PON je v podstatě dvoucestný systém bod-více bodů [1], [47]. Sestupný datový signál vzniká v centrálním bodě s jedním vysílačem. Pasivní optické vazební prvky rozdělují tento signál mezi výstupní vlákna, která distribuují stejný signál ke všem zákazníkům. Přijímač na zákaznickém konci vybírá pouze data směrována k tomuto terminálu a odloží data určená pro ostatní uživatele. Datový tok je tedy z vysílače rozdělen mezi uživatele. Každý zákaznický terminál má vlastní vysílač, ze kterého se mohou vysílat vzestupné signály do centrálního distribučního bodu. Vzestupný přenos může jít přes stejná vlákna jako sestupný přenos nebo přes jiná vlákna. Vzhledem k tomu, že vysílačům každého účastnického terminálu jsou přiděleny různé časové intervaly, nedochází k vzájemným interferením. Napájecí kabel přenáší optické signály mezi ústřednou a rozbočovačem, který umožňuje několika ONT být připojený ke stejnému napájecímu vláknu. ONT je požadován pro každého účastníka a poskytuje spojení pro různé služby.
Protože jedna síť FTTx obvykle poskytuje službu nejvíce 32 účastníkům, je pro obsluhu oblasti obvykle požadováno větší množství sítí. Existují rozdílné architektury pro připojení účastníků k PON. Nejjednodušší používá jeden rozbočovač; může být však použito i několik rozbočovačů.
Centrální distribuční terminál slouží jako centrální řídicí prvek pro pasivní optickou síť a poskytuje rozhraní s vnějším světem. Několik takových terminálů může být shromážděno v jedné lokalitě, přičemž každý bude sloužit své vlastní skupině účastnických terminálů. Standard FSAN nazývá tento řídicí prvek a vysílač souhrným pojmem optický linkový terminál OLT. Terminály na účastnickém konci jsou nazývány optické síťové terminály ONT a poskytují rozhraní mezi sítí a účastnickým vybavením. Vzhledem ke ztrátám způsobeným rozdělením signálů, může jeden OLT obsluhovat maximálně 32 ONT.
Standardní PON pracuje na 2 nebo 3 vlnových délkách. OLT zahrnuje laser vysílající sestupný signál na 1550 nm, který naváže více než 1mW výkonu do výstupního vlákna. Každá buňka nebo paket v sestupném signálu nese adresu jeho cílového terminálu. Pasivní rozdělovače rozdělují světlo mezi všechny terminály, ale každý terminál čte na základě adresy pouze ty pakety, které jsou pro něj určeny. Sestupný datový přenos také poskytuje časovací signály potřebné pro řízení vzestupného přenosu. OLT mohou používat relativně drahé 1550nm vysílače, protože PON požaduje pouze 1 takový vysílač. PON však požaduje mnohem více ONT, takže musí mít k dispozici relativně levné vysílače a musí pracovat v méně řízeném prostředí zákaznického uzlu. To vedlo k volbě levnějších 1310nm vysílačů pro vzestupné kanály. Standard FSAN umožňuje využívat i třetí kanál na vlnové délce 1490 nm.
V ústředně, také nazývané hlavní konec sítě PSTN a internetových služeb, jsou rozhraní k optické distribuční síti ODN přes optický linkový terminál OLT. Vlnové délky 1490 nm pro sestupný směr a 1310 nm pro vzestupný jsou použity pro přenos dat a hovorového signálu. Signály obrazových služeb jsou konvertovány na optický formát při délce vlny 1550 nm optickým vysílačem obrazových signálů. Vlnové délky 1550 nm a 1490 nm jsou kombinovány vlnovým multiplexovaním WDM (Wavelength-Division Multiplexing) vazebním prvkem a přenášeny společně v sestupném směru. Dosud neexistovaly plány pro videopřenos ve vzestupném směru. Tři vlnové délky přenášejí tedy rozdílné informace současně a různými směry přes stejné vlákno. Přenosové rychlosti závisejí na zvolených aplikacích, přidělování přenosové kapacity ke každému terminálu je řízeno softwarově a dynamicky, takže může být změněna kdykoliv v případě potřeby.
Při přenosu ve vzestupném směru jde o síť PON typu více bodů-bod. Pro zabránění kolizí dat z rozdílných signálů ONT přicházejících k rozdělovači ve stejnou dobu, je použit přístup TDMA. TDMA může posílat shluky dat z každého ONT zpět k OLT v konkrétním čase. Každý přenosový časový interval ONT je přidělen pomocí OLT tak, že pakety z rozdílných ONT nekolidují s ostatními. Přenos ve vzestupném směru jde přes síť vláken, která jsou kombinována s pasivními vazebnými prvky, takže všechny vysílače posílají jejich signály k jednomu přijímači v OLT. Aby se tyto signály mezi sebou vzájemně neovlivňovaly, používá PON protokol TDMA, který přiděluje různé časové intervaly pro každý ONT.
Každý účastnický terminál se zapíná a vysílá signály ve vzestupném směru během jemu přiděleného časového intervalu, pak se vypne a začíná vysílat následující terminál. Časové intervaly přiděluje řídicí software a sestupný přenos poskytuje časovací signály pro synchronizaci přenosu ve vzestupném směru všech účastnických terminálů.
Všechny PON používají jednovidová vlákna se signály rozdělenými v rozbočovačích. Rozmístění a počet rozbočovačů závisí na návrhu systému - 1x8, 1x4 a 1x8, atd. Rozbočovače jsou čistě pasivní zařízení, která nepožadují elektrické napájení, takže mohou být umístěna ve spojkách nebo skříních libovolně mezi distribučním centrem a účastníky. Standard FSAN poskytuje možnost jednovláknových a dvouvláknových systémů, přičemž každý má vlastní přednosti.
Jednovláknový systém snižuje náklady na vlákna přenosem signálů v obou směrech přes stejné vlákno. Nutností je potřeba použití WDM na obou koncích systému. Dvouvláknový systém se vyhýbá přídavným nákladům a složitosti WDM, využívá možnosti přidělit jedno vlákno pro sestupnou distribuci videosignálů pro kabelovou TV a druhé vlákno přidělit pro digitální přenos hovorového signálu, dat a digitálního videosignálu.
Technologie PON může být použita ve všech architekturách typu FTTx, které mají dostatečnou šířku pásma pro poskytování nových služeb a aplikací. Síť PON může být společná pro všechny tyto architektury. Otázkou však zůstává umístění aktivní elektroniky ve venkovním prostředí. Pouze při konfiguraci FTTH/B jsou všechny aktivní komponenty mimo vnějšího prostředí. Architektury FTTCab a FTTC požadují aktivní elektroniku ve venkovním prostředí, umístěnou v samostatné skříňce blízko domu nebo u obrubníku chodníku [2].
Zařízení v ústředně jsou připojena k síti PSTN, která je vybavena rozhraními ATM nebo Ethernet a připojena ke kabelovému rozhraní nebo satelitnímu přijímači. Všechny tyto signály jsou sloučeny do jednoho vlákna použitím techniky WDM a vysílány ke koncovým uživatelům přes pasivní optický rozbočovač. Rozbočovací poměr může být v rozsahu do 32 uživatelů bez použití aktivních komponentů v síti. Signál je pak doručen do domu přes samostatné vlákno. V zakončovacím zařízení je optický signál převeden na elektrický pomocí konvertorů OEC a zároveň OEC rozděluje signál do služeb požadovaných koncovými uživateli. OEC by měl v ideálním případě mít standardní uživatelské rozhraní bez potřeby speciálních set-top boxů. Hlavními výhodami budoucích architektur FTTx je především to, že jsou to pasivní sítě bez aktivních komponentů mezi ústřednou a uživatelem, používá se pouze jedno vlákno pro koncového uživatele, mají lokální bateriové záložní zdroje a nízkou spotřebu energie, jsou spolehlivé, škálovatelné a bezpečné.
Multimediální a internetové služby vyžadují zajištění vyšších bitových rychlostí (několik Mbit/s) až k domům., Všude tam, kde je to možné, nahrazují kabely s optickými vlákny metalické vodiče. Důvodem těchto náhrad je požadavek, aby účastnické smyčky v budoucnu byly a zůstaly škálovatelné z hlediska šířky pásma.
V závislosti na zakončení optického vlákna může být tato technologie označena různými názvy: