对于GPON的PMD层而言，物理介质关联层接口（PMD-Physical Media Dependent）它处于网络的七层开放互连模型的最底层，它构成整个网 络数据传输的基础。由于APON、GPON的标准规范均由ITU-T组织提出，因而GPON的物 理层在很大程度上与APON的物理层规范近似。
业务类型
G.984.1协议中规定了 GPON系统的带宽，要求系统能够支持所有现有的业务和为商业用 户和住宅用户提供的新的业务种类。GPON技术是由运营商驱动的，研究业务类型具有重要的 意义，因为其市场化和商用化程度很大一部分取决于宽带业务的实现，只有明确业务类型并找 到良好的市场切入点才能推动该技术的强势发展。GPON系统提供的业务种类如表3-3所示。
表3-3 GPON系统业务类型
| 业务类型 | 业务名称 | 相关要求 | |
| 数据业务 | 以太网 | 由IEEE 802.3协议规定 遵守IEEE 802.ID协议规定 | |
| PSTN业务 | POTS |
平均信号传输时延小于1.5ms。若网络中釆用回音消除技术，时延可以长一 些，但是需要满足端到端传输时延要求 8kHz同步时钟 T和V两个参考点信号要求连续 |
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| ISDN (BRI) | 传输比特速率为144kbit/s 平均传输时延小于1.5ms 8kHz同步时钟 | ||
| ISDN (PRI) |
传输比特速率为1.544Mbit/s和2.408Mbit/s 平均传输时延小于1.5ms 8kHz同步时钟 |
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| 业务类型 | 业务名称 | 相关要求 | |
| 专用线路业务 | T1 | 传输比特速率为1.544Mbit/s 平均传输时延小于1.5ms 8kHz同步时钟 | |
| E1 | 传输比特速率为2.408Mbit/s 平均传输时延小于1.5ms 8kHz同步时钟 | ||
| DS-3 |
传输比特速率为44.763Mbit/s 8kHz同步时钟 |
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| E3 |
传输比特速率为34.368Mbit/s 8kHz同步时钟 |
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| ATM |
在ITU-T 1.1361中定义 遵守ITU・T 1.1356规定 |
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| 视频业务 | 数字视频 | 与ITU-T 1.1356中定义的视频传输质量要求相同，或满足ATM论坛 rt-VBR/CBR要求规定 | |
UNI 和 SNI
业务网络接口（SNI）到用户网络接口（UNI）之间为GPON, GPON通过SNI与业务节 点相连，通过UNI与用户设备相连。UNI接口类型、对应的物理层接口类型和所接入的业务 名称如表3-4所示。
表3-4 UNI接口和业务类型
| 表3-4 | UNI接口和业务类型 | |
| UNI | 物理层接口 | 业务类型 |
| 10Base-T (IEEE 802.3) | — | 以太网 |
| 100Base-TX (IEEE 802.3) | — | 以太网 |
| lOOOBase-T (IEEE 802,3) | — | 以太网 |
| ITU-T 1.430 | — | ISDN (BRI) |
| ITU-T 1.431 | — | ISDN (PRI)、Tl、ATM |
| ITU-T G703 | PDH | DS-3、ATM、El、E3 |
| ITU-T 1.432.5 | 25Mbit/s金属接口 | ATM |
| ITU-T G957 | STM-1、STM-4 | ATM |
| ANSI Tl.102, ANSI Tl.107 | PDH | Tl、DS-3 |
SNI接口类型、对应的物理层接口类型和所接入的业务名称如表3-5所示。
| 表3-5 | SNI接口和业务类型 | |
| SNI | 物理层接口 | 业务类型 |
| 10Base-X (IEEE 802.3) | — | 以太网 |
| ITU-T Rec. G965 | V5.2 | POTS、ISDN (BRI)、ISDN (PRI) |
| ITU-T Rec. G703 | PDH | DS-3、ATM, El、E3 |
| ITU-T Rec. G957 | STM-1、STM-4、STM-16 | El、ATM |
| ANSI T1.107 | PDH | Tl, DS-3 |
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ANSI Tl.105.06 ANSI T1.117 |
OC-3> OC-12 | Tl、DS-3、ATM |
光网络的分层结构
GPON网络可分为物理媒质相关（PMD）层、传输汇聚（TC）层和高层，传输汇聚（TC） 层又划分为适配子层和成帧子层，其分层结构如表3-6所示。表3-6 光网络的分层结构
| 表3-6 | 光网络的分层结构 | |||
| 高 层 | 各种用户业务 | |||
| 适配子层 | OMCI适配子层：识别VPI/VCI和 交换 | Port-ID,提供该信道数据和高层实体间的 | ||
| ATM适配子层:ATM SDU和PDU 的转换 | GEM适配子层：GEM SDU和PDU的 转换 | |||
| 传输媒 质层 |
传输汇聚 （TC）层 |
成帧子层 |
测距 上行时隙分配 带宽分配 保密和安全 保护倒换 |
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| E/O适配 | ||||
| 物理媒质相关（PMD）层 | 波分复用 | |||
| 光纤连接 | ||||
PMD层要求
无源光网络（PON） 一直被认为是光接入网中颇具应用前景的技术，它打破了传统的点 到点的方法，在解决宽带接入问题上是一种经济的、面向未来的多业务用户接入技术。GPON 的接入网技术要求主要包括GPON光网络要求、传输媒质与工作波长、线路编码、传输距离 和差分光纤距离、分路比、误码性能、最大平均信号、传输时延、GPON承载业务类型、GPON 功能需求和PON保护等。1. GPON光网络要求
GPON系统的OLT和ONU之间釆用ITU-T G.652规定的单模光纤，上下行可采用单纤 双向或双纤双向传输方式。本局端系统采用单纤双向方式，上行使用1 310nm波长，下行使 用1 490nm波长。而当采用双纤双向传输方式时，上下行应使用相同的1 310nm波长分别在 两根独立的光纤上进行传输。而当使用第三波长提供CATV业务时，可使用1 550nm波长。 GPON支持的各种速率组合情况如表3-7所示。
表3-7 各种速率组合情况
| 表3-7 各种速率组合情况 | ||
| 速率类型 | 上行速率 | 下行速率 |
| 对称 | 1.244Gbit/s | 1.244Gbit/s |
| 2.488Gbit/s | 2.488Gbit/s | |
| 不对称 | ]55.52Mbit/s | 2.488Gbit/s |
| 155.52Mbit/s | 1.244Gbit/s | |
| 622.08Mbit/s | 2.488Gbit/s | |
| 622.08Mbit/s | 1.244Gbit/s | |
| 1.244Gbit/s | 2.488Gbit/s | |
2. 传输媒质与工作波长
与APON、EPON一样，GPON系统也推荐以G.652光纤作为传输媒质。在ODN的上、 下行传输方向中，可以通过波分复用技术在单根光纤上采用双工通信方式，也可以在两根光 纤上使用单工通信方式实现双向传输。单纤系统的下行数据流工作波长范围是1 480〜1 500nm,上行数据流工作波长范围是1260〜1360nm。这样的波段选择是为了降低PON系统的成本，下行工作波长选择在1480〜1500nm范围是为了留出1 539〜1 565nm这段波长范围用于开通视频业务或其他业务使用， 上行工作波长为色散小的1 310nm波段就决定了 ONU的激光器可以釆用光谱宽度为纳米量 级的、普通的、廉价的F-P腔激光器，而不是单纵模的、光谱宽度较窄的、较昂贵的DFB激 光器。双纤系统的上、下行数据流工作波长都是1 260〜1 360nm。
3. 线路编码
在传输过程中，APON和GPON上、下行数据流都采用非归零(NRZ, Non-Retum to Zero) 编码方法，EPON则釆用了 8B/10B编码方式。从编码方式就可以看出GPON比EPON效率更高。因为EPON使用了 8B/10B编码，其 本身就引入了 20%的带宽损失，1.25Gbit/s的线性速率在处理协议本身之前实际就只有IGbit/s。 GPON系统使用扰码作为线路码，其机理与光同步网(SONET, Synchronous Optical Network) 或SDH一样，只改变码，不增加码，所以没有带宽损失。
4. 传输距离和差分光纤距离
在传输距离的参数中有最大逻辑距离这一概念。最大逻辑距离的定义是：独立于光预算 的特定传输系统能达到的最大长度。它以km为单位，并且不受PMD参数限制，而是受到 TC层和执行情况的影响，GPON的最大逻辑距离为60km。物理传输距离定义为特定传输系统能达到的最大长度，即ONU/ONT和OLT之间的最大 物理距离。在GPON系统中，物理传输距离有2种选择：10km和20km。
一个OLT可以与多个ONU/ONT建立连接。差分光纤距离是离OLT最近的ONU/ONT 和离OLT最远的ONU/ONT之间的距离。在GPON中，最大差分光纤距离是20km。
5. 分路比
通常情况下，GPON的分路比越高，对运营商的吸引力就越大。但是，分路比越高意味 着对分路器的要求越高，需要通过增加功率预算来支持规定的物理距离。GPON系统有着比较高的分路比，支持1：16、1：32、1：64乃至1：128。GPON的高分路比 特点更适合作为住宅宽带业务引入方案，因为目前每一用户的带宽需求还相对低，但是用户 数量庞大。可见，GPON的高分路比有着很好的应用前景。
6. 误码性能
ITU-T目前规定跨越整个PON系统的误码率应优于IO %其目标误码率指标应优于101% 上述指标相对于我国接入网体制的规定而言偏松，特别是IO”会导致接入网部分所占指标过 大，影响全程端到端误码性能的总指标。对于绝大多数的实际应用，端到端通信距离是很短 的，采用KT，这个指标仍然是满意的，不过在G.984.2建议中明确规定了在GPON系统中其 误码率应优于101%7. 最大平均信号传输时延
平均信号传输时延是指参考点之间的上行流和下行流的时延平均值，该值可通过将测量 到的往返时延值除以2得出。GPON系统的最大平均信号传输时延不超过1.5ms。8. GPON承载业务类型
本GPON OLT系统可以接入以太网/IP业务、TDM数据专线业务、语音业务和CATV业 务。以太网/IP业务包括以太网/IP数据业务和IP视频业务。TDM数据专线业务包括E1业务 或«x64kbit/s数据专线业务。语音业务，包括POTS业务或VblP语音业务。其中大量工作属 于软件工作，而硬件工作主要是在速度和延时上都能为这些业务提供硬件保障。
9. GPON功能需求
GPON OLT系统要实现动态带宽分配、业务QoS保证、业务优先级、业务流限速、ONU认证、数据加密功能和光纤保护倒换等系统功能。同时也要实现MAC地址交换、 二层汇聚、二层隔离、VLAN、帧过滤、广播风暴抑制、端口自协商、流量控制功能、 MAC地址数量限制、快速生成树功能、多播功能、链路聚集和VoIP相关功能的以太网 功能。10. PON的保护
保护功能架构可提高GPON系统的可靠性，但保护倒换功能的实现是可选的。保护倒换 可采用自动倒换和强制倒换两种方式。自动倒换是由故障检测触发的，故障检测包括信号丢 失、帧丢失或信号劣化（BER劣化至预定义门限）等；强制倒换是由管理事件触发的，管理 事件包括光纤重路由、更换光纤等。保护倒换发生后，系统应支持被保护业务的自动返回或 人工返回功能。光纤保护倒换配置主要有两种：骨干光纤保护倒换和全光纤保护倒换，分别 如图3-5和图3-6所示。
骨干光纤保护倒换配置对OLT以及OLT和光分路器之间的光纤进行备份，光分路器的 OLT侧有两个输入/输出端口。这种配置方式仅能恢复OLT侧。全光纤保护倒换配置对OLT、 ONU、光分路器和全部光纤进行备份。在这种配置方式下，通过倒换到备用设备可在任意点 恢复故障，具有高可靠性。全光纤保护倒换方式的一个特例是网络中有部分ONU以及ONU 和光分路器之间的光纤没有备份，此时没有备份的ONU的被保护性能同骨干光纤保护倒换 配置相同。
在骨干光纤保护倒换配置下，OLT侧的冗余电路处于冷备份状态，倒换后ONU需重新 进行测距，因此一般情况下在倒换过程中不能避免信号丢失甚至帧丢失。此配置方式下保护 倒换时间要求有待进一步研究。在全光纤保护倒换配置下，OLT和ONU侧的冗余接收机电 路可以处于热备份状态，倒换后ONU无需重新进行测距，因此可以实现无缝切换（无帧丢 失）。经实验在此配置方式下，不论是倒换过程还是返回过程，上行和下行光通道倒换时间均 应小于50ms,否则将出现严重的数据帧丢失。
