從成本和功耗的角度比較NG-PON2實(shí)現(xiàn)方案

【摘要】本文選取了兩個(gè)典型的40G-PON實(shí)現(xiàn)技術(shù)方案：TWDM-PON和OFDM-PON，從成本和功耗的角度分析和比較了這兩種方案，最后對NG-PON2的技術(shù)方案做了總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】TWDM-PONOFDM-PONNG-PON2

NG-PON2 solution comparison from the aspect of cost and power consumption Chen Ge Huang Chuan He Yan

Fiberhome Telecommunication Technologies Co.，Ltd

【Abstract】This paper first introduce the typical TWDM-PON and OFDM-PON architecture for 40G-PON system， then analysis and compare the two solution from the aspect of cost and power consumption， and finally make the conclusion that the TWDM-PON solution would be the best choice for NG-PON2.

【Keyword】TWDM-PON；OFDM-PON；NG-PON2

一、前言

隨著大量高級多介質(zhì)應(yīng)用的發(fā)展，IPTV、高清視頻、移動多媒體等新業(yè)務(wù)不斷涌現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求出現(xiàn)了迅猛增長。由于新興應(yīng)用的出現(xiàn)和不斷增加帶寬的需求，NG-PON（Next-Generation PON）自然要求有更高的帶寬能力。如圖1所示，NG-PON技術(shù)包括兩個(gè)階段：NG-PON1和NG-PON2，其中NG-PON2是對現(xiàn)有GPON標(biāo)準(zhǔn)的革命性變革，也被視為一個(gè)長期的解決方案。NG-PON2的演進(jìn)方向也是ITU-T和FSAN等國際標(biāo)準(zhǔn)組織的討論熱點(diǎn)。正因?yàn)槿绱耍沟肗G-PON2目前有多種可選的技術(shù)方案，主流技術(shù)包括純WDM PON（Wavelength Division Multiplexed PON）、OFDM PON（Orthogonal Frequency Division Multiplexed PON）、TWDM PON（Time and Wavelength Division Multiplexed PON）等。在這些備選的技術(shù)方案中，方案的ODN兼容性、帶寬、容量、功耗和經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)[1]將直接決定該方案是否能成為NG-PON2的標(biāo)準(zhǔn)。本文將選取兩個(gè)最為典型的40G-PON技術(shù)方案進(jìn)行方案論述與比較。方案一為基于TDMA技術(shù)的4λ×10G/λ的TWDM-PON實(shí)現(xiàn)方案，方案二為基于OFDMA技術(shù)的2λ×20G/λ的OFDM-PON實(shí)現(xiàn)方案。之所以選擇TWDM-PON和OFDM-PON作為比較對象，一方面是同樣作為NG-PON2備選解決方案，兩者的上下行速率相當(dāng)，下行速率均為40Gbit/s，上行速率均為10Gbit/s，這有利于比較二者的總體成本和功耗。另一方面，OFDM-PON和TWDM-PON集中體現(xiàn)了提升網(wǎng)絡(luò)聚合帶寬的兩種不同思路[2]。即在OFDM-PON中通過引入高階調(diào)制方式以提高單個(gè)波長承載的速率（例如2λ×20G/λ），而TWDM-PON則是將多個(gè)較低速率的通道聚合以實(shí)現(xiàn)更高速率（例如40λ×1G/λ）。

二、方案及系統(tǒng)架構(gòu)概述

2.1TWDM-PON的系統(tǒng)架構(gòu)

·波分復(fù)用器

·OLT端光交錯(cuò)濾波器

·10G可調(diào)接收機(jī)

·OLT和ONU端的DSP

·OLT側(cè)2個(gè)DAC

·ONU側(cè)ADC及可調(diào)10G接收機(jī)

以上我們針對兩種方案的實(shí)現(xiàn)原理和系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行了簡要描述，下面將著重從系統(tǒng)關(guān)鍵器件的成本及功耗兩個(gè)方面對兩種方案進(jìn)行對比和分析。

三、核心器件的成本對比

基于以上系統(tǒng)架構(gòu)，本節(jié)將會對兩種方案的核心器件成本進(jìn)行分析比較。其中，電子器件的成本將按照倍數(shù)關(guān)系等價(jià)換算為光模塊的成本，以便于得出比較直觀的結(jié)果。對OFDM-PON和TWDM-PON的核心器件成本對比如表1所示：

從以上數(shù)據(jù)來看，OFDM-PON的系統(tǒng)器件成本比TWDM-PON系統(tǒng)要高。DAC、ADC芯片在速度和精度上都受限，目前還難以實(shí)現(xiàn)高速率的轉(zhuǎn)換，而高速DSP芯片目前仍比較昂貴，ONU的成本難以控制。從長遠(yuǎn)來看，光器件的應(yīng)用范圍不及電子器件廣泛，因此光器件在成本下降的可能性及幅度上都不及電子器件。所以，可以預(yù)計(jì)OFDM-PON系統(tǒng)中使用的DAC/ADC/DSP等電子器件的成本應(yīng)該還有一定的壓縮空間，這也表明OFDM-PON的實(shí)際成本還有較大的不確定性。如果要滿足NG-PON2標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程的時(shí)間表，即在2015年完成標(biāo)準(zhǔn)化工作，且能夠?qū)嶋H投入生產(chǎn)和運(yùn)營，則OFDM-PON的成本屆時(shí)能否達(dá)到可接受的范圍還存在較大的疑問。

在2012年FSAN漢茨維爾會議上，阿爾卡特朗訊公司以XG-PON為基準(zhǔn)，將NG-PON2中的備選方案在每ONU的有效成本上做了對比，結(jié)果顯示OFDM-PON的有效成本在所有備選方案中是最高的（見圖4[3]）。雖然OFDM技術(shù)用于高速光接入系統(tǒng)已經(jīng)成為可能，且業(yè)界已推出了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，但距離成熟的產(chǎn)品技術(shù)、低成本的系統(tǒng)還有相當(dāng)?shù)木嚯x。在NG-PON2的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程中，這些都是不能忽視的因素。

反觀TWDM-PON是通過堆疊XG-PON的方式來實(shí)現(xiàn)，額外增加的器件較少，與現(xiàn)有的XG-PON技術(shù)有良好的繼承性，有著強(qiáng)大的后向兼容能力，能夠大幅度地節(jié)約成本。在對成本因素更為敏感的運(yùn)營商群體中，TWDM-PON已經(jīng)獲得了絕大多數(shù)運(yùn)營商的青睞。

四、核心器件的功耗對比

近年來，隨著寬帶互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的普及以及三網(wǎng)融合的推進(jìn)，通信網(wǎng)絡(luò)自身的建設(shè)步伐不斷加快，隨之而來也帶來了能源消耗與環(huán)境污染的問題。在此背景下，采用綠色節(jié)能設(shè)備，構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展的綠色通信網(wǎng)絡(luò)，對通信行業(yè)來說是大勢所趨，因此每種技術(shù)方案的功耗也是需要考慮的目標(biāo)之一。本節(jié)我們首先分析NG-PON2系統(tǒng)的功耗主要是由哪些部分組成，明確功耗產(chǎn)生的來源，建立功耗的計(jì)算模型。之后分別針對TWDM-PON和OFDM-PON計(jì)算出理想狀態(tài)下系統(tǒng)的總功耗，得出明確的對比值。計(jì)算功耗時(shí)用到的數(shù)據(jù)均取自主流廠商的器件手冊及仿真測試結(jié)果[4]。

NG-PON2系統(tǒng)的功耗主要由三大部分組成，即：物理層光學(xué)器件、協(xié)議層處理，以及系統(tǒng)中通用組件產(chǎn)生的功耗。其中物理層的光學(xué)器件以及協(xié)議層的處理是與特定的系統(tǒng)方案相關(guān)的，可以將NG-PON2系統(tǒng)分解為下表2中的各個(gè)組件：

為了便于計(jì)算，我們忽略系統(tǒng)的通用組件不計(jì)，只對核心器件產(chǎn)生的功耗進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)本文第二節(jié)提出的兩種NG-PON2方案，每個(gè)OLT都需要支持64個(gè)ONU，則系統(tǒng)總功耗可計(jì)為：System = 1×OLT + 64×ONU。分解TWDM-PON可得到表3所示的結(jié)果：

同樣，將OFDM-PON分解也可以得到類似的結(jié)果，只是還需要在協(xié)議處理中加入DSP/ADC/DAC的功耗。

根據(jù)表3和表4，我們可以計(jì)算出理想狀態(tài)下TWDM-PON系統(tǒng)的整體功耗為：

可見在核心器件的功耗對比上，OFDM-PON仍然不占優(yōu)勢。

五、結(jié)論

本文主要針對4λ×10G/λ的TWDM-PON與2λ×20G/λ的OFDM-PON在成本以及功耗方面做了比較。我們需要在引入新型電子器件與擴(kuò)展的多波長通道疊加這兩種方式之間尋求平衡點(diǎn)[5]。

除了對核心器件的成本和功耗方面的考慮，從技術(shù)角度來看，由于TWDM-PON不需要改動運(yùn)營商已鋪設(shè)的ODN網(wǎng)絡(luò)，在協(xié)議上最接近已廣泛部署的GPON或XG-PON，是GPON和XG-PON的自然演進(jìn)，因此該方案對運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)繼承型演進(jìn)特性表現(xiàn)最佳，能夠最大化地降低運(yùn)營商光接入網(wǎng)演進(jìn)成本，并且已獲得了華為、中興通訊、阿爾卡特朗訊、BroadLight、Calix、Mitsubishi、PMC等主流系統(tǒng)和芯片廠商的推動和認(rèn)可。而OFDM-PON雖然在學(xué)術(shù)界的呼聲很高，但實(shí)現(xiàn)成本較高，系統(tǒng)復(fù)雜度高。各大設(shè)備商對OFDM-PON的支持還只停留在樣機(jī)試制的階段，而從近期FSAN標(biāo)準(zhǔn)會議的討論結(jié)果來看，TWDM-PON已經(jīng)被確定為主要的NG-PON2標(biāo)準(zhǔn)。因此在實(shí)現(xiàn)成本上TWDM-PON將會是更好的選擇。

參考文獻(xiàn)

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[5] NEDA C. The Role of Spectrum in Measuring Cost and Power Consumption for NG-PON2[R]. FSAN NGPON2 Workshop， San Diego. 2011.11