龙 函，胡 毅

（1.武汉邮电科学研究院，武汉 430074； 2.武汉光迅科技股份有限公司，武汉 430205）

无线通信技术

无源光网络光纤复用拉远的技术方案分析

龙 函1，2，胡 毅1，2

（1.武汉邮电科学研究院，武汉 430074； 2.武汉光迅科技股份有限公司，武汉 430205）

为解决PON（无源光网络）传输距离受限问题，首先介绍了一种PON光纤复用拉远的技术方案，然后分析了其关键技术：PON信号聚合和PON拉远，该技术方案能够实现PON传输距离和传输容量的增加；最后介绍了两种应用场景。

无源光网络；复用拉远；通用映射规程；异步映射规程

0 引 言

在传统的PON（无源光网络）系统中，每个OLT（光线路终端）端口需要通过一根光纤连接到ODN（光配线网络）。随着FTTH（光纤到户）的大规模建设，光纤的需求剧增，光缆资源消耗严重；并且PON的传输距离也会受到物理层收发器、拓扑、色散、DBA（动态带宽分配）以及注册开窗时间等因素的限制，无法覆盖较偏远地区。本文介绍了一种PON光纤复用拉远方案，并对其中的光纤复用拉远技术进行了浅析，该方案有助于解决接入网建设时光缆资源不足及长距离传输等问题。

1 PON光纤复用拉远技术方案

PON光纤复用拉远方案主要通过PON信号聚合和信号中继再生实现。图1所示为PON光纤复用拉远方案框图。在综合业务接入端，可将8路 1.25 Gbit/s EPON（以太网无源光网络）信号或8路2.5 Gbit/s GPON（吉比特无源光网络）信号进行O/E（光/电）转换等处理，形成电层信号，再通过映射和复用，聚合成1路或2路OTU2（光传输单元）信号。多路OTU2信号经E/O（电/光）转换，并通过WDM（波分复用）复用到1根光纤中进行传输，实现信号的二次聚合。在接入主干光交节点，WDM解复用出每路OTU2光信号，OTU2光信号经过O/E转换，并依次进行解复用、解映射和E/O转换，恢复出每路PON信号。在靠近OLT侧，通过上行PON信号中继再生，可实现在PON over OTN（光传输网）拉远的基础上将PON的传输距离进一步拉远。由于ONU（光网络单元）上行方向为突发模式，在接入主干光交节点时，PON信号需通过信号处理单元将突发模式信号变成连续模式信号；在综合业务接入端，再将连续模式信号恢复成突发模式信号。

图1 PON光纤复用拉远方案框图

2 关键技术分析

2.1 EPON聚合

8路1.25 Gbit/s EPON信号聚合到1路OTU2的过程如图2所示。EPON信号的上下行标称速率均为1.25 Gbit/s，采用8B/10B编码技术，而OPU0的净荷标称速率为1 238 954.310 kbit/s，不足以承载1.25 Gbit/s EPON信号，因此需要对EPON信号进行TTT以压缩信号比特速率。该过程首先对8B/10B线路码进行解码，然后将解码后的8B/10B字符映射到开销较小的64B/65B码块，并加入GFP（通用成帧规程）帧头，转码后的EPON信号速率为1 171 875 kbit/s［1-2］。

图2 8路1.25 Gbit/s EPON信号聚合过程

经过TTT处理的EPON信号速率低于OPU0的净荷标称速率，因此还需通过GMP将EPON信号映射到OPU0。该映射过程中，Sigma-delta算法Cn（t）、Cm（t）中的n和m值均为8，利用该算法对OPU0净荷区的每一个字节进行数据和固定填充。

1路1.25 Gbit/s EPON信号映射进OPU0后，加上ODU0 OH（开销）形成ODU0，然后可将8路这样的ODU0复用进1路OPU2。该复用过程分为两步进行:

（1）使用GMP将ODU0异步映射进ODTU2.1。ODTU2.1是一个具有476列×32行净荷区和6字节ODTU2.1 OH的结构，其OH用于承载GMP的开销。ODU0信号通过加入FAS（帧定位信号）和全“0”填充的OTU0开销后被扩展，扩展后的ODU0再通过GMP适配到本地产生的OPU2/ODTU2.1时钟，该映射过程中，Cn（t）、Cm（t）中n和m的值也均为8。

（2）ODTU2.1通过BMP（比特同步映射）映射到OPU2的一个支路时隙TS。OPU2被分成8个1.25 Gbit/s支路时隙，每个支路时隙占据12.5%的OPU2净荷区，它是一个476列×32行加上一个TSOH（支路时隙开销）的结构。8个支路时隙按字节间插到OPU2的净荷区，8个OPU2的TSOH按帧间插到OPU2开销区域的第15和16列。这样，8路ODTU2.1通过映射到8个OPU2的1.25 Gbit/s TS，完成了到OPU2的复用。

OPU2通过加上ODU2开销、OTU2开销、FAS、MFAS（复帧对齐信号）和FEC（前向纠错）等，最终形成了OTU2帧。

2.2 GPON聚合

4路2.5 Gbit/s GPON信号聚合到1路OTU2的过程如图3所示。

图3 4路2.5 Gbit/s GPON信号聚合过程

GPON的下行最大速率为2.488 32 Gbit/s，与OPU1的净荷标称速率相同［3］，两者之间只有频偏的差别，可通过AMP（异步映射规程）将2.5 Gbit/s的GPON信号适配到OPU1的净荷中。AMP的原理是通过OPU1开销中的JC1、JC2、JC3、NJO以及净荷中的PJO字节对客户信号速率进行-1/0/+1调整。

1路GPON信号映射进OPU1后，加上ODU1 OH则形成了ODU1，然后可将4路这样的ODU1复用进1路OPU2。该复用过程同样分两步进行:

（1）ODU1通过AMP异步映射进ODTU12。ODTU12具有952列×16行的净荷区和4字节ODTU12 OH的帧结构，其开销由3个字节JC1、JC2、JC3和1个字节的NJO组成，此外，它有两个正调整字节PJO1、PJO2位于ODTU12净荷区。ODU1信号通过加入FAS和全“0”填充的OTU1开销后被扩展，扩展后的ODU1使用异步映射过程产生的JC、NJO、PJO1和PJO2对其进行-1/0/+1/+2调整，使得被扩展的ODU1的一个字节被映射到ODTU12的一个信息字节。

（2）ODTU12通过BMP映射到OPU2的一个支路时隙TS。OPU2还可被分成4个2.5 Gbit/s支路时隙，每个支路时隙占据25%的OPU2净荷区，它是一个952列×16行加上一个TSOH的结构。这4个支路时隙按字节间插到OPU2净荷区，4个OPU2的TSOH按帧间插到OPU2开销区域的第16列。这样，4路ODTU12通过映射到4个OPU2的2.5 Gbit/s TS，完成了到OPU2的复用。

OPU2通过加上ODU2开销、OTU2开销、FAS、MFAS和FEC等，最终形成了OTU2帧。

GPON上行方向速率为1.25 Gbit/s，要将其映射复用到OTU2，需对其进行处理。将突发模式的1.25 Gbit/s GPON信号转换成连续模式信号，然后通过曼彻斯特编码器将“1”编码成“10”，将“0”编码成“01”［4］，这样1.25 Gbit/s信号变成2.5 Gbit/s信号，再利用上述同样的方式映射复用到OTU2。

2.3 PON拉远

当传输超过受限距离时，会导致OLT与ONU之间无法正常进行数据通信。图4所示为主干交换端PON拉远原理框图。ONU注册过程如图5所示［］。

图4 主干交换端PON拉远原理框图

OLT定时向各ONU发送带宽授权信息、上行开销和ONU SN（序列号）请求等，图示部分提取带宽授权信息并进行存储，同时转发下行数据。ONU收到信息后会将SN插入上行帧中，该部分提取上行帧中的SN并进行存储。当OLT再次发送SN请求时，该部分根据带宽授权信息在相应的时隙将SN插入上行帧中，并转发给OLT。OLT收到SN后，为ONU分配LLID（逻辑链路标识），并等待一个预设时间后发送测距请求。ONU收到测距请求后返回一个测距响应消息，该部分从上行数据帧中提取该响应消息，并对其进行处理（减去OTU2的传输时延），生成新的测距响应消息。OLT如在规定的测距时间窗口内未收到响应消息，则再等待一个预设时间后重新发送测距请求，该部分收到测距请求后将新的测距响应消息发送给OLT。OLT根据ONU的RTD（往返时延值）产生一个EqD（均衡时延值）并发送给ONU，ONU返回一个应答消息表明已经收到EqD，从而完成ONU注册。

图5 ONU注册过程

OLT与ONU进行数据传输的过程中，该部分从下行数据流中提取带宽授权信息并进行存储，转发下行数据；从上行数据流中提取开销、解映射出信息净荷并进行存储。当数据发送时间结束时，该部分根据带宽授权信息对信号进行重组，生成新的上行信号发送给OLT。

3 应用场景

PON光纤复用拉远方案可应用于两种典型的场景，如图6所示。

图6 PON光纤复用拉远应用场景

在图6中，OLT设备与综合业务接入端部署在同一机房，综合业务接入端将多路OLT侧的PON信号映射复用成多路OTU2信号，然后通过WDM将多路OTU2信号复用到1根主干接入光纤中进行传输；在接入主干光交节点，WDM将合波的光信号分波得到每路OTU2信号，再对其进行处理，恢复出OLT侧的PON信号，从而实现综合业务接入机房到接入主干光交节点的大容量点到点光纤复用。

图6（b）与图6（a）的不同之处在于没有对多路OTU2信号进行复用，而是将每路OTU2信号通过1根主干接入光纤进行传输；在每个接入主干光交节点对接收到的1路OTU2信号进行处理，恢复出OLT侧的PON信号。

4 结束语

介绍了一种PON光纤复用拉远技术方案，并重点分析了其中1.25 Gbit/s EPON和2.5 Gbit/s GPON信号聚合和拉远技术。该技术方案将OLT部署在汇聚节点，结合PON的传输距离，能扩大覆盖范围，节省主干接入光缆资源，解决乡镇光缆资源不足和长距离传输等问题；同时，该方案可实现大容量传输，减少中间局所，设备集中，便于集中网络管理和促进网络扁平化，对推进OLT集中建设和乡镇广覆盖具有一定的参考意义。

［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.光传送网（OTN）技术的原理与测试［M］.北京:人民邮电出版社，2013.

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

［5］胡幸，蒋红丽，陈娟，等.一种实现无源光网络拉远的方法和系统及中继装置:中国，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，Finally 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

龙函（1991-），男，湖北黄冈人。硕士研究生，主要研究方向为光通信子系统。