宽带光纤接入技术方案

　　ATM-PON技术（如图1）

　　采用无源光网络（PON）可以降低光纤接入成本、提高接入性能、利于宽带业务接入。以ATM传输技术为基础的PON简称为ATM-PON，它基于时分复用技术，并且被认为是目前能够较好地解决宽带接入的方案之一。

　　ATM-PON为用户提供的宽带接入较为灵活，其下行速率可以是622Mbit/s或155Mbit/s，上行速率为155Mbit/s。一个无源光分路器（OLT）能够连接16至32个ONU，一个ONU能够连接几十个用户单元设备（CPE），通过将ATM交叉连接模块配置在OLT中、将ATM的业务模块配置在各个ONU中，为用户提供交互式宽带业务。其下行方向采用基于ATM信元的复用技术，上行方向则采用TDMA控制协议控制用户入网。上、下行方向的ATM信元均被封装成ATM-PON分组信元结构，即在每个分组信元的头部附加一个字节的信头，以提供网络同步及与传输相关的功能，如上行TDMA协议的ONU标识等。网络的运行和维护功能（OAM）则通过物理层信元（PLOAM）传送。

　　 图1 ATM-PON方案原理

　　为了实现TDMA控制技术，需要解决光功率动态调整、测距延时、突发同步等问题。

　　1） 光功率的动态调整问题：ATM-PON系统组网一般采用树形拓扑结构，各个ONU至OLT的光纤路经长度不同，光信号受到的传输衰耗不同。要求OLT的光接收器具有较大的光功率动态范围，并能够根据接收到的光功率大小，快速设置信号判决门限；而每个ONU的激光器应该能够根据与OLT之间不同的传输衰耗，动态进行输出光功率的调整，以降低对OLT接收动态范围的要求。实际上，ATM-PON依据分组信元头部字节的3个bit位传输的信息，进行ONU的光发功率调整及OLT光收门限设置。

　　2） 测距延时问题：各个ONU传送分组信元至OLT的路经不同，为了避免OLT接收端各个ONU传送来的分组信元发生碰撞，必须使各个ONU至OLT的有效连接距离相等。ATM-PON技术通过测距软件，自动测试各个ONU至OLT的有效连接距离，并依据有效连接距离自动确定各个ONU发送分组信元之前的时延量，以保证有效连接距离相等。

　　3） 突发同步问题：测距软件的精度是有限的，当某ONU需要连续突发传输分组信元时为了避免同其他ONU的分组信元发生碰撞，必须在连续突发传输的分组信元之间预留一个保护时间（一般是2bit±1bit），从而使各个突发分组信元的首bit将落在±1bit的保护时间内，也就要求OLT接收器在极短时间内迅速恢复突发信号中的正确时钟。ATM-PON采用附加抽样技术（利用分组信元头部字节的3bit）进行时钟的相位校准，实现突发同步。

　　ATM-PON+xDSL技术

　　ATM-PON+xDSL是一种经济使用的ATM-PON方案，他将用户测的ONU配置在用户大楼的电缆分配箱附近，以降低ATM-PON方案的成本。而ONU到用户之间通过铜缆或铜双绞线，采用xDSL方式互连，各个ONU需要负责xDSL信息结构与ATM-PON分组信元结构之间的转换，包括低速、高速信息流之间的复用/解复用，其余同上述的ATM-PON方案一样。XDSL传输方式的特点是传输速率能够依据用户需要动态分配。用户需要超高数据传输时，可采用VDSL方式。VDSL的下行速率为12~51Mbit/s，上行速率为1.6~26Mbit/s，支持的传输距离300m~1.5km。多个需要宽带接入的用户共享一个ONU，这种方式可以降低接入成本。现阶段是宽带接入的初期，采用ADSL方式已经能够满足用户现时的宽带接入所需。ADSL的下行速率为2~8Mbit/s，上行速率为640Kbit/s，支持的传输距离3.7km。

　　SCM-PON技术（如图2、3）

　　付载波技术是一种成熟的电信号频率复用技术，通过对激光器的幅度调制，使激光信号既能够携带模拟信息，也可以携带数字信息。SCM与PON技术的结合，可以方便地接入窄带业务或宽带业务，以及方便于业务扩容。

　　 图2 SCM-PON方案原理

　　下行信号频带结构（使用光波长为：1550nm）：STM-1 16 BB chennal

　　上行信号频带结构（使用光波长为：1310nm）：16NB chennal 16 BB chennal

　　 图3 SCM-PON信号频带结构

　　在SCM-PON技术中，上、下行信号采用不同的光波长传输（即使用到WDM技术）。OLT至ONU的下行方向传输STM-N速率的广播型基带信号，每个ONU可接收一个STM-1速率的信号。每个ONU采用付载波多址技术（SCMA）处理多点对点的传输问题；OLT则通过滤波方式选择各个ONU传来的付载波信息。ONU在付载波中可以携带的上行速率为：9.72Mbit/s~51Mbit/s。在TDM基础上可以进一步接入宽带付载波信号，宽带付载波可以加入任一ONU中。由于各个ONU分别采用不同的付载波传输信息，不存在同一路由的测距和突发同步问题。SCM-POM技术可以为用户提供不同的路由保护，当用户需要对其业务提供保护路由，并且由于某种原因发生保护倒换时，TDMA的测距和保护倒换后的快速同步就成为主要解决的问题。每个付载波的宽带信息都采用ATM复用技术，即以ATM信元结构传送信息。

　　在SCMA技术中，OLT的光接收机同时受到n个ONU传来的光信号的照射，某个单一信道的噪声电平将受所有ONU激光器相关强度噪声（RIN）的影响。当OLT接收机的RIN电平过高时，会影响系统的接收信号的性能，特别是bit误码率（BER，传输要求≤10E-10）。为了减小RIN电平，需要制定一个密集付载波频率分配方案，并要求ONU的光发送功率能够在线性的动态范围内自动调节，以限制系统的总传输带宽，避免付载波信道之间的相互干扰。SCMA技术的另一个问题是光拍频噪声，当两个以上的激光信号的光谱叠加后，照射到OLT的光接收机时，就会产生光拍频噪声，它随时间和温度波动，引起系统的瞬间BER变化而有可能超出技术要求。光拍频噪声的存在会降低系统的光信号传输特性，光拍频噪声电平大小主要与ONU激光器的光波长配置有关。目前的窄带SCM-PON系统试验中，采用软件技术，在OLT侧监测光拍频噪声电平，若光拍频噪声电平增加，则控制ONU激光器的光波长进行适当的调整，以降低光拍频噪声电平，确保信息接收质量。