淺談下一代PON技術(shù)演進(jìn)

夏青

摘要：隨著通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，電信業(yè)務(wù)逐漸寬帶化、綜合化和數(shù)字化，本文主要介紹當(dāng)前光纖寬帶接入技術(shù)的最新進(jìn)展及技術(shù)演進(jìn)。

關(guān)鍵詞：PON 10G PON NG-PON2

一、引言

無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）技術(shù)以其節(jié)省主干光纖和局端設(shè)備光接口、服務(wù)范圍大、帶寬分配靈活和運(yùn)維成本低等特點(diǎn)，成為寬帶光接入的主要接入方式，無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）由光線路終端（OLT）、光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）和光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN）組成。一般其下行采用TDM廣播方式、上行采用TDMA（時(shí)分多址接入）方式，PON是一種純介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，由于消除了局端與用戶端之間的有源設(shè)備，因此它能避免外部設(shè)備的電磁干擾和雷電影響，減少線路和外部設(shè)備的故障率，提高系統(tǒng)可靠性，同時(shí)可節(jié)省維護(hù)成本，是運(yùn)營商長期期待的技術(shù)。PON的業(yè)務(wù)透明性較好，原則上可適用于任何制式和速率的信號(hào)。1G EPON 在寬帶接入網(wǎng)建設(shè)及光進(jìn)銅退接入網(wǎng)改造過程中得到大量應(yīng)用。雖然1G EPON 能夠提供 1Gb/s 的上下行帶寬，但隨著一些新業(yè)務(wù)的逐漸普及，也對(duì) PON 技術(shù)提出了更高的要求。

2001年和2002年，權(quán)威標(biāo)準(zhǔn)組織IEEE和FSAN/ITU-T分別提出EPON和GPON概念，從此PON技術(shù)進(jìn)入了Gbps時(shí)代。此后5年內(nèi)，這兩種技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)鏈逐漸發(fā)展成熟，成為了全球市場的主流應(yīng)用。目前，國內(nèi)外的主流電信運(yùn)營商均以EPON或者GPON技術(shù)大力發(fā)展寬帶接入提速服務(wù)，光進(jìn)銅退的趨勢日益明顯。隨著用戶對(duì)高清IPTV、視頻監(jiān)控等高帶寬業(yè)務(wù)需求的不斷增長，運(yùn)營商對(duì)PON系統(tǒng)在帶寬需求、業(yè)務(wù)支撐能力、接入節(jié)點(diǎn)設(shè)備和配套設(shè)備性能等方面，都提出了更高的期望。下一代PON技術(shù)的未來演進(jìn)已成為當(dāng)前業(yè)界最矚目的焦點(diǎn)問題。從目前的發(fā)展趨勢來看，光纖接入技術(shù)主要沿著兩個(gè)方向發(fā)展：第一個(gè)是單波長、高帶寬趨勢，如10G PON。另一個(gè)是網(wǎng)絡(luò)向多波長發(fā)展，即WDM- PON技術(shù)。

二、PON技術(shù)演進(jìn)

FSAN和ITU將光纖網(wǎng)絡(luò)未來演進(jìn)定義為兩個(gè)階段：NG-PON1（中期）和NG-PON2（長期）。NG-PON1是基于XG-PON1的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，可提供10Gbps下行速率和2.5Gbps上行速率。然而當(dāng)XG-PON1可實(shí)際商用投入市場后卻遇到一定的阻礙，在中短期時(shí)間內(nèi)市場對(duì)于10Gbps速率的接入業(yè)務(wù)需求并不明顯。隨著更新技術(shù)的出現(xiàn)，市場也逐步將注意力轉(zhuǎn)移到了NG-PON2。

1.10G PON

2008年開始，IEEE和FSAN/ITU-T啟動(dòng)了10G PON的研究，PON技術(shù)跨入10Gbps時(shí)代。IEEE還是延續(xù)采用以太網(wǎng)技術(shù)，通過少量擴(kuò)展，推出了10G EPON標(biāo)準(zhǔn)，IEEE802.3av在2009年9月正式發(fā)布。ITU-T稍晚也啟動(dòng)了10G GPON標(biāo)準(zhǔn)的制定，延續(xù)了GPON的技術(shù)路線，并在2010年三季度發(fā)布了G.987系列標(biāo)準(zhǔn)。

10G PON技術(shù)階段是光接入技術(shù)發(fā)展路線中承上啟下的關(guān)鍵步驟，其帶寬能力良好匹配普及百兆、邁向千兆的提速需求，場景應(yīng)用范圍廣泛，產(chǎn)業(yè)發(fā)展成熟，現(xiàn)網(wǎng)中可無縫兼容現(xiàn)有EPON/GPON技術(shù)和用戶設(shè)備，工程實(shí)施上只需進(jìn)行設(shè)備級(jí)改造。是5～10年內(nèi)FTTx的主要技術(shù)選擇。

FTTB場景下接入用戶數(shù)較多，1G EPON/GPON帶寬目前已經(jīng)無法支撐百兆提速，必須升級(jí)到10G PON。在EPON比例高、百兆和視頻業(yè)務(wù)發(fā)展快的區(qū)域，需要盡快升級(jí)到10G EPON，以滿足普及百兆、試點(diǎn)千兆的要求。隨著XG PON1產(chǎn)業(yè)鏈的進(jìn)一步成熟，GPON FTTH也將逐步升級(jí)到10G PON。目前，10G-EPON已大規(guī)模商用，XG-PON1開始商用。重點(diǎn)聚焦于校園和園區(qū)FTTB建設(shè)、LAN小區(qū)提速改造、百兆FTTH提速和未來的千兆到戶等應(yīng)用場景。

2. 40G PON

2011年開始，ITU-T啟動(dòng)了NG-PON2的研究，PON標(biāo)準(zhǔn)將跨入40Gbps時(shí)代。2012年3月，多數(shù)運(yùn)營商選擇TWDM-PON作為其主要的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，開始編寫G.ngpon2.1（即NG-PON2總體需求）。同年10月，該文稿提交并獲得通過，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為G.989.1。隨著ITU-T日前推出40Gbps無源光網(wǎng)絡(luò)（NG-PON2）G.989系列標(biāo)準(zhǔn)，下一代無源光網(wǎng)絡(luò)（NG-PON）的發(fā)展又向前邁出了一大步。

NG-PON2是緊隨著1G GPON（ITU-T G.984系列）和10G XG-PON1（ITU-T G.987系列）之后出現(xiàn)的，擁有多波長操作、收發(fā)器和接收器ONU波長可調(diào)等增強(qiáng)性能。基于多波長和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)架構(gòu)，NG-PON2的主要解決方案是基于時(shí)分和波分復(fù)用的PON（TWDM-PON）。事實(shí)上，TWDM-PON由兩個(gè)方向上的四到八個(gè)波長組成，每個(gè)方向的最高速率能達(dá)到80Gbps。

TWDM-PON是TDM技術(shù)與WDM技術(shù)結(jié)合。其采用8個(gè)波長實(shí)現(xiàn)4路10G GPON在同一ODN中疊加；其中，下行4個(gè)波長，10G/波長；上行4個(gè)波長，2.5G/波長；總帶寬下行40G/上行10G。

TWDM-PON可以與現(xiàn)有G/EPON FTTB網(wǎng)絡(luò)和諧共存，不同PON技術(shù)采用不同波長隔離，不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)管理造成困擾；利用堆疊PON 1：512的高分光比能力，可借用FTTB的ODN網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)FTTH低成本覆蓋。

TWDM-PON所帶來的帶寬和靈活性的提升，將為整個(gè)光纖網(wǎng)絡(luò)打開一個(gè)全新領(lǐng)域，TWDM能夠支持、管理或演進(jìn)至合適的帶寬以支持各種不同的業(yè)務(wù)，比如，支持商業(yè)接入對(duì)稱的高帶寬，支持移動(dòng)回程的非對(duì)稱高帶寬等。同時(shí)它也能支持在同一架構(gòu)下各種業(yè)務(wù)和用戶的融合。這些能力將幫助運(yùn)營商降低CAPEX，并創(chuàng)造更多收入。

3.其它40G PON技術(shù)

與TWDM-PON共同納入NG-PON2備選方案的有： OFDM-PON技術(shù)（正交頻分復(fù)用）、UDWDM-PON技術(shù)（基于相干光檢測）、SSWDM-PON技術(shù)（ODN中引入反射鏡等）、XLG-PON技術(shù)（TDM直接到40G速率）。出于更大限度的重現(xiàn)有用ODN網(wǎng)絡(luò)及產(chǎn)業(yè)水平的整體考慮，TWDM-PON和部分P2P WDM-PON的應(yīng)用場景更為多數(shù)運(yùn)營商所接收，從而成為NG-PON2的主要標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容。

三、 結(jié)束語

總的說來，G速率的PON網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)已在全球范圍內(nèi)獲得了商業(yè)應(yīng)用。目前，10GPON技術(shù)已開始商業(yè)應(yīng)用。40G速率代表的TWDM-PON技術(shù)已基本具備標(biāo)準(zhǔn)系列的制高點(diǎn)，為人們?nèi)找嬖鲩L的帶寬需求做好了現(xiàn)階段適配和未來的技術(shù)儲(chǔ)備。目前的固網(wǎng)與移動(dòng)接入網(wǎng)正走向融合，物聯(lián)網(wǎng)和5G等新概念和需求的興起會(huì)加速這個(gè)過程。同時(shí)，趨向融合網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維和管控也將更加智能和簡便，我們有理由期待明天會(huì)更好。