基于GPON的FTTH接入网络设计与实施评估

“”“”–“”0基于千兆被动光网络GPON的光纤到家（FTTH）接入网络的设计、实施和评估0Zouhaira Abdellaoui*，Yiyi Dieudonne，Anoir Aleya0突尼斯El-Manar大学，突尼斯国立突尼斯工程学院-ENIT，通信系统研究实验室SYSCOM-LR-99-ES21，突尼斯贝尔维德，BP，1002，突尼斯0文章信息0关键词：光纤到家（FTTH）千兆被动光网络（GPON）光线路端（OLT）光网络终端（ONT）被动光网络（PON）分光器0摘要0对于高速互联网、高清晰度电视“HDTV”和互联网协议语音“VOIP”等高带宽和容量的需求，导致了光纤到家FTTH接入网络的提议。基于千兆被动光网络（GPON）技术的FTTH是一种可以以合理成本提供三重业务服务的技术之一。除了在中心办公室和客户端，它只使用被动设备。大多数电信运营商现在使用基于GPON的FTTH网络，因为它在未来处理扩展技术和服务方面具有灵活性。对于GPON技术，根据G.984.6ITU-T规范，网络中最多可以包括128个用户，最大传输距离为60公里，连续光网络终端之间的最大距离为20公里。GPON使用2.44 Gbps下行和1.24Gbps上行数据传输。01. 引言0近年来，为了满足对更高数据流量带宽的需求，光通信系统的容量呈指数级增长[1]。由于互联网服务的密集使用，包括三重业务服务和基于云的解决方案，互联网流量迅速增长，为电信运营商提供了许多新的业务机会，例如提供价值增值服务给订户（通过三重业务解决方案，如互联网、语音和视频）。许多技术已被采用以满足对高带宽的需求，但它们并未被考虑在内，因为预计接入网络的长期增长。基于千兆被动光网络（GPON）的光纤到家（FTTH）网络是满足对更高带宽需求的一个有前途的解决方案[2]。使用这种不断发展的技术消除了更高数据速率的瓶颈（见图26-30）。运营商广泛使用GPON来实现FTTH，并已成为满足需要高带宽的服务的一个不可或缺的部分，例如云计算和三重业务服务。三重业务是为了通过单一宽带连接提供两种带宽需求服务（例如电视、互联网接入、高速和低带宽需求服务），以及电话。0FTTH网络已经发展出寻找成本效益解决方案[3]。单根光纤同时用于上行和下行流量的发展是一个重大的改进。它们是点对多点网络，其中光纤连接到被动光分光器，因此得名“被动光网络”。PON的第一个变种异步PON（APON）目前被称为宽带PON（BPON），已经商用部署。为了进行数据传输，使用了异步传输模式（ATM）协议，其下行容量高达622Mbps。以太网PON（EPON）是另一种选择，标准化为IEEE802.3ah。它与GPON具有相同的架构，使用相同的波长，但采用不同的协议。突尼斯电信在这方面迈出了非常重要的步伐，延伸了数百公里的光缆。在这个项目中，特别关注光纤的架构，我们将对ERIADH城市FTTH实施的最有利的架构提出一个详细的分析。还将确定所提出架构的优缺点，以证明所提出架构的实施。为了证明实施解决方案，使用网络仿真进行确定。Optisystem被认为是最好的光通信系统之一，专门用于测试、设计和优化光连接到物理层。0*通讯作者。电子邮件地址：Zouhaira.abdellaoui@enit.rnu.tn，abdellaouizouhaira.enit@gmail.com（Z. Abdellaoui），kumfay6@gmail.com（Y.Dieudonne），Projet_2012@yahoo.fr（A. Aleya）。0ScienceDirect提供的内容列表0数组0期刊主页：www.elsevier.com/journals/array/2590-0056/open-access-journal0https://doi.org/10.1016/j.array.2021.100058 2020年7月21日收到；2021年1月24日收到修订稿；2021年2月12日接受 在线发布于2021年3月2日 2590-0056/ ©  2021Elsevier Inc.出版 本是根据CC BY许可的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。0数组10（2021）100058’’“”’’’’’’’’––––3.1.1. Access networks broadband wirelineBroadband access wireline networks supply and promise bandwidthto users’s premises. The medium adopted to user premises can be opticalfiber, hybrid of copper and fiber, coaxial cable or twisted pair [15].Broadband services normally refer to “triple play”. The service sup-porting telephone, broadband Internet access and television above asingle broadband connection. All types of wireline access networks existsimultaneously in the global deployment of broadband. A Pasive OpticalNetworks (PON) permits user’s premises to attach to broadband net-works using fiber through a superior bandwidth up to 1 Gb/s. PON is themost approved access network worldwide. xDSL provides benefits of20光网络，特别是从模拟视频广播系统到洲际主干网的宽频谱，用于确定BPON和GPON上三重播放的解决方案性能。本文讨论了第二部分接入网络的演变，然后在第三部分揭示了宽带接入网络技术和光纤到x（FTTx）网络。在第四部分，我们开发了光接入网络（OANs）作为高速接入网络的最终解决方案。在最后一部分，我们提出了WDM GPON网络的评估设计。最后，我们评估结果并评论解决方案。02.相关作品0创新的接入技术正在改变访问电信服务的旧方式。事实上，不仅已建立的用户有更多潜在的供应商和技术选择，而且新的接口和技术让新用户根据监管机构的规定进入市场。这种竞争也可以刺激由新开发的技术支持的原始服务。接入网络设计的非常动态的演变将为客户和行业带来巨大的好处。电话接入网络从电话的早期开始就出现了。它们已经扩展到世界上大多数企业和家庭[4]。此外，有线电视网络已经存在多年。因此，接入网络的演变必须考虑到世界各地存在的庞大遗留网络。02.1.普通电话服务：POTS0这种电话服务是指支持提供大多数基本语音电话模拟以及从固定位置传送的低速数据服务的网络。POTS物理接入网络主要由铜线组成，每个企业或用户的家庭到本地交换机的一组对。在对配对的分配中，“灵活性点”规定了在本地交换机和用户之间的“灵活性”，这使得网络在应对增长模式的许多变化时具有更大的灵活性，只有当连续的电缆从每个用户引导到交换机时。用户与交换机之间的距离在几百米到几十公里之间。授权的带宽足以满足互联网上目前提供的许多服务，但不足以下载大文件，只允许实时视频[5]。02.2.综合业务数字网：ISDN0ISDN是第一个认识到电信网络需求的严肃尝试，而不是提供4kHz通道的模拟信号并将数字数据转换为模拟信号，综合业务数字网是建立在64kbit/s数字通道上的。所有模拟服务，如语音，都被转换为数字信号，以便通过ISDN进行传输[6]。通常，ISDN是在现有的铜接入网络上提供的，并以两种形式提供给用户：0�提供两个64 kbit/s带有信令通道的基本速率连接，可以组合以提供128kbit/s通道； �主要速率服务，提供30个64 kbit/s加上一个带有2Mbit/s连接的信令通道。02.3. 租用线路和无线本地环路0租用线路为用户提供了两个端点之间的永久（或半永久）连接，比如总部和当地银行分支机构之间的连接。与接入网络的用途的主要区别在于一旦线路实现了本地连接，就不再进行呼叫切换0交换。无线可以用作连接用户到本地交换的链路的最后一部分或完整链路，而不是光纤或铜缆。这被称为无线本地环路。实际上，它经常用于替代ISDN连接或普通电话，即使宽带系统开始出现[7]。高容量微波链路也经常用于将大量用户与本地交换连接起来。一旦创建了一个基站，就可以相对快速地添加新客户。它不需要太多的土木工程。实际上；WLL遭受设备成本高昂的问题，与铜缆特别是与无线相关的常见问题相比，例如高楼造成的阴影和有限的频谱[8]。80%的电缆系统成本估计用于安装，其余用于设备。而对于无线系统，80%用于设备，20%用于安装成本。无线设备成本预计将迅速下降，而要大幅度降低安装电缆的成本则很难。这就是为什么WLL预计将成为网络运营商的一个不错的选择[9]。02.3.1.宽带接入技术的演变和趋势如今，宽带接入范式已经经历了异常的增长，并成为数十亿人日常生活的重要组成部分[10]。预计这一范式将向着未来更多的链接、更少的延迟和更高的带宽发展，以满足最终用户的需求。租用线路带宽和互联网需求继续以每年超过20%的速度增长，受到视频流媒体的日益增长以及云计算、社交媒体、大数据和移动数据传输的普及的推动[11]。预计到2020年，通过固定系统和移动系统传输的视频通信流量的临时估计将比2010年增加了2600倍以上。关于移动数据，全球移动宽带订阅每年增长约35%，2014年第一季度达到23亿，预计到2019年将达到76亿。增长还将受到新型通信服务的推动，如包含D2D（设备对设备）通信的接近感知服务，它能够使用相同的接口和频谱直接连接无线设备，此外还有M2M（机器对机器）通信[12]。到2018年，全球IP流量每年将达到1.6泽字节，每月为131.6艾字节。全球IP流量在过去5年里增长了超过5倍[13]。到2020年，视频流量将占据全球IP流量的80%[14]，如图2和3所示。02.3.2. IP流量，2015-2020按类型（每月PB）0�消费者-包括家庭、大学人口和网吧产生的固定IP流量；�移动-包括手机数据和互联网流量，由手机、笔记本卡和移动宽带网关产生；�互联网-指跨越互联网骨干网的所有IP流量；03. 接入网络03.1.宽带接入网络技术0Z. Abdellaoui等人。Array 10（2021）100058–30图1. POTS接入网络[4]。0图2. IP流量演变。0图3. 2015-2020年全球互联网视频消费者。0图4. PON技术架构。0图5. 不同DSL系统的本地环路范围。0图6. FTTx场景。0图7. 点对点以太网光接入网络。0图8. 简单光纤链路。0图9. LED和激光二极管的比较。0Z. Abdellaoui等人。Array 10（2021）100058–’–––40现有的电话线路；因此，在资源丰富的铜线资源国家通常被接受[16]。像VDSL和VDSL2/2þ这样的最新xDSL技术能够在距用户住所到中心局的几百米范围内提供大于50Mb/s的带宽。例如，以太网可以在通常少于100米的短距离内提供100Mb/s。在某些场景中，铜线技术和PON被结合起来以实现更好的性能和低部署成本。PON可以将信号连接到路边，之后，电话0线路或双绞线可以通过xDSL或以太网将信号传输到用户住所。在接下来的章节中，将详细解释这些有线接入网络技术，包括双绞线、PON、光纤-铜混合、xDSL和同轴电缆。0�  PON0与铜相比，光纤具有几乎无限的带宽。光纤逐渐应用于接入网络，取代了铜线，大大降低了运营费用，同时提高了网络的性能。PON的出现为运营商提供了最后一英里的实用解决方案。PON技术使用光纤作为传输介质。光分布网络（ODN）由光纤分布盒、光功率分配器等组成。PON通过功率分配器为每个光网络单元（ONU）光网络终端（ONT）传送或聚合信号。PON技术的基本架构如图4所示。PON的关键设备和元素是光线路终端（OLT），通常放置在运营商的中心局，以及用户端的ONU/ONT。在OLT上，语音和数据服务被整合并在下行方向上方传输至1490纳米波长以上，而在上行方向上传输至1310纳米。03.1.1.1.xDSL。存在各种数字用户线路技术[17]，例如RADSL（速率自适应DSL），VDSL（超高比特率DSL），ADSL（非对称DSL）和HDSL（高速DSL）。出于简单起见，这些DSL技术被命名为xDSL。全球系统0图10. 光纤的基本结构。0图11. 光纤的传播模式。0图12. 网络架构。0表1 ODN的物理介质相关层参数。0衰减等级 衰减范围（db） 最大物理距离（km） 最大差分光纤距离（km）0B类 þ 13 – 28 40 40 C类 15 – 30 40 40 C类 þ 17 – 32 60 400图13. 支持40km差分光纤距离的B类 þ ODN示例。0图14. 下行传输信号的眼图掩模。0Z. Abdellaoui等人。Array 10（2021）100058’50DSL技术的架构是类似的，并且提供了各种数据速率、实现方法和覆盖范围。xDSL，特别是VDSL和ADSL，由于利用了流行的铜质电话线这一主要介质，因此在全球范围内得到了广泛部署。在享受宽带服务的同时，用户还可以从电话中获益0服务。目前，VDSL和ADSL是宽带接入的候选方案，如图5所示。03.2. FTTx网络0PON的应用技术，用于向小型企业、多住户单位和家庭提供接入网络的宽带连接，被称为光纤到x。该应用代表了FTTx的指定[18]。x是一个字母，表示光纤端点距离实际用户有多近[19]，如图6所示。03.2.1. 描述 技术和商业文献包括以下缩写词（图6）：0FTTB：指的是光纤直接从中央办公交换机部署到企业；0图15. 上行传输信号的眼图掩模。0表2 住宅/30 Mbit/s 适用于所有应用。0应用带宽0互联网接入 THD 10 Mbps 高清电视 12 Mbps IP电话（VOIP） 2Mbps 网络游戏 2 Mbps 总 26 Mbps0表3 商业/40 Mbit/s 适用于所有应用。0服务/应用 典型带宽0互联网接入 THD 10 Mbps 视频会议 7 Mbps IP电话（VOIP） 2Mbps FTP 10 Mbps 云 10 Mbps 总 39Mbps0表4 大学/35 Mbit/s 适用于所有应用。0服务/应用 典型带宽0互联网接入 THD 10 Mbps IP电话（VOIP） 2 Mbps FTP 10 Mbps 云10 Mbps 总/Cl 32Mbps0表5 银行/40 Mbit/s 适用于所有应用。�研究区域描述0应用带宽0互联网接入 THD 10 Mbps 视频会议 05Mbps IP电话（VOIP） 02Mbps 安全摄像头 02 Mbps FTP 10 Mbps 云 10 Mbps 总/Cl 40Mbps0表6 调查结果。0住宅类型 数量 服务 带宽 $Mbit/s 距离 最大总带宽 Mbit/s0住宅 150 VoIP，数据，IPTV 30 1,4 公里 45000大学 7 VoIP，数据，云 35 1,4 公里 2450银行 6 VoIP，数据，监控视频，云，FTP040 1,4 公里 2400商业 10 VoIP，数据，监控视频，云040 1,4 公里 4000总计 53850图16. 调查区域。0Z. Abdellaoui等人。Array 10（2021）100058’’ ’’“””’’“’’60FTTC：将光纤电缆从中央办公设备延伸到距离企业或家庭约1000英尺（约300米）的通信交换机；FTTH：指的是光纤直接从中央办公交换机部署到家庭。FTTH和FTTB的区别在于，企业通常需要全天候更大的带宽，而家庭用户则不需要；FTTN：指的是PON架构，光纤电缆延伸到距离3000英尺内；FTTO：类似于FTTB，光纤路径一直延伸到企业客户的场所；03.2.2. 点对点链接架构由点对点以太网链接组成，是一种竞争的接入网络技术[20]。如图7所示，点对点以太网OAN的一种选项是在中央办公和为各个用户指定的以太网交换机之间运行专用光纤。这些链接可以在10公里的距离内以10Gbps的速度运行。这种情况需要大量的光纤线路，每条线路都有自己的光传输器。因此，只有当每个用户需要接近千兆以太网线路提供的全部容量时，这种类型的网络才有用。在过去几十年里，光网络在部署光纤到核心网络段和城域网方面表现出了实质性的增长。基于密集波分复用（DWDM）的高0容量系统为满足数据通信和语音不断增长的需求提供了不断增长的带宽。另一方面，用光纤进行接入网络的解决方案远远落后，并且刚刚开始渗透到由基于铜的解决方案主导的市场。使用光纤进行接入链路的本地环路被称为光纤环系统。FTTx，“x”可能指“建筑”，“家庭”，“楼宇”，“路缘”等，特别取决于光纤部署到用户的深度。FTTx似乎成为下一代接入网络最适合的理想解决方案。由于光纤在大容量、低成本、小尺寸和重量以及其对串扰和电磁干扰的免疫性等固有优势，FTTx被认为是接入网络的理想解决方案。在下一章中，我们介绍光纤接入[21]。04. 光接入网络0PON似乎是高速接入网络的最终解决方案。04.1. 光纤0光纤是一种轻柔透明的导光线，用于光传播。光纤用于以下原因[22]：0图17. 解决方案1 FTTH GPON适用于住宅用户。0Z. Abdellaoui等人。阵列10（2021）10005870� 光波无法在空气中长距离传播而不损失；�光波可以通过光纤进行引导，实现无损耗的光波通信。04.1.1. 优点 光纤相对于铜线具有许多优点，包括：0�增加的带宽：光纤的高信号带宽提供了显著更大的信息传输能力。多模（MM）光纤的典型带宽在200到600之间0MHz-km和> 10GHz-km适用于单模（SM）光纤。与电导体相关的通常值为10，并达到25MHz-km；�电磁/无线电频干扰免疫性：光纤对电磁干扰具有免疫性，并且不会发射辐射；�成本、尺寸和重量降低：与等效信号承载能力的铜导体相比，光纤电缆更容易安装，需要更少的管道空间，重量减轻10到15倍，并且成本低于铜；�损耗较低：光纤的衰减（信号强度损失）比铜导体低，可以实现更长的电缆运行和更少的中继器；0图18. 解决方案2 FTTH GPON。0Z. Abdellaoui等人。阵列10（2021）10005880�无火花或短路：光纤光学不会发出火花或导致短路，在易爆气体或易燃环境中很重要；�安全性：因为光纤系统不会发射无线电频率信号，所以很难在不被发现的情况下窃听；�接地：光纤电缆没有任何金属导体；因此，它们不会造成铜电缆固有的触电危险；� 电气隔离：光纤允许在两点之间进行传输，而不考虑它们之间的电势。04.1.2. 光纤链路组件要展示光纤应用的操作，我们在光纤连接中找到了四个重要的组件（图8）。0� 光发射机；� 光纤/电缆；�光接收机。� 发射机0发射机将电光信号转换。发射机包含光源，如发光二极管(LED)：激光二极管通过高度发展的电流进行操作。0图19. 银行和大学用户的解决方案。0� 设计验证0Z. Abdellaoui等人。阵列10（2021）10005890通常比普通LED大约大10倍[23]。图9显示了普通LED的光输出和激光二极管的光输出。0�  光纤/光缆0光纤包括三个同心层（图10）[24]：0�  芯：这是由二氧化硅或掺杂二氧化硅制成的中心部分，是光传输区域；�包层：这是包裹在芯周围的第一层。它是用二氧化硅制备的，但与芯的成分不同；�包覆层：这是包裹在包层周围的第一层非光学层。包覆层通常包括一层或多层聚合物。0目前，商业上使用的模式有两种：单模光纤和多模光纤。0�  单模光纤的芯（直径）较小，这意味着一次只能通过一个模式。�多模光纤由于其较大的芯，可以通过多个模式。0然而，单模传输是一项昂贵的业务，因为它具有较小的芯径和与之相关的更昂贵的激光器（图11）。0�  传输参数0表7 GPON FTTH接入网络中光功率损耗的参数。0参数描述值0P电缆 光信号通过光纤电缆的损耗，以dB/km为单位进行测量。OTDR用于测量此参数的确切值。00.21 dB/km0一级分配器的损耗为8 dB，二级分配器的损耗为14 dB P接头 表示连接器的耦合引入的损耗。0.2 dB00.003 dB0P接头 这是由连接器耦合引入的损耗。0.2 dB0表8 光功率预算计算以验证设计。0ONU ONU-分配器距离（m） OLT-分配器距离（m） ONU-OLT距离（m） 光纤损耗（dB）连接器耦合损耗（dB）0损耗分配器（dB）0熔接损耗（dB） 封闭数封闭熔接损耗（dB）0激光功率（dB）0接收功率（dB）0Eden Deco 310 3000 3310 0,6951 1 8 0,12 4 0,012 � 7 � 16,8271 Sakly 350 3000 3350 0,7035 1 8 0,12 4 0,012 � 7 � 16,8355 IHE 410 3000 3410 0,7161 1 8 0,12 4 0,012 � 7 � 16,8481 UPS 470 3000 34700,7287 1 8 0,12 4 0,012 � 7 � 16,8607 Law Faculty 560 3000 3560 0,7476 1 8 0,12 3 0,009 � 7 � 16,8766 Eemar 410 3000 3410 0,7161 1 8 0,12 4 0,012 � 7 � 16,8481 Kitchen 450 3000 3450 0,7245 1 8 0,12 40,012 � 7 � 16,8565 Bank 770 3000 3770 0,7917 1 8 0,12 4 0,012 � 7 � 16,9237 Post 1030 3000 4030 0,8463 1 8 0,12 4 0,012 � 7 � 16,9783 Bank 1250 3000 4250 0,8925 1 8 0,12 4 0,012 � 7 � 17,0245 ISET1450 3000 4450 0,9345 1 8 0,12 3 0,009 � 7 � 17,0635 Literature Faculty 1600 3000 4600 0,966 1 8 0,12 3 0,009 � 7 � 17,0950图20。发射机。0Z. Abdellaoui等人。阵列10（2021）100058α ¼ 10L logð pinpoutÞ(1)100信号衰减是光纤的一个重要特性之一，因为它决定了接收器和发射器之间的最大距离。0a. 衰减0光沿着光纤传输时会随着距离而损失功率。符号α通常用来定义每公里分贝的衰减。计算如下：0b. 色散0色散被定义为光纤的一个继承属性，可以归因于光脉冲在时间域内的传播，这是由于光脉冲的不同频谱成分之间速度差异导致的。0�  光探测器0探测器由几种基本类型的光电二极管组成，最常见的是正内在负（PIN）和雪崩光电二极管（APD）。光探测器用于逆转光源完成的过程，将光能转换回电能[25]。0�PINs：每接收一个光子就产生一个电子，因此不提供显著的增益或信号强度增加。 �  APDs比PIN二极管更敏感，因为它们利用强电场加速半导体中的电子流。 �链路评估0为了检查和评估光纤链路的质量[26]；我们专注于眼图参数分析。确定了4个参数：抖动，眼图开口误码率（BER）和最大Q因子。眼高度：表示从基准到眼峰的距离，用电压测量。眼高度值的图大约为5.5μV，而灵敏度为-18dBm。可容忍的眼图高度值约为10μV）。最大Q因子：特别指所创建的眼图的质量。可容忍的最大Q因子约为6。0图21.  光纤.0图22.  光纤特性.0图23.  分光器.0Z. Abdellaoui等人 Array 10 (2021) 100058110实际通信系统要实现对应于1x10-9的BER值。抖动：确定性抖动是指接收信号的导数和嵌入时间发生的移位，并根据交叉点的持续时间进行测量。它以UI（单位间隔）为单位进行测量，最大值为0.2UI。眼区域：指位0和位1的水平之间的距离，以及右侧和左侧嵌入时间交叉的距离。这个区域的宽度在区分位1和位0以及第一个和第二个位的顺序的过程中很重要。04.2. OANs的架构0本地接入网络系统的光部分可以是主动的或被动的。图18显示了考虑的架构，从FTTH，通过FTTB/C到机柜光纤（FTTCab）。0OAN对所有架构都是通用的，如图12所示。FTTCab，FTTC，FTTB和FTTH网络选项的差异主要在于支持的不同服务。04.2.1. FTTB场景FTTB场景分为两种情况，一种是多住户，另一种是企业。每种情况都有以下服务类别。0�  多住户FTTB �非对称宽带服务（例如数字广播服务，视频点播（VOD）和文件下载等）； �对称宽带服务（例如内容广播，电子邮件，文件交换，远程学习，远程医疗和在线游戏等）；0图24.  接收机.0图25.  发射机.0图26.  光纤.0Z. Abdellaoui等人 Array 10 (2021) 100058120�  POTS和ISDN。接入网络必须提供适合引入的窄带电话服务的合适时机。 �  FTTB�  对称宽带服务（例如群组软件，内容广播和电子邮件，文件交换）； �POTS和ISDN：接入网络必须能够以灵活的方式提供窄带电话服务。 �私有线路服务。接入网络必须以多种速率提供私有线路服务。04.2.2. FTTC和FTTCab场景 对于这种情况，下一个服务类别已经被强调:0�  非对称宽带服务（例如数字广播服务，VOD和文件下载，在线游戏）；0� 对称宽带服务（例如内容广播，电子邮件，文件交换，远程学习和远程医疗）；�POTS和ISDN。接入网络必须以适当的时序提供窄带电话服务；� xDSL回传04.2.3. FTTH场景在这种场景下，考虑了以下服务类别：0� 不对称宽带服务（例如数字广播服务，VOD，文件下载等）；�对称宽带服务（例如内容广播，电子邮件，文件交换，远程学习，远程医疗和在线游戏）；�POTS和ISDN。接入网络必须能够以灵活的方式提供窄带电话服务，并具有适当的时序。04.3. GPON0接入网络对更高速度的需求不断增长，同时广泛使用的ATM和以太网，催生了开发超越BPON和EPON架构的PON的想法。这个想法的一个主要目标是开发一种多功能的PON，其帧格式能够以每秒千兆位的速率高效地传输可变长度的数据包。FSAN组于2001年4月开始了这样的尝试。结果是ITU-T推荐系列G.984.1至G.984.4，用于(GPON) [27]。04.3.1. 服务GPON对于支持所有当前已知的服务以及因宽带能力而讨论的创新服务对于企业客户和住宅用户至关重要。04.3.2. 比特率 GPON旨在提供优于或等同于1.2Gbit/s的传输速度。因此，GPON以这种方式定义了2种传输速度组合：0� 1.2 Gbit/s上行，2.4 Gbit/s下行；�2.4 Gbit/s上行，2.4 Gbit/s下行。0最重要的比特率是1.2 Gbit/s上行，2.4Gbit/s下行，几乎占据了GPON系统的所有部署和计划部署。04.3.3.逻辑距离逻辑距离是ONU/ONT和OLT之间的最大距离，除了物理层的限制外，GPON中最大的逻辑距离被确定为60公里。04.3.4.物理距离物理距离是ONU/ONT和OLT之间的最大物理距离。在GPON中，物理距离定义了两个选项：10和20公里。假设10公里是ONU中FP-LD可用于1.25Gbit/s或更高比特率的最大距离。04.3.5.分光比GPON与更高的分光比相关，特别是对于运营商。然而，更大的分光比会导致更大的光分配，需要改进的光功率预算。04.3.6. 物理层要求0� 光谱宽度0图27. 分光器。0图28. ONU。0Z. Abdellaoui等人. 数组10 (2021) 100058–––130ITU-TG.984.2确定了专门用于OLT和ONU的特定PMD规格。对于以2488Mbps下行速率和1244 Mbps上行速率运行的GPON系统，20dB光谱尺寸最初固定为1纳米。为了服务于部署在0-40和20-60公里范围内的ONU [28]。0� 衰减范围0EDRGPON系统利用光学元件，通过典型的衰减范围类别之一（C+类，B+类，C类）保持光功率水平。它应支持表1中规定的最大光纤距离和最大差分光纤距离。04.3.7. ODN拓扑结构 ODN基于ITU-TG.652光纤，并应具备拓扑结构，包括功率分配器的位置和程度，以及可能使用的被动光衰减器，以确保最小损耗对每个ONU。ODN要求差分光纤达到40公里，可以使用不均匀级联分光器，其中最短的光纤分支经历最大程度的分光。图13以最大物理距离40公里和差分光纤达到40公里为例，说明了支持13-28dB衰减范围的B+类ODN的情况。在这个例子中，光纤距离较短的ONU经历了比远程ONU更高程度的分光（见图14和15）0每个ONU的最小损耗。ODN要求差分光纤达到40公里，可以使用不均匀级联分光器，其中最短的光纤分支经历最大程度的分光。图13以最大物理距离40公里和差分光纤达到40公里为例，说明了支持13-28dB衰减范围的B+类ODN的情况。在这个例子中，光纤距离较短的ONU经历了比远程ONU更高程度的分光（见图14和15）04.3.8. 眼图的掩模。04.4. 比较EPON B-PON GPON0GPON支持每个OLT的128分频比；每个分频器支持最多64个输出到ONT用户。这带来了总计：0图29. 接收器。0图30. 波传输的频谱。0�  眼图0Z. Abdellaoui等人。数组10（2021）100058140最大用户数 ¼  128（分频器/OLT）* 64（2）0（用户/分频器）  ¼  8192（用户/OLT）（3）0比较之下，GPON标准允许增加与类似标题OLT相关联的ONT的数量。比例是BPON和EPON标准的比较如下：0用户GPON最大值/用户EPON最大值  ¼  8192（4）0（用户/OLT）/1024（用户/OLT）  ¼  8倍GPON用户比EPON更多（5）0用户GPON最大值/用户BPON最大值  ¼  8192（6）0（用户/OLT）/2048（用户/OLT）  ¼  4倍GPON用户比BPO（7）0众所周知，GPON技术可以降低部署成本，因为它需要更少的安装OLT来覆盖给定的区域。关于传输速率，GPON还增加了数据传输的速度，如下所示：0RatioGPON/RatioEPON ¼ 2.488 Gbps/1.422Gbps ¼2倍GPON速度比EPON更快0RatioGPON/RatioBPON ¼  2.488 Gbps/622 Mbps ¼4倍GPON的速度比BPON更快（8）0它可以更快地传输数据，并提供更高的可靠性，因为它具有受保护的传输协议级别。不同ONT和OLT标题之间的距离增加的比例如下：0ReachGPON/ReachBPON  ¼  60 km / 20 km ¼3倍GPON的覆盖范围比BPON更大（9）0ReachGPON/ReachEPON  ¼  60 km / 10 km ¼6倍GPON的覆盖范围比EPON更大（10）0最后，标准之间的分析数据表明，标准GPON的识别速度是BPON的四倍，允许ONT和OLT之间的距离增加六倍，并且支持多达八倍的额外用户。05. WDM GPON网络的设计和评估0PON将向最终用户提供服务，因此倾向于在纯PON设计中使用，不包括主动网络元素[29]。05.1. GPON FTTH接入网络的设计0众所周知，FTTH接入网络的设计是具有挑战性的；它需要在涉及可扩展性、规模和成本的许多因素上进行妥协。没有一个标准的FTTH接入网络模型涉及可行性[30]。全球标准并不普遍适用，因为每个国家都有其独特的地下因素。地面热线或冻结线需要考虑[31]。本文特别考虑的网络需要为突尼斯Erriadh城提供语音、IPTV和数据服务。由于各地点之间的地理分隔以及每个地点的用户数量，需要使用FAT、OLT和ONT0表9 模拟中使用的组件。0NRZ脉冲发生器0生成NRZ编码信号0连续波激光器0生成CW光信号0双向环行器0分离上行和下行信号0光延迟0添加延迟，使双向信号同时传递0双向光纤0允许光信号同时在两个方向传输01xN双向分频器0将信号分成所需数量的信号流，以将其传输到ONU0APD光电探测器0将光信号转换为电信号0低通贝塞尔滤波器0使用贝塞尔频率传递函数对信号进行滤波0BER分析仪0根据传播前后的信号测量系统的性能0Z. Abdellaoui等人。阵列10（2021）100058150表10模拟结果。0Z. Abdellaoui等人。阵列10（2021）1000585.1.1. FTTx network layersAn FTTx network can be regarded as having various layers: fiber,passive infrastructure including ducts, active network including elec-trical equipment; retail services, that supply internet connectivity andmanaged services such as IPTV; enclosures and some other outside plantand of course end users.The present technological structure has implications especially for theway that FTTx network is operated and organized.optical fiber, fiber en closures, patch panels, ducts and poles on whichit is deployed;� Active network refers to equipment of the electronic network neededto bring especially the passive infrastructure alive. This party incharge of an actual layer will build, design and operate the activenetwork equipment part;� Retail ervices come into play when the active and passive layers are inplace. They present the layer where fundamental internet connec-tivity as well as other managed services, for example IPTV, arepackaged and presented to businesses and consumers.160将这些位置连接到网络。0被动基础设施包括构建光纤网络所需的所有物理元素。这包括物理对象，如沟渠，05.1.2. 网络元素 设计FTTx网络或链路需要实现和建立以下参数：0Z. Abdellaoui等人。阵列10（2