2018-12-13 09:37:47
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隨著寬帶市場的迅猛發展，目前國內外主流運營商均已提供以PON承載為主的寬帶接入業務，由IEEE發起的EPON標準和ITU發起的GPON標準已成為PON技術的兩大主流。
然而，隨著近年來在線點播、在線教育、IPTV以及互動游戲等業務，特別是4K視頻、虛擬現實等業務的蓬勃發展，人們對帶寬的需求持續增長，原有的100M/200M接入帶寬已滿足不了用戶的業務需求，寬帶產業正步入千兆時代。原有的GPON/EPON接入也滿足不了用戶的業務需求，10G PON技術逐漸成為PON網絡的主流技術，國內外各大運營商正面臨著10G PON網絡升級改造的壓力和挑戰。
EPON與GPON均不斷演進升級
PON技術始于1995年，在經歷了14年各種PON技術發展后，2009年IEEE發布了10G EPON標準IEEE802.3av，最大化繼承了EPON IEEE 802.3ah中的內容，這為未來網絡的高速發展奠定了基礎。
10G EPON按照速率分為兩類，分別為非對稱模式(下行速率為10Gbit/s，上行速率為1Gbit/s)和對稱模式(下行速率為10Gbit/s，上行速率為10Gbit/s)。10G EPON最大的特點是擴大了EPON的上、下行的帶寬，同時支持最大分路比為1:256，在傳輸距離方面也有了很大提升，在1:256的分路比下，傳輸距離可以達到20km，而在1:128的分路比下，傳輸可以達到30km。
從2008年開始，ITU逐漸完成了下一代GPON技術的標準化，定義了XG-PON1和XG-PON2。XG-PON1是非對稱的(下行速率是10Gbit/s，上行速率是2.5Gbit/s)，XG-PON2是對稱的(上/下行速率都是10Gbit/s)。
10G GPON主要特征有：兼容性，10G GPON的ODN系統可以有效利用原有GPON網絡中已經布好的光纖、分光器和活接頭等設備;超強的寬帶能力，10G GPON提供的寬帶能力是GPON的4倍和EPON的10倍，所以能夠滿足用戶未來對大帶寬的需求;良好的互通性，10G GPON沿用了GPON的管理控制協議，能夠提供非常完善的10G GPON互通能力;更大的分光比和更遠的距離，10G GPON最大能夠完成1:512的分光比下20km的傳輸距離，10G GPON既適用于人口密集的城市，也適用于偏遠地區，以便提高接入網的覆蓋范圍。
10G PON工作原理
10G PON工作原理和PON原理相同，即下行OLT采用廣播的方式將數據下發至每個ONU，上行采用時分復用(TDMA)方式向OLT傳輸數據。
如圖1所示，在OLT上，下行的業務被封裝為GEM幀并加上各個ONU的ID在光纖上傳輸，到達分光器后分成各個支路到達每個ONU，ONU通過比較ID號判斷哪個數據是屬于自己的，ID如果匹配不上則直接丟棄。
圖1 下行數據
如圖2所示，上行鏈路被分成不同的時隙，每個ONU只能按照規定的時隙向OLT發送數據，時隙由OLT統一分配，這樣各個ONU的上行數據到達分光器后不會為了爭奪時隙而產生沖突。
圖2 上行數據
GPON升級演進到10G GPON的路徑
GPON技術可滿足用戶接入能力達到10Mbit/s的要求，10G GPON技術可滿足用戶接入能力達到100Mbit/s的要求。現網中有大量的GPON設備已使用并大量部署，10G GPON已逐步展開部署。10G GPON與GPON如何共存、如何升級，有多種不同實現的方案。
l 外置WDM1r合波方案
GPON向10G GPON的升級演進，需考慮到GPON和10G GPON頻譜使用的影響，下行方向中，GPON采用S波段1480~1500nm，與10G GPON下行使用的1575~1580nm不重疊;上行方向中，GPON ONU中使用DFB激光器，上行僅使用O波段的1290~1330nm子波段，與10G GPON上行使用的1260~1280nm不重疊，因此如果要實現GPON和10G GPON的共存，從基本原理上說，可以通過合波方式進行，增加10G GPON業務線卡以及10G GPON ONU;網管升級，支持10G GPON業務管理;運營支撐系統支持10G業務發放。
圖3 外置WDM1r合波方案
這種方案只需新增一個無源合波設備，就可以使用原有的ODN網絡，主要適用于機房空間足夠的場景。但外置WDM1r合波設備會占用機房空間，針對部分機房空間不足的場景還是面臨一些限制。
l PON Combo合一板方案
考慮到WDM1r合波設備占用機房空間，可以采用PON Combo合一板方案，這種方案由PON Combo合一板和合一尾纖連接器組成。合一尾纖連接器由普通的尾纖演化而來，通過將2個連接器(GPON和10G GPON連接器)合二為一，并內置WDM1r合波器件，以最小的體積實現GPON和10G GPON的合波，COMBO線卡替換GPON業務線卡，光纖線路不變;網管升級，支持10G GPON業務管理;運營支撐系統支持10G業務發放。
圖4 PON Combo合一板方案
這種方案的優點在于不需要獨立的外置WDM1r合波設備，機房空間不變，不影響現網GPON ONU光路，合一尾纖連機器屬于無源設備，定制化成本低、故障率低。
l PON Combo光模塊方案
業內一家重要的設備商研制的PON Combo光模塊通過三合一工藝，在內部集成了GPON光模塊、10G GPON光模塊和WDM1r合波器，配合對應的PON單板，實現GPON到10G GPON的升級。
圖5 PON Combo光模塊方案
這種方案的優點在于PON Combo光模塊集成了所有10G GPON平滑演進所必須的器件，ODN無需改動。不過這種方案也有限制：受限于工藝和散熱影響，當前PON Combo光模塊中的GPON和10G GPON的光功率預算分別只能達到28dB/29dB，即Class B+ 和Class N1等級，在長距離或大分光比情況下可能會影響覆蓋范圍;同時PON Combo光模塊定制會增加成本。
從EPON升級演進到10G EPON的路徑
EPON下行波長工作在1480~1550nm(中心波長為1490nm)，10G EPON下行波長工作在1260~1280nm(中心波長為1270nm)，兩者之間沒有波長重疊;EPON上行波長工作在1260~1310nm(中心波長為1310nm)，10G EPON上行波長工作在1260~1280nm(中心波長為1270nm)，兩者部分重疊。因此如果要實現EPON和10G EPON的共存，必須采用雙頻率TDMA技術，這樣可以保證OLT既能接收EPON ONU發送的上行信號，又能接收10G EPON ONU發送的上行信號。
由于10G EPON具有向下兼容特性，因此同一個10G PON口下既可以承載EPON ONU，也可以承載10G EPON ONU。從EPON到10G EPON的升級只需將OLT側原有的EPON單板替換成10G EPON單板，不改變ODN網絡，將連接OLT端EPON單板的光纖調換到10G EPON單板即可，10G EPON線卡替換EPON 業務線卡，光纖線路不變;網管升級，支持10G EPON業務管理;運營支撐系統支持10G業務發放。
圖6 EPON到10G EPON
這種方案的優點在于現網中使用的OLT平臺設備可以直接擴容10G EPON單板，支持EPON與10G EPON共存;不用重新布線，兼容現有的ODN網絡;10G EPON相比于EPON在組網模式上沒有明顯的區別，完全兼容EPON終端，真正做到按需升級，在保證原有設備資源的情況下充分利用資源，極大地降低投資風險。
小結
PON技術是寬帶接入網業務承載的重要方式，伴隨著4K視頻、虛擬現實等大流量、高帶寬業務的開展和普及，10G PON替代GPON/EPON已成大勢所趨。本文對10G PON的關鍵指標、工作原理、GPON到10G GPON、EPON到10G EPON的升級改造路徑和技術方案進行了闡述和分析。10G PON在光接入網絡中具有非常光明的前景，必將在不遠的將來在寬帶市場中占據“霸主”地位。