烽火通信成功研制WPON引領(lǐng)中國接入網(wǎng)市場

烽火通信科技股份有限公司 | 宋國棟

隨著“寬帶中國”概念地提出以及“三網(wǎng)融合”的進一步發(fā)展，中國寬帶市場即將迎來新一輪的建設(shè)高峰。目前接入網(wǎng)中應(yīng)用的主要是EPON和GPON設(shè)備，但隨著“物聯(lián)網(wǎng)”、“云計算”的出現(xiàn)，用戶后續(xù)對帶寬的需求將進一步提高，繼續(xù)使用EPON和GPON設(shè)備將無法滿足普通用戶需求，因此，如何提高接入網(wǎng)帶寬將是運營商和設(shè)備廠商需要解決的難題。

TDMA-PON設(shè)備面臨的問題

TDMA-PON設(shè)備在下行方向采用廣播方式進行數(shù)據(jù)傳輸，使用波長為1490nm；上行方向采用時分復(fù)用（TDMA）方式進行數(shù)據(jù)傳輸，使用波長為1310nm。由于采用了此種數(shù)據(jù)傳輸方式，因此，TDMA-PON不可避免地面臨如下問題：

數(shù)據(jù)安全問題

TDMA-PON在下行數(shù)據(jù)傳輸采用的是廣播方式，因此，一個ONU將會收到同一OLT下其他ONU的數(shù)據(jù)，這對于數(shù)據(jù)安全將是一個考驗。越來越多的用戶將會在網(wǎng)上購物，后續(xù)“物聯(lián)網(wǎng)”的流行更是會將這種方式推向高峰，因此，數(shù)據(jù)中將包含用戶的銀行賬號和密碼信息，所以普通用戶也會更加注重網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)安全問題。由于采用的是廣播方式，所以數(shù)據(jù)安全將是TDMA-PON面臨的一個問題。雖然可以通過相關(guān)的三重攪動和AES對數(shù)據(jù)加密，但這又會帶來新的開銷，浪費一定的帶寬。

運行維護成本問題

TDMA-PON設(shè)備中ONU都是被動式發(fā)光的，只有在OLT分配的發(fā)光時隙內(nèi)才能發(fā)光，所以O(shè)NU的激光器是工作在突發(fā)模。由于激光器從關(guān)斷到正常發(fā)光需要有一個建立過程，所以O(shè)NU設(shè)備需要縮短這個時間，這會增加一定的設(shè)備成本。與此同時，每個ONU到OLT的距離不同，且不同ONU隨溫度、環(huán)境變化而產(chǎn)生的時延也不同，所以O(shè)LT在分配時隙時需要對這些時延進行補償。由此可見，在TDMA-PON中，必須嚴格控制上行方向時隙，否則會造成數(shù)據(jù)沖突。在實際使用過程中，當某個ONU出現(xiàn)長發(fā)光時，會直接導(dǎo)致同一PON口下的其他ONU無法正常工作，對網(wǎng)絡(luò)造成極大影響。要排除長發(fā)光ONU方法比較困難，需要去現(xiàn)場逐個ONU進行排查，效率比較低，而且需要大量人力成本，因此會提高運行維護成本。

帶寬限制問題

圖1 TDMA-PON拓撲圖

圖2 WDM-PON的拓撲圖

TDMA-PON設(shè)備在上行方向采用時分復(fù)用的數(shù)據(jù)傳輸方式，因此，所有ONU在上行方向是共享帶寬的。TDMA-PON中采用了DBA和SBA機制來控制帶寬的分配，但是帶寬利用率還是不高。雖然GPON設(shè)備中引入了T-CONT的概念，能夠在一定程度上提高上行帶寬利用率，但是當PON口下所帶ONU增多時，不可避免的會減小已運行ONU的帶寬，所以上行帶寬受到了很大的限制。下行方向是廣播方式，帶寬也受限于10Gb/s內(nèi)，想要進一步提高傳輸速率比較困難。

WDM PON設(shè)備概念的提出

對于如何進一步提高PON網(wǎng)絡(luò)速率，目前有兩種方法。

提高單波傳輸速率。這種方法就是在傳統(tǒng)EPON和GPON設(shè)備上進一步提高下行速率，依然下行使用1490nm波長，上行采用1310nm波長。也是目前各大設(shè)備廠家正在研究的10G EPON、10G GPON和XGPON。由于此種方法依然使用的是TDMA，因此也有上文中提到的相關(guān)問題。在用戶對網(wǎng)速要求不是特別高的情況下，此種方案能夠解決一定用戶需求，因此，在當前一段時間內(nèi)，此種方法將占據(jù)一部分市場。

擴展多波道傳輸提高速率。這種方法是利用光纖傳輸?shù)母邘捥匦裕谝桓饫w上傳輸多個波長，從而提高整體傳輸速率。WDM-PON的拓撲圖如圖2所示。

WDM-PON系統(tǒng)由光線路終端OLT、遠端節(jié)點RN和光網(wǎng)絡(luò)單元ONU（有時也稱作光網(wǎng)絡(luò)終端ONT）組成。下行方向上，OLT將不同ONU的數(shù)據(jù)加載在不同波長上，通過WDM器件將不同波長信號耦合到一根光纖中傳送到遠端節(jié)點RN，通過RN的解復(fù)用功能，把同一根光纖中傳輸?shù)男盘柗纸獬刹煌ㄩL信號分配給不同的ONU。上行方向上，不同ONU使用不同波長，在RN處耦合成一個波長在光纖上傳輸，在OLT端通過WDM器件，由接收單元進行接收。由于各個ONU使用的是不同波長，因此每個ONU的接入是隨機的，不需要進行等待，能夠?qū)崿F(xiàn)ONU和OLT之間點到點地傳輸。

和TDMA-PON相比，WDM-PON具有很大優(yōu)勢。

其一，WDM-PON采用的是點到點傳輸，因此，不需要對帶寬進行分配，每一個ONU獨享帶寬，不會隨著ONU的增加而減小。

其二，由于中間采用的是無熱光柵，與無源光分路器相比，其插入損耗更小；此外，WDM-PON光接收機工作在較低比特率，因此靈敏度極高。因此，在激光器輸出功率相等情況下，WDM-PON傳輸距離更遠。

其三，在WDM-PON中，ONU上行方向使用不同波長，和OLT之間是點到點傳輸，因此，安全性能更高。由于ONU在發(fā)送數(shù)據(jù)時不需要等待，因此，傳輸效率更高。

WDM-PON在ONU波長的選擇上也將面臨一定的問題，目前主要有三種解決方案。

ONU采用固定波長

此種方式就是ONU工作在某一設(shè)定的固定波長，不同的ONU使用不同的波長。在這種網(wǎng)絡(luò)中，由于各個ONU的工作是分離的，因此，不需要定時和同步網(wǎng)絡(luò)。但在這種方式下，當用戶數(shù)增多時，需要的波長數(shù)也就越多，同時需要的光源種類也就越多，成本也就越高。此外，在維護過程中，也需要維護人員區(qū)分不同波長的ONU，這對維護人員的工作量將是一個考驗。

ONU采用可調(diào)諧波長

此種方式就是ONU波長不固定，是可以調(diào)諧的。在上行方向上，不同ONU共享波長，OLT動態(tài)為每個ONU分配波長，網(wǎng)絡(luò)具有重構(gòu)性。但在此種方案中，ONU需要配置一個用于控制信道的專用發(fā)射機和一個用于發(fā)送數(shù)據(jù)的可調(diào)諧發(fā)射機，這會引起成本增加。但在此種方案中，上行波長是動態(tài)分配的，因此，可以支持更多的ONU，同時，上行波長利用率也有所提高。

圖3 WDM-TDM PON拓撲圖

ONU采用無色

此種方式中，ONU的特定波長選擇是由光柵來完成的。此種方式由于不需要對ONU做出特殊需求，因此是目前使用做多的方法之一。

在WDM-PON網(wǎng)絡(luò)概念提出以后，結(jié)合TDMAPON網(wǎng)絡(luò)，人們想到可以將這兩種方式的PON網(wǎng)絡(luò)合二為一，成為WDM-TDM PON。這種PON網(wǎng)絡(luò)能夠進一步提高PON網(wǎng)絡(luò)的接入能力。如圖3所示。

WDM PON設(shè)備面臨的問題

器件成熟度不高

由于WPON概念提出時間較短，目前只有極少數(shù)廠家能夠研制出WPON，此外能夠生產(chǎn)WPON設(shè)備芯片的廠家更是寥寥無幾，因此，目前WPON器件的成熟度不是很高，相關(guān)芯片的穩(wěn)定性也有待檢驗。

設(shè)備成本較高

由于目前生產(chǎn)WPON設(shè)備的廠家較少，相關(guān)器件的生產(chǎn)廠家也比較少，在缺少競爭的機制下，價格都偏高。且WPON中相關(guān)設(shè)備都需要有波分復(fù)用和解復(fù)用器件，相應(yīng)也會提高生產(chǎn)成本，因此，WPON產(chǎn)品的成本偏高。

缺乏統(tǒng)一標準

WPON目前既無國際標準，也沒有國家標準，因此WPON都是各個廠家按照自己的思路進行設(shè)計和生產(chǎn)，缺乏互通性。

烽火WDM-TDM PON設(shè)備

烽火通信研制出的WDM-TDM PON系統(tǒng)是業(yè)界第一款單纖32波，每波支持1：64分路，傳輸距離達20公里以上的xPON系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用業(yè)界首個局遠端雙“無色”光模塊設(shè)計，具有業(yè)界最高的單纖接入速率（對稱40G）以及業(yè)界最高的業(yè)務(wù)單板端口密度；采用WDM和TDM混合模式的PON結(jié)構(gòu)，可以兼容現(xiàn)有的1G/2.5G/10GEPON、GPON和P2P等多種光纖接入技術(shù)；通過WDM方式可以承載現(xiàn)有CATV業(yè)務(wù)，方便實現(xiàn)“三網(wǎng)融合”業(yè)務(wù)接入，實現(xiàn)了我國下一代光纖接入技術(shù)研究的新跨越。

雖然受目前器件的成熟度、設(shè)備成本和標準化程度等方面的限制，只有少量商用產(chǎn)品在實驗局部署，但也應(yīng)該看到WPON技術(shù)正在不斷的完善和發(fā)展進程的日新月異。烽火通信在國內(nèi)率先研制成功WDM-TDM PON系統(tǒng)并完成內(nèi)場測試，將于近期開通現(xiàn)場實驗工程，此舉對我國WDM-PON的商用進程將產(chǎn)生巨大的推動力，使其未來應(yīng)用前景更加明朗。同時，烽火通信將繼續(xù)在接入市場中發(fā)揮旗幟作用，引領(lǐng)中國接入網(wǎng)市場的發(fā)展方向。