1 10G PON 技術(shù)發(fā)展背景

　　隨著各大運(yùn)營商“寬帶提速”、“光進(jìn)銅退”工程的大規(guī)模展開，未來寬帶業(yè)務(wù)將會以多媒體、視頻點(diǎn)播、互動游戲?yàn)橹饕卣鳎邘挕⒕C合化將成為評判運(yùn)營商所推廣的寬帶產(chǎn)品優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。

　　PON（Passive Optical Network：無源光纖網(wǎng)絡(luò)）。 PON（無源光網(wǎng)絡(luò)）是指（光配線網(wǎng)）中不含有任何電子器件及電子電源，ODN全部由光分路器（Splitter）等無源器件組成，不需要貴重的有源電子設(shè)備。一個無源光網(wǎng)絡(luò)包括一個安裝于中心控制站的光線路終端（OLT），一批配套的安裝于用戶場所的光網(wǎng)絡(luò)單元（ONUs）。在OLT與ONU之間的光配線網(wǎng)（ODN）包含了光纖以及無源分光器或者耦合器。

　　無論是EPON，還是GPON，其提供的上下行帶寬僅僅為1G或者2G，但隨著目前交互式網(wǎng)絡(luò)電視(IPTV)、高清晰度電視(HDTV)、網(wǎng)絡(luò)游戲、視頻業(yè)務(wù)等大流量、大寬帶業(yè)務(wù)的開展和普及，每用戶的帶寬需求預(yù)計將以每3年一個數(shù)量級的趨勢遞增，從未來運(yùn)營商長期發(fā)展趨勢分析，每用戶的帶寬需求將會在50～100 Mbit/s之間。這樣以來，EPON和GPON均無法滿足未來寬帶業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，現(xiàn)有PON口帶寬將會出現(xiàn)瓶頸。因此，ITU-T、FSAN、IEEE等各大標(biāo)準(zhǔn)化組織開始下一代PON技術(shù)的研究工作。

　　PON網(wǎng)絡(luò)的突出優(yōu)點(diǎn)是消除了戶外的有源設(shè)備，所有的信號處理功能均在交換機(jī)和用戶宅內(nèi)設(shè)備完成。而且這種接入方式的前期投資小，大部分資金要推遲到用戶真正接入時才投入。它的傳輸距離比有源光纖接入系統(tǒng)的短，覆蓋的范圍較小，但它造價低，無須另設(shè)機(jī)房，維護(hù)容易。因此這種結(jié)構(gòu)可以經(jīng)濟(jì)地為居家用戶服務(wù)。

　　PON的復(fù)雜性在于信號處理技術(shù)。在下行方向上，交換機(jī)發(fā)出的信號是廣播式發(fā)給所有的用戶。在上行方向上，各ONU必須采用某種多址接入?yún)f(xié)議如時分多路訪問TDMA（Time Division Mutiple Access）協(xié)議才能完成共享傳輸通道信息訪問。

　　2 10G PON的技術(shù)分析

　　如圖1所示，回顧PON技術(shù)的發(fā)展歷史可以發(fā)現(xiàn)，每一種PON技術(shù)從誕生之日到終大規(guī)模商用化均需要經(jīng)過技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定、相關(guān)芯片和光模塊的研發(fā)、實(shí)驗(yàn)和量產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)局的開設(shè)以及商用化部署4個階段，歷時5年左右的時間，而其中每一個階段的發(fā)展又會經(jīng)歷多次的論證。

　　作為PON技術(shù)體系中的分支，10G EPON和10G GPON目前正處于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定中，雖然相關(guān)芯片、光模塊廠商也開始了技術(shù)的研究工作，但現(xiàn)階段仍處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段，離大規(guī)模量產(chǎn)還有一段距離。本章節(jié)主要是從兩者的技術(shù)參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程以及芯片、光模塊產(chǎn)業(yè)鏈成熟度等幾個方面，對10G EPON和10G GPON進(jìn)行全面的總結(jié)和分析[1-4]。

　　2.1 標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展

　　標(biāo)準(zhǔn)是否成熟是判斷一種技術(shù)是否具有商用化的前提條件。現(xiàn)階段，包括IEEE、ITU-T、FSAN等多家國際標(biāo)準(zhǔn)化組織正在進(jìn)行10G EPON和10G GPON兩種技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化制定工作；而中國的標(biāo)準(zhǔn)化組織——中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(CCSA)也于2009啟動了相關(guān)10G PON技術(shù)的研究工作。總體來說，由于10G EPON技術(shù)啟動時間要早于10G GPON，因此，目前10G EPON的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程略快于10G GPON。表1介紹了10G EPON和10G GPON的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展歷程。

　　2.1.1 10G EPON

　　與1G EPON技術(shù)一樣，10G EPON標(biāo)準(zhǔn)制定主要是由IEEE牽頭來完成。IEEE組織在2009年9月12日發(fā)布了10G EPON國際標(biāo)準(zhǔn)802.3av，該標(biāo)準(zhǔn)專注于10G EPON物理層技術(shù)的研究工作，沿用了傳統(tǒng)1G EPON中的MPCP協(xié)議，在將1G EPON上下行帶寬增大到10G的同時，為保證運(yùn)營商原有投資不受損害及10E EPON的平滑升級，IEEE 802.3av標(biāo)準(zhǔn)定義了與1G EPON ONU共存于同一ODN網(wǎng)絡(luò)中的10G EPON ONU標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)[5]。

　　此外，在IEEE 802.3av標(biāo)準(zhǔn)中，還定義了兩種物理層參數(shù)：一種是非對稱模型，即10G速率下行和1G速率上行；另外一種是對稱模式，即上下行速率均為10G。非對稱模式可以認(rèn)為是對稱模式的一種過渡形式，在前期對上行帶寬需求較少和成本較為敏感的場合，可以使用非對稱形式。隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，將會逐步過渡到對稱模式。

　　在中國，CCSA已經(jīng)于2009年年底，逐步啟動了10G EPON的標(biāo)準(zhǔn)化研究工作，兩個關(guān)于10G EPON的項(xiàng)目均已在去年杭州舉行的CCSA TC6全會上立項(xiàng)通過：CCSA TC6 WG2工作組提交的10G EPON技術(shù)規(guī)范；由CCSA TC6 WG4工作組提交的10G EPON光模塊行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

　　2.1.2 10G GPON

　　從2004年起，ITU-T SG15 Q2開始同步研究和分析從GPON向下一代PON演進(jìn)的可能性。2007年9月，Q2正式發(fā)布用于規(guī)范GPON和下一代PON系統(tǒng)共存的增強(qiáng)波長計劃。2007年11月，Q2確定了NGPON的標(biāo)準(zhǔn)化路標(biāo)，并以“低成本，高容量，廣覆蓋，全業(yè)務(wù)，高互通”為目標(biāo)，推進(jìn)下一代PON技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究和制定。

　　根據(jù)ITU-T研究計劃，NGPON將經(jīng)歷兩個標(biāo)準(zhǔn)階段：個階段是與GPON共存、重利用GPON ODN的XG-PON，該階段又包含上下行非對稱XG-PON1和對稱XG-PON2兩種模型；第二個階段則是完全新建ODN的NGA2。備受關(guān)注的波分復(fù)用-無源光纖網(wǎng)絡(luò)（WDM-PON）技術(shù)屬于第二階段范疇，它通過在一根光纖中使用多個波長實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)的擴(kuò)容，但目前由于突發(fā)模式粗波分復(fù)用、無色ONU收發(fā)器、可調(diào)諧WDM器件等一些難點(diǎn)技術(shù)無法突破，WDM-PON仍處于論證階段。

　　在2009年9月底召開的ITU-T SG15全會上，Q2工作組正式發(fā)布了NG-PON標(biāo)準(zhǔn)的階段文本，即下一代PON系統(tǒng)的總體需求(G.987.1)和物理層規(guī)范(G.987.2)，并同時制定了于2010年年中，發(fā)布傳輸匯聚層(G.987.3)和管理控制接口(G.988)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的計劃。

　　在中國的標(biāo)準(zhǔn)化方面，由于10G GPON部分標(biāo)準(zhǔn)于2009年底剛剛推出，因此CCSA目前還暫時沒有標(biāo)準(zhǔn)制定工作，預(yù)計相關(guān)工作將會在2010年年底展開。

　　2.2 技術(shù)參數(shù)

　　無論是IEEE 802.3av，還是ITU-T G.987協(xié)議族，均對10G PON相關(guān)技術(shù)參數(shù)、物理層指標(biāo)、光功率預(yù)算做出了詳細(xì)的定義。但由于兩大標(biāo)準(zhǔn)化組織所考慮問題的出發(fā)點(diǎn)不同，技術(shù)指標(biāo)也存在一定的差異。

　　表2對10G EPON和10G GPON從技術(shù)角度進(jìn)行了總結(jié)和分析。由于IEEE標(biāo)準(zhǔn)化組織一直以來致力于以太網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，對于傳統(tǒng)電信技術(shù)的關(guān)鍵特征關(guān)注程度不高，因此，與10G GPON相比，10G EPON在、帶寬分配、終端管理等功能的實(shí)現(xiàn)上，標(biāo)準(zhǔn)定義并不完善。

　　2.2.1 10G EPON

　　如圖2所示，列舉了10G EPON技術(shù)的四大關(guān)鍵點(diǎn)：，10G EPON定義了6種光功率預(yù)算，針對非對稱模式的PRX10、PRX20和PRX30以及針對對稱模式的PR10、PR20和PR30，這6種光功率預(yù)算模型基本上可以滿足運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需要；第二，10G EPON技術(shù)在實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)1G EPON在多點(diǎn)控制協(xié)議層面(MPCP)前向兼容的基礎(chǔ)上，還對原有消息類型進(jìn)行了擴(kuò)展，用于光纜終端設(shè)備(OLT)、ONU光模塊的開關(guān)時間，以滿足10G EPON系統(tǒng)的要求；第三，10G EPON采用了(255，223)的前向糾錯(FEC)編碼方式，該編碼與用于1G EPON的FEC編碼一脈相承，但其強(qiáng)大的編碼增益可以支持10G EPON光接收器更低的靈敏度。

　　2.2.2 10G GPON

　　圖3是Q2工作組所發(fā)布的一系列10G GPON標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議結(jié)構(gòu)。未來隨著10G GPON技術(shù)的不斷發(fā)展，ITU-T將計劃在增強(qiáng)帶寬和距離擴(kuò)展等功能上定義，以滿足網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需要。

　　已經(jīng)發(fā)布的G.987.1標(biāo)準(zhǔn)，定義了10G GPON系統(tǒng)的總體技術(shù)要求和系統(tǒng)架構(gòu)，明確提出了10G GPON系統(tǒng)在保證良好QoS基礎(chǔ)上，要完全支撐傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)和所有新興業(yè)務(wù)，同時，還規(guī)定動態(tài)帶寬分配(DBA)算法、節(jié)能、和加密等相關(guān)內(nèi)容要繼承原有1G GPON技術(shù)；而G.987.2則是重點(diǎn)規(guī)范了10G GPON物理層相關(guān)參數(shù)，包括上下行速率、ODN功率預(yù)算、分光比、上下行波長范圍和線路編碼等內(nèi)容，雖然10G GPON的上下行波長范圍與10G EPON相同，但由于上行波長與1G GPON不沖突，因此，10G GPON上下行均采用波分多址(WDMA)方式。

　　2.3 產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展

　　如圖4所示，一個完整的PON產(chǎn)業(yè)鏈包括芯片、光模塊和設(shè)備3個環(huán)節(jié)。如果要分析PON產(chǎn)業(yè)鏈，就需要從這3個環(huán)節(jié)入手，分析每一個環(huán)節(jié)目前發(fā)展的狀態(tài)和未來發(fā)展趨勢。

　　表3對10G EPON和10G GPON兩種技術(shù)的產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展進(jìn)行了匯總和分析。總體來說，10G EPON和10G GPON目前均達(dá)不到大規(guī)模商用化的要求，雖然部分設(shè)備商近期紛紛推出了10G EPON或者10G GPON的產(chǎn)品，并與運(yùn)營商合作，開設(shè)了部分實(shí)驗(yàn)局，但仍然處于實(shí)驗(yàn)室測試階段，離規(guī)模商用還有一段距離。

　　3 結(jié)束語

　　10G PON技術(shù)符合未來接入網(wǎng)絡(luò)“大容量、少局所”的發(fā)展方向，在提高接入速率的同時，支持更大的分路比，覆蓋更多的用戶。因此，10G PON技術(shù)必將成為未來電信運(yùn)營商實(shí)現(xiàn)“寬帶提速”、“光進(jìn)銅退”等寬帶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的熱門技術(shù)。在這一大背景下，本論文對10G EPON和10G GPON兩種主流的下一代光接入網(wǎng)技術(shù)從中國及國外標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展、相關(guān)技術(shù)參數(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)程等3個方面，進(jìn)行了分析和比較。