10G PON技術(shù)正逐漸成為PON網(wǎng)絡(luò)的主流技術(shù)

隨著寬帶市場(chǎng)的迅猛發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)外主流運(yùn)營(yíng)商均已提供以PON承載為主的寬帶接入業(yè)務(wù)，由IEEE發(fā)起的EPON標(biāo)準(zhǔn)和ITU發(fā)起的GPON標(biāo)準(zhǔn)已成為PON技術(shù)的兩大主流。

然而，隨著近年來在線點(diǎn)播、在線教育、IPTV以及互動(dòng)游戲等業(yè)務(wù)，特別是4K視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)等業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展，人們對(duì)帶寬的需求持續(xù)增長(zhǎng)，原有的100M/200M接入帶寬已滿足不了用戶的業(yè)務(wù)需求，寬帶產(chǎn)業(yè)正步入千兆時(shí)代。原有的GPON/EPON接入也滿足不了用戶的業(yè)務(wù)需求，10G PON技術(shù)逐漸成為PON網(wǎng)絡(luò)的主流技術(shù)，國(guó)內(nèi)外各大運(yùn)營(yíng)商正面臨著10G PON網(wǎng)絡(luò)升級(jí)改造的壓力和挑戰(zhàn)。

PON技術(shù)始于1995年，在經(jīng)歷了14年各種PON技術(shù)發(fā)展后，2009年IEEE發(fā)布了10G EPON標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3av，最大化繼承了EPON IEEE 802.3ah中的內(nèi)容，這為未來網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

10G EPON按照速率分為兩類，分別為非對(duì)稱模式（下行速率為10Gbit/s，上行速率為1Gbit/s）和對(duì)稱模式（下行速率為10Gbit/s，上行速率為10Gbit/s）。10G EPON最大的特點(diǎn)是擴(kuò)大了EPON的上、下行的帶寬，同時(shí)支持最大分路比為1:256，在傳輸距離方面也有了很大提升，在1:256的分路比下，傳輸距離可以達(dá)到20km，而在1:128的分路比下，傳輸可以達(dá)到30km。

從2008年開始，ITU逐漸完成了下一代GPON技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化，定義了XG-PON1和XG-PON2。XG-PON1是非對(duì)稱的（下行速率是10Gbit/s，上行速率是2.5Gbit/s），XG-PON2是對(duì)稱的（上/下行速率都是10Gbit/s）。

10G GPON主要特征有：兼容性，10G GPON的ODN系統(tǒng)可以有效利用原有GPON網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)布好的光纖、分光器和活接頭等設(shè)備；超強(qiáng)的寬帶能力，10G GPON提供的寬帶能力是GPON的4倍和EPON的10倍，所以能夠滿足用戶未來對(duì)大帶寬的需求；良好的互通性，10G GPON沿用了GPON的管理控制協(xié)議，能夠提供非常完善的10G GPON互通能力；更大的分光比和更遠(yuǎn)的距離，10G GPON最大能夠完成1:512的分光比下20km的傳輸距離，10G GPON既適用于人口密集的城市，也適用于偏遠(yuǎn)地區(qū)，以便提高接入網(wǎng)的覆蓋范圍。

10G PON工作原理和PON原理相同，即下行OLT采用廣播的方式將數(shù)據(jù)下發(fā)至每個(gè)ONU，上行采用時(shí)分復(fù)用（TDMA）方式向OLT傳輸數(shù)據(jù)。

如圖1所示，在OLT上，下行的業(yè)務(wù)被封裝為GEM幀并加上各個(gè)ONU的ID在光纖上傳輸，到達(dá)分光器后分成各個(gè)支路到達(dá)每個(gè)ONU，ONU通過比較ID號(hào)判斷哪個(gè)數(shù)據(jù)是屬于自己的，ID如果匹配不上則直接丟棄。

圖1 ?下行數(shù)據(jù)

如圖2所示，上行鏈路被分成不同的時(shí)隙，每個(gè)ONU只能按照規(guī)定的時(shí)隙向OLT發(fā)送數(shù)據(jù)，時(shí)隙由OLT統(tǒng)一分配，這樣各個(gè)ONU的上行數(shù)據(jù)到達(dá)分光器后不會(huì)為了爭(zhēng)奪時(shí)隙而產(chǎn)生沖突。

圖2 ?上行數(shù)據(jù)

GPON技術(shù)可滿足用戶接入能力達(dá)到10Mbit/s的要求，10G GPON技術(shù)可滿足用戶接入能力達(dá)到100Mbit/s的要求?，F(xiàn)網(wǎng)中有大量的GPON設(shè)備已使用并大量部署，10G GPON已逐步展開部署。10G GPON與GPON如何共存、如何升級(jí)，有多種不同實(shí)現(xiàn)的方案。

l?外置WDM1r合波方案

GPON向10G GPON的升級(jí)演進(jìn)，需考慮到GPON和10G GPON頻譜使用的影響，下行方向中，GPON采用S波段1480~1500nm，與10G GPON下行使用的1575~1580nm不重疊；上行方向中，GPON ONU中使用DFB激光器，上行僅使用O波段的1290~1330nm子波段，與10G GPON上行使用的1260~1280nm不重疊，因此如果要實(shí)現(xiàn)GPON和10G GPON的共存，從基本原理上說，可以通過合波方式進(jìn)行，增加10G GPON業(yè)務(wù)線卡以及10G GPON ONU；網(wǎng)管升級(jí)，支持10G GPON業(yè)務(wù)管理；運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)支持10G業(yè)務(wù)發(fā)放。

圖3 ?外置WDM1r合波方案

這種方案只需新增一個(gè)無源合波設(shè)備，就可以使用原有的ODN網(wǎng)絡(luò)，主要適用于機(jī)房空間足夠的場(chǎng)景。但外置WDM1r合波設(shè)備會(huì)占用機(jī)房空間，針對(duì)部分機(jī)房空間不足的場(chǎng)景還是面臨一些限制。

l?PON Combo合一板方案

考慮到WDM1r合波設(shè)備占用機(jī)房空間，可以采用PON Combo合一板方案，這種方案由PON Combo合一板和合一尾纖連接器組成。合一尾纖連接器由普通的尾纖演化而來，通過將2個(gè)連接器（GPON和10G GPON連接器）合二為一，并內(nèi)置WDM1r合波器件，以最小的體積實(shí)現(xiàn)GPON和10G GPON的合波，COMBO線卡替換GPON業(yè)務(wù)線卡，光纖線路不變；網(wǎng)管升級(jí)，支持10G GPON業(yè)務(wù)管理；運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)支持10G業(yè)務(wù)發(fā)放。

圖4 ?PON Combo合一板方案

這種方案的優(yōu)點(diǎn)在于不需要獨(dú)立的外置WDM1r合波設(shè)備，機(jī)房空間不變，不影響現(xiàn)網(wǎng)GPON ONU光路，合一尾纖連機(jī)器屬于無源設(shè)備，定制化成本低、故障率低。

l?PON Combo光模塊方案

業(yè)內(nèi)一家重要的設(shè)備商研制的PON Combo光模塊通過三合一工藝，在內(nèi)部集成了GPON光模塊、10G GPON光模塊和WDM1r合波器，配合對(duì)應(yīng)的PON單板，實(shí)現(xiàn)GPON到10G GPON的升級(jí)。

圖5 ?PON Combo光模塊方案

這種方案的優(yōu)點(diǎn)在于PON Combo光模塊集成了所有10G GPON平滑演進(jìn)所必須的器件，ODN無需改動(dòng)。不過這種方案也有限制：受限于工藝和散熱影響，當(dāng)前PON Combo光模塊中的GPON和10G GPON的光功率預(yù)算分別只能達(dá)到28dB/29dB，即Class B+ 和Class N1等級(jí)，在長(zhǎng)距離或大分光比情況下可能會(huì)影響覆蓋范圍；同時(shí)PON Combo光模塊定制會(huì)增加成本。

EPON下行波長(zhǎng)工作在1480~1550nm(中心波長(zhǎng)為1490nm)，10G EPON下行波長(zhǎng)工作在1260~1280nm(中心波長(zhǎng)為1270nm)，兩者之間沒有波長(zhǎng)重疊；EPON上行波長(zhǎng)工作在1260~1310nm（中心波長(zhǎng)為1310nm），10G EPON上行波長(zhǎng)工作在1260~1280nm（中心波長(zhǎng)為1270nm），兩者部分重疊。因此如果要實(shí)現(xiàn)EPON和10G EPON的共存，必須采用雙頻率TDMA技術(shù)，這樣可以保證OLT既能接收EPON ONU發(fā)送的上行信號(hào)，又能接收10G EPON ONU發(fā)送的上行信號(hào)。

由于10G EPON具有向下兼容特性，因此同一個(gè)10G PON口下既可以承載EPON ONU，也可以承載10G EPON ONU。從EPON到10G EPON的升級(jí)只需將OLT側(cè)原有的EPON單板替換成10G EPON單板，不改變ODN網(wǎng)絡(luò)，將連接OLT端EPON單板的光纖調(diào)換到10G EPON單板即可，10G EPON線卡替換EPON 業(yè)務(wù)線卡，光纖線路不變；網(wǎng)管升級(jí)，支持10G EPON業(yè)務(wù)管理；運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)支持10G業(yè)務(wù)發(fā)放。

圖6 ?EPON到10G EPON

這種方案的優(yōu)點(diǎn)在于現(xiàn)網(wǎng)中使用的OLT平臺(tái)設(shè)備可以直接擴(kuò)容10G EPON單板，支持EPON與10G EPON共存；不用重新布線，兼容現(xiàn)有的ODN網(wǎng)絡(luò)；10G EPON相比于EPON在組網(wǎng)模式上沒有明顯的區(qū)別，完全兼容EPON終端，真正做到按需升級(jí)，在保證原有設(shè)備資源的情況下充分利用資源，極大地降低投資風(fēng)險(xiǎn)。

小結(jié)

PON技術(shù)是寬帶接入網(wǎng)業(yè)務(wù)承載的重要方式，伴隨著4K視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)等大流量、高帶寬業(yè)務(wù)的開展和普及，10G PON替代GPON/EPON已成大勢(shì)所趨。本文對(duì)10G PON的關(guān)鍵指標(biāo)、工作原理、GPON到10G GPON、EPON到10G EPON的升級(jí)改造路徑和技術(shù)方案進(jìn)行了闡述和分析。10G PON在光接入網(wǎng)絡(luò)中具有非常光明的前景，必將在不遠(yuǎn)的將來在寬帶市場(chǎng)中占據(jù)“霸主”地位。