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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