中國聯(lián)通10G PON設(shè)及發(fā)展策略探究

中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院|程海瑞 賈武 孫越

中國聯(lián)通寬帶接入網(wǎng)設(shè)備中GPON和EPON并存，GPON技術(shù)制式的設(shè)備較多，未來10G PON的部署需要考慮與已有GPON和EPON設(shè)備的共存以及異廠商設(shè)備的互通。

我國在2013年發(fā)布“寬帶中國”戰(zhàn)略時，首次提出到2020年發(fā)達城市部分家庭固定網(wǎng)絡(luò)接入速率可達1Gbit/s的目標(biāo)。之后工業(yè)和信息化部連續(xù)發(fā)布了多項落實“寬帶中國”和“提速降費”戰(zhàn)略的具體行動方案。

國家戰(zhàn)略促進FTTx網(wǎng)絡(luò)普及

運營商在國家戰(zhàn)略的指引下，大力推動寬帶接入網(wǎng)絡(luò)從DSL向FTTx演進，光纖到戶已成為主要的寬帶接入技術(shù)。截至2018年6月，光纖端口在固定寬帶接入端口中所占比例提升至86.3%，共7.18億個。我國網(wǎng)絡(luò)下載速率大幅提高，使得我國固定寬帶人口普及率與經(jīng)濟合作與發(fā)展組織（OECD）中35個發(fā)達國家的平均寬帶人口普及率之間的差距加速縮小。

以中國聯(lián)通為例，中國聯(lián)通按照“南北有別”策略提升寬帶能力，落實“寬帶中國”戰(zhàn)略。在2017年底，固網(wǎng)寬帶端口達到2億個，其中FTTx端口占比達到98.8%。北方主導(dǎo)區(qū)域基本具備百兆接入能力。截至2018年6月底，聯(lián)通擁有約5787萬固定電話用戶，約7892萬固網(wǎng)寬帶用戶，固網(wǎng)寬帶端口中FTTH端口滲透率達到81%，寬帶用戶中FTTH用戶占比達到79%，視頻業(yè)務(wù)在固網(wǎng)寬帶用戶中的滲透率超過43%，同比提高10個百分點。

視頻業(yè)務(wù)迅速切入超高清快車道

隨著大規(guī)模的光進銅退和用戶帶寬的提升，運營商將視頻業(yè)務(wù)定位為戰(zhàn)略性基礎(chǔ)業(yè)務(wù)，通過“超寬帶、大視頻”的策略，跨過標(biāo)清和高清階段，迅速切入超高清快車道，進一步帶動了用戶對帶寬的需求，4K視頻對帶寬的需求達到了50Mbit/s及以上。

統(tǒng)計分析某市聯(lián)通現(xiàn)網(wǎng)用戶的寬帶流量發(fā)現(xiàn)：96%的用戶全天下載流量在10G以下，10%的用戶下載了50%的流量；不同帶寬用戶流量分時波動特性基本一致，峰值流量時間在22:00-24:00，流量谷底時間在3:00-7:00；用戶流量增加速度低于用戶可用帶寬增加速度，20M用戶相比10M用戶流量特性增加1.4倍，50M用戶相比20M用戶、100M用戶相比50M用戶流量特性平均增幅均為50%。

在光進銅退中，運營商現(xiàn)網(wǎng)主要部署了EPON（下行線路速率1.25Gbit/s，可用帶寬約950Mbit/s）和GPON（下行速率2.488Gbit/s，可用帶寬約2100Mbit/s）設(shè)備，中國聯(lián)通以GPON設(shè)備為主。在進一步將寬帶速率提高到500M及以上時，EPON和GPON設(shè)備受限于速率，單個PON口只能開通少量用戶，因此光接入網(wǎng)需要引入10G PON設(shè)備實現(xiàn)千兆接入。

10G PON技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展

10G PON延續(xù)了由IEEE和ITU主導(dǎo)的格局：IEEE在EPON（802.3ah）基礎(chǔ)上制定了10G EPON技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（802.3av），并沿用了EPON的上行波長，不需要增加合波器就能與EPON終端共存于同一ODN網(wǎng)絡(luò)。ITU-T在GPON（G.984.x）基礎(chǔ)上制定了非對稱10G PON的XG-PON技術(shù)規(guī)范（G.987.x）和XGS-PON標(biāo)準(zhǔn)（G.9807.1）；為了解決GPON和XG-PON終端在同一個ODN下共存，還制定了GPON和XG(S)-PON合一的光模塊（即Combo PON光模塊）標(biāo)準(zhǔn)。

隨著10G PON標(biāo)準(zhǔn)的完善，國內(nèi)主流設(shè)備商都推出了10G PON的局端和終端設(shè)備，并逐步采用自研芯片。華為海思、中興微電子、烽火飛思靈、諾基亞自研的芯片分別用于各自主推的10G PON局端設(shè)備，芯片集成度已經(jīng)能夠達到單板卡16 PON口的能力；10G PON終端設(shè)備既有采用自研的芯片也有采用博通等第三方的芯片；部分芯片已經(jīng)實現(xiàn)多種PON制式的共模方案。在模塊方面，10G EPON使用的PR/PRX30光模塊，XG-PON使用的N1、N2a光模塊，Combo PON使用的D1、D2光模塊均實現(xiàn)量產(chǎn)。10G EPON技術(shù)下主流設(shè)備商的10G EPON PON板卡都是一塊板卡同時支持對稱/非對稱兩種技術(shù)制式，現(xiàn)網(wǎng)10G EPON局端設(shè)備統(tǒng)一采用對稱的光模塊，可以連接對稱和非對稱兩種類型的10G EPON終端設(shè)備。

經(jīng)過多年的光改建設(shè)，寬帶接入網(wǎng)形成了多種制式多個設(shè)備商的設(shè)備并存的復(fù)雜局面。中國聯(lián)通寬帶接入網(wǎng)設(shè)備中GPON和EPON并存，GPON技術(shù)制式的設(shè)備較多，未來10G PON的部署需要考慮與已有GPON和EPON設(shè)備的共存以及異廠商設(shè)備的互通。中國聯(lián)通在前期10G PON應(yīng)用場景試點的基礎(chǔ)上，于2017年完成了主流設(shè)備商的10G PON FTTH設(shè)備的實驗室互通驗證，并在北京聯(lián)通現(xiàn)網(wǎng)完成了FTTH千兆業(yè)務(wù)開通、10G PON FTTH設(shè)備互通以及家庭內(nèi)部組網(wǎng)的試點工作。2018年，中國聯(lián)通啟動了在互通條件下的10G PON設(shè)備集采測試工作，并配套制定了EPON和GPON分別演進到10G EPON和XG-PON的方案，10G PON具備了現(xiàn)網(wǎng)規(guī)模部署條件。

FTTx網(wǎng)絡(luò)發(fā)展策略

運營商寬帶網(wǎng)絡(luò)采取以市場需求為導(dǎo)向，以投資效益為中心，遠近結(jié)合、按需迭代建設(shè)的策略。

10G PON設(shè)備選擇策略

●局端設(shè)備

考慮到寬帶速率將進一步大幅度提升，運營商在10G PON設(shè)備部署時應(yīng)優(yōu)選新一代OLT平臺，并采用支持16口10G PON業(yè)務(wù)板卡；在單用戶板槽位交換能力滿足的情況下，也可在原有OLT設(shè)備增加10G PON板卡的方式進行10G PON的建設(shè)。

在既有EPON區(qū)域，中國聯(lián)通已經(jīng)停止EPON板卡的擴容，目前主要采用對稱型10G EPON設(shè)備進行建設(shè)；對于既有GPON區(qū)域，未來隨著500M及以上接入速率業(yè)務(wù)的開展，中國聯(lián)通逐步采用XGPON（包括Combo PON）。

10G PON的新建OLT應(yīng)采用2★10GE上聯(lián)，對于原有OLT補插10G PON板的情況，應(yīng)密切跟蹤上聯(lián)鏈路流量情況，在GE鏈路峰值流量超過50%或10GE鏈路超過70%時，及時擴容上聯(lián)鏈路；在開展500M及以上接入速率業(yè)務(wù)時，上聯(lián)鏈路直接升級為10GE。

以PON方式接入的政企客戶樓宇專線等應(yīng)采用OLT獨立的槽位，在市區(qū)等政企客戶密集、業(yè)務(wù)量大的區(qū)域，可以考慮安裝獨立的OLT設(shè)備。

●ODN設(shè)施

改造方式下應(yīng)實現(xiàn)O D N重用：EPON/GPON改造為10G PON應(yīng)選用合適的光模塊，保證升級為10G PON后，光鏈路預(yù)算不低于原有EPON/GPON系統(tǒng)，并重用原有ODN。

新建方式應(yīng)滿足光鏈路預(yù)算的要求：ODN的光功率衰減與光分路比、活動連接器數(shù)量、光纜線路長度、熔接點數(shù)量、光纜線纜富余度等因素有關(guān)，需控制ODN中最大的衰減值，使其符合系統(tǒng)設(shè)備OLT和ONU的光功率預(yù)算要求。ODN總分光比應(yīng)根據(jù)用戶帶寬要求、ODN光鏈路衰減要求等因素確定。

●終端設(shè)備

在10G PON接入?yún)^(qū)域且接入速率為500M及以上的用戶宜采用10G PON HGU。10G PON HGU應(yīng)該與10G PON OLT實現(xiàn)解耦合，且支持802.11ac規(guī)格的Wi-Fi；接入速率為千兆的用戶宜采用支持802.11ac wave2的10G PON HGU。

FTTx主要建設(shè)場景

●10G PON新建

10G PON FTTH的建設(shè)方式與現(xiàn)有EPON/GPON一致。10G PON+LAN的建設(shè)方式由于采用千兆下聯(lián)端口，如新布放入戶線，應(yīng)采用CAT6或CAT6A，保證入戶段的接入速率。

●EPON升級為10G EPON

10G EPON下行采用波分復(fù)用，上行采用時分復(fù)用的方式與EPON共存。EPON升級為10G EPON時，局端OLT新增10G EPON板卡，原有EPON端口的用戶割接至10G EPON端口上，用戶端HGU保持不變，對于500M及以上接入速率的用戶更換為10G EPON的HGU，ODN網(wǎng)絡(luò)無需改造。

●GPON FTTH升級為XG PON FTTH（Combo PON方式）

在Combo PON方式下，GPON和XGPON的上下行波長都是獨立的，二者互不影響。GPON升級為Combo PON時，局端OLT新增Combo PON板卡，原有GPON端口的用戶割接至Combo PON端口上，用戶端HGU保持不變，對于500M及以上接入速率的用戶更換為XG-PON的HGU。對于ODN網(wǎng)絡(luò)，在選用D2級別光模塊情況下，原有光鏈路預(yù)算不變，只需將局端的光纖由GPON端口跳接至新的Combo PON端口；如果選用D1級別光模塊，需要對現(xiàn)有全程光鏈路預(yù)算超過28dB的線路進行整改。

●GPON FTTH升級為XG PON FTTH（增加WDM1r方式）

局端OLT新增XG-PON板卡并增加WDM1r時，需將GPON和XG-PON耦合到同一ODN內(nèi)。原有GPON端口的用戶HGU保持不變，對于500M及以上接入速率的用戶更換為XG-PON的HGU。對于FTTH中采用1:32及以上分光的情況，在增加WDM1r之前，應(yīng)測算光鏈路預(yù)算能否滿足增加2dB插入損耗的要求。

●GPON升級XG-PON（FTTB方式）

增加WDM1r，逐步割接：局端OLT新增XG-PON板卡，并增加WDM1r，原有MDU逐個更換為XG-PON的MDU，并割接至XG-PON口上。當(dāng)同一GPON口下的全部設(shè)備升級為XG-PON后，應(yīng)拆除WDM1r。

一次性割接：對于在割接允許的時間內(nèi)能夠完成單一PON口下全部MDU割接的情況下，可以不增加WDM1r，采用直接替換原有MDU或替換上聯(lián)光模塊的方式進行升級。

對于FTTB中采用1:32及以上分光的情況，在增加WDM1r之前，應(yīng)測算光鏈路預(yù)算能否滿足增加2dB插入損耗的要求，對于不滿足的情況，采用一次性割接的方案，或者降低分光比。

展望

在10G PON即將規(guī)模部署的同時，業(yè)界趨勢也越來越清晰：下一代PON技術(shù)充分提升接入網(wǎng)設(shè)備性能，能夠與現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備共存平滑演進以充分保護投資，并能夠積極應(yīng)對5G小微基站承載等多種未來應(yīng)用場景，結(jié)束IEEE和ITU各一套標(biāo)準(zhǔn)的局面，2018年1月的ITU-T SG15全會已通過了50G TDM PON立項，為下一代PON技術(shù)發(fā)展指明了方向。

固定寬帶逐漸進入千兆接入速率時代，對PON技術(shù)和運維管理提出了更高的要求，也需要業(yè)界攜手努力，促進千兆寬帶蓬勃發(fā)展。