EPON與CATV網(wǎng)融合的相關(guān)技術(shù)

會(huì)計(jì)學(xué)1EPON與CATV網(wǎng)融合的相關(guān)技術(shù)前言以太無(wú)源光網(wǎng)（EPON）作為新一代的寬帶接入網(wǎng)正在亞洲和世界各國(guó)迅速普及。它本質(zhì)上是一種時(shí)分多路基帶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)網(wǎng)，承載著IP數(shù)據(jù)包，自然就能夠承載封裝在IP包中的各種業(yè)務(wù)：互聯(lián)網(wǎng)瀏覽、電子郵件、網(wǎng)絡(luò)游戲、電子商務(wù)、企業(yè)和住宅樓的數(shù)字監(jiān)控、會(huì)議電視、IPTV、VoIP及通過(guò)TDMoverEPON的普通電話等等。第1頁(yè)/共61頁(yè)光纖同軸混合網(wǎng)（HFC）是迄今有線電視的主要傳輸媒介，它本質(zhì)上是一種頻分多路射頻傳輸?shù)膹V播電視網(wǎng)，承載著模擬電視和數(shù)字電視業(yè)務(wù)。具有頻帶寬闊、傳輸容量大和模數(shù)兼容的特點(diǎn)。HFC網(wǎng)的光纖部分在技術(shù)上屬于副載波復(fù)用（SCM）光纖傳輸系統(tǒng)，射頻副載波不能與基帶數(shù)據(jù)直接疊加，但通過(guò)波分復(fù)用方式廣播電視射頻信號(hào)可以與EPON數(shù)據(jù)兼容在同一根光纖中傳輸，這是EPON與CATV網(wǎng)融合的技術(shù)基礎(chǔ)。第2頁(yè)/共61頁(yè)HFC網(wǎng)的光纖部分在結(jié)構(gòu)上采用一點(diǎn)到多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，無(wú)論星形、樹(shù)形或環(huán)形都自然地與EPON的需求相同。因此只要恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行設(shè)計(jì)，同一個(gè)光纖分配網(wǎng)（ODN）既可以為EPON所用，又可以為HFC所用。這樣，EPON與CATV網(wǎng)可以融合在一張光纖網(wǎng)上，兼容IP業(yè)務(wù)和廣播電視業(yè)務(wù)，結(jié)合起來(lái)又支持交互式的電視業(yè)務(wù)。這種物理媒介與業(yè)務(wù)內(nèi)容的融合將大大節(jié)省網(wǎng)絡(luò)投資，因此是“三網(wǎng)融合”在接入網(wǎng)區(qū)段的最好形式。第3頁(yè)/共61頁(yè)EPON與HFC網(wǎng)的融合第4頁(yè)/共61頁(yè)EPON與HFC網(wǎng)的融合涉及如下五個(gè)問(wèn)題：

波長(zhǎng)配置；FTTB條件下的CATV技術(shù)指標(biāo)；數(shù)據(jù)通道與CATV通道的相互串?dāng)_及解決辦法；EPON與HFC網(wǎng)共用的光纖分配網(wǎng)的設(shè)計(jì)方法。

EPON與HFC網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理本文將對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行全面的闡述，然后提出適合廣電應(yīng)用的關(guān)于EPON測(cè)試評(píng)估與標(biāo)準(zhǔn)的建議。第5頁(yè)/共61頁(yè)一、網(wǎng)絡(luò)融合環(huán)境中的波長(zhǎng)配置光纖接入網(wǎng)的波長(zhǎng)配置問(wèn)題是一個(gè)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、性能和生命期的戰(zhàn)略問(wèn)題。電話、電視、數(shù)據(jù)三網(wǎng)融合已成世界潮流，我國(guó)的十一五計(jì)劃和國(guó)家中長(zhǎng)期科技規(guī)劃也把“三網(wǎng)融合”作為社會(huì)發(fā)展的一個(gè)目標(biāo)。在工業(yè)先進(jìn)國(guó)家，如美國(guó)、法國(guó)、英國(guó)、德國(guó)等，關(guān)于電信與廣播電視部門(mén)業(yè)務(wù)相互準(zhǔn)入的法制環(huán)境已開(kāi)始形成，因此三網(wǎng)融合進(jìn)入了實(shí)施階段。在這樣的背景下，歐洲和美國(guó)在制定用于FTTx的光纖接入網(wǎng)的波長(zhǎng)配置時(shí)已經(jīng)考慮了IP業(yè)務(wù)與CATV業(yè)務(wù)的融合問(wèn)題。第6頁(yè)/共61頁(yè)2001年國(guó)際電信聯(lián)盟在制定BPON標(biāo)準(zhǔn)（ITU-TG.983.3）時(shí)決定了這樣的波長(zhǎng)安排：BPON的下行（從OLT到ONU）數(shù)據(jù)波長(zhǎng)是1490nm，而上行（從ONU到OLT）數(shù)據(jù)波長(zhǎng)是1310nm。下行數(shù)據(jù)傳輸采用1490nm波長(zhǎng)是一種特意的安排，為的是使系統(tǒng)能夠兼容承載增值業(yè)務(wù)的第三波長(zhǎng)1550nm，這個(gè)增值業(yè)務(wù)首要的就是指射頻電視業(yè)務(wù)。這個(gè)波長(zhǎng)安排為后來(lái)制定的GPON標(biāo)準(zhǔn)（ITU－TG.984.x）所采用。2004年制定完成的IEEE802.3ah以太接入網(wǎng)（EAN）標(biāo)準(zhǔn)對(duì)EPON的波長(zhǎng)安排，也完全采用了ITU-TG.983.3的波長(zhǎng)安排。第7頁(yè)/共61頁(yè)

2006年建立的IEEE802.3av10GEPON工作組經(jīng)過(guò)多次反復(fù)討論和爭(zhēng)論，于2007年11月決定了10G/1G兼容EPON的波長(zhǎng)配置如圖所示。

1G數(shù)據(jù)下行

1490±10nm10G數(shù)據(jù)下行

1577±3nm;1590±10nm1G,10G數(shù)據(jù)上行

1310±50nm，1270±10nm射頻電視下行1555±5nm第8頁(yè)/共61頁(yè)上述波長(zhǎng)安排首先是反映了國(guó)際信息產(chǎn)業(yè)界和網(wǎng)絡(luò)營(yíng)運(yùn)商對(duì)射頻電視在接入網(wǎng)中傳輸?shù)谋匾缘恼J(rèn)同。其次，予留給射頻電視廣播的波長(zhǎng)為什么必須是1550nm，而不是1310nm呢？無(wú)論BPON、GPON、EPON、10GEPON，上行數(shù)據(jù)傳輸必須采用1310nm波長(zhǎng)，這是為了利用價(jià)廉的FP激光器或VCSEL（垂直腔表面輻射激光器）以控制ONU的成本。ONU被安置在用戶(hù)大樓（FTTB）或家庭(FTTH)，數(shù)量眾多，低的光源價(jià)格是PON能夠普及的關(guān)鍵因素。第9頁(yè)/共61頁(yè)既然1310nm波段已經(jīng)被PON的上行光路占領(lǐng)，要實(shí)行單纖雙向，就必須給射頻電視廣播安排別的波長(zhǎng)，否則無(wú)法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)融合。幸好，CATV光纖傳輸?shù)牟ㄩL(zhǎng)本來(lái)就有1550nm。在這個(gè)波長(zhǎng)所處的C波段（1530－1565nm），不但鈮酸鋰外調(diào)制光發(fā)送機(jī)噪聲低、非線性失真小，而且有摻鉺光纖放大器放大光功率，加上光纖損耗最低，所以1550nmCATV光纖傳輸系統(tǒng)在性能價(jià)格比上大大超越傳統(tǒng)的1310nmCATV光纖傳輸系統(tǒng)，可以用來(lái)疊加在EPON之上，實(shí)現(xiàn)廣播電視業(yè)務(wù)與IP業(yè)務(wù)的融合。第10頁(yè)/共61頁(yè)在我國(guó)有線電視界，1550nmCATV光纖傳輸系統(tǒng)已被公認(rèn)為適于用作城域網(wǎng)分前端間的連接和市—縣—鄉(xiāng)長(zhǎng)距離聯(lián)網(wǎng)，但是對(duì)于1550nmCATV光纖傳輸系統(tǒng)用于接入網(wǎng)尚存在異議，其核心思路是認(rèn)為在分前端以下采用眾多的1310nm激光器，可以提供巨大的帶寬用于發(fā)展視頻點(diǎn)播?，F(xiàn)在利用直接調(diào)制激光器疊加155xnm光波可以發(fā)送點(diǎn)播的本地節(jié)目，而且為了質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的互聯(lián)網(wǎng)接入，EPON雙向數(shù)據(jù)通道將要普及，兩年以后又可能上升到10G速率，巨大的帶寬使視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)完全可以放在EPON上來(lái)發(fā)展，為什么還要堅(jiān)持敷設(shè)1310nm下行光纖傳輸系統(tǒng)而將未來(lái)網(wǎng)絡(luò)融合的道路堵死呢？因此，中國(guó)廣電行業(yè)應(yīng)當(dāng)采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的波長(zhǎng)配置，規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展道路，努力發(fā)展射頻廣播電視業(yè)務(wù)，并兼營(yíng)各種IP業(yè)務(wù)，包括高速上網(wǎng)、IPTV(含VoD)和IP電話。第11頁(yè)/共61頁(yè)二、FTTB條件下的CATV技術(shù)指標(biāo)(C/N)1(C/CSO)1(C/CTB)1(C/N)2(C/CSO)2(C/CTB)2(C/N)3(C/CSO)3(C/CTB)3(C/N)0(C/CSO)0(C/CTB)0有線電視的HFC網(wǎng)原來(lái)是按照FTTF（光纖到饋點(diǎn)）設(shè)計(jì)的，在光節(jié)點(diǎn)放置光接收機(jī)，形成后續(xù)同軸電纜分配網(wǎng)的射頻饋送點(diǎn)。整個(gè)CATV傳輸系統(tǒng)由射頻前端、光纖傳輸干線、同軸電纜支線和樓宇同軸電纜分配網(wǎng)四段組成。每一段都會(huì)造成射頻電視指標(biāo)的不同程度的劣化，最終合成的射頻指標(biāo)體現(xiàn)在用戶(hù)終端盒處，應(yīng)優(yōu)于國(guó)標(biāo)的規(guī)定。第12頁(yè)/共61頁(yè)射頻指標(biāo)的計(jì)算第13頁(yè)/共61頁(yè)為了滿(mǎn)足上述射頻技術(shù)指標(biāo)通常要求光節(jié)點(diǎn)處光接收機(jī)輸出端的射頻技術(shù)指標(biāo)（即射頻前端與光纖傳輸干線的合成射頻技術(shù)指標(biāo)）達(dá)到廣電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（GY/T131-1997有線電視網(wǎng)中光鏈路系統(tǒng)技術(shù)要求和測(cè)量方法）的要求。通常工程設(shè)計(jì)所取的典型值為C/N=50dB、C/CSO=63dB、C/CTB=65dB，這時(shí)對(duì)1310nm系統(tǒng)要求接收光功率為－3～－2dBm；對(duì)1550nm系統(tǒng)則要求接收光功率為－1～0dBm。這些是戶(hù)外光接收機(jī)的技術(shù)指標(biāo)。第14頁(yè)/共61頁(yè)在FTTB條件下，HFC網(wǎng)光接收機(jī)已位處公寓樓。由于含電放大器的同軸電纜支線已經(jīng)消失，光接收機(jī)的射頻輸出最多再通過(guò)一個(gè)樓棟電放大器即到達(dá)用戶(hù)終端盒，而樓宇電纜分配網(wǎng)造成的技術(shù)指標(biāo)損傷很小。所以現(xiàn)在HFC網(wǎng)光接收機(jī)的輸出射頻技術(shù)指標(biāo)只要略?xún)?yōu)于用戶(hù)終端盒輸出指標(biāo)即可，故建議行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)定為C/N=46dB、C/CSO=55dB、C/CTB=55dB（針對(duì)PAL－D模擬電視頻道）。這時(shí)，接收光功率?。?dBm即可。這些射頻技術(shù)指標(biāo)的可信性已為我們的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。同時(shí)這些也基本符合IEC60728-xxOpitalSystemsforBroadcastSignalTransmission在FTTx條件下定義的V-ONU的指標(biāo)。第15頁(yè)/共61頁(yè)在FTTB條件下HFC網(wǎng)在戶(hù)外完全光纖化、無(wú)源化，網(wǎng)絡(luò)可靠性大大提高，網(wǎng)絡(luò)管理大大簡(jiǎn)化，網(wǎng)絡(luò)成本與維護(hù)費(fèi)用可大大節(jié)省，其節(jié)省來(lái)源于：

消除了戶(hù)外電纜網(wǎng)的建設(shè)成本；消除了戶(hù)外電纜網(wǎng)的供電費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用；在FTTB條件下光接機(jī)雖然增多（例如從原來(lái)的300戶(hù)一個(gè)光接收機(jī)變?yōu)楝F(xiàn)在的每50戶(hù)一個(gè)光接收機(jī)，光接收機(jī)總數(shù)增加到6倍），但每個(gè)光接收機(jī)需要的光功率只有原來(lái)的一半。故整個(gè)網(wǎng)絡(luò)需要的光功率只有原來(lái)的3倍。在采用1550nm光纖放大器的傳輸系統(tǒng)中，這個(gè)光功率的增加對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)成本的增加影響很小。第16頁(yè)/共61頁(yè)三、以太數(shù)據(jù)與CATV通道的相互串?dāng)_及解決辦法3.1問(wèn)題的由來(lái)RF-TV疊加EPON的結(jié)構(gòu)形式如圖。EPON數(shù)據(jù)通道工作于1490±10nm（下行）和1310±50nm（上行）波長(zhǎng)，而RF-TV通道工作于1555±5nm波長(zhǎng)。在OLT端攜帶CATV射頻信號(hào)的下行1550nm光波經(jīng)EDFA放大后，再通過(guò)1550/1490-1310nmWDM合波器與數(shù)據(jù)通道復(fù)用在一起。經(jīng)ODN傳送后，在ONU端用1550/1490/1310nmWDM分波器分出1490/1310nm數(shù)據(jù)光波和1550nm廣播光波，后者再用模擬光接收機(jī)接收，還原射頻信號(hào)，供機(jī)頂盒和電視機(jī)使用。第17頁(yè)/共61頁(yè)EPON的傳輸距離為10-20km，光分配網(wǎng)（ODN）的最大分支比為1:64，所以IEEE802.3ah規(guī)定EPON的最小鏈路損耗為23－26dB，數(shù)據(jù)光發(fā)送機(jī)的發(fā)送功率為+2－+7dBm，數(shù)據(jù)光接收機(jī)的靈敏度為-24dBm。由于CATV模擬光接收機(jī)的靈敏度低，要滿(mǎn)足46dB以上的輸出載噪比，需要接收-4－-7dBm的光功率。這就是說(shuō)，在EPON的光纖線路上，下行1550nmCATV光波可能比1490nm數(shù)據(jù)光波強(qiáng)50～100倍。而在局端，1550nm光波的功率必須被摻鉺光纖放大器放大到+19dBm，這就使光纖中受激拉曼散射（SRS）這一非線性效應(yīng)可能發(fā)生。第18頁(yè)/共61頁(yè)在ONU輸入端,1550nmCATV光波比1490nm數(shù)據(jù)光波強(qiáng)100倍。WDM光隔離度不足，將不能抑制CATV對(duì)數(shù)據(jù)的干擾。高達(dá)17-19dBm的CATV光功率使光纖出現(xiàn)非線性，Raman散射導(dǎo)致1490nm數(shù)據(jù)光波對(duì)CATV的干擾。RFVideoOverlayEPON第19頁(yè)/共61頁(yè)3.2

RF-TV疊加EPON中的受激拉曼散射效應(yīng)

石英光纖中的受激拉曼散射（SRS）已經(jīng)被研究了多年而為人所熟知。SRS是光信號(hào)與非線性介質(zhì)相互作用的過(guò)程，其結(jié)果使得波長(zhǎng)較短光波的入射功率轉(zhuǎn)移到另一波長(zhǎng)較長(zhǎng)的斯托克斯光中，波長(zhǎng)上移量由介質(zhì)的振動(dòng)模式?jīng)Q定，這稱(chēng)為拉曼效應(yīng)。拉曼效應(yīng)對(duì)多波長(zhǎng)傳輸系統(tǒng)具有不利的影響，例如短波長(zhǎng)信道的光能會(huì)通過(guò)拉曼效應(yīng)轉(zhuǎn)移到長(zhǎng)波長(zhǎng)信道，使短波長(zhǎng)光衰減，長(zhǎng)波長(zhǎng)光加強(qiáng)（得到拉曼增益）。圖示為拉曼增益譜，其峰值發(fā)生在頻移13.5GHz處（pump波長(zhǎng)為1490nm時(shí)對(duì)應(yīng)100nm的波長(zhǎng)上移），但拉曼增益譜相當(dāng)寬闊，在1550nm-1490nm=60nm的波長(zhǎng)差異下,拉曼增益仍相當(dāng)高（＞0.5×10-13m/W）。第20頁(yè)/共61頁(yè)Raman增益譜第21頁(yè)/共61頁(yè)在RF-TV疊加EPON中pump光是1490nm數(shù)據(jù)光波，信號(hào)光是1550nmCATV光波。Pump光的拉曼散射光譜將對(duì)信號(hào)光造成干擾，不但pump光的平均強(qiáng)度，而且其因數(shù)據(jù)調(diào)制而產(chǎn)生的強(qiáng)度變化都會(huì)通過(guò)拉曼增益變成信號(hào)光中相對(duì)強(qiáng)度噪聲的增長(zhǎng)，這是一種調(diào)制轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。1490nm數(shù)據(jù)光波能量轉(zhuǎn)移1550nm

CATV光波波長(zhǎng)第22頁(yè)/共61頁(yè)理論推導(dǎo)給出有拉曼效應(yīng)時(shí)信號(hào)光波的相對(duì)強(qiáng)度噪聲譜RINs與pump光波的相對(duì)強(qiáng)度噪聲譜RINp、pump光功率Ppo、拉曼增益系數(shù)CR及光纖色散常數(shù)D之間的關(guān)系如下：

式中Ae是光纖有效芯區(qū)面積，L是光纖長(zhǎng)度，α是光纖損耗常數(shù)，Δλ是信號(hào)光波與pump光波的波長(zhǎng)差，f是信號(hào)頻率。RINp由1490nm光波所攜帶的基帶數(shù)據(jù)信號(hào)的功率譜決定。當(dāng)該數(shù)據(jù)信號(hào)是獨(dú)立隨機(jī)的二進(jìn)制NRZ碼時(shí)，由下式給出（碼速為Rb,消光比為E）：第23頁(yè)/共61頁(yè)

Raman干擾問(wèn)題

數(shù)據(jù)光波通過(guò)光纖拉曼效應(yīng)在

CATV通道產(chǎn)生的相對(duì)強(qiáng)度噪聲譜

數(shù)據(jù)光波通過(guò)光纖拉曼效應(yīng)導(dǎo)致CATV頻道的載噪比劣化無(wú)喇曼散射有喇曼散射CATV光接收機(jī)的輸出載噪比為m-光調(diào)制度；R-光探測(cè)器響應(yīng)度；Pr-接收光功率；Ith-光接收機(jī)噪聲電流譜；RIN-激光源相對(duì)強(qiáng)度噪聲譜第24頁(yè)/共61頁(yè)在分析相對(duì)強(qiáng)度噪聲功率譜時(shí)，可以看出以下幾點(diǎn)：

1）RINs與拉曼增益系數(shù)和pump功率的平方成正比；2）拉曼串?dāng)_系統(tǒng)顯現(xiàn)出低通特性（隨信號(hào)頻率升高，由拉曼效應(yīng)造成的相對(duì)強(qiáng)度噪聲功率譜降低）。

3）由于1490nmpump光波和1550nm信號(hào)光波是同向傳播的，光纖色散導(dǎo)致它們的群速不同而相互走離，這造成從pump光波到信號(hào)光波的噪聲轉(zhuǎn)移的平均效應(yīng)，使相對(duì)強(qiáng)度噪聲功率譜還依賴(lài)于光纖長(zhǎng)度。

第25頁(yè)/共61頁(yè)

IDLE1K28.5/D5.6:0011111010/1010010110IDLE2K28.5/D16.2:0011111010/1001000101通過(guò)擾碼抑制這些IDLE字符造成的干擾譜線空閑字符造成的Raman干擾問(wèn)題第26頁(yè)/共61頁(yè)1）在條件許可時(shí)在84～150MHz頻段內(nèi)不安排模擬電視頻道；或者提高相應(yīng)模擬電視頻道的射頻發(fā)送電平，使ONU處CATV光接收機(jī)的輸出載噪比還原到無(wú)Raman干擾時(shí)的水平。2）在傳輸距離較短，實(shí)際鏈路損耗要求不超過(guò)20dB時(shí)，采用1490nm發(fā)送光功率不超過(guò)0dBm的光模塊。注意:IEEE802.3規(guī)定1490nm波長(zhǎng)的發(fā)送光功率上限為＋7dBm，這時(shí)最大傳輸距離為20km,最大分光比為1:32。3）在OLT發(fā)送芯片中采用隨機(jī)碼組取代下行碼流中的大部分空閑字符，以壓抑n×62.5MHz的數(shù)據(jù)干擾分量。 3.3

RF-TV疊加EPON中克服拉曼干擾影響的辦法12864~1518Bytes第27頁(yè)/共61頁(yè)Raman干擾測(cè)試平臺(tái)(a)Idle信號(hào)頻譜(b)隨機(jī)以太信號(hào)頻譜第28頁(yè)/共61頁(yè)Raman干擾測(cè)試原始Idle圖案對(duì)Idle實(shí)施擾碼用隨機(jī)數(shù)據(jù)包取代Idle不存在1490nm光波時(shí)CATV光接收機(jī)的輸出頻譜存在1490nm光波時(shí)CATV光接收機(jī)的輸出頻譜用隨機(jī)數(shù)據(jù)包調(diào)制1490nm光波時(shí)CATV光接收機(jī)的輸出頻譜第29頁(yè)/共61頁(yè)3.4RF-TV疊加EPON中CATV對(duì)數(shù)據(jù)通道的影響IEEE802.3ah對(duì)EPON物理層的規(guī)定要求數(shù)據(jù)通道的誤碼率是10-12?？紤]了光纖色散、激光器模式分配噪聲、突發(fā)發(fā)送、突發(fā)接收等劣化因素后的光接收機(jī)輸出峰值信噪比應(yīng)為25dB。光接收機(jī)的靈敏度為-24dBm。但1550nm光波到達(dá)CWDM分波器時(shí)的光功率約為-5dB，而通常的融錐型CWDM分波器的波長(zhǎng)隔離度僅有20dB，這樣1550nmCATV光波串?dāng)_到1490nm端口的光功率會(huì)與1490nm數(shù)據(jù)光波的光功率大小相當(dāng)。由于CATV信號(hào)的頻譜與1250Mbps基帶數(shù)據(jù)信號(hào)的頻譜是相當(dāng)重疊的，CATV信號(hào)的串?dāng)_就會(huì)破壞數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪M(jìn)行。第30頁(yè)/共61頁(yè)由于落入數(shù)據(jù)光接收機(jī)帶寬內(nèi)的CATV光波并不攜帶數(shù)據(jù)信號(hào)，它的存在只是加強(qiáng)了數(shù)據(jù)信號(hào)的噪聲背景。其平均光電流引入散彈噪聲，而光電流的方差則被看作線性串?dāng)_的方差。在數(shù)據(jù)通道存在串?dāng)_的條件下，要維持?jǐn)?shù)據(jù)光接收機(jī)的輸出信噪比不下降（誤碼率滿(mǎn)足1×10-12），就必須加大接收光功率，導(dǎo)致光功率代價(jià)的產(chǎn)生。理論分析結(jié)果，光功率代價(jià)用下式計(jì)算：式中，Pdr是數(shù)據(jù)光接收機(jī)所收到的CATV光波的平均光功率；Pr是數(shù)據(jù)光接收機(jī)收到的數(shù)據(jù)光波的光功率。

ΔPr是數(shù)據(jù)光接收機(jī)的光功率代價(jià)，如圖。第31頁(yè)/共61頁(yè)

分析結(jié)果表明，若耦合到數(shù)據(jù)光接收機(jī)的CATV光功率與數(shù)據(jù)光功率大小相當(dāng)，拉曼串?dāng)_造成的數(shù)據(jù)光接收機(jī)靈敏度損失會(huì)達(dá)到2.5dB左右?，F(xiàn)在常規(guī)的融錐型CWDM分波器的波長(zhǎng)隔離度只有20dB，若采用這種分波器，耦合到數(shù)據(jù)光接收機(jī)的CATV光功率就與數(shù)據(jù)光功率大小相當(dāng)，這是不能容忍的。

上圖指明，為了使線性串?dāng)_造成的光接收機(jī)靈敏度損失小于0.3dB,CATV串?dāng)_光功率應(yīng)至少比數(shù)據(jù)信號(hào)光功率低11dB。CWDM分波器的1490nm支路必須把1550nmCATV光波至少衰減31dB。第32頁(yè)/共61頁(yè)介質(zhì)薄膜型CWDM分波器的透射響應(yīng)實(shí)驗(yàn)表明，采用這種分波器后，在RF-TV疊加EPON中觀察不到1550nmCATV通道對(duì)1490nm數(shù)據(jù)通道的干擾。現(xiàn)在的三波長(zhǎng)ONU光模塊產(chǎn)品中已經(jīng)組裝了波長(zhǎng)隔離度足夠大的

CWDM分波器，所以網(wǎng)絡(luò)營(yíng)運(yùn)商用不著擔(dān)心1550nmCATV光波對(duì)1490nm數(shù)據(jù)光波的線性串?dāng)_。第33頁(yè)/共61頁(yè)雙波長(zhǎng)與三波長(zhǎng)ONU雙波長(zhǎng)光收發(fā)模塊三波長(zhǎng)光收發(fā)模塊1490nm1310nmRJ45FMAC控制芯片以太交換芯片第34頁(yè)/共61頁(yè)四、EPON與HFC網(wǎng)共用的光纖分配網(wǎng)的設(shè)計(jì)OLTBranchONUONUONUONUONURingONUOLTONUONUONUONUTreeOLTONUONUONUONUONUEPON和HFC網(wǎng)都是一點(diǎn)到多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，它們?cè)谕負(fù)浣Y(jié)構(gòu)上是天然匹配的，所以共用一個(gè)ODN（光纖分配網(wǎng)）。ODN由光纖和無(wú)源光分路器（POS）組成，可以連接成多種形狀的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星形、樹(shù)形、環(huán)形等，如圖。EPON和HFC網(wǎng)共用的光分路器的波長(zhǎng)范圍必須覆蓋1260~1560nm。第35頁(yè)/共61頁(yè)4.1樹(shù)性光分配網(wǎng)的設(shè)計(jì)樹(shù)形光分配網(wǎng)比較適合于住宅小區(qū)。為了適應(yīng)不同的住戶(hù)分布狀況，兩級(jí)分配是比較靈活的分配方案，如圖所示，其中第一級(jí)的分支數(shù)N和第一級(jí)的分支數(shù)M可因地制宜地選擇。從CATV的傳送需要出發(fā)，我們要求從OLT的發(fā)送端S到任一ONU的接收端R，N﹡M條光鏈路的鏈路損耗都相同，以保證各個(gè)CATV光接收機(jī)的輸出信號(hào)有相同的質(zhì)量。雖然EPON數(shù)據(jù)通道對(duì)此無(wú)嚴(yán)格要求，但若做到了這一點(diǎn)，則各個(gè)ONU發(fā)送的數(shù)據(jù)光波在到達(dá)OLT時(shí)將有大致相同的強(qiáng)度，這就容許降低對(duì)OLT突發(fā)光接收機(jī)的自動(dòng)判決電平設(shè)置的要求。為達(dá)此目的，可采用熔融拉錐型寬帶不等分光分路器。但通常第二級(jí)光分路器后的各條光纖支路長(zhǎng)度差別不大，即使按不等分光分路器設(shè)計(jì)，結(jié)果的光分配比仍相當(dāng)均勻，所以為簡(jiǎn)單和便于備份起見(jiàn)，實(shí)際定購(gòu)時(shí)第二級(jí)可用等分的光分路器（熔融拉錐型或平面波導(dǎo)PLC型）。第36頁(yè)/共61頁(yè)ODN設(shè)計(jì)第37頁(yè)/共61頁(yè)設(shè)置正整數(shù)N，M，使N﹡M≤32（此限值由網(wǎng)絡(luò)每戶(hù)平均造價(jià)和每戶(hù)平均帶寬的折衷決定；配置各條分支光纖的長(zhǎng)度L1,L2,…LN；Li1,Li2,…LiM（i=1,2,…N），使

max{L0+Li+Lij}≤20km(1)

i,j其中L0是干線光纖的長(zhǎng)度。這一長(zhǎng)度限制來(lái)源于對(duì)鏈路損耗的限制；計(jì)算第二級(jí)的分光比kij和鏈路損耗A2i：

(2)(3)第38頁(yè)/共61頁(yè)計(jì)算第一級(jí)的分光比ki和整個(gè)鏈路損耗A：

校核A值，如果大于23dB,則設(shè)計(jì)的光分配網(wǎng)不實(shí)用，因?yàn)?3dB是IEEE802.3ah規(guī)定的EPON的光鏈路損耗的上限。這時(shí)需要重新選取較小的N、M值再行設(shè)計(jì)，直到A小于23dB為止。(4)(5)第39頁(yè)/共61頁(yè)4.2

環(huán)形光分配網(wǎng)的設(shè)計(jì)采用環(huán)形拓?fù)涫菫榱藢?shí)行冗余保護(hù)。一種最嚴(yán)格意義上的環(huán)形拓?fù)洹哂喔删€和分支環(huán)如圖所示。它總體上是兩級(jí)分光結(jié)構(gòu)，但分為主用光路（實(shí)線）和備份光路（虛線）。主用光路的光分路器是OS1和OS2，由OS2為所有ONU提供光功率。備份光路的光分路器是OS3和OS4，由OS4為所有ONU提供備份光功率。備份干線光纖為主用干線光纖提供保護(hù)，OS3為OS1提供保護(hù)，OS4為OS2提供保護(hù)。萬(wàn)一主用干線光纖和備份干線光纖中有一條斷裂，OS1仍可為OS4提供光功率，或OS3仍可為OS2提供光功率，這種交叉保護(hù)方案，使物理網(wǎng)絡(luò)的可靠性大大提高，分析表明不可用性可以低到1.31×10-9。第40頁(yè)/共61頁(yè)每一ONU都有主用、備份兩路光功率到達(dá)入，由電子開(kāi)關(guān)切換一路輸入。保護(hù)倒換時(shí)間不大于50ms。這種環(huán)形拓?fù)渲泄夥致菲鞯姆止獗群玩溌窊p耗的計(jì)算方法與上述(8)、(9)式相同。第41頁(yè)/共61頁(yè)

4.3EPON的路徑保護(hù)(a)

冗余干線(a)

冗余干線

(b)

冗余干線與支線

(c)

冗余支線(d)

冗余樹(shù)第42頁(yè)/共61頁(yè)不可用性分析第43頁(yè)/共61頁(yè)(a)冗余干線(b)冗余支線(c)冗余干線與支線(d)冗余干線第44頁(yè)/共61頁(yè)部件故障時(shí)間(FIT)平均維修時(shí)間(MTTR),h不可用性不可用性=FIT×MTTR/109h干線斷裂228312utrunk2.74×10-5支線斷裂1712

12ubranch2.05×10-5分路器故障11412usplit1.37×10-6OLT發(fā)送機(jī)故障34242uOLT_Tx6.85×10-6OLT接收機(jī)故障11422uOLT_Rx2.28×10-6ONU發(fā)送機(jī)故障17126uONU_Tx1.03×10-6OLT接收機(jī)故障11426uONU_Rx6.85×10-6第45頁(yè)/共61頁(yè)結(jié)構(gòu)業(yè)務(wù)不可用性期望的平均故障時(shí)間分鐘/年無(wú)保護(hù)樹(shù)7.56×10-539.72保護(hù)的干線3.90×10-520.52保護(hù)的支線3.79×10-519.92保護(hù)的干線與支線1.31×10-90.00069保護(hù)的樹(shù)5.71×10-90.0030冗余干線與支線、冗余樹(shù)結(jié)構(gòu)有最大的可用性。采用光開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)冗余線路的倒換。光開(kāi)關(guān)需供電。為保持ODN的無(wú)源特性,冗余樹(shù)結(jié)構(gòu)是最可取的。第46頁(yè)/共61頁(yè)五.EPON與同軸接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理EPON是一種接入網(wǎng)，HFC也是一種接入網(wǎng)。在FTTB條件下，它們都解決從分前端到用戶(hù)大樓的連接。但一個(gè)傳送的是基帶數(shù)據(jù)信號(hào)，另一個(gè)傳送的是射頻模擬信號(hào)（上面攜帶者模擬或數(shù)字視頻、音頻信號(hào)），所以?xún)烧吒饔幸粋€(gè)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。EPON的OLT（在分前端）與ONU（在用戶(hù)樓）之間執(zhí)行著OAM協(xié)議，它是IEEE802.3ah的重要組成部分。在EPON的協(xié)議棧中有一個(gè)OAM(Operation,AdministrationandMaintainence)子層，OLT與ONU的OAM子層之間交互傳送著OAM幀，完成鏈路配置、用戶(hù)認(rèn)證、性能查詢(xún)報(bào)告、告警、遠(yuǎn)端環(huán)回控制等功能，實(shí)際上起著一般子網(wǎng)管理系統(tǒng)的配置管理、安全管理、性能管理、故障管理的作用。第47頁(yè)/共61頁(yè)EPON的協(xié)議棧PMDPMAGMIIPCSRSMACEmulationLayerMACMulti-PointMACControlOAMMACClientMACControlClientPMDPMAGMIIPCSRSMACMACMACOAMOAMOAMMACClientMACControlClientMACClientMACControlClientMACClientMACControlClientEmulationLayerMulti-PointMACControlMPCPPONtagFiberONUOLT802.3ah802.3ahClientsClients第48頁(yè)/共61頁(yè)EPON的運(yùn)行維護(hù)管理（OAM）功能：包括遠(yuǎn)端故障告警（EventNotification）；遠(yuǎn)端環(huán)回控制（LoopbackControl）；鏈路性能監(jiān)測(cè)（VariableRequestandResponse），如網(wǎng)絡(luò)參數(shù)輪詢(xún)、失效鏈路定位、故障條件確定等實(shí)現(xiàn)：發(fā)送和接收、處理OAM幀。DA01-80-C2-00-00-026字節(jié)SA6字節(jié)長(zhǎng)度/類(lèi)型0x88－092字節(jié)運(yùn)行碼0x031字節(jié)標(biāo)志2字節(jié)編碼1字節(jié)數(shù)據(jù)/填042－1496字節(jié)幀校驗(yàn)序列4字節(jié)OAM幀通用格式OAMPDU第49頁(yè)/共61頁(yè)標(biāo)志（Flags）Bit(s)名稱(chēng)描述15：7保留6遠(yuǎn)端穩(wěn)定當(dāng)遠(yuǎn)端穩(wěn)定設(shè)置為1,遠(yuǎn)端穩(wěn)定與遠(yuǎn)端評(píng)價(jià)值是最后一次從對(duì)端收到的本地穩(wěn)定與本地評(píng)價(jià)的值；5遠(yuǎn)端評(píng)價(jià)4本地穩(wěn)定0x0=本地DTE不滿(mǎn)意；發(fā)現(xiàn)不能完成。0x1=本地DTE發(fā)現(xiàn)過(guò)程沒(méi)有完成。0x2=本地DTE發(fā)現(xiàn)過(guò)程已經(jīng)完成。0x3=保留。3本地評(píng)價(jià)2嚴(yán)重事件1=一個(gè)嚴(yán)重事件已經(jīng)發(fā)生。0=一個(gè)嚴(yán)重事件沒(méi)有發(fā)生。1死亡征兆1=一個(gè)不可恢復(fù)的本地故障已經(jīng)發(fā)生。0=一個(gè)不可恢復(fù)的本地故障沒(méi)有發(fā)生。0鏈路故障1=本地設(shè)備接收通道已檢測(cè)到一個(gè)故障。0=本地設(shè)備接收通道未檢測(cè)到一個(gè)故障。第50頁(yè)/共61頁(yè)編碼編碼OAMPDU說(shuō)明00信息本地和遠(yuǎn)端OAM子層間的通信。01事件通知把鏈路事件向遠(yuǎn)端DTE告警。02變量詢(xún)問(wèn)查詢(xún)一個(gè)或多個(gè)特定的MIB變量。03變量響應(yīng)回答一個(gè)或多個(gè)特定的MIB變量。04環(huán)回控制啟動(dòng)/停止OAM遠(yuǎn)端環(huán)回05-FD保留保留FE組織特定保留作為組織特定的功能擴(kuò)展FF保留保留第51頁(yè)/共61頁(yè)擴(kuò)展的OAM功能中國(guó)電信規(guī)定了如下的擴(kuò)展的OAM功能：第52頁(yè)/共61頁(yè)環(huán)回(Loopback)功能第53頁(yè)/共61頁(yè)EPON的SNMP網(wǎng)絡(luò)管理雖然IEEE802.3ah的Cause57對(duì)OAM已做了規(guī)定，Appendix30A對(duì)管理信息庫(kù)（MIB）的管理對(duì)象（Object）做了規(guī)定。中國(guó)電信對(duì)擴(kuò)展的OAM及其管理對(duì)象也做了詳細(xì)規(guī)定。但是EPON的OAM是不同于SNMP的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議。當(dāng)人們要把EPON納入IP城域網(wǎng)的NMS時(shí)就必然面對(duì)把OAM管理成果轉(zhuǎn)換進(jìn)SNMP的問(wèn)題。于