無源光網(wǎng)絡(luò)光纖復(fù)用拉遠(yuǎn)的技術(shù)方案分析

龍 函，胡 毅

（1.武漢郵電科學(xué)研究院，武漢 430074； 2.武漢光迅科技股份有限公司，武漢 430205）

無線通信技術(shù)

無源光網(wǎng)絡(luò)光纖復(fù)用拉遠(yuǎn)的技術(shù)方案分析

龍 函1，2，胡 毅1，2

（1.武漢郵電科學(xué)研究院，武漢 430074； 2.武漢光迅科技股份有限公司，武漢 430205）

為解決PON（無源光網(wǎng)絡(luò)）傳輸距離受限問題，首先介紹了一種PON光纖復(fù)用拉遠(yuǎn)的技術(shù)方案，然后分析了其關(guān)鍵技術(shù)：PON信號(hào)聚合和PON拉遠(yuǎn)，該技術(shù)方案能夠?qū)崿F(xiàn)PON傳輸距離和傳輸容量的增加；最后介紹了兩種應(yīng)用場景。

無源光網(wǎng)絡(luò)；復(fù)用拉遠(yuǎn)；通用映射規(guī)程；異步映射規(guī)程

0 引 言

在傳統(tǒng)的PON（無源光網(wǎng)絡(luò)）系統(tǒng)中，每個(gè)OLT（光線路終端）端口需要通過一根光纖連接到ODN（光配線網(wǎng)絡(luò)）。隨著FTTH（光纖到戶）的大規(guī)模建設(shè)，光纖的需求劇增，光纜資源消耗嚴(yán)重；并且PON的傳輸距離也會(huì)受到物理層收發(fā)器、拓?fù)?、色散、DBA（動(dòng)態(tài)帶寬分配）以及注冊(cè)開窗時(shí)間等因素的限制，無法覆蓋較偏遠(yuǎn)地區(qū)。本文介紹了一種PON光纖復(fù)用拉遠(yuǎn)方案，并對(duì)其中的光纖復(fù)用拉遠(yuǎn)技術(shù)進(jìn)行了淺析，該方案有助于解決接入網(wǎng)建設(shè)時(shí)光纜資源不足及長距離傳輸?shù)葐栴}。

1 PON光纖復(fù)用拉遠(yuǎn)技術(shù)方案

PON光纖復(fù)用拉遠(yuǎn)方案主要通過PON信號(hào)聚合和信號(hào)中繼再生實(shí)現(xiàn)。圖1所示為PON光纖復(fù)用拉遠(yuǎn)方案框圖。在綜合業(yè)務(wù)接入端，可將8路 1.25 Gbit/s EPON（以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)）信號(hào)或8路2.5 Gbit/s GPON（吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)）信號(hào)進(jìn)行O/E（光/電）轉(zhuǎn)換等處理，形成電層信號(hào)，再通過映射和復(fù)用，聚合成1路或2路OTU2（光傳輸單元）信號(hào)。多路OTU2信號(hào)經(jīng)E/O（電/光）轉(zhuǎn)換，并通過WDM（波分復(fù)用）復(fù)用到1根光纖中進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的二次聚合。在接入主干光交節(jié)點(diǎn)，WDM解復(fù)用出每路OTU2光信號(hào)，OTU2光信號(hào)經(jīng)過O/E轉(zhuǎn)換，并依次進(jìn)行解復(fù)用、解映射和E/O轉(zhuǎn)換，恢復(fù)出每路PON信號(hào)。在靠近OLT側(cè)，通過上行PON信號(hào)中繼再生，可實(shí)現(xiàn)在PON over OTN（光傳輸網(wǎng)）拉遠(yuǎn)的基礎(chǔ)上將PON的傳輸距離進(jìn)一步拉遠(yuǎn)。由于ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元）上行方向?yàn)橥话l(fā)模式，在接入主干光交節(jié)點(diǎn)時(shí)，PON信號(hào)需通過信號(hào)處理單元將突發(fā)模式信號(hào)變成連續(xù)模式信號(hào)；在綜合業(yè)務(wù)接入端，再將連續(xù)模式信號(hào)恢復(fù)成突發(fā)模式信號(hào)。

圖1 PON光纖復(fù)用拉遠(yuǎn)方案框圖

2 關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 EPON聚合

8路1.25 Gbit/s EPON信號(hào)聚合到1路OTU2的過程如圖2所示。EPON信號(hào)的上下行標(biāo)稱速率均為1.25 Gbit/s，采用8B/10B編碼技術(shù)，而OPU0的凈荷標(biāo)稱速率為1 238 954.310 kbit/s，不足以承載1.25 Gbit/s EPON信號(hào)，因此需要對(duì)EPON信號(hào)進(jìn)行TTT以壓縮信號(hào)比特速率。該過程首先對(duì)8B/10B線路碼進(jìn)行解碼，然后將解碼后的8B/10B字符映射到開銷較小的64B/65B碼塊，并加入GFP（通用成幀規(guī)程）幀頭，轉(zhuǎn)碼后的EPON信號(hào)速率為1 171 875 kbit/s［1-2］。

圖2 8路1.25 Gbit/s EPON信號(hào)聚合過程

經(jīng)過TTT處理的EPON信號(hào)速率低于OPU0的凈荷標(biāo)稱速率，因此還需通過GMP將EPON信號(hào)映射到OPU0。該映射過程中，Sigma-delta算法Cn（t）、Cm（t）中的n和m值均為8，利用該算法對(duì)OPU0凈荷區(qū)的每一個(gè)字節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)和固定填充。

1路1.25 Gbit/s EPON信號(hào)映射進(jìn)OPU0后，加上ODU0 OH（開銷）形成ODU0，然后可將8路這樣的ODU0復(fù)用進(jìn)1路OPU2。該復(fù)用過程分為兩步進(jìn)行:

（1）使用GMP將ODU0異步映射進(jìn)ODTU2.1。ODTU2.1是一個(gè)具有476列×32行凈荷區(qū)和6字節(jié)ODTU2.1 OH的結(jié)構(gòu)，其OH用于承載GMP的開銷。ODU0信號(hào)通過加入FAS（幀定位信號(hào)）和全“0”填充的OTU0開銷后被擴(kuò)展，擴(kuò)展后的ODU0再通過GMP適配到本地產(chǎn)生的OPU2/ODTU2.1時(shí)鐘，該映射過程中，Cn（t）、Cm（t）中n和m的值也均為8。

（2）ODTU2.1通過BMP（比特同步映射）映射到OPU2的一個(gè)支路時(shí)隙TS。OPU2被分成8個(gè)1.25 Gbit/s支路時(shí)隙，每個(gè)支路時(shí)隙占據(jù)12.5%的OPU2凈荷區(qū)，它是一個(gè)476列×32行加上一個(gè)TSOH（支路時(shí)隙開銷）的結(jié)構(gòu)。8個(gè)支路時(shí)隙按字節(jié)間插到OPU2的凈荷區(qū)，8個(gè)OPU2的TSOH按幀間插到OPU2開銷區(qū)域的第15和16列。這樣，8路ODTU2.1通過映射到8個(gè)OPU2的1.25 Gbit/s TS，完成了到OPU2的復(fù)用。

OPU2通過加上ODU2開銷、OTU2開銷、FAS、MFAS（復(fù)幀對(duì)齊信號(hào)）和FEC（前向糾錯(cuò)）等，最終形成了OTU2幀。

2.2 GPON聚合

4路2.5 Gbit/s GPON信號(hào)聚合到1路OTU2的過程如圖3所示。

圖3 4路2.5 Gbit/s GPON信號(hào)聚合過程

GPON的下行最大速率為2.488 32 Gbit/s，與OPU1的凈荷標(biāo)稱速率相同［3］，兩者之間只有頻偏的差別，可通過AMP（異步映射規(guī)程）將2.5 Gbit/s的GPON信號(hào)適配到OPU1的凈荷中。AMP的原理是通過OPU1開銷中的JC1、JC2、JC3、NJO以及凈荷中的PJO字節(jié)對(duì)客戶信號(hào)速率進(jìn)行-1/0/+1調(diào)整。

1路GPON信號(hào)映射進(jìn)OPU1后，加上ODU1 OH則形成了ODU1，然后可將4路這樣的ODU1復(fù)用進(jìn)1路OPU2。該復(fù)用過程同樣分兩步進(jìn)行:

（1）ODU1通過AMP異步映射進(jìn)ODTU12。ODTU12具有952列×16行的凈荷區(qū)和4字節(jié)ODTU12 OH的幀結(jié)構(gòu)，其開銷由3個(gè)字節(jié)JC1、JC2、JC3和1個(gè)字節(jié)的NJO組成，此外，它有兩個(gè)正調(diào)整字節(jié)PJO1、PJO2位于ODTU12凈荷區(qū)。ODU1信號(hào)通過加入FAS和全“0”填充的OTU1開銷后被擴(kuò)展，擴(kuò)展后的ODU1使用異步映射過程產(chǎn)生的JC、NJO、PJO1和PJO2對(duì)其進(jìn)行-1/0/+1/+2調(diào)整，使得被擴(kuò)展的ODU1的一個(gè)字節(jié)被映射到ODTU12的一個(gè)信息字節(jié)。

（2）ODTU12通過BMP映射到OPU2的一個(gè)支路時(shí)隙TS。OPU2還可被分成4個(gè)2.5 Gbit/s支路時(shí)隙，每個(gè)支路時(shí)隙占據(jù)25%的OPU2凈荷區(qū)，它是一個(gè)952列×16行加上一個(gè)TSOH的結(jié)構(gòu)。這4個(gè)支路時(shí)隙按字節(jié)間插到OPU2凈荷區(qū)，4個(gè)OPU2的TSOH按幀間插到OPU2開銷區(qū)域的第16列。這樣，4路ODTU12通過映射到4個(gè)OPU2的2.5 Gbit/s TS，完成了到OPU2的復(fù)用。

OPU2通過加上ODU2開銷、OTU2開銷、FAS、MFAS和FEC等，最終形成了OTU2幀。

GPON上行方向速率為1.25 Gbit/s，要將其映射復(fù)用到OTU2，需對(duì)其進(jìn)行處理。將突發(fā)模式的1.25 Gbit/s GPON信號(hào)轉(zhuǎn)換成連續(xù)模式信號(hào)，然后通過曼徹斯特編碼器將“1”編碼成“10”，將“0”編碼成“01”［4］，這樣1.25 Gbit/s信號(hào)變成2.5 Gbit/s信號(hào)，再利用上述同樣的方式映射復(fù)用到OTU2。

2.3 PON拉遠(yuǎn)

當(dāng)傳輸超過受限距離時(shí)，會(huì)導(dǎo)致OLT與ONU之間無法正常進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。圖4所示為主干交換端PON拉遠(yuǎn)原理框圖。ONU注冊(cè)過程如圖5所示［］。

圖4 主干交換端PON拉遠(yuǎn)原理框圖

OLT定時(shí)向各ONU發(fā)送帶寬授權(quán)信息、上行開銷和ONU SN（序列號(hào)）請(qǐng)求等，圖示部分提取帶寬授權(quán)信息并進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)下行數(shù)據(jù)。ONU收到信息后會(huì)將SN插入上行幀中，該部分提取上行幀中的SN并進(jìn)行存儲(chǔ)。當(dāng)OLT再次發(fā)送SN請(qǐng)求時(shí)，該部分根據(jù)帶寬授權(quán)信息在相應(yīng)的時(shí)隙將SN插入上行幀中，并轉(zhuǎn)發(fā)給OLT。OLT收到SN后，為ONU分配LLID（邏輯鏈路標(biāo)識(shí)），并等待一個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間后發(fā)送測距請(qǐng)求。ONU收到測距請(qǐng)求后返回一個(gè)測距響應(yīng)消息，該部分從上行數(shù)據(jù)幀中提取該響應(yīng)消息，并對(duì)其進(jìn)行處理（減去OTU2的傳輸時(shí)延），生成新的測距響應(yīng)消息。OLT如在規(guī)定的測距時(shí)間窗口內(nèi)未收到響應(yīng)消息，則再等待一個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間后重新發(fā)送測距請(qǐng)求，該部分收到測距請(qǐng)求后將新的測距響應(yīng)消息發(fā)送給OLT。OLT根據(jù)ONU的RTD（往返時(shí)延值）產(chǎn)生一個(gè)EqD（均衡時(shí)延值）并發(fā)送給ONU，ONU返回一個(gè)應(yīng)答消息表明已經(jīng)收到EqD，從而完成ONU注冊(cè)。

圖5 ONU注冊(cè)過程

OLT與ONU進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，該部分從下行數(shù)據(jù)流中提取帶寬授權(quán)信息并進(jìn)行存儲(chǔ)，轉(zhuǎn)發(fā)下行數(shù)據(jù)；從上行數(shù)據(jù)流中提取開銷、解映射出信息凈荷并進(jìn)行存儲(chǔ)。當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間結(jié)束時(shí)，該部分根據(jù)帶寬授權(quán)信息對(duì)信號(hào)進(jìn)行重組，生成新的上行信號(hào)發(fā)送給OLT。

3 應(yīng)用場景

PON光纖復(fù)用拉遠(yuǎn)方案可應(yīng)用于兩種典型的場景，如圖6所示。

圖6 PON光纖復(fù)用拉遠(yuǎn)應(yīng)用場景

在圖6中，OLT設(shè)備與綜合業(yè)務(wù)接入端部署在同一機(jī)房，綜合業(yè)務(wù)接入端將多路OLT側(cè)的PON信號(hào)映射復(fù)用成多路OTU2信號(hào)，然后通過WDM將多路OTU2信號(hào)復(fù)用到1根主干接入光纖中進(jìn)行傳輸；在接入主干光交節(jié)點(diǎn)，WDM將合波的光信號(hào)分波得到每路OTU2信號(hào)，再對(duì)其進(jìn)行處理，恢復(fù)出OLT側(cè)的PON信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)接入機(jī)房到接入主干光交節(jié)點(diǎn)的大容量點(diǎn)到點(diǎn)光纖復(fù)用。

圖6（b）與圖6（a）的不同之處在于沒有對(duì)多路OTU2信號(hào)進(jìn)行復(fù)用，而是將每路OTU2信號(hào)通過1根主干接入光纖進(jìn)行傳輸；在每個(gè)接入主干光交節(jié)點(diǎn)對(duì)接收到的1路OTU2信號(hào)進(jìn)行處理，恢復(fù)出OLT側(cè)的PON信號(hào)。

4 結(jié)束語

介紹了一種PON光纖復(fù)用拉遠(yuǎn)技術(shù)方案，并重點(diǎn)分析了其中1.25 Gbit/s EPON和2.5 Gbit/s GPON信號(hào)聚合和拉遠(yuǎn)技術(shù)。該技術(shù)方案將OLT部署在匯聚節(jié)點(diǎn)，結(jié)合PON的傳輸距離，能擴(kuò)大覆蓋范圍，節(jié)省主干接入光纜資源，解決鄉(xiāng)鎮(zhèn)光纜資源不足和長距離傳輸?shù)葐栴}；同時(shí)，該方案可實(shí)現(xiàn)大容量傳輸，減少中間局所，設(shè)備集中，便于集中網(wǎng)絡(luò)管理和促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)扁平化，對(duì)推進(jìn)OLT集中建設(shè)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)廣覆蓋具有一定的參考意義。

［1］EXAR.Recent feature of OTN（G.709）［Z］.China: EXAR，2011.

［2］ITU-T Recommendation G.709/Y.1331-2012，Interfaces for the optical transport network［S］.

［3］李允博.光傳送網(wǎng)（OTN）技術(shù)的原理與測試［M］.北京:人民郵電出版社，2013.

［4］ITU-T Recommendation G.984.6-2008，Gigabit-capable passive optical networks（GPON）:Reach extension Amendment 1［S］.

［5］胡幸，蔣紅麗，陳娟，等.一種實(shí)現(xiàn)無源光網(wǎng)絡(luò)拉遠(yuǎn)的方法和系統(tǒng)及中繼裝置:中國，102131131A［P］.2011-07-20.

Technical Plan Analysis of PON Fiber Multiplexing and Reach Extending

LONG Han1，2，HU Yi1，2
（1.Wuhan Research Institute of Posts and Telecommunications，Wuhan 430074，China；2.Accelink Technologies Co.，Ltd.，Wuhan 430205，China）

To solve the distance limitation of Passive Optical Network（PON），a PON fiber multiplexing and reach extending method is first introduced.The relevant key technologies，such as aggregating and reach extending of PON signals are then analyzed.The technology can increase PON’s transmission distance and capacity，F(xiàn)inally we introduce two application scenarios based on this technology.

PON；multiplexing and reach extending；GMP；AMP

TN915

A

1005-8788（2016）05-0032-03

10.13756/j.gtxyj.2016.05.010

2016-04-07

龍函（1991-），男，湖北黃岡人。碩士研究生，主要研究方向?yàn)楣馔ㄐ抛酉到y(tǒng)。