淺議10G EPON技術及工程建設中的應用

管俊

【摘要】 隨著科技的發(fā)展，寬帶接入技術也在快速的發(fā)展演進，從最早的ADSL，到后來的LAN，再到現(xiàn)在的PON技術，更新的時間間隔也越來越短。在以高帶寬為主要特征的視頻、多媒體、云等新業(yè)務、新技術的驅動下，以及網(wǎng)絡光纖化的驅動下，10G EPON技術成為目前探討和研究的方向之一。

【關鍵詞】 10G EPON 關鍵技術 特點優(yōu)勢 實際應用

隨著國家寬帶戰(zhàn)略的出臺，各大運營商加快了寬帶接入網(wǎng)絡的建設，不但在新建住宅推行FTTH光網(wǎng)絡建設，而且還不遺余力地對ADSL、LAN等舊網(wǎng)絡進行升級改造，使其達到全光或準光網(wǎng)絡的標準。隨著在線游戲、高清視頻會議、OTT視頻、云技術等高帶寬業(yè)務的高速發(fā)展，特別是目前出現(xiàn)的3D視頻，4K視頻等技術，以及未來的全息視頻技術，都對接入帶寬，特別是下行帶寬，提出更高的要求，動輒20M，50M，甚至100M以上的帶寬，而目前的接入技術無法承載如此高的帶寬。從業(yè)務的發(fā)展以及網(wǎng)絡演進的角度來看，運營商迫切需要新技術來承載高帶寬業(yè)務，這就為10G EPON技術帶來了機遇和挑戰(zhàn)。

一、10G EPON技術簡介

從2005年起，IEEE就開始進行10G EPON技術的研究和標準化工作，領先10G GPON取得技術突破，于2009年9月正式發(fā)布技術標準（IEEE802.3av）。

IEEE802.3av規(guī)定了10G下行/1G上行和10G對稱兩種速率模式。為了實現(xiàn)10G EPON與1G EPON的兼容以及網(wǎng)絡的平滑演進，IEEE802.3av在波長分配、多點控制機制方面都有專門的考慮，以保證兩種制式在同一ODN下的共存。10G EPON盡可能沿用1G EPON的MAC和MPCP等協(xié)議，對MPCP協(xié)議做了少量的修改，并定義了新的PHY層，如圖1、2所示。從圖中可以看出，由1G EPON升級到10G EPON，改動比較大的地方，主要集中在物理層，而避免了MAC層以上各層的大改動。

二、10G EPON部分關鍵技術

2.1 PCS層

10G EPON下行傳輸速率為10Gbps，上行方向支持1Gbps與10Gbps兩種傳輸速率。它下行采用64B/66B編碼，效率達到97%，相比1G EPON的8B/10B（效率為80%）有了明顯提升，從而實現(xiàn)10.3125Gps的線路速率。上行速率若為1Gbps，則采用與EPON相同的8B/10B編碼。

2.2 FEC（前向糾錯）

FEC允許鏈路可以在接收器有更高的比特誤差率下運行，從而有效提高光纖鏈路預算，支持更長的鏈路距離或更高的分光比。由于在更高比特率下其日益顯著的重要性，因而 FEC是10G EPON所必需的。10G EPON FEC在兩方面有別于EPON。首先，10G EPON使用更強大的RS（255，223），而非 EPON可選的RS（255，239）代碼。其次，10G EPON FEC沒有采用以太網(wǎng)幀機制，而是采用了串流媒體數(shù)據(jù)的固定長度序列機制，將FEC同位字放入專門的66B模塊中。下行信號是FEC碼字的持續(xù)串流，包含了以太網(wǎng)幀以及所有數(shù)據(jù)包之間的信息（如IPG和Ordered Set數(shù)據(jù)）。上行傳輸也與此類似，只是上行突發(fā)的首個FEC碼字與突發(fā)的開始一致，從而使OLT FEC解碼器能夠立即支持每次突發(fā)的碼字同步。

2.3 光功率預算

10G EPON標準規(guī)定了更高的鏈路光功率預算（Power Budget）。除了與EPON相同的20dB和24dB外，還根據(jù)實際組網(wǎng)需要，定義了29dB的光信道插入損耗。10G EPON標準按照對稱和非對稱傳輸速率定義了3類功率預算：

——非對稱（10G/1G）：PRX10，PRX20，PRX30。

——對稱（10G/10G）：PR10，PR20，PR30。

目前10G EPON的功率預算最大可支持20km傳輸距離和1：32分光比。

2.4 波長劃分

在波長規(guī)劃方面，為了實現(xiàn)與1G EPON的兼容，10G EPON沒有使用1G EPON所用的1490nm下行波長，同時考慮避開模擬視頻波長（1550nm）和OTDR測試波長（1600～1650nm），IEEE802.3av標準選擇1577nm作為10Gbps下行信號的波長（波長范圍1574～1580nm）。因此，在下行方向，10Gbps信號與1Gbps信號為WDM方式。而上行方向，1Gbps信號的波長是1310nm（1260～1360nm），IEEE802.3av標準規(guī)定10Gbps信號的上行波長是1270nm（1260～1280nm），二者有重疊，因此不能采用WDM方式，只能采用雙速率TDMA方式。籍此，10G EPON OLT可以同時發(fā)現(xiàn)10G/10G ONU，10G/1G ONU和1G/1G ONU三種，如圖3所示 。

三、10G EPON特點及優(yōu)勢

作為EPON的發(fā)展，10G EPON全面繼承了以太網(wǎng)技術簡練適用、成本低廉、擴展性好的特性，在下一代PON技術關注的核心指標方面顯現(xiàn)了突出的優(yōu)勢，具有強大的生命力。

第一、10G EPON標準進展領先

10G EPON標準IEEE802.3av已在2009年9月正式頒布，定義了10G對稱和不對稱兩種速率模式。10G GPON的標準分為XGPON1和XGPON2，XGPON1定義了10G下行/2.5G上行，于2010年年中定稿，比10G EPON標準晚了近一年，而定義對稱10G的XGPON2標準仍未確定，而且還會向10G EPON標準靠攏。

第二、10G EPON的產業(yè)鏈比10G GPON更成熟

10G EPON的產業(yè)鏈已相對成熟，幾大芯片廠家都推出ASIC方案，設備廠家也都推出了10G EPON設備。相對而言，10G GPON主要是華為、阿朗等幾大廠商采用自己開發(fā)的芯片來實現(xiàn)，芯片廠商反而進展較慢。這造成10G GPON主要被幾大廠家壟斷，其他廠商難以形成競爭，不利于產業(yè)鏈的成熟。

第三、10G EPON能夠提供更高帶寬的速率，滿足今后幾年的帶寬需求

綜合現(xiàn)網(wǎng)的幾種PON網(wǎng)絡制式，EPON帶寬為1G下行/1G上行，GPON為2.5G下行/ 1.25G上行，10G EPON帶寬則為10G下行/1G上行或10G對稱?？梢?0G EPON最高能達到對稱10G速率，是EPON的10倍，GPON的4倍。按照FTTH模式，1：64分光比計算，EPON每戶分配帶寬為15.63Mbps，GPON為39.07Mbps，10G EPON為156.25Mbps，10G EPON在今后幾年內足以保證家庭客戶接入100M帶寬的需求。

第四、10G EPON能夠提供更高光功率預算，支持更大分光比和更遠的距離

IEEE802.3av定義了PR（X）30光功率預算等級，支持29dB的最大插入損耗。近年來，中國寬帶接入應用發(fā)展迅猛，成為發(fā)展最快的市場，在寬帶光接入的標準制定上也走在業(yè)界前列。為更好地滿足大分光比應用需求，中國電信等中國運營商和產業(yè)鏈上下游共同推動，進行可行性研究與技術突破，率先在中國的CCSA標準中，增加了PR（X）40/50高功率預算定義。PR（X）40/50光功率預算分別將10G EPON最大插入損耗提高到33dB和37dB，可以使10G EPON在1：128和1：256分光比條件下支持更遠的傳輸距離。

第五、10G EPON兼容EPON，優(yōu)勢明顯

10G EPON與EPON基于相同的標準體系，和EPON兼容共存是10G EPON的基本目標，二者在ODN、管理維護、業(yè)務承載、平滑升級等方面具有天然的兼容性。作為EPON的平滑升級，10G EPON不但能與EPON共用ODN網(wǎng)絡，而且還能直接與EPON ONU互通，用戶可以根據(jù)帶寬需求靈活選擇EPON或10G EPON ONU類型，實現(xiàn)按需平滑升級，這也最大程度的利用了現(xiàn)網(wǎng)資源，節(jié)省了運營商網(wǎng)絡成本。但是10G GPON OLT卻不能與GPON ONU互通，如果要實現(xiàn)兼容，只能采用WDM方式，將10G GPON的PON口和GPON的PON口通過波分復用耦合到同一個ODN中進行傳輸，這將極大增加網(wǎng)絡復雜程度和投資成本。

四、10G EPON技術的實際應用

溫州電信在過去的幾年里建設了大量的寬帶小區(qū)，其中較多的封閉式住宅小區(qū)采用了LAN、EPON FTTB等模式進行建設。隨著設備老化，用戶數(shù)量增多以及流量激增，原有網(wǎng)絡急需升級改造。經(jīng)過綜合比較和評估，我們最終選擇10G EPON技術來進行建設、改造。

4.1 技術方案的選擇

寬帶小區(qū)的建設模式有FTTH，F(xiàn)TTB和FTTN。

采用FTTH模式進行改造時，需要廢棄原有的五類線，布放新光纜至用戶家中，線路改造成本巨大，而且還存在入戶困難的問題，特別是碰到已經(jīng)裝修的家庭，更是直接拒絕墻壁打洞，明線布放的光纖改造方式，因此推進FTTH困難重重；雖然10G EPON逐步成熟商用，但當前ONT終端成本還是較高，估計占到整個設備投資的80%-90%，大大高于EPON、GPON的終端成本。如此高昂的線路成本和設備成本，使得利用10G EPON來進行FTTH改造還是一項不合理的選擇。

采用FTTB模式進行改造時，能夠充分利用原有的五類線資源和光纖資源，只需進行少量線路改造（改造不合理的LAN網(wǎng)絡結構），就能直接升級成10G EPON，極大節(jié)省線路投資；FTTB模式下10G EPON ONU價格雖然比EPON ONU高了30%以上，但同時帶寬提升了10倍，綜合下來還是合算的。

FTTN模式主要在用戶分散的情況下使用，這與封閉式小區(qū)用戶集中的場景結構不一致，所以也不在考慮之列。

綜上所述，我們結合現(xiàn)有網(wǎng)絡場景，最終選擇FTTB模式進行升級改造，以最大程度利用原有資源。

4.2 新建小區(qū)建設

因為國家寬帶戰(zhàn)略出臺不久，住宅光纖入戶還有時間的延后性，所以目前竣工的住宅小區(qū)有些仍然采用五類線入戶。針對這些小區(qū)，我們直接采用10G EPON結合FTTB模式進行建設。如圖所示，我們在小區(qū)配線房中心放置一臺1：32分光器，上聯(lián)至局端10G EPON OLT，分光器再向下連至小區(qū)每幢樓的樓道箱處，樓道箱內放置一臺10G EPON FTTB ONU，然后經(jīng)由五類線連到用戶家中，解決寬帶和語音需求。

4.3 LAN小區(qū)改造

由于LAN小區(qū)建設時間較早，部分小區(qū)采用的是“中心交換機-樓道交換機-樓道2級交換機”的三層結構，因此需要進行少量的線路改造，將原來3層結構改為“中心分光器-樓道ONU”的二層網(wǎng)絡模型，增加10G EPON ONU，遷移用戶，并拆除原LAN設備。

4.4 EPON小區(qū)改造

EPON小區(qū)的網(wǎng)絡結構改造前后是一致的，因此線路部分不用調整，只需將局端PON口從EPON端口改到10G EPON端口，然后現(xiàn)場設備更換成10G EPON ONU即可。并且我們充分利用10G EPON兼容EPON的特性，對用戶安裝密集，流量要求高的地方換裝10G FTTB ONU，用戶數(shù)量較少，要求不高的地方先保持EPON ONU不動，等待以后適時換裝，以充分利用資源，提高效率。

4.5 建設成果

溫州電信從2011年起開始跟蹤、試用10G EPON技術，并逐漸擴大范圍。經(jīng)過3年的努力建設，溫州電信使用FTTB模式改造了近350個LAN、EPON小區(qū)成為10G EPON小區(qū)，投入設備6千多臺，建成了15萬的端口能力，極大的提高了網(wǎng)絡帶寬承載，為用戶提供了100M帶寬接入能力，同時又把成本控制在較小范圍內，顯示了較高的經(jīng)濟效益。

4.6 終極模式的技術準備

雖然現(xiàn)在用的是FTTB模式，但我們仍然認為FTTH模式才是網(wǎng)絡的終極方式。因為FTTB模式下，依舊存在著五類線老化，設備環(huán)境差造成網(wǎng)絡不穩(wěn)定等因素，所以將來終端成本降到合理范圍的時候，還是要改為FTTH場景。

我們?yōu)镕TTB場景改造為FTTH場景設計了二級分光方式。中心一級分光器保持不變或改成1：16分光器，在樓道處放置一臺1：8或1：16的二級分光器，逐步將FTTB用戶遷往FTTH，最終拆除樓道ONU。在此方式下，總分光比將達到1：256，因此我們需要更高的光功率預算，PR（X）40/50光模塊的成熟是必不可少的。

五、結語

如圖 4所示，隨著科學技術的不斷地發(fā)展，各種各樣的網(wǎng)絡技術都得到了廣泛的應用，10G EPON技術作為一種新型的網(wǎng)絡技術更是受到了熱烈的研究和討論。它自身獨特的優(yōu)勢以及在工程中的靈活應用，決定了未來幾年內，很有可能取代ADSL、LAN、EPON、GPON等技術，成為網(wǎng)絡技術發(fā)展中的主流。