淺談下一代PON技術演進

夏青

摘要：隨著通信技術的迅猛發展，電信業務逐漸寬帶化、綜合化和數字化，本文主要介紹當前光纖寬帶接入技術的最新進展及技術演進。

關鍵詞：PON 10G PON NG-PON2

一、引言

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

2001年和2002年，權威標準組織IEEE和FSAN/ITU-T分別提出EPON和GPON概念，從此PON技術進入了Gbps時代。此后5年內，這兩種技術及其產業鏈逐漸發展成熟，成為了全球市場的主流應用。目前，國內外的主流電信運營商均以EPON或者GPON技術大力發展寬帶接入提速服務，光進銅退的趨勢日益明顯。隨著用戶對高清IPTV、視頻監控等高帶寬業務需求的不斷增長，運營商對PON系統在帶寬需求、業務支撐能力、接入節點設備和配套設備性能等方面，都提出了更高的期望。下一代PON技術的未來演進已成為當前業界最矚目的焦點問題。從目前的發展趨勢來看，光纖接入技術主要沿著兩個方向發展：第一個是單波長、高帶寬趨勢，如10G PON。另一個是網絡向多波長發展，即WDM- PON技術。

二、PON技術演進

FSAN和ITU將光纖網絡未來演進定義為兩個階段：NG-PON1（中期）和NG-PON2（長期）。NG-PON1是基于XG-PON1的技術實現，可提供10Gbps下行速率和2.5Gbps上行速率。然而當XG-PON1可實際商用投入市場后卻遇到一定的阻礙，在中短期時間內市場對于10Gbps速率的接入業務需求并不明顯。隨著更新技術的出現，市場也逐步將注意力轉移到了NG-PON2。

1.10G PON

2008年開始，IEEE和FSAN/ITU-T啟動了10G PON的研究，PON技術跨入10Gbps時代。IEEE還是延續采用以太網技術，通過少量擴展，推出了10G EPON標準，IEEE802.3av在2009年9月正式發布。ITU-T稍晚也啟動了10G GPON標準的制定，延續了GPON的技術路線，并在2010年三季度發布了G.987系列標準。

10G PON技術階段是光接入技術發展路線中承上啟下的關鍵步驟，其帶寬能力良好匹配普及百兆、邁向千兆的提速需求，場景應用范圍廣泛，產業發展成熟，現網中可無縫兼容現有EPON/GPON技術和用戶設備，工程實施上只需進行設備級改造。是5～10年內FTTx的主要技術選擇。

FTTB場景下接入用戶數較多，1G EPON/GPON帶寬目前已經無法支撐百兆提速，必須升級到10G PON。在EPON比例高、百兆和視頻業務發展快的區域，需要盡快升級到10G EPON，以滿足普及百兆、試點千兆的要求。隨著XG PON1產業鏈的進一步成熟，GPON FTTH也將逐步升級到10G PON。目前，10G-EPON已大規模商用，XG-PON1開始商用。重點聚焦于校園和園區FTTB建設、LAN小區提速改造、百兆FTTH提速和未來的千兆到戶等應用場景。

2. 40G PON

2011年開始，ITU-T啟動了NG-PON2的研究，PON標準將跨入40Gbps時代。2012年3月，多數運營商選擇TWDM-PON作為其主要的實現技術，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，標準號為G.989.1。隨著ITU-T日前推出40Gbps無源光網絡（NG-PON2）G.989系列標準，下一代無源光網絡（NG-PON）的發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）之后出現的，擁有多波長操作、收發器和接收器ONU波長可調等增強性能。基于多波長和點對多點架構，NG-PON2的主要解決方案是基于時分和波分復用的PON（TWDM-PON）。事實上，TWDM-PON由兩個方向上的四到八個波長組成，每個方向的最高速率能達到80Gbps。

TWDM-PON是TDM技術與WDM技術結合。其采用8個波長實現4路10G GPON在同一ODN中疊加；其中，下行4個波長，10G/波長；上行4個波長，2.5G/波長；總帶寬下行40G/上行10G。

TWDM-PON可以與現有G/EPON FTTB網絡和諧共存，不同PON技術采用不同波長隔離，不會對數據規劃和網絡管理造成困擾；利用堆疊PON 1：512的高分光比能力，可借用FTTB的ODN網絡實現FTTH低成本覆蓋。

TWDM-PON所帶來的帶寬和靈活性的提升，將為整個光纖網絡打開一個全新領域，TWDM能夠支持、管理或演進至合適的帶寬以支持各種不同的業務，比如，支持商業接入對稱的高帶寬，支持移動回程的非對稱高帶寬等。同時它也能支持在同一架構下各種業務和用戶的融合。這些能力將幫助運營商降低CAPEX，并創造更多收入。

3.其它40G PON技術

與TWDM-PON共同納入NG-PON2備選方案的有： OFDM-PON技術（正交頻分復用）、UDWDM-PON技術（基于相干光檢測）、SSWDM-PON技術（ODN中引入反射鏡等）、XLG-PON技術（TDM直接到40G速率）。出于更大限度的重現有用ODN網絡及產業水平的整體考慮，TWDM-PON和部分P2P WDM-PON的應用場景更為多數運營商所接收，從而成為NG-PON2的主要標準內容。

三、 結束語

總的說來，G速率的PON網絡和技術已在全球范圍內獲得了商業應用。目前，10GPON技術已開始商業應用。40G速率代表的TWDM-PON技術已基本具備標準系列的制高點，為人們日益增長的帶寬需求做好了現階段適配和未來的技術儲備。目前的固網與移動接入網正走向融合，物聯網和5G等新概念和需求的興起會加速這個過程。同時，趨向融合網絡的運維和管控也將更加智能和簡便，我們有理由期待明天會更好。