PON技术的发展及演进.docx

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PON技术的发展及演进

PON技术的发展及演进

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迅速兴起，继BPON之后，业界希望开发一种新型的PON系统，取代过时的BPON技术。

在这个背景下，IEEE和ITU-T相继在2000年和2001年启动了EPON和GPON的标准化工作，并分别于2004年发布了完成的标准，为今天EPON和GPON在现网中的大量应用奠定了基础。

EPON标准由IEEE的EFM（EthernetintheFirstMile）工作组完成，并在2004年9月被IEEE批准为IEEE802.3ah标准。

EPON标准的很多内容继承了以太网的设计思想，重用了吉比特以太网的速率和物理层编码等内容，并对MAC层协议和以太网帧前导码序列进行了修改，以适应PON的点到多点的网络拓扑结构。

GPON标准由ITU-T第15研究组进行标准化工作，GPON相关的标准包括G.984.1~G.984.6六个标准，分别涵盖了GPON系统的架构、物理媒质相关层、传输汇聚层、ONU控制管理协议以及对增强的波长使用和距离扩展的规定。

GPON标准的设计比较全面地考虑了运营商的业务和运行维护需求，标准体系完备全面，但是内容也相对复杂。

EPON系统采用单纤双向传输，上行标称波长为1310nm，下行标称波长为1490nm。

按照最大传输距离的不同，标准中将EPON接口光收发指标分为10km（PX10）和20km（PX20）两类规范，实际网络中为了获得较大的光功率预算多采用PX20类型接口，可实现20km传输距离和1∶32分路比。

EPON系统的每个PON口的实际有效带宽为800~950Mbit/s。

GPON同样采用单纤双向传输，上行标称波长为1310nm，下行标称波长为1490nm。

GPON采用GEM封装方式进行多种业务适配，利用GEM封装方式可以直接承载以太网业务、ATM业务或TDM业务。

与EPON的类以太网的变长帧传输方式不同，GPON采用125μs固定帧长，这对于精确的传送时钟信号有所帮助。

GPON信道编码采用NRZ码，下行速率为2.488Gbit/s，上行速率为1.244Gbit/s，除去系统开销后每个PON口的实际有效带宽约为下行2.45Gbit/s，上行1.1Gbit/s。

目前主流的GPON系统采用B+类光器件，可实现20km传输距离下的1∶64分路比，以及支持60km的最大逻辑距离。

当前EPON和GPON分别可以提供大约1G和2.4G的下行带宽，在FTTH场景下，如果不考虑并发，最大分路比下（32和64）的每个用户可以保证获得大约30Mbit/s的下行带宽。

但在中国现网条件下，运营商大量采用FTTB的方式进行组网，即每个ONU下还连接16~32个用户，最终可能会达到每PON口连接1000个（32×32）左右的用户。

这样每个用户可获得的带宽将无法满足现网提速的需求。

1.310G-EPON和XG-PON

从2005年开始，IEEE和ITU相继开展了对下一代PON系统的标准化研究。

根据FSAN对几大运营商的关于下一代PON的意见的征求，绝大多数运营商指出应在现有的EPON和GPON的技术基础上提升速率，也有个别运营商希望可以发展像WDM-PON一类的新技术。

IEEE于2006年立项开始制定10Gbit/s速率的EPON系统的标准IEEE802.3av。

该标准针对10Gbit/s速率的需求制定了新的EPON物理层规范，并对MAC层规范进行了更新。

在该标准中，10GEPON分为2个类型。

其一是非对称方式，即下行速率为10Gbit/s，但上行速率与EPON相同仍然为1Gbit/s。

其二是对称方式，即上下行速率均为10Gbit/s。

相比来说，由于PON系统的上行传输技术难度较大，因此1G上行10G下行方式的10GEPON系统较为容易实现，目前芯片厂家已经可以提供原型系统。

但由于该类系统上下行带宽比达到1∶10，因此能否与实际的用户业务需求的带宽模型相匹配目前存在疑问。

ITU于2008年启动了下一代GPON标准的研究，目前称为XG-PON标准。

XG-PON标准ITU-TG.987系列已陆续发布。

XG-PON目前规定的物理层速率为非对称方式，即下行速率为10Gbit/s，上行速率为2.5Gbit/s。

10G-EPON和XG-PON系统使用同样的波长规划，有利于两者共用部分光器件，扩大产业规模，降低器件成本。

两者均规定上行选择1260~1280nm的波长范围，下行选择1575~1580nm的波长范围。

下行方向与现有的1490nm的EPON或GPOM系统可以采用WDM方式进行波长隔离。

上行方向，由于EPONONU使用的激光器谱宽较宽（1310+50nm），与1260~1280nm波长重叠。

因此，EPON与10G-EPON的ONU共存在同一ODN时需采用TDMA方式，两者不能同时发射。

GPON与XG-PON的ONU可以采用波长隔离，两者互不影响。

在功率预算方面，10GEPON增加了PR/PRX30的功率预算档次，将光链路预算提升到29dB。

10GGPON正在研究如何支持31~32dB的光链路预算能力。

1.4NG-PON2

NG-PON2是现有的GPON/XG-PON的演进系统。

由于TDM-PON发展到单波长10Gbit/s速率后，再进一步提升单波长速率面临技术和成本的双重挑战，于是在PON系统中引入WDM技术成为必然的选择。

由于10G-EPON和XG-PON目前在现网中的应用也很少，因此NG-PON2的主要目标是瞄准2015年以后的应用窗口。

NG-PON2系统定位于全业务的光纤接入网，除了通过速率的提升支持更高速率的家庭和商业客户，NG-PON2还需要具有良好的同步性能支持移动回传等业务。

目前正在讨论中的NG-PON2的标准草案中提出了以下基本特性。

a）下行速率至少为40Gbit/s，上行速率至少为10Gbit/s。

b）最大传输距离和最大差分距离为40km。

c）最大支持1∶256分路比。

d）至少包含4个TWDM通道。

e）使用无色ONU。

NG-PON2在物理层采用的主要原理是TDM和WDM结合的方式，使用多个XG-PON在波长上进行堆叠，可以最大限度地重用GPON/XG-PON的技术，以及与现有的采用功率分配分光器的ODN具有比较好的兼容性。

NG-PON2系统的基本架构如图1所示。

OLT采用多波长光模块配置4个或更多的上下行波长，ONU侧采用波长可调光收发器技术实现ONU的无色化。

OLT与ONU之间通过一个正在标准化中的波长选择与分配协议控制ONU在分配的波长上工作。

2PON系统的演进

2.1GPON系统到NG-PON2的演进

GPON系统演进到NG-PON2有3种可选的路径，分别为次序演进、跳跃演进和灵活演进。

a）次序演进方式（见图2）。

现有的GPON系统需要首先演进到XG-PON系统，在同一ODN中保持GPON与XG-PON共存一段时期。

当需要向NG-PON2演进时，由于只有XG-PON系统可以演进到NG-PON2，可以与NG-PON2在同一ODN共存，因此需要确保此时GPON系统已经从ODN中移除。

b）跳跃演进方式（见图3）。

从GPON直接演进到NG-PON2。

根据业务和网络的发展进程，该方式跳过XG-PON阶段，直接从GPON升级为NG-PON2，因此要求在ODN中GPON与NG-PON22个系统共存。

c）灵活演进方式（见图4）。

灵活演进方式既支持从XG-PON演进到NG-PON2，也支持从GPON直接演进到NG-PON2，最后允许GPON、XG-PON、NG-PON23种系统在同一个ODN上共存的演进方式。

这种方式下，由于3种系统都需要占用光纤中的频谱资源，因此对频谱的规划难度最大。

目前NG-PON2物理层规范考虑到了灵活演进方式的需求，对NG-PON2所使用的频谱基本确定为使用C-（1530～1540nm）波段和L+（1595~1625nm）波段，具体的波段边界数值还有待进一步讨论。

2.2EPON系统到NG-PON2的演进

EPON系统如何较平滑地演进到NG-PON2系统目前还没有更多的研究。

从ODN共存的角度看，由于目前NG-PON2选择的C-和L+波段与EPON/10G-EPON所使用波段也不相同，可以参考GPON/XG-PON的方式通过波分复用共存在同一个ODN中。

3.结束语

综上所述，NG-PON2成为近期PON系统和技术的研究重点，由于需求、器件、成本的原因，NG-PON2短期内可能还难以实用化。

但NG-PON2是PON技术的集大成者，是PON演进过程中的重要里程碑。

因此，应该在现有GPON、EPON的规划和设计中考虑长期演进的因素，减少未来网络演进的风险。