2018-12-13 09:37:47
3504
隨著(zhù)寬帶市場(chǎng)的迅猛發(fā)展，目前國內外主流運營(yíng)商均已提供以PON承載為主的寬帶接入業(yè)務(wù)，由IEEE發(fā)起的EPON標準和ITU發(fā)起的GPON標準已成為PON技術(shù)的兩大主流。
然而，隨著(zhù)近年來(lái)在線(xiàn)點(diǎn)播、在線(xiàn)教育、IPTV以及互動(dòng)游戲等業(yè)務(wù)，特別是4K視頻、虛擬現實(shí)等業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展，人們對帶寬的需求持續增長(cháng)，原有的100M/200M接入帶寬已滿(mǎn)足不了用戶(hù)的業(yè)務(wù)需求，寬帶產(chǎn)業(yè)正步入千兆時(shí)代。原有的GPON/EPON接入也滿(mǎn)足不了用戶(hù)的業(yè)務(wù)需求，10G PON技術(shù)逐漸成為PON網(wǎng)絡(luò )的主流技術(shù)，國內外各大運營(yíng)商正面臨著(zhù)10G PON網(wǎng)絡(luò )升級改造的壓力和挑戰。
EPON與GPON均不斷演進(jìn)升級
PON技術(shù)始于1995年，在經(jīng)歷了14年各種PON技術(shù)發(fā)展后，2009年IEEE發(fā)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(lái)網(wǎng)絡(luò )的高速發(fā)展奠定了基礎。
10G EPON按照速率分為兩類(lèi)，分別為非對稱(chēng)模式(下行速率為10Gbit/s，上行速率為1Gbit/s)和對稱(chēng)模式(下行速率為10Gbit/s，上行速率為10Gbit/s)。10G EPON最大的特點(diǎn)是擴大了EPON的上、下行的帶寬，同時(shí)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(kāi)始，ITU逐漸完成了下一代GPON技術(shù)的標準化，定義了XG-PON1和XG-PON2。XG-PON1是非對稱(chēng)的(下行速率是10Gbit/s，上行速率是2.5Gbit/s)，XG-PON2是對稱(chēng)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(wǎng)絡(luò )中已經(jīng)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(mǎn)足用戶(hù)未來(lái)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(xié)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(wǎng)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(fā)至每個(gè)ONU，上行采用時(shí)分復用(TDMA)方式向OLT傳輸數據。
如圖1所示，在OLT上，下行的業(yè)務(wù)被封裝為GEM幀并加上各個(gè)ONU的ID在光纖上傳輸，到達分光器后分成各個(gè)支路到達每個(gè)ONU，ONU通過(guò)比較ID號判斷哪個(gè)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(shí)隙，每個(gè)ONU只能按照規定的時(shí)隙向OLT發(fā)送數據，時(shí)隙由OLT統一分配，這樣各個(gè)ONU的上行數據到達分光器后不會(huì )為了爭奪時(shí)隙而產(chǎn)生沖突。
圖2 上行數據
GPON升級演進(jìn)到10G GPON的路徑
GPON技術(shù)可滿(mǎn)足用戶(hù)接入能力達到10Mbit/s的要求，10G GPON技術(shù)可滿(mǎn)足用戶(hù)接入能力達到100Mbit/s的要求?，F網(wǎng)中有大量的GPON設備已使用并大量部署，10G GPON已逐步展開(kāi)部署。10G GPON與GPON如何共存、如何升級，有多種不同實(shí)現的方案。
l 外置WDM1r合波方案
GPON向10G GPON的升級演進(jìn)，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(shí)現GPON和10G GPON的共存，從基本原理上說(shuō)，可以通過(guò)合波方式進(jìn)行，增加10G GPON業(yè)務(wù)線(xiàn)卡以及10G GPON ONU;網(wǎng)管升級，支持10G GPON業(yè)務(wù)管理;運營(yíng)支撐系統支持10G業(yè)務(wù)發(fā)放。
圖3 外置WDM1r合波方案
這種方案只需新增一個(gè)無(wú)源合波設備，就可以使用原有的ODN網(wǎng)絡(luò )，主要適用于機房空間足夠的場(chǎng)景。但外置WDM1r合波設備會(huì )占用機房空間，針對部分機房空間不足的場(chǎng)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(lái)，通過(guò)將2個(gè)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(shí)現GPON和10G GPON的合波，COMBO線(xiàn)卡替換GPON業(yè)務(wù)線(xiàn)卡，光纖線(xiàn)路不變;網(wǎng)管升級，支持10G GPON業(yè)務(wù)管理;運營(yíng)支撐系統支持10G業(yè)務(wù)發(fā)放。
圖4 PON Combo合一板方案
這種方案的優(yōu)點(diǎn)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(wǎng)GPON ONU光路，合一尾纖連機器屬于無(wú)源設備，定制化成本低、故障率低。
l PON Combo光模塊方案
業(yè)內一家重要的設備商研制的PON Combo光模塊通過(guò)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(shí)現GPON到10G GPON的升級。
圖5 PON Combo光模塊方案
這種方案的優(yōu)點(diǎn)在于PON Combo光模塊集成了所有10G GPON平滑演進(jìn)所必須的器件，ODN無(wú)需改動(dòng)。不過(guò)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(cháng)距離或大分光比情況下可能會(huì )影響覆蓋范圍;同時(shí)PON Combo光模塊定制會(huì )增加成本。
從EPON升級演進(jìn)到10G EPON的路徑
EPON下行波長(cháng)工作在1480~1550nm(中心波長(cháng)為1490nm)，10G EPON下行波長(cháng)工作在1260~1280nm(中心波長(cháng)為1270nm)，兩者之間沒(méi)有波長(cháng)重疊;EPON上行波長(cháng)工作在1260~1310nm(中心波長(cháng)為1310nm)，10G EPON上行波長(cháng)工作在1260~1280nm(中心波長(cháng)為1270nm)，兩者部分重疊。因此如果要實(shí)現EPON和10G EPON的共存，必須采用雙頻率TDMA技術(shù)，這樣可以保證OLT既能接收EPON ONU發(fā)送的上行信號，又能接收10G EPON ONU發(fā)送的上行信號。
由于10G EPON具有向下兼容特性，因此同一個(gè)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(wǎng)絡(luò )，將連接OLT端EPON單板的光纖調換到10G EPON單板即可，10G EPON線(xiàn)卡替換EPON 業(yè)務(wù)線(xiàn)卡，光纖線(xiàn)路不變;網(wǎng)管升級，支持10G EPON業(yè)務(wù)管理;運營(yíng)支撐系統支持10G業(yè)務(wù)發(fā)放。
圖6 EPON到10G EPON
這種方案的優(yōu)點(diǎn)在于現網(wǎng)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(xiàn)，兼容現有的ODN網(wǎng)絡(luò );10G EPON相比于EPON在組網(wǎng)模式上沒(méi)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(fēng)險。
小結
PON技術(shù)是寬帶接入網(wǎng)業(yè)務(wù)承載的重要方式，伴隨著(zhù)4K視頻、虛擬現實(shí)等大流量、高帶寬業(yè)務(wù)的開(kāi)展和普及，10G PON替代GPON/EPON已成大勢所趨。本文對10G PON的關(guān)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(shù)方案進(jìn)行了闡述和分析。10G PON在光接入網(wǎng)絡(luò )中具有非常光明的前景，必將在不遠的將來(lái)在寬帶市場(chǎng)中占據“霸主”地位。