，实现主要有以下几种方式：xDSL、Cable Modem、吉比特以太网、无线接入技术和光纤接入技术。

一、xDSL

xDSL是高速数字用户线（High Digital Subscriber Line，HDSL）、非对称数字用户线路（Asymmetric Digital Subscriber Line，ADSL）、超高速数字用户线（Very high data rate Digital Subscriber Line，VDSL）等技术的统称。在xDSL的这几项技术中，由于HDSL主要支持2Mbit/s及以下的速率，VDSL提供的速率虽然很高（可达25Mbit/s以上），但线路长度较短（25Mbit/s时约为1㎞），已部分技术尚未完全确定，故在实际使用中，ADSL使用最为普遍。

ADSL是一种在普通电话线上进行宽带通信的技术，它利用现有的电话网络，以市话双绞铜线为传输介质，实现点到点的宽带传输，为用户提供上、下行非对称的传输速率，上行（从用户到网络）为低速的传输，可达1.5Mbit/s；下行（从网络到用户）为高速传输，可达8Mbit/s，非常符合普通用户联网的实际需要。ADSL的传输速率比传统的模拟调制解调器快100多倍，也是传输速率达128kbit/s的综合业务数字网（Integrated Services Digital Network，ISDN）所无法比拟的。

ADSL最初主要是针对视频点播业务开发的，但随着技术的发展，ADSL逐步成为了一种较方便的宽带接入技术。ADSL满足了用户即时接入Internet服务的需求。这一技术极大地推动了高速数据传输，如会议电视、视频点播技术（Video On Demand，VOD）、高清晰度电视（High Definition Television，HDTV）等业务的增长。

二、Cable Modem

有线电视网只是传送电视信号，而Cable Modem宽带接入则是利用原来的电缆传输线路，经过改造来实现上网和通讯。由于有线电视采用同轴电缆，因此其带宽容量相当大，下传速率可以达到30Mpbs。但是Cable Modem的问题也是显而易见的，因为有线电视的同轴电缆

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是按单行道模式设计，所以有线电视网必须将单向传输改制为双向传输才能实现因特网功能。

另外，Cable Modem采用树型结构，在树型节点上简单地将几个节点连在一起。因此，它实际上是一个总线型网络，这就意味着用户要和邻居共享有限的带宽。所以当同一时间上网人数多时，有线电视的上网速度就会变慢。不过，由于Cable Modem网络的骨干部分是由光纤组成，而光纤的速度几乎是没有限制的，因此只要让有线电视网中光纤的部分增加，同轴电缆的部分减少，Cable Modem的扩充能力仍是极强的，所以共享式的结构不一定对速度产生太大影响。

三、吉比特以太网

吉比特以太网是一种新型高速局域网，它可以提供高达1Gbit/s的通信带宽，采用和传统10Mbps、100Mbps以太网同样的CSMA/CD协议、帧格式和帧长，因此可以实现在原有低速以大网基础上平滑、连续性的网络升级，从而能最大限度地保护用户以前的投资。由于其利用光纤接入用户局域网，所以用户接入速度只受限于光纤的接入速率。另外，吉比特以太网总体的开销，包括购置和维护开销都比较低，具备可支持新应用和新数据类型的能力，网络设计可以有相当的灵活性，还能够提供内部局域网通信。

四、无线接入

无线接入可分为移动接入与固定接入两种。其中移动接入又可分为高速和低速两种。高速移动接入一般可用蜂窝系统、卫星移动通信系统、集群系统等。低速接入系统可用PGN的微小区和毫微小区，如 CDMA的 WILL、PACS、PHS等。固定接入是从交换节点到固定用户终端采用无线接入，它实际上是公共交换电话网（Public Switched Telephone Network，PSTN）/ISDN网的无线延伸,其目标是为用户提供透明的PSTN/ISDN业务。固定无线接入系统的终端不含或仅含有限的移动性，其接入方式有微波一点多址、蜂窝区移动接入的固定应用、无线用户环路及卫星VSAT网等。固定无线接入系统以提供窄带业务为主，基本上是电话业务。主要的宽带固定无线接入技术有3类，即已经投入使用的多路多点分配业务、直播卫星系统以及正在做现场试验的本地多点分配业务。

五、光纤接入

光纤接入技术是指局端与用户之间完全以光纤作为传输媒体的接入方式，用户网光纤化有很多方案，有光纤到路边、光纤到小区、光纤到办公室、光纤到大楼、光纤到家庭。但不

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管是何种领域的应用，实现光纤到户都是为了满足高速宽带业务以及双向宽带业务的客观需要。光纤用户网的主要技术是光波传输技术，目前光纤传输的复用技术发展相当快，多数已处于实用化。复用技术用得最多的有时分复用（Time Division Multiplexing，TDM）、波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）、频分复用（Frequency Division Multiplexing，FDM）、码分复用（Code Division Multiplexing，CDM）等。

第二节 光纤在接入网中的延伸——FTTx

一、FTTx的系统结构

FTTx技术主要用于接入网络的光纤化运作，范围是从区域内的电信机房中的局端设备到用户终端设备，局端设备为光线路终端（Optical Line Terminal，OLT），用户端设备为光网络单元（Optical Network Unit，ONU）或光网络终端（Optical Network Terminal，ONT）。FTTx系统的基本组成如图1.1所示。

NMI 接入网系统管理功能 ONT 业务节 点功能 OLT ODN ONT SNI S/R R/S JNI

图1.1 FTTx系统的基本组成

（一）光线路终端OLT

光线路终端OLT提供与光配线网（Optical Distribution Network，ODN）之间的光接口，是用于连接主干光纤的局端设备，一般放置在服务提供商的中心机房。OLT提供必要的手段来传递不同的业务给ONU，其功能结构由3部分组成：核心部分、业务部分和公共部分。

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（二）光分配网ODN

光分配网络ODN位于ONU和OLT之间，为ONU和OLT提供以光纤为传输媒介的物理连接，它是由无源光器件组成的无源光分配网。从其功能上分，整个ODN网络从局端到用户端可分为馈线光缆子系统、配线光缆子系统、入户线光缆子系统和光纤终端子系统4个部分。

（三）光网络单元ONU/光网络终端ONT

ONU广义的概念是指装有包括光接收机、上行发射机、多端口桥接器的网络设备，光网络单元一般放置在用户端。对于狭义的ONU概念，ONU系局端设备到用户终端设备之间的中间设备，通过ONU下挂用户终端设备连接最终用户。

ONT指的是位于用户端的终端设备。

二、FTTx技术分类

光纤连接ONU主要有两种方式,一种是点对点形式拓扑（Point to Point，P2P）,另一种是使用点对多点形式拓扑（Point to Multipoint，P2MP）。

（一）点到点（P2P）以太网

点对点光纤连接没有复杂的上行同步技术和终端自动识别等优点，上行的全部带宽可以被一个终端所用，有利于带宽的扩展，但光学器件和光纤等材料的成本相对较高。

（二）点到多点（P2MP）的无源光网络

光分配网（ODN）由无源器件组成，并无任何有源节点，光线路终端（OLT）下行的光信号，是通过一根光纤，由无源光分路器（Passive Optical Splitter，POS）将光信号分路广播给各用户终端设备光网络单元（ONU/ONT），大幅减少了设备维护的成本，节省了大量光缆资源等建设成本。

三、FTTx技术的应用类型

FTTx是指光纤在接入网中的推进程度或使用策略，不是具体的接入技术。光纤深入用户的程度不同，ONU放置的位置也不同。根据ONU的具体放置位置，光接入网（Optical Access Network，OAN）可以分为四种基本的应用类型：

? 光纤到路边（Fiber To The Curb/Cab，FTTC） ? 光纤到大楼（Fiber To The Building，FTTB）

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? 光纤到办公室（Fiber To The Office，FTTO） ? 光纤到家（Fiber To The Home，FTTH） ? 光纤到节点（Fiber To The Node，FTTN） 如图1.2所示OAN描述了的应用示意图。

FTTH 光纤 FTTO ONT 光纤 OLT 光纤 ONU FTTB/C 金属线或无线 FTTN ONT NT 光纤 ONU 金属线或无线 NT SNI

宽带光接入网 UNI

图1.2 FTTx接入网

（一）光纤到路边（FTTC）

光纤连接到路边，是一种基于优化xDSL技术的宽带接入方式，采用光纤到路边、铜线到用户的方式实现用户的宽带接入，我们称为FTTC+xDSL的宽带接入网，这是适合小区缺乏五类线的情况下的一种最合理、最实用、最经济有效的宽带接入方法。使用FTTC实际用户仍旧是采用xDSL接入，因此与当前的xDSL一样需要拨号，家里需要配置xDSL的“猫”。在FTTC中一般采用小型数字用户线接入复用器（Digital Subscriber Line Access Multiplexer，DSLAM）设备作为最终接入，布放在电话分线盒位置上，一般覆盖24~96用户。FTTC通常为点到点或点到多点结构，一个ONU可以为一个或多个用户提供接入。FTTC常和xDSL或cable modem组合使用，给用户提供窄带或宽带业务。

（二）光纤到大楼（FTTB）

光纤到楼，是一种基于优化高速光纤局域网技术的宽带接入方式，采用光纤到楼、网线到户的方式实现用户的宽带接入，我们称为FTTB+LAN的宽带接入网，这是一种最合理、最实用、最经济有效的宽带接入方法。使用FTTB不需要拨号，用户只要开机即可接入Internet，

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可以认为采用的是专线接入。FTTB对硬件要求和普通局域网的要求是一样的，只需要配置以太网卡，所以对用户来说硬件投资非常少。FTTB的ONU直接放置在居民住宅公寓或单位办公楼的某个公共地方，然后通过铜缆将业务分送到各个用户。通常是一种点到多点的结构，即一个ONU为多个用户提供接入。合适的接入技术有：FTTB+xDSL或FTTB+Ethernet。ONU到用户间可采用xDSL技术或Ethernet技术。

（三）光纤到办公室（FTTO）

光纤到办公室，是光纤延伸到办公室的宽带接入技术。若将FTTC结构中的ONU放置在办公室，就构成了FTTO结构。FTTO实现了全程光纤接入，主要用于大型企事业单位，业务量需求大，一般采用环型或点到点的结构。但是一般FTTO除了提供以太网接口用于宽带上网以外，还需要提供少量的E1接口。

（四）光纤到家（FTTH）

光纤到家，顾名思义就是一根光纤直接到家庭。它是在光纤上承载的业务，它是无源网络，从局端到用户，中间基本上可以做到无源；FTTH去掉了整个铜线设施：馈线、配线和引入线。它还去掉了铜线所需要的所有维护工作并大大延长了网络寿命。对所有的宽带应用，这种结构是最健壮和长久的未来解决方案。FTTH的显著技术特点是不但提供更大的带宽，而且增强了网络对数据格式、速率、波长和协议的透明性，放宽了对环境条件和供电等要求，简化了维护和安装。适于引入各种新业务，是最理想的业务透明网络，是接入网发展的最终方式。

（五）光纤到节点（FTTN）

光纤连接到节点，是光纤延伸到电缆交接箱所在处，然后采用技术覆盖到最终用户的宽带接入技术，它与FTTC比较类似，主要的区别在光纤终节点的位置，以及覆盖的最终用户数。对于FTTN，光纤在电缆交接箱处终结，因此一般覆盖200~300用户。它的主要特点是不需要重建接入环路和分配网络。因此比较适合用户较分散、较稀疏的农村。

第三节 无源光网络——PON

一、无源光网络的概念及结构

无源光网络接入系统PON，是指在OLT（光线路终端）和ONU（光网络单元）之间的

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ODN（光分配网络）没有任何有源电子设备，是一种点对多点的接入技术。在光分支点不需要节点设备，只需要安装一个简单的无源光分路器，因此具有节省光缆资源、带宽资源共享、节省机房投资、安全性高、综合建网成本低、维护成本低等优点，同时PON技术是一种纯光介质网络，避免了外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少了线路线路和外部设备的故障率，提高了系统可靠性。PON技术的产生，打破了传统光接入点到点的解决方法，在解决宽带接入问题上提供了一种经济的、面向未来的、多业务的用户接入技术，是当前FTTx接入的主要技术手段。

二、PON的种类

PON是实现宽带光接入的一种常用网络形式，从概念的提出到现在已有20多年的时间。在这期间，人们根据PON的独特物理结构，提出了一些标准和规范。按承载的内容来分类，PON主要包括基于异步传输模式 (Asynchronous Transfer Mode，ATM)的无源光网络（APON）∕宽带无源光网络（Broadband Passive Optical Network，BPON），基于Ethernet的无源光网络（EPON），基于通用成帧规程 (Generic Framing Procedure，GFP)的比特无源光网络（GPON）等。他们主要差异在于采用了不同的二层交换技术，APON二层交换采用的是ATM技术，最高速率为622Mbit/s；EPON二层交换采用的是Ethernet技术，可以支持1.25Gbit/s速率，将来速率还能升级到10Gbit/s；GPON二层交换则采用GFP对Ethernet、TDM和ATM等多种业务进行封装映射技术。如表1.1所示对EPON和GPON两种千兆比无源光网络技术的主要参数进行了比较，为更加全面，同时也将BPON列入其中。

表1.1 BPON、EPON、GPON技术主要参数比较

下行线路速率（Mbit/s） 上行线路速率（Mbit/s） 线路编码 分路比 最大传输距离（km） TDM支持能力 BPON 155/622/1244 155/622 NRZ 32 20 TDM over ATM EPON 1250 1250 8B/10B 32/64 20 TDM over Ethernet 760~860（在上行1250Mbit/s速率情况下） 有 没有定义 GPON 1244/2488 155/622/1244/2488 NRZ 64/128 60 TDM over ATM TDM over Packet 1100（在上行1244Mbit/s速率情况下） 有 AS加密 上行可用带宽（Mbit/s） 500（在上行（传输IP业务） 622Mbit/s速率情况下） OAM 下行数据加密

有 搅动或AS加密 - 9 -

由表可知，EPON简单、高速、成本低、用户面广，技术、产品相对GPON成熟，是近期大力发展的无源接入技术;而GPON可透明传输，高速高效，具有电信级服务质量，是无源接入技术发展的趋势。虽然目前GPON的成本相对EPON较高，商业化程度低，但是，随着产业化的成熟度不断加深，光器件价格的下降、技术的成熟、商用网络规模的扩大，GPON必将能成为新一代宽带接入网络的的主流技术。

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第二章 下一代宽带光接入网——GPON

第一节 GPON的简介

由于APON成本高、速率低、系统复杂，并且在传输IP数据时需要进行协议的转换和格式的转换，ITU-T很快推出了用于代替APON的GPON系列标准：G.984.1、G.984.2、G.984.3。由于GPON是在APON的基础上专门针对APON的缺点发展起来的，所以GPON保留了APON的许多优点，与APON有很多相同之处。但GPON更高效、高速，提供622.080Mbit/s到2.4Gbit/s的可升级的框架结构，支持上、下行不对称速率（下行2.488Gbit/s，上行1.244Gbit/s），支持多业务，特别是以本色模式和极高的效率同时支持数据和TDM，提供明确的服务质量保证和服务级别，具有电信级的网络监测和业务管理能力。因此，GPON成为目前最为理想的宽带光接入网技术。GPON的基本技术要求如下：

? 基于GFP帧或ATM信元；

? 支持对称/非对称线路速率，包括对称622Mbit/s、1.25Gbit/s和非对称（上/下行）155/1244Mbit/s、622/1244Mbit/s、155/2488Mbit/s、622/2488Mbit/s、1.25/2.5Gbit/s，具有前所未有的高比特率；

? 最大逻辑距离和最大物理距离分别为60㎞和20㎞；

? 系统分支比为1：16、1：32或1：64，最大可支持的分支比为1：128； ? 平均最大传输时延为1.5ms；

? 上行工作波长1260~1360nm，下行工作波长1480~1500nm（单纤系统）或1260~1360nm（双纤系统）；

? 利用G.983.3定义的增强波长提供其他业务； ? 线路码型为扰码的NRZ码。

第二节 GPON的系统结构

如图2.1所示是G.984.1建议的GPON参考模型。GPON由光线路终端OLT、光网络单元/光网络终端(ONU/ONT)和光纤分配网ODN组成。其中OLT位于中心机房，向上提供广域网

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接口，包括GE、ATM、DS-3等；ONU/ONT放在用户侧，为用户提供10/100BaseT、T1/E1、DS-3等应用接口，适配功能AF在具体实现中可能集成于ONU/ONT中；ODN由分支器/耦合器等无源器件构成；上下行数据工作在不同波长，下行数据采用广播方式发送，上行数据采用基于统计复用的时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）方式接入。图中波分复用器WDM和网络单元NE为可选项，用于在OLT和ONU之间采用另外的工作波长传输其他业务，如视频信号。

Q 接入网系统管理功能 UNI AF ONU R/S ODN 光分路器 S/R OLT SNI 业务节点 功能 V参考点 （a）参考点 T参考点 NE IFPON WDM WDM IFPON A点 B点 NE 注：IFPON为PON专用接口

图2.1 GPON系统参考配置

第三节 GPON的关键技术

一、GPON的传输复用方式及帧结构

与APON、EPON相比，GPON最主要的区别表现在传输汇聚帧结构上。GPON通过ATM和GFP两种协议承载不同类型的用户数据。它的上、下行帧长均为125μs，下行采用TDM方式，上行采用TDMA接入技术。上行帧由复用的突发传输时隙（slot）组成，每帧包括一个或多个光网络单元的传输时隙，通过下行帧的上行带宽映射（US BWmap）域指示相应光网络单元的上行数据发送。

（一）GPON的下行传输方式

OLT下行业务采用广播方式，OLT将业务封装入GPON封装方式（GPON Encapsulation

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Method，GEM）帧中，然后若干个GEM帧组成GPON传输汇聚（GPON Transmission Convergence，GTC）帧，下行传送。在ONU根据GEM帧中封装的Gemport ID进行过滤。下行具有两种类型的通道，单播Gemport通道和组播Gemport通道。

? 单播Gemport通道

单播Gemport通道，表示OLT发送的数据只是传送给某个特定的ONU，只有一个配置了这个单播Gempor的ONU会接收这个数据，如图2.2所示。

? 组播Gemport通道

组播Gemport通道，表示OLT发送的数据是传送给一组ONU，存在若干个ONU配置了这个组播Gemport，这些ONU都会接收这个数据，由于ONU往往具有若干个UNI接口，一般对于组播Gemport通道会结合组播Gemport ID与组播媒介接入控制（Medium Access Control，MAC）地址一起进行过滤操作，如图2.3所示。

FCS payload T/L SA DA FCS payload T/L SA DA payload HEC PTI Port-id=1 PLI ONU2 Portid=1 根据PORT-ID进行过滤 GEM1 GEM2 GEM3 125μs GEM1 PCB ONU2 Portid=2 OLT ONU3 Portid=3

图2.2单播通道

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FCS payload FCS payload T/L SA DA=Y T/L SA DA=Y ONU2 payload HEC PTI Portid=x PLI Portid=1 Portid=x Portid=x构成广播域 MA=Y GEM1 OLT GEM2 GEM3 125μs GEM1 PCB ONU2 Portid=2 Portid=x MA=组播地址表项 MA=Y ONU3 Portid=3 Portid=x MA≠Y Y是组播地址

图2.3组播通道

（二）GPON的上行传输方式

GPON上行业务采用TDMA方式，ONU将业务封装入GEM帧中，然后若干个GEM帧组成一个T-CONT，在分配的时间片内传送。OLT上行只有一种类型，如图2.4所示。

FCS payload T/L SA DA FCS payload T/L SA DA payload HEC PTI Port-id=1 PLI plo GEM1 ONU2 Portid=1 plo GEM1 plo GEM3 plo GEM2 上行数据用PORTID进行隔离复用 125μs OLT plo GEM2 ONU2 Portid=2 ONU3 plo GEM3 Portid=3 图2.4上行通道

（三）GPON的帧结构

GPON系统的协议主要有物理媒质相关层和GPON传输汇聚层（GTC）组成。如图2.5

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所示，其中层又包括两个子层：GTC成帧子层和TC适配子层。GTC层主要实现GEM（传感器网络）客户接口和管理和控制接口（OMCI）的适配和封装。

PLOAM OMCI GEM Client GPON传输汇聚（TC）层 OMCI适配 GEM TC适配 TC适配子层 DBA控制 GTC成帧子层 GPON物理媒质相关子层 图2.5 GPON系统协议栈

GPON GTC的TC帧结构分为下行帧结构和上行帧结构，如图2.6所示，两者不对称。其中下行帧结构采用125μs长度的帧结构。而上行帧结构是按照125μs划分的虚拟帧结构。

下行

TP-Frame=125μs PCBd n 净荷n PCBd n+1 净荷n+1 1字节

上行

Slot Slot Slot R Slot Slot Slot R 0 1 0 1 上行虚拟帧TX时长

图2.6 GTC的TC帧结构

1．GPON下行帧结构

GPON的下行帧格式包括下行物理层控制块头（Physical Control Block downstream，PCBd）和净荷两个部分组成。如图2.7所示，PCBd提供帧同步、定时及动态宽带分配等操作管理维护（Operation Administration and Maintenance，OAM）功能；净荷部分透明封装GEM

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帧。ONU依据PCBd获取同步等信息，依据GEM帧头的Port ID过滤GEM帧。

PCBd中的US BWmap用于指示OLT分配给ONU的时间片，如图2.8所示。SStart用于指示分配时隙的开始时间。该时间以字节为单位，在上行帧中从0开始，并限制上行帧的大小不超过65536字节，可满足2.488Gbit/s的上行速率要求。SStop用于指示分配时隙的结束时间。

PCBd 净荷 Psync 4字节 Ident 4字节 PLOAMd 13字节 BIP 4字节 Plend 4字节 Plend 4字节 US BWmap N×8字节 BIP覆盖区域 下一个BIP覆盖区域

图2.7 PCBd组成

US BWmap N*8字节 Access的数目是变化的 Access1 8字节 Access1 8字节 ? AccessN 8字节 Alloc-ID 12bit Flags 12bit SStart 2字节 SStop 2字节 CRC 1字节 CRC覆盖范围

图2.8 GTC带宽映射分配结构

2．GPON上行帧结构

GPON的上行帧是按照125μs划分的虚拟帧结构，实际是由若干个突发时间片构成，时间片的长度由下行帧中US BW Map域确定。如图2.9所示，GPON的上行帧结构中的突发时间片包括上行物理层开销（Physical Layer Overhead upstream，PLOu）、物理层OAM （Physical Layer Operations, Administration and Maintenance，PLOAMu）、PLSu、DBRu以及净荷。PLOu

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主要用于OLT进行突发同步，包含前导码、定界符、BIP、PLOAMu指示及FEC指示，其长度由OLT在初始化ONU时设置，ONU在占据上行信道后首先发送PLOu单元，以使OLT能够快速同步并正确接收ONU的数据；PLOAMu（PLOAM upstream）用于承载上行PLOAM信息，包含ONU ID、Message ID及CRC，长度13字节；PLSu为功率测量序列，现在已经基本废除；DBRu用于上报相关信息净荷域透明封装帧。

Start Time指示字节边界 PLOu PLOAMu PLSu DBRu Payload DBA ONU- ID Preamble Delirniter BIP a bytes b bytes 1byte ONU- ID 1byte 1nd 1byte 1byte Mag- ID 1byte Message 10bytes CNC 1byte 1，2，4bytes CRC 1byte 图2.9 GPON上行帧结构的突发时间片构成

二、GEM封装技术

为克服ATM承载IP业务开销大的缺点，GPON的业务封装采用了GEM帧，该协议能完成对以太网业务、Native TDM业务的适配，如图2.10所示。其中PLI用于下一个帧头定界，以及确定当前GEM帧的净荷长度，PLI以字节为单位指示帧头后面的净荷段长度，由于PLI域只有12比特，所以最多可指示4095字节。如果用户数据帧大于这个值，则必须要分成小于4095字节的碎片；Port ID为12比特，Port ID用来提供PON中4096个不同的业务流标识，以实现业务流复用。每个Port-ID包含一个用户传送流。在一个Alloc-ID或T-CONT中可以有一个或多个Port-ID传输；PTI用作分段指示；HEC为头校验，用于帧的同步与帧头保护。GEM帧的净荷可以封装以太网业务或者Native TDM业务，由于GEM帧的净荷最长只能是4095字节，而以太网Jumbo帧长可达到9K，因此封装以太网业务时可能会对以太网帧进行分片处理。

PLI 12bits 净荷长度指示

Port ID 12bits PTI 3bits 净荷类型指示

HEC 13bits 净荷段 L Bytes

图2.10 GEM帧结构

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三、动态带宽分配（DBA）

动态带宽分配（Dynamic Bandwidth Assignment，DBA）技术是指通过GPON系统中各个ONU的上行使用带宽实时动态的改变来适应用户速率的各种变化，以提高系统的带宽利用率的技术。PON系统的上行接入一般采用中央控制按需分配和固定分配相结合的方式，也就是ITU-T G.983.4规定的静态带宽分配和动态带宽分配两种方式，按照业务等级进行优先级分配。对于GPON中的数据通信这种变速率业务，用静态带宽分配是不合适的，需要通过动态带宽分配使系统带宽利用率大幅度提高，即DBA技术根据ONU的突发业务的要求，通过在ONU之间动态调节带宽来提高上行带宽利用效率。根据GPON的特点和G.983建议，可以知道动态带宽分配的具体要求是：业务要透明、带宽利用率尽量高、具备地抖动与时延特性、公平分配带宽、信号健壮、实时性强、保证不同业务的QoS等。在GPON结构中，OLT通过向ONU内部每个流量容器（T-CONT）分配数据授权来控制上行流量。为确定分配给一个T-CONT的授权数目，OLT需要知道该T-CONT的流量状态。

四、层次化QoS技术

在GPON系统中，业务承载层主要分为三层：GTC、GEM、ETH/TDM，针对每一个承载层具备相应的QoS处理机制。如图2.11所示。

GPON业务承载层 GPON QoS处理机制 ETH/TDM VLAN/COS/GTS/POLICING GEM Flow control/Classification GTC T-CONT/DBA 图2.11业务承载层和QoS

? GTC

PON系统构架是下行方向为广播方式，上行方向为TDMA方式，所以只对上行方向的业务流提供QoS处理。QoS处理的最小单元是T-CONT，T-CONT可以看作是ONU业务流的承载容器，调度机制是DBA（动态带宽分配）。DBA的算法是GTC的QoS处理性能的关键。

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? GEM

在GEM层主要是针对每个GEM Port进行业务流分类，类似于DSLAM（数字用户线路接入复用器）的单PVC多业务的处理方式。针对流分类后的业务分别进行优先级修改、流量监管和转发处理。

? ETH/TDM

TDM业务（非电路仿真方式）为面向连接，系统可以通过静态配置带宽严格保证面向连接的QoS。

ETH业务（包括电路仿真方式的业务）主要是基于二层VLAN、COS等标识进行业务的QoS处理，QoS主要处理机制分为流分类、监管、队列调度、拥塞处理、整形，它们的实现复杂度是影响QoS处理性能的关键。

五、TDMoGEM技术

针对GPON的定长帧传输特点，TDM在GPON线路上承载具有天然优势。TDMoGEM的实现是将TDM帧直接封装到GEM帧中进行传输。在GPON线路上给封装有TDM帧的GEM给与最高的优先级，保证TDM的传输质量。在同步方面，系统采用统一的8K时钟进行全网同步。

六、 GPON安全技术

（一）线路加密技术

GPON系统采用AES128加密机制对线路安全进行控制，有效地防止了数据盗用等安全问题。在AES128加密系统中，OLT支持密钥更换和切换功能。密钥更换由OLT发起密钥更换请求，ONU响应并将生成的新的密钥，由于PLAOM消息的长度有限，密钥分为两部分发给OLT，并重复发送三次。如果OLT没有收到三次传送中的任意一次，OLT将重新发送密钥更换请求，直到三次收到相同的密钥为止。当OLT收到了新的密钥后，就要开始进行密钥切换。OLT将使用新的密钥的帧号通过相关的命令通知ONU，这个命令一般会发送三次，只要ONU成功收到一次就在相应的数据帧上切换校验密钥。

（二）终端SN+PSW注册

ONU在上电进入序列码状态后，OLT会发序列码请求消息，ONU会将唯一的序列码发送给OLT进行认证。这个序列码是唯一的，类似设备的MAC地址。如果序列码合法，OLT

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将分配一个ONU-ID给ONU并要求进行密码认证，如果ONU反馈的密码正确，这个ONU才会进入下一个测距状态。否则就会停在这个状态，超时后返回原始状态，重新开始注册。

（三）用户安全认证技术

在GPON系统中，用户通过物理端口实现用户唯一标识、定位和认证主要有VBAS、PPPoE+和DHCP Option60/82三种方案。

（四）系统安全防护技术

1.防IP Spoofing

OLT设备一般会采用IP地址和业务流绑定的方法，使得其他用户无法用其他非法获取的IP地址在OLT上完成业务认证，从而达到了防止IP地址欺骗的目的。

2.防MAC Spoofing

防MAC Spoofing的处理是从捕获的上行报文中提取MAC出地址、VLAN ID和用户的流信息进行MAC地址的动态绑定，然后再转发出去，作用在于防止非法用户伪造合法用户的MAC截获和监听合法用户的业务信息。

3.MAC+IP绑定

OLT支持MAC和IP地址绑定的功能，OLT在主控板上生成一个IP地址和MAC地址的对应表，只有“IP+MAC”地址相对应的合法用户才能得到更正确的ARP应答，来控制IP-MAC不匹配的主机与外界通讯，达到防止IP地址的盗用。

4.管理用户的RADIUS认证

支持管理用户的RADIUS认证，这样就可以保证网络管理的安全，免受非法管理员进入系统修改数据。

5.访问控制（ACL）技术

ACL使用包过滤技术，在OLT上读取第三层及第四层包头中的信息如源地址、目的地址、源端口、目的端口等，根据预先定义好的规则对包进行过滤，从而达到访问控制的目的。

（五）网络管理安全技术

SNMP V3的安全特性极大的提高了网络管理的可靠性，SNMP V3需要用户名和密码才能通过SNMP进行网络管理，同时这样的过程都是加密进行的，保证了整个SNMP访问过程的安全性和可靠性。

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第四节 GPON在FTTx中的应用模式

一、FTTB应用模式

光纤到楼宇是宽带光接入网的典型应用类型之一，其特征是以光纤替换用户引入点之前的铜线电缆，ONU部署在传统的分线盒（用户引入点）即分配点（Distribution Point，DP），ONU下采用其他接入用户，如现有的金属线或无线，每个ONU典型支持用户数为十多户到一百户左右。在FTTB系统中,OLT通常放置在端局,作为用户业务的收敛及分发,上联网络侧采用光纤接口,通过光纤网络连接ONU设备,在ONU处终结光信号,用户侧提供铜线或五类线接口,接口类型包括传统普通电话业务（Plain Old Telephone Service，POTS）、ISDN、ADSL/ADSL2+、VDSL/VDSL2、以太网等。FTTB网络结构在ONU点需要解决供电问题,可以采用本地供电,或者由位于局端的远程供电系统,也可以区域集中供电,目前以本地供电为主。另外,由于多住宅单元 (Multiple Dwelling Unit, MDU)提供较多VOIP语音业务的接入,需要考虑备用电源解决方案。业界主流的备用电源解决方案包括:交流UPS、一次电源+蓄电池、楼道应急电等。

由于FTTB网络中,ONU布设到DP,使得ONU的数量较多,每个ONU接入的用户数量不多,因此选择光纤传输技术时,应着重选择支持较多ONU数量的、能够节省光纤资源的传输技术。现阶段及以后一段时间内,GPON是比较好的技术选择。具体的应用模式又有如下几种:

1 FTTB+xDSL ○

具体实现是将光纤端接点分布在楼层(高层楼宇)或楼道(多层建筑),小型DSLAM设备网络侧采用GPON上联口,用户侧提供xDSL接口通过双绞线入户。这种方式利用现有的双绞线资源,采用成熟的ADSL2+、VDSL相关技术,可以充分利用现有的线路投资。

提供中小容量的DSL MDU,并且有适合室外恶劣环境的一体化机柜。

2 FTTB+LAN ○

具体实现是将光纤端接点分布在楼层(高层楼宇)或楼道(多层建筑),由ONU终结光信号,ONU提供多个以太网接口。由于以太网五类线具有的距离限制,这种实现需要保证ONU到最终用户的走线距离不超过100米。

二、FTTH应用模式

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光纤到家庭用户是利用光纤传输媒质连接通信局端和家庭住宅的接入方式,引入光纤由单个家庭住宅独享。在物理网络构成上,FTTH在OLT与ONU之间采用全程光纤的接入方式,将ONU光节点部署到居民用户家中,此时ONU称为ONT,直接提供UNI接口连接居民家庭网络。在FTTH网络中,无论是别墅区还是多层小区,ONU都是置于用户家中,在OLT和ONU之间采用无源的光分配网络,在GPON系统中,主要是光分路器和光纤构成。OLT可以置于远端的端局机房,也可以置于小区机房,具体可以依据实际条件而定。FTTH网络结构在ONU点需要解决供电问题,可以采用家庭220V直接供电或通过UPS供电。语音业务采用VoIP将是适合于网络发展的选择,实现方式有两种:ONU本身内置IAD功能或通过外置IAD来实现。OLT和ONU侧都提供了高速接入的数据接口,对于数据业务具备有天然的接入。由ONU的以太网接口提供用户的宽带上网接入,根据现阶段的宽带应用实际,用户认证和管理仍然可以由宽带接入服务器（Broadband Remote Access Server，BRAS）来完成,以保持与现有用户管理方式的一致性。对数据业务的接入,主要是需要采用合适的QoS策略,根据不同的业务提供不同的QoS保证,从而为不同的业务提供不同的带宽保证和业务质量。

对于FTTH模式,比较适合社区信息化场合。社区信息化覆盖目前已经比较普遍,大多数社区采用ADSL接入技术实现,随着IPTV和高清电视等高带宽业务引入家庭,传统社区接入网络面临改造。GPON光接入平台立足高带宽接入,根据高档小区、别墅小区和普通小区的消费承受能力,分层次提供一步到位的FTTH。接入业务包括语音、数字家庭、宽带上网(有线和无线方式可选)、IPTV视频、CATV视频业务等,提供系列化ONU/ONT终端,满足家庭用户有线方式、无线方式、广域网和局域网等各种业务接入需求。

第五节 GPON组网方案

一、星型方式

当OLT与ONU之间按点到点配置,且每一ONU直接经一专用光链路与OLT相连,中间没有光分路器时就构成星形结构。由于这种配置不存在光分路引入的损耗,因此传输距离远大于点到多点配置。但此种应用方式对光纤浪费严重,不能体现GPON的技术优势,实际应用较少。

二、树型方式

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树形拓扑是点到多点配置的基本结构,这种结构利用了一系列级联的分配点(DP)对信号进行分路,传给多个用户,同时也靠这些分配点将上行信号结合在一起送给OLT。分配点的分路器常为1:N型,在重要客户接入中,可能采用2:N分光以实现主干光纤保护。在本地网应用中,考虑复杂的光纤网络布局,一般使用一级分光,如需多级,建议控制在三级以内。

三、总线方式

总线结构也是点到多点配置的基本结构。这种拓扑,实际上是OLT和分配点的拓扑,分配点到ONU仍然是星型结构。这种结构利用了一系列串联的分配点以便从总线上向ONU分配OLT发送的信号,同时又能将每一ONU发送的信号插入总线送回到OLT。此种方式一般应用于监控系统,分光器为1:2不等分分光,分光器有5:95或10:90或20:80多种可选择,建议使用10:90分光器,实际可使用以光功率计算原则为准,一般不超过7级。

第六节 GPON设备类型

一、OLT

OLT设备包含一个或多个PON接口，应支持以太网/IP业务，提供以太网上联接口；建议支持电路仿真方式的TDM业务等多种业务，并提供相应的上联接口。

OLT的业务槽位建议支持GPON板、EPON板、10EPON板、千兆以太网板（下联口）的用户板卡任意混插，可选支持ADSL2+板、VDSL2板等。

OLT的PON接口应支持PON光模块的可插拔。

二、ONU

ONU设备有多种类型，根据GPON设备的应用场景，有以下六种主要类型。

1.SFU（单住户单元）型ONU

主要用于单独家庭用户，仅支持宽带接入终端功能，提供以太网/IP业务，可选支持VoIP业务（内置IAD）、CATV业务。具有1或4个以太网接口，可选支持POTS口、CATV RF口。主要应用于FTTH的场合（可与家庭网关配合使用，以提供更强的业务能力）。根据ONU的业务种类和接口数量上的区别，SFU型ONU的3种具体形态如表2.1所示（注：在商业客

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户不需要TDM业务时，SFU也可以用于商业客户）。

表2.1 SFU型ONU的具体形态

编号 SFU-1 SFU-2 SFU-3 以太网口数量 1（GE或者FE） 4（FE） 4（FE） POTS口数量 0 0 2 CATV RF口 可选 可选 可选

2.HGU（家庭网关单元）型ONU

主要用于单独家庭用户，具有家庭网关功能，相当于带GPON上联接口的家庭网关，提供以太网/IP业务，可选支持VoIP业务（内置IAD）、CATV业务。具有4个以太网接口，1个WLAN接口和1或2个USB接口，可选支持POTS口、CATV RF口。主要应用于FTTH的场合。根据ONU的业务种类和接口数量上的区别，HGU型ONU的2种具体形态如表2.2所示。

表2.2 HGU型ONU的具体形态 编号 HGU-1 HGU-2 以太网口数量 4 4 POTS口数量 0 2 WLAN口数量 1 1 USB口数量 1或2 1或2 CATV RF口 可选 可选

3.MDU（多住户单元）型ONU

主要用于多个住宅用户，提供以太网/IP业务，可选支持VoIP业务（内置IAD）或CATV业务。具有多个（至少8个）用户侧宽带接口（包括以太网接口、ADSL2+接口或VDSL2接口），可选支持POTS口、CATV RF口。主要应用于FTTB/FTTC/FTTCab的场合。根据ONU的业务种类和接口数量上的区别，MDU型ONU的4种具体形态如表2.3所示。

表2.3 MDU型ONU的具体形态 编号 MDU-1 MDU-2 MDU-3 MDU-4 以太网口数量 8/16/24（FE） 8/16/24（FE） 0 0 ADSL2+接口数量 0 0 16/24/32/48/64 0 VDSL2接口数量 POTS口数量 0 0 0 16/24/32 0 8/16/24/32/48 24/32/48/64 24/32/48/64 CATV RF口 可选 可选 0 0

4.SBU（单商户单元）型ONU

主要用于单独企业用户和企业里的单个办公室，支持宽带接入终端功能，提供以太网/ IP业务和TDM业务，可选支持VoIP业务（内置IAD）。具有以太网接口和E1接口，可选支持

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POTS口。主要应用于FTTO的场合。SBU型ONU的具体形态如表2.4所示。

表2.4 SBU型ONU的具体形态

编号 SBU-1 以太网口数量 4 E1接口数量 4 POTS口数量 不做规定

5.MTU（多商户单元）型ONU

主要用于多个企业用户或同一个企业内的多个个人用户，提供以太网/ IP业务和TDM业务，可选支持VoIP业务（内置IAD）。具有多个以太网接口（至少8个）和E1接口，可选支持POTS口。主要应用于FTTBiz的场合。根据ONU的业务种类和接口数量上的区别，MTU型ONU的2种具体形态如表2.5所示。

表2.5 MTU型ONU的具体形态 编号 MTU-1 MTU-2 以太网口数量 16（FE） 8/16（FE） E1接口数量 4/8 4/8 POTS口数量 0 8/16

6.CBU（蜂窝回传单元）型ONU

主要用于接入基站，提供以太网/ IP业务、TDM业务。具有多个以太网接口和1PPS+ToD接口，可选支持E1接口。主要应用于移动基站回传的场合。CBU型ONU的3种具体形态如表2.6所示。

表2.6 CBU型ONU的具体形态

编号 CBU-1 CBU-2 CBU-3 以太网口数量 4（FE/GE） 4（FE/GE） 4（FE/GE） E1接口数量 4 8 0 POTS口数量 2 2 2

三、ONU的PoE功能

建议特定型号的以太网接口的MDU、MTU、SFU设备支持PoE功能（可用于为部署在无线热点的AP供电），即通过RJ45以太网电口的数据线（1、2、3、6）同时传递数据和电流，为其他支持PoE的设备提供电力。相关PoE功能应符合IEEE802.3af标准。

支持PoE的ONU设备应支持内置PoE电源。供电最长距离不应小于100m。每个以太网电口向下挂设备提供的最大输出功率不应小于15瓦，且供电功率可配置，配置范围为1-15瓦。

支持PoE的ONU设备应支持供电功率分配策略，对不同用户群下发功率分配策略；应支

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持在电源功率过载时通过自动方式和手工方式进行接口供电管理；还可对每个PoE接口以及整个设备的供电情况进行统计、查询。应支持PoE处理软件的在线升级。

以太网接口的MDU、MTU、SFU设备可选支持PoE plus功能，每个以太网电口向下挂设备提供的最大输出功率不应小于30瓦，且供电功率可配置，相关功能应符合IEEE802.3at标准。

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第三章 小区GPON接入设计方案

第一节 GPON接入的可行性

目前主流的PON技术主要为EPON和GPON两种技术，它们有各自的优势,如表3.1所示。

表3.1 GPON与EPON标准参数比较 比较项目 标准 网络结构 线路速率 分路比/传输距离 点到多点 上行：1.25Gbps 下行：1.25Gbps 1:32分路比下20㎞ 1:64分路比下10㎞ 每ONU实际下行带宽 28Mbps（1:32） 业务能力 对E1的支持能力 QoS特性 管理维护能力 互通 技术演进 IP、E1、语音 基于电路仿真（CES）方式实现 满足现网业务QoS要求 主要通过扩展OAM进行管理（类似交换机网管） 行业标准已发布 10GEPON厂家已开始商用 EPON IEEE 802.3ah ITU G.984.4 点到多点 上行：1.244Gbps 下行：2.488Gbps 1:64分路比下20㎞ 1:128分路比下10㎞ 72Mbps（1:32）, 36Mbps（1:64） IP、E1、语音 基于Native方式和电路仿真（CES）方式实现 满足现网业务QoS要求 主要通过OMCI协议进行管理（可以监控到线路） 行业标准已发布 NG-PON、10GGPON厂家已开始商用 GPON 1GPON支持多种速率等级，○可以支持上下行不对称速率，上行不一定要达到1.25Gbit/s，

EPON则只支持对称1.25Gbit/s的单一速率；

2EPON支持ClassA和B的ODN等级，GPON可支持ClassA、B和C，因此GPON可○

支持高达128的分路比和长达20㎞的传输距离。目前日本市场大量使用的分路比为1:32；

3单从协议上比较，GPON标准是以G.984.3体系结构为基础，而EPON则是以IEEE ○

802.3ah协议为基础；

4GPON标准规定TC子层可以采用ATM和GFP两种封装方式，其中GFP封装方式适○

于承载IP等基于包的高层协议，对于为了支持ATM业务而定的ATM封装方式在以Etherent为基础的GPON系统中可以省略ATM业务或者单独开发；

5EPON在Etherent上承载TDM业务的技术并不成熟，较难满足电信级的QoS要求，○

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因此EPON为了能够承载TDM业务和语音业务必须设计新的MAC机制并增加新的软硬件。而GPON由于其设计的TC子层结构和ATM封装方式，能够比较容易地支持TDM业务和语音业务；

6相对较低的成本令EPON较早开始大规模商用； ○

7GPON在效率及QoS上具有明显优势。 ○

而随着产业化的成熟度不断加深，光器件价格的下降、技术的成熟、商用网络规模的扩大，EPON和GPON设备价格都有所下降。但是相对于EPON设备的价格，GPON设备的价格仍然较高。但是从带宽成本、QoS保证等方面来看，GPON比EPON更具优势，更能节省投资成本，主要体现在以下两方面：

1GPON业务承载更高效，能提供更高有效带宽，下行的有效带宽是EPON的2.55倍，○

上行是1.37倍。

2GPON的分光能力是EPON的2~4倍，○覆盖相同用户时可节省一半的主干光纤。EPON

最高支持1:64，而GPON最高可支持1:128。

可见，由于带宽开销和最大分光比的优势，采用GPON技术进行光接入网络建设，可节省线路成本和局端设备投资50％以上。

第二节 FTTH建设的可行性

1.技术可行性

随着信息技术的不断发展，相关技术标准及产业链已成熟，技术瓶颈已克服。GPON技术标准也逐步成熟，能提供1:128高分光比、高带宽接入，为FTTH灵活组网、进一步节省光缆资源提供可能。

2.建设成本的可行性

FTTH线路建设成本已大幅下降，光缆成本持续下降，特别是入户光缆，已低于五类线成本，FTTH线路综合造价已与电缆方式接近甚至更低。FTTH ONU终端已大幅降低价格，2009年到2010年下降了50％，大规模使用后，仍有较大下降空间。

3.国家政策支持

在国家“光进铜退”及“三网融合”的政策方针支持下，FTTH已经成为综合业务接入

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技术的最佳选择。国家相关部委已经牵头制定相关技术标准及法规，为FTTH的规模实施保驾护航。

第三节 小区GPON接入方案

一、小区项目概况

随着网络技术和业务的发展，视频、数据等高带宽业务和应用日益丰富。随着三网融合业务的进一步发展，今后主要的宽带业务将包括高清/标清电视、视频通信、网络游戏、高速上网及IP话音业务。各类业务的上下行带宽需求如表3.2所示。

表3.2 各类业务带宽需求 业务类型 高清电视 标清电视 网络电视 视频通信 IP话音 高速上网 下行带宽 6~10Mb/s 上行带宽 50kb/s 高速率用户需求 1路 中低速率用户需求 1路高清电视 或1-2路标清电视 2路 下行带宽 8-12 Mb/s 上行带宽 512kb/s~4Mb/s 下行带宽 2~3Mb/s 50kb/s 2路 20 Mb/s 256kb/s~1Mb/s 256kb/s~1Mb/s 256kb/s~2Mb/s 256kb/s~2Mb/s 上行带宽 100kb/s 100kb/s 2路 2~6Mb/s 512kb/s~1Mb/s 512kb/s~4Mb/s 从表可以看出，家庭用户宽带需求主要为高速上网、IP话音、视频通信、网络游戏、VOD等，通常情况下下行带宽需求高于上行带宽，下行带宽将在10~16Mb/s左右，所以，传统的宽带接入技术很难保证用户的高带宽需求。现有某新建小区由10栋30层住宅楼组成，每层8户，共计2400户，需为该小区内用户提供语音、宽带、有线电视等业务。

二、解决方案

（一）FTTH组网方案

针对项目特点，并考虑到今后扩容、升级等因素，对该小区采用GPON光纤到户（FTTH）的整体解决方案，如图3.1所示。

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IPTV 网管 Internet IP Network Softswitch NGN LAN switch BRAS OLT 合波器 CATV 光分路器 ONU Phone STB PC IPTV 图3.1 FTTH组网方案

CATV

（二）GPON FTTH建设方案

1. 总体设计方案

1根据OLT规划原则可知，由于小区用户数2400户大于600户，所需PON口数量大于○

12，因此将OLT设备放置在小区机房内，OLT上联软件机房宽带接入服务器；

2OLT—ONT之间采用一级分光方式，由于小区机房位于小区中心位置，故光缆距离最○

长为5㎞，满足PON系统光缆长度控制在20㎞以内的要求；

3本小区为光纤到户建设思路，楼内光缆和皮线光缆敷设路由需用暗管保护，皮线光缆○

按1户1条皮线光缆进行覆盖，总共覆盖2400户；

4用户端活动连接器和冷接子按总户数的50％进行配置； ○

5皮线光缆进小区用户家里，用户端设备根据开通实际情况进行配置ONT（1FE、4FE、○

4FE+2POTS）等型号。

总体设计方案如图3.2所示。

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主干光缆 按50％的配置配线光缆 皮线光缆 率来算，每层楼配置4个ONU 1栋 1#27层 72芯分配箱 用户家 30楼 29楼 28楼 27楼 26楼 25楼 1#21层 72芯分配箱 24楼 23楼 22楼 21楼 20楼 1#15层 72芯分配箱 19楼 18楼 17楼 16楼 15楼 14楼 13楼 1#9层 72芯分配箱 12楼 11楼 10楼 9楼 8楼 7楼 1#3层 6楼 5楼 4楼 3楼 2楼 1楼 熔纤盘 1:64 光分 路器 熔纤盘1:64 光分 路器 光交接箱 软件 机房 BRAS IP小区机房 华为 OLT MA 5680T O D F 光 交接箱 城域网 熔纤盘1:64 光分 路器 熔纤盘其余9栋都按照1栋的配置方式进行配置（N的范围为1~10）。 1:64 光分 路器 N栋 72芯分配箱 ?? 熔纤盘1:64 光分 路器 - 31 -

图3.2 小区总体设计方案

2.ODN设计方案

本设计方案根据成本情况考虑了分光器采用1:32和1:64组网的两种设计方案，按100％的ONU配置可知，本小区如果采用1:64分光器，则共需40个，可提供2560个PON口；采用1:32分光器共需80个，可提供2560个PON口，由此可见，采用1:64分光器组网比采用1:32分光器组网能减少了建设成本。采用1:32的分光比，单用户可用下行带宽为72Mbps；采用1:64的分光比，单用户可用带宽为36 Mbps，可见采用1:64的分光比组网既可满足高速率用户20M网络带宽的需求，又可降低工程造价。因此本小区采用1:64分光器组网。

ODN的设计方案如下：

1光交主干侧光缆的接入：从通信机房ODF布放1条48芯光缆至小区交接箱，光交容○

量为720芯；

2光分配箱的主干侧光缆接入：光分配箱为72芯，分别设置于每栋楼的3、9、15、21、○

27层，1:64分光器安装于光分配箱内，从小区的光交布放12芯光缆分别至每个光分配箱，每个光分配箱覆盖共6层楼的所有用户；

3入户光缆的敷设：从光分配箱采用2芯皮线光缆，通过开发商预埋的暗管入户，接入○

用户多媒体信息盒内的光纤信息面板。

3.主设备选择

根据OLT分区规划，该区域配置的OLT设备为华为的OLT设备MA5680T，ONU采用华为的HG850。现分别作简要介绍：

? GPON OLT设备

华为MA5680T是一款大容量、高密度的GPON局端设备，提供大容量、高速率、高带宽的语音、数据、视频业务综合接入，如图3.3所示。其主要性能特点如下：

1T比特光接入平台，○交换容量400G，每槽位带宽均达10GE，上行4×10GE，支持32K

MAC地址；

2GPON、EPON、P2P共平台设计，业务板卡可混插组网、统一网管； ○

3新OLT架构：流量汇聚，分布处理，业务板统一处理业务，消除性能瓶颈； ○

4主控板、电源板、上联板卡等关键板件双备份； ○

5灵活QinQ，2K QinQ/PON口，VLAN Translation（1:1，N:1）○； 64-8PON口/板，16个业务槽位，单框最大支持128个PON口。 ○

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图3.3 华为MA5680T外观结构

? GPON ONU设备

图3.4 华为HG865外观结构

如图3.4所示，华为HG865设备能够提供4个10/100/1000BASE-T接口、2个VOIP接口，可支持OAM/OMCI管理。

4.传输损耗计算

ODN光通道损耗所允许的衰减定义为SR和RS参考点之间的光损耗，OLT的传输距离应通过ODN光通道损耗核算以及OLT 、ONU设备的功率预算，采用最坏值法核算。

ODN光通道损耗=光分路器插入损耗+光活动连接器插入损耗×数量+光纤衰耗系数×传输距离+光缆线路富余度，其相关参数取定为：

11:64 分光器插入损耗最大值为19.5dB; ○

2光活动连接器插入损耗为0.7dB/个(G.652单模光纤1310nm波长)； ○

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3光纤衰减系数为0.22dB/㎞(G.652单模光纤1310nm波长)； ○

4采用1:64分光比时，光缆线路富余度取值为1.5dB。 ○

从OLT到ODN采用G.625单模光纤，损耗≤0.25 dB/㎞，在FTTH方案中，采用皮线光缆入户，由于该距离比较短，可以不予考虑皮线光纤的插入损耗。目前一盘光缆长度大约为2~3㎞，故该方案最多需要3个接头。所以该链路最大损耗为：

ODN光通道损耗=19.5+0.7×3+0.22×5+1.5=24.2﹤28 dB 由此可知，该方案符合行业规定要求。

5.业务提供

由图3.1可知，OLT向上提供城域网的接口，向下提供连接PON的接口，具有网络分配、带宽接入和网络安全等功能。GPON系统可以同时传输ATM帧与GEM帧，ATM信元承载数字有线电视的MPEG数据包，将数字电视业务的MPEG数据包映射到ATM信元中，因此数字电视业务可以在GPON系统中传输。此外GEM帧结构以数据原有的格式，可以同时承载以太网、PSTN等TDM业务，从而实现了语言、视频及数据的“三重播放”，为三网合一提供扩展空间。

ONU设备放在用户家中，实现光纤到户及业务的高速接入。ONU的下行接口包括以太网接口、有线电视射频接口及POTS语音接口，可为不同的用户提供不同的业务。在本设计方案中，ONU直接受OLT管理，是整个网络具有易控、易管的特点。

6.业务带宽需求

如表3.3所示，为覆盖50％小区用户业务实际需求测算网络带宽。

表3.3 小区用户实际需求带宽预测 用户数（户） 业务需求 业务带宽（M） 市场占有率 1200 3 视频点播 50％ 1200 1200 普通上网 话音 2 0.2 合计带宽 50％ 50％ 同时在线率 需求带宽小计（M） 720 40％ 30％ 85％ 360 102 1182

小区视频点播、上网、话音三种业务在假设市场占有率为50％，同时在线率分别为40％、30％、85％的条件下进行预测，合计需要带宽1182Mbit/s，而GPON能提供上行1244 Mbit/s、下行2488 Mbit/s的线路速率，由此可见GPON接入能满足小区用户对带宽的需求。

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结 论

随着现代信息技术发展，广播电视网、电信业务网、计算机网的融合已成为必然趋势。通过三网融合，不仅可实现资源互联与共享，还可直接减少不必要的重复建设和资源浪费，产生较大的经济效益。但是传统的接入网技术已不能满足这样的需求，作为PON技术两大标准之一的GPON技术，是基于ITU-T G.984.x标准的新一代宽带无源光网络接入技术，具有高带宽、高效率、长距离传输、易维护、稳定性高等特点，是一种能真正支持语音、数据和视频的全业务接入技术。随着GPON产业链的日益成熟，核心元器件价格的不断下降，GPON必然成为接入网建设的主流技术。GPON技术与其它末端接入技术的结合，也为接入网的融合提供了解决方案， 而FTTH无疑是未来接入网三网融合的最佳方案。

本论文着重研究一种较新的接入技术—GPON技术，首先从理论上阐述了其发展趋势、标准、技术设备等方面；其次通过分析GPON组网模式、FTTH建设可行性、EPON和GPON技术对比，以一个小区为案例，根据小区业务需求，提出了基于GPON技术的FTTH小区组网方案，并对FTTH组网设计、小区GPON FTTH的总体设计、ODN建设方案、光分路器的选择等方面进行研究和设计；最后通过对GPON设备类型研究和典型宽带业务需求的分析，为小区GPON FTTH设计合理选取设备，并对传输损耗和业务带宽提供进行计算，得出CPON能够实现小区三网融合方案和FTTH建设，并且能够为小区用户提供足够的带宽用于宽带业务。本次设计说明GPON由于其高带宽、高效率、高分光比和长距离传输、覆盖范围广、用户接口丰富等特点，不仅能供大量的用户使用，并且为他们提供所需的高带宽业务，保证其带宽质量，还能节约成本，实现“百兆光纤到户”。

虽然目前GPON技术在国内运用面临着诸多挑战：如GPON芯片厂商数量少，FTTH工程涉及到的GPON技术的设备实现，光线路器件、光纤光缆、施工布线等多个领域的专业技术门槛较高等），因此，能提供全套解决方案的厂家并不多。但是，随着GPON技术实际应用经验的积累和研究的深入、产业化的成熟和设备价格的下降，不可否认，GPON技术将是FTTH领域中为用户提供光纤接入的最为经济有效的方式。

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致 谢

大学生活一晃而过，回首走过的岁月，心中倍感充实。通过本次论文写作，我不仅提高了自己分析问题和解决问题的能力，也从中认识到自己知识与经验缺乏，感触良多。首先我要感谢我的导师向劲松老师，他在我完成论文的过程中，给予了我很大的帮助。在论文开始的初期，我对于论文的结构以及文献选取等方面都有很多问题，是向老师在繁忙的工作中抽出宝贵的时间给我讲解设计思想。帮我理清研究思路。在这里我衷心感谢向老师给予我的关心和指导，感谢他对论文中遇到的问题给予耐心的辅导和解答，让我受益匪浅。

其次感谢大学四年来所有教导我的老师对我学习上的帮助和生活上的关怀，是他们的辛勤工作，才使我得以顺利完成学业；感谢陪伴我的同学和朋友，是他们的支持、鼓励和帮助，使我充实度过四年学习生活；感谢我的父母及家人，是他们给予我的理解、鼓励和支持，才让我不断前进，取得进步。同时，我也要感谢各位评审老师在百忙之中抽出宝贵的时间审议我的论文。

最后再次对关心、帮助我的老师、同学，以及参考文献的作者表示衷心的感谢！

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缩略语

AON ADSL ATM APON BPON BRAS CDM CATV CTC DDN DP

DSLAM DBA EPON FTTB FTTC FTTH FTTN FTTO FCS FDM FSAN GEM GFP GPON GTC HDSL HDTV ISDN ITMS IGMP ISP IPG IMS LCAS LAN LLC LLID

Active Optical Network

Asymmetric Digital Subscriber Line Asynchronous Transfer Mode ATM Passive Optical Network

Broadband Passive Optical Network Broadband Remote Access Server Code Division Multiplexing Community Antenna Television Convolutional Turbo Code Digital Data Network Distribution Point

Digital Subscriber Line Access Multiplexer Dynamic Bandwidth Assignment Ethernet Passive Optical Network Fiber To The Building Fiber To The Curb/Cab Fiber To The Home Fiber To The Node Fiber To The Office Frame Check Sequence

Frequency Division Multiplexing Full Service Access Networks GPON Encapsulation Method Generic Framing Procedure

Gigabit Passive Optical Network GPON Transmission Convergence High Digital Subscriber Line High Definition Television

Integrated Services Digital Network

Integrated Terminal Management System Integrated Group Management Protocol Internet Services Provider Inter-packet Gap

IP Multimedia Subsystem

Link Capacity Adjustment SCEheme Local Area Network Logic Link Control Logical Link Identifier

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有源光网络

非对称数字用户线 异步转移模式 ATM无源光网络 宽带无源光网络 宽带接入服务器 码分复用 有线电视 卷积Turbo码 用户数据网 分配点

数字用户线接入复用器 动态带宽分配

基于以太网方式的无源光网络

光纤到楼 光纤到路边

光纤到家（户） 光纤到节点

光纤到公司/办公室 帧校验序列 频分复用 全业务接入网 GPON封装方式 通用成帧规程

吉比特无源光网络 GPON传输汇聚 高速数字用户线 高清晰度电视 综合业务数字网 终端管理系统

因特网组播管理协议 Internet服务提供商 帧间隔

IP多媒体子系统 链接容量调整方案 局域网

逻辑链路控制 逻辑链路标识

MGCP MAC MDU MTU OMCI OAM OAN ODN OLT ONT OFDM PTN PON POS PCBd PHY

PLOAM

PLOu PMD POTS P2P P2MP PSTN QoS SNI SNMP SFU TDM TDMA UNI VDSL VLAN VOD WDM WiFi WLAN Media Gateway Control Protocol Medium Access Control Multiple Dwelling Unit

Maximum Transmission Unit

ONT Management Control Interface

Operation Administration and Maintenance Optical Access Network Optical Distribution Network Optical Line Terminal Optical Network Unit

Orthogonal Frequency Division Multiplexing Packet Transport Network Passive Optical Network Passive Optical Splitter

Physical Control Block downstream Physical layer

Physical Layer Operations, Administration and

Maintenance

Physical Layer Overhead upstream Physical Medium Dependent Plain Old Telephone Service Point to Point Point to Multipoint Public Switched Telephone Network Quality of Service Service Note Interface

Simple Network Management Protocol Single Family Unit Time Division Multiplexing Time Division Multiple Access User-Network Interface Very high data rate Digital Subscriber Line Virtual LAN Video On Demand Wavelength Division Multiplexing Wireless Fidelity

Wireless Local Area Networks - 39 -

媒体网关控制协议 媒介接入控制 多用户单元 最大传输单元

ONT管理控制接口 操作管理维护 光接入网 光分配网 光线路终端 光网络单元

正交频分复用技术 分组传送网 无源光网络

无源光分路器/耦合器 下行物理层控制块 物理层 物理层OAM

上行物理层开销

物理媒质相关（子层）传统普通电话业务 点到点 点到多点

公共电话交换网 服务质量 业务节点接口

简单网络管理协议 单住户单元 时分复用 时分多址

用户-网络接口 超高速数字用户线 虚拟局域网 视频点播技术 波分复用

无线保真（无线宽带）无线局域网

附 录

一、 英文原文

Worldwide development of FTTH

Martin F¨orster

Definitions and terms for Fiber-to-the-Home

Before looking at current Fiber-to-the-Home networks worldwide it is crucial to define the term FTTH. In general the designation for the utilization of optical fibers in the access network is Fiber-to-the-x (FTTx). The x refers to the location of the optical fiber endpoint next to the customer. This endpoint of the optical fiber is the optical-electrical interface and is located in some kind of transmission equipment, called Optical Network Unit (ONU) or Optical Network Termination (ONT). ONU and ONT are not exactly the same for ONU is used when the optical fiber terminates in a telecommunication cabinet next to several homes or businesses and ONT is used for the termination of the optical fiber within the customer premises. So in terms of FTTH we talk about an ONT at the endpoint. The beginning point of the access network is located in a Central Office and is called Optical Line Termination (OLT).

Defining FTTH means defining the endpoint of the optical fiber. Besides FTTH there exist also the terms FTTB, FTTC, FTTN, FTTO, FTTP and FTTR. The closest point to the customer are FTTH, FTTB, FTTP, FTTO and FTTR.

Fiber-to-the-Business and FTTO are the same term for providing an optical path to the premises of a business customer. The differentiation of FTTB and FTTR depends on the location of the ONT inside a building, but FTTR is a rarely used term and is to be neglected. And FTTP encompasses FTTB and FTTH. Finally, the line must be drawn between FTTB and FTTH. It is obvious that the part ‘Home’ in FTTH usually indicates the use of this term for the group of private customers with a huge number of access points. Therefore the focus of FTTH developments is the private customer and the mass deployment. The distinction between ‘Building’ and ‘Home’ is more complicated. For example an ONT located in a single family dwelling unit (SFU) can be classified as FTTB and FTTH. But is the ONT located somewhere inside an apartment building exclusive the apartments itself, only the term FTTB is the correct term. It should be observed that these definitions are individual decisions in some cases, thence one shouldn’t rely on these terms to severely. Additionally, the term FTTP is a more general circumscription for both.

Finally the most important terms are FTTC, FTTO and FTTP inclusive of FTTB and FTTH.

Overview of FTTH subscribers worldwide

The worldwide situation of FTTH is very inhomogeneous on a larger scale and the status of the FTTH deployment and the utilization of standards in a country depends on the local

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telecommunication companies, regional distinctions, history of broadband Internet access in that country and individual technical issues. So every country and even every telecommunication company can be a different case. Fortunately, there are basic similarities in the utilization of standards and the progress of FTTH. So there can be identified three big FTTH markets: Asia-Pacific, Europe and North America.

According to the FTTH Council there are 32 million FTTH connections worldwide. More than 27 million connections are accounted by the Asian region. Figure 1 displays the household penetration for FTTB/H worldwide. The top four positions are occupied by the Asian countries South Korea, Hong Kong, Japan and Taiwan, although the majority architecture is only in Japan FTTH. In fact Japan is the country with the most FTTH connected households in the word followed by China with 7.5 million households.

Secondly, the North American region reported more than 3.3 million FTTH connected households and the United States is with 3.3 million FTTH connected households third in the total rank after China. Additionally, the United States is the economy with the largest total growth of FTTH subscribers per year.

The European region reported 1.4 million FTTH connections with Scandinavian countries and Slovenia leading the penetration rate. The Netherlands and Italy are also listed in the chart with a penetration rate of 1.4 per cent. Big economies like Great Britain, France and Germany are not listed but are about the engage in FTTH connections.

Figure 1 Worldwide FTTH household penetration

South Korea and China

A brief look on South Korea and China reveals similar considerations as in Japan. Both countries have a higher concentration on FTTC and FTTB, but FTTH makes up for that. In South Korea APON was evaluated in the late 90s and around 2001 BPON was considered for mass deployment. But the mass deployment for true FTTH showed up to expansive compared to ADSL and a BPON deployment in a FTTC structure would have vanished the advantages of PONs. So BPON wasn’t deployed on a large scale. Today the main architecture in South Korea is EPON.

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WDM-PONs are considered for deployments in the future and were successfully demonstrated in 2005.

China also started with the ATM based APON in 2001. But like in South Korea APON respectively its successor BPON have not been deployed on a larger scale due to its complexity and high equipment costs. Today, many vendors in China are focusing on EPON but also on Point-to- Point Ethernet (P2P Ethernet) and Gigabit-capable PON (GPON), EPON is deployed in areas with high population densities and GPON is mainly deployed for enterprises. P2P Ethernet is preferred to EPON for residential homes when they have an awkward disposition and it comes into consideration for business cases with higher bandwidth needs.

The United States

In the United States the competition between telecommunication operators and cable operators has been always strong. For a long time there have been more subscribers for cable-based Internet access than for xDSL-based Internet access. In 2006 it seemed that the growth of xDSL subscribers has been faster than the growth of cable subscribers. In order to make the initiative and prepare for higher bandwidth Internet access and triple-play major telecommunication operators like SBC (now AT&T) and Verizon committed themselves to a large-scale deployment of FTTH access networks in their respective regions. In 2004 Verizon started with its large-scale deployment of fiber networks based on BPON (622 Mbps downstream, 155 Mbps upstream and a RF video overlay in compliance with ITU-T G.983.3). SBC started also with its BPON deployment in the last quarter of 2005 without a video overlay (instead of that they are focusing on IP based services like IP video). They installed FTTH in greenfield areas and FTTN+VDSL in brownfield areas. Verizon started deployment of GPON in 2007 and SBC also plans to move to GPON soon.

GPON as recommended in the ITU-T G.984.x series has the same architecture like the PONs before. It is a direct advancement of BPON and pays credit to the widespread use of Ethernet. Therefore it uses DBA and OAM messages like in BPON. GPON is able to carry all service types. The downstream bit rate can be 1.2 Gbps or 2.4 Gbps and 155 Mbps, 622 Mbps, 1.2 Gbps or 2.4 Gbps in upstream direction. Verizon is using 2.4 Gbps downstream and 1.2 Gbps upstream. The split ratio of GPON is recommended with 1:64 but can be up to 1:128. But Verizon prefers to use split ratios of 1:32 for single family FTTP deployment. That makes in the ‘worst-case’ 75 Mbps downstream and 37.5 Mbps upstream. An real advancement in GPON is the encryption of the information part with the Advanced Encryption Standard.

The downstream frame has a fixed-length of 125μs. The Physical Control Block for frames going downstream (PCBd) contains the information used to control and manage the network (including OAM). Behind that is the payload which can consist of optional ATM segments and a variable-length GPON encapsulation method (GEM) segment. The GME segment can carry any kind of data and has a length of up to 1500 bytes. Larger data is fragmented as it is in Ethernet. The encapsulation offers proper management for multiple service flows from different ONTs. The upstream frame has a variable length and consists of a header and a payload part. The header is less complex than in the downstream frame but is still enclosing information for control and management and carries OAM messages and the dynamic bandwidth report for the DBA algorithm inside the OLT as well. The payload also consists of a GEM segment and an optional ATM segment. In the upstream direction a guard time of 25.6ns is inserted between every ONT packet due to higher bit rates and therefore smaller pulse widths.

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二、 英文翻译

FTTH的全球发展

光纤到户的定义

在研究全球光纤到户网络之前,关键在于要明确FTTH的定义。一般来说,利用光纤接入网络的形式就是FTTx。x是指光纤端点接入用户端的位置。这个端点是一个光电接口，并且位于称为光网络单元(ONU)或光学网络终端(ONT)的传输设备中。ONU与ONT的不同之处在于，ONU用于通信机房到家庭或者企业之间的光纤，ONT直接用于客户端。因此，对FTTH而言，我们把端点说为ONT。接入网络起始点的位于中央机房里,被称为光线路终端(OLT)。

FTTH的定义就是对光纤端点的定义，除了FTTH也存在FTTB、FTTC、FTTN、FTTO、FTTP和FTTR。 离客户端最近点的是FTTH、FTTB、FTTP、FTTO和FTTR。

向同一客户提供路径时，FTTB和FTTO的定义是相同的。 FTTB和FTTR不同之处在于ONT放置的位置。虽然FTTR很少使用，但是不容忽视。FTTP包含FTTB和FTTH。但是,其线路必须同FTTB和FTTH区分开。很明显，FTTH里的“家”通常表示有着大量接入点的私人客户。因此FTTH技术发展和大规模部署的重点是私人客户。而“大楼”和“家庭”之间的区别就更复杂。例如在一个单个家庭住宅单元(SFU)放置ONT，可以看作FTTB或者FTTH。如果ONT位于某处单独的公寓大楼内,就只能定义为FTTB。应该注意,这些定义是在某些情况下人为规定的，不应该完全依赖这些条款。此外，FTTP是一个对FTTB和FTTH的笼统（总体）定义。

最后，最重要的是FTTC、FTTO和FTTP 的定义都把FTTB和FTTH包容在内。

全球FTTH用户的概述

全球各国对FTTH的部署和利用情况更加不同，其取决于一个国家当地的电信公司、地区差别、该国接入的互联网宽带的历史和个别技术问题。因此造成各个国家、甚至各个电信公司的FTTH情况不同。幸运的是,其对FTTH的标准利用和进展状况是基本相同的。因此确定了三大FTTH市场：亚太、欧洲和北美。

据FTTH委员会统计全球有3200万个FTTH用户，亚洲地区就超过2700万个。图1显示的是世界FTTB / H的家庭拥有量。前四名位置是由韩国、香港、日本和台湾等亚洲国家占领，尽管大多数FTTH架构只在日本。事实上，日本是最多FTTH的国家,其FTTH用户数达

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到750万户，之后是中国。

其次,北美地区和美国分别以拥有330万FTTH用户位于总排名在第三位，居于中国之后。此外,美国也是每年FTTH用户总数经济增长量最大的国家。

欧洲地区的140万FTTH用户普遍位于北欧国家和南斯拉夫。从图表中也可以看出荷兰和意大利的FTTH用户占全球的1.4%，未列出的经济大国，如英国、法国和德国，都有从事FTTH。

图1 全球FTTH用户普及率

韩国和中国

对韩国和中国的介绍，相对于日本而言要简单。这两个国家的FTTB和FTTC的用户数量都很多,但FTTH的用户数量相对于前两者就少。韩国在90年代末对APON进行了评价，并考虑在2001 年左右大规模部署BPON。但是真正大规模部署FTTH，比起在FTTC结构中的ADSL，BPON会失去PON的优势，所以BPON没有大规模部署。今天在韩国的主要架构是EPON系统。WDM-PONs被考虑用于将来的部署，并且这一想法在2005年成功付诸实践。

中国在2001年也开始基于ATM的APON的建设。但是就像韩国APON那样，它的后继者BPON因其复杂性和成本高没有得到大规模的部署。今天, 在中国有许多EPON供应商，也研究点到点的以太网(P2P以太网)和千兆无源光网络(GPON)。EPON是部署在人口密度高的地区,GPON主要部署在企业。当住宅用户有特殊需求，并考虑到这是一个又高带宽需求的商业案例时，P2P成为EPON的首选。

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美国

美国电信运营商和有线电视运营商之间的竞争一直是激烈的。很长一段时间，以电缆为基础的互联网接入比以各种数字用户线路为基础的互联网接入拥有更多的用户。在2006年，xDSL用户的增长量比有线用户的增长量更快。为了提倡高带宽网络接入和三网合一，SBC(现在AT&T)和Verizon等主要电信运营商承诺在各自所在地区大规模部署FTTH接入的网络。Verizon公司于2004年开始大规模部署基于BPON的光纤网络(上行622 Mbps，下行155 Mbps，视频叠加频率符合ITU-T G.983.3)。 SBC在2005年也开始对不提供视频叠加的BPON进行部署(相对的，他们重点在于IP服务，如IP视频)。他们在新建地区采用FTTH，在已开发地区采用FTTN+ VDSL。Verizon公司于2007年开始部署GPON，SBC也计划向GPON方向发展。

在ITU-T G.984.x系列标准中，GPON按照规定有了和以前PON一样的结构。这是BPON的一个直接进步，并普遍使用于以太网。因此它的动态宽带分配和OAM消息与BPON的一样。GPON能够支持所有服务类型。上下行速率能达到155 Mbps /1.2Gbps、622 Mbps /1.2Gbps、155 Mbps/2.4Gbps、622Mbps/2.4Gbps、1.25Gbps/2.5Gbps。 Verizon正在使用下行2.4Gbps和上行1.2Gbps的速率。GPON可达到1:128的光分路比，建议使用 1:64光分路比。但Verizon更倾向在单独家庭FTTP的部署中使用1:32光分路比。这能使GPON在最糟糕的情况下提供下行75 Mbps和上行37.5 Mbps的速率。GPON的一个真正的进步是信息加密部分采用了高级加密标准。

GPON下行帧的固定长度为125μs。下行帧结构中的物理控制块(PCBd)包含了用于信息控制和网络管理 (包括OAM)的信息。后面的净荷包含了可选的ATM段和一个可变的GPON封装(GEM)段。GME段可以携带任何类型的数据，其长度可达1500字节。更大的数据能像在以太网里那样分段处理。GEM能为来自不同的ONT的多业务流提供合理的封装服务。上行帧结构的长度是可变的，由帧头和净荷组成。上行帧头没有下行帧那么复杂，但是它任然能封闭用于控制和管理的信息、传递OAM消息、为OLT中的DBA算法提供动态带宽。其净荷同样由一个GEM段和一个可选的ATM段组成。由于具有高速率，因此脉冲宽度较小，在25.6ns这一保护时间内，能在任何上行方向的ONT数据包中插入。

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