淺析寬帶接入中的GPON技術

伍麗華

（鐵通廣西分公司，廣西 南寧 530003）

隨著用戶對帶寬需求的不斷增加，光傳輸在接入網中的作用越來越重要。當前，寬帶接入技術主要有銅纜接入和光纖接入兩種模式，傳統的固網運營商前期主要以銅纜接入為主，但隨著銅纜網絡建設成本急劇上升和寬帶多業務對接入帶寬需求的快速增長，采用銅纜DSL方式能夠提供的帶寬非常有限，難以滿足后續業務開展的帶寬需求，因此 FTTX（光纖到某處）成為當前接入領域最為關注的熱點，而EPON和GPON則是當前FTTX建設最具代表性的無源光接入技術，它打破了傳統的點到點解決方法，在解決寬帶接入問題上是一種經濟的寬帶接入技術。GPON（Gigabit－CapablePON）技術是基于 ITUTG.984.x標準的最新一代寬帶無源光綜合接入標準，具有高帶寬、高效率、大覆蓋范圍，能夠為用戶提供視頻、數據、語音三網合一業務接入，服務質量可靠、安全，被大多數運營商視為實現接入網業務寬帶化、綜合化改造的理想技術。隨著GPON標準、技術的進一步完善、產業鏈的日趨成熟，必將超越EPON成為運營商實現接入網業務寬帶化、綜合化改造的首選技術。

1 GPON系統組成及特點

1.1 GPON系統組成

GPON系統是由ONU（光網絡單元）、ODN（光分配網絡）、OLT（光線路終端）三部分構成。ONU一般布署在樓內或小區機房，其功能是提供接入網到用戶側的接口，從而使數據、語音、視頻等多業務流實現接入，并通過GE光口經ODN與OLT實現連接；ODN由光分路器和光纖線路等組成；在業務接入中心節點放置OLT，而OLT的作用是為接入網提供城域網和網絡側之間的接口，利用多個FE/GE接口與不同的業務網絡連接。

GPON系統采用WDM技術，實現單纖雙向傳輸，使用上行1 310 nm和下行1 490 nm波長傳送數據和語音，CATV業務則使用1 550 nm波長承載在下行鏈路方向，OLT采用TDM時分復用，以廣播方式與各個 ONU進行通信；上行鏈路方向，由于只有一條干路光纖連接 OLT，需要在多個ONU之間采用TDMA時分多址接入，來控制對共享介質的訪問以避免沖突GPON下行速率可提高到 2.5 Gbit/s，下行可達 1.25 Gbit/s（GPON的工作原理見圖1）。

圖1 GPON的工作原理

1.2 GPON技術特點

GPON技術不僅保留了與 PON相關的許多功能，如OAM消息DBA等；而且GPON還相對能提供更高速帶寬接入和更大的分路比，具有多種業務類型，包括 ATM 業務、TDM 業務及IP/Ethernet業務及其完善的QoS保證架構、高效率的GEM封裝、豐富的ONU管理控制接口（OMCI）功能，但其相應技術復雜，設備成本較高。總的來說，GPON具有以下主要技術特點：

1.2.1 高帶寬

GPON的下行最高速率是 2.488 Gb/s，上行最高速率是1.244 Gb/s，這樣的傳輸速率完全滿足未來網絡日益增長的對高帶寬的需求，同時非對稱特性更能適應寬帶數據業務市場。

1.2.2 QoS保證的全業務接入

GPON能夠同時承載ATM信元和GEM幀，有很好的提供服務等級、支持QoS保證和全業務接入的能力。目前，ATM承載話音、PDH、Ethernet等多業務的技術已經非常成熟；使用GEM承載各種用戶業務的技術也得到大家的一致認可，已經開始廣泛應用和發展。

1.2.3 很好地支持TDM業務

TDM 業務映射到 GEM 幀中，由于 GPONTC幀幀長為125us，能夠直接支持TDM業務。TDM業務也可映射到ATM信元中，也能提供有QoS保證的實時傳輸。

1.2.4 簡單、高效的適配封裝

采用 GEM 對多業務流實現簡單、高效的適配封裝。在APON中，所有的多業務流（話音、數據業務流）都必需進行協議轉化，映射到ATM信元中傳輸。眾所周知，5字節的ATM頭相對于48字節的數據來說，會帶來超過10 %的帶寬損失，特別對于長分組的數據包來說，其打包過程復雜、效率非常低。而在EPON中，雖然直接承載以太網幀，實現過程簡單，但僅考慮8B/l0B的線路編碼就已經有20 %的帶寬浪費，加上對以太網幀的封裝和開銷，EPON帶寬利用率比GPON低30 %左右。同時，在傳輸 TDM 業務時，需要將其通過協議轉化映射到以太網幀中，目前對此技術還沒有規定統一的標準。GPON的GEM提供了一種靈活的幀結構封裝，支持定長和不定長幀的封裝，對多種業務實現通用映射，不需要進行協議轉換，實現過程簡單、開銷小，協議封裝效率最高可達94 %，實現了帶寬資源的充分利用。

1.2.5 強大的OAM能力

針對以太網系統在網路管理和性能監測的不足，GPON從消費者需求和運營商運行維護管理的角度，提供了 3種 OAM通道：嵌入的OAM通道、PLOAM和OMCI。它們承擔不同的OAM任務，形成C/MPlance（控制/管理平面），平面中的不同信息對各自的OAM功能進行管理。GPON還繼承了G.983中規定的 OAM 相關要求，具有豐富的業務管理和電信級的網絡監測能力。

1.2.6 設備成本較高

GPON承載有QoS保障的多業務和強大的OAM能力等優勢很大程度上是以技術和設備的復雜性為代價換來的，從而使得相關設備成本較高，但隨著GPON技術的發展和大規模應用，GPON設備的成本必定會有相應地下降。

2 GPON的應用

GPON在實際應用時需關注以下幾個問題：

（1）GPON各設備布放的位置將極大地影響光纜網絡的布局以及投資成本。例如，OLT布放在局端會占用部分主干光纜，布放在小區內受到局房資源和配套費用的限制。發展初期建議布放在局端。為了節約小區內光纜資源，降低初期投入，提高實裝率，光分路器應采用多級級聯方式。在選擇各設備布放位置的同時應結合小區內用戶的分布情況以及不同用戶的帶寬需求，對密集型的用戶群和分散型用戶群區別對待。如對于高檔公寓或者別墅等新建高檔住宅小區的客戶，相對于普通住宅用戶的業務消費能力要強，客戶群優良，消費層次高，這部分用戶的業務需求主要包括IPTV、Internet專線接入、電話甚至視頻會議。在進行GPON網絡設計時，可以使光線直接敷設入戶，采用靈活的寬帶接入方式FTTB＋LAN／VDSI，進行組網。

（2）光纜的布放方案、入戶方式以及光纜纖的選擇是GPON組網過程中最關鍵的問題，將直接影響整體投資、光纜利用率、設備利用率和管道利用率。

（3）采用PON技術對目前的用戶光纜網組網方式提出很高的要求，尤其是在小區內部用戶光纜的布放上。如果對每個用戶單獨布放一條光纜，則小區內需要大量的光纜，將大量消耗小區內的管道資源，導致用戶成本上升。因此，需要在建設前期做好用戶光纜網絡的規劃工作，包括主干光纜路由、芯數等方面，盡量避免資源浪費。

3 結束語

總之，GPON在運營商運營的初期可以提供低成本、高品質的寬帶接入業務，后續具備適應互聯網Web2.0發展要求，有著更廣泛的覆蓋范圍、更高的帶寬、更遠的傳輸距離、更低的建設成本、更高的安全保密性等眾多優點，已經能夠滿足批量商用的需求，從技術上已經實現了從當前GPON技術向未來l0G EPON和10G GPON技術的平滑演進，選擇GPON技術作為光接入建設主流技術，是實現可持續發展的具有強大市場競爭力的解決方案。