下一代PON标准与技术的进展

作 者：李秉钧 电信科学技术研究院第五研究所
    不断增加新业务带宽需求推动下,运营商在建设PON网络时，必须考虑提供更高的带宽与业务能力，以满足不断增长的用户需求和竞争压力，努力架构一张面向未来的网络。例如，对于目前的FTTx的主流建设模式FTTB，当前的EPON和GPON技术能力都可以提供每用户10～20M带宽，基本可以满足现阶段及未来2～3年的需求；但长远看，带宽和分光比方面依然无法满足未来每用户50M～100M发展需要。下一代PON已经成为业界的研究热点。
    现阶段运营商对于下一代PON的主要需求表现在：支撑运营商5～10倍的带宽需求增长，并与现有xPON网络的ODN实现良好兼容与过渡，充分保护投资;并支撑FTTB模式向FTTH逐步演进的需求。
    EPON和GPON是无源光网络（PON）是宽带接入和FTTx网络的主要技术选择。作为同时代的两种主流PON技术，同时经过几年的发展.到目前为止基于以太网研究路线的实践的EPON技术由于标准开放性好，易于实现与规模化生产，产业链成熟迅速，且成本快速下降，已经实现大规模建设部署。而GPON技术受ATM-PON思路影响较大，标准相对复杂，目前在互通、商用芯片和成本方面还需要进一步的完善和发展，全球建设速度较为缓慢。
    全球各标准组织正在积极开展下一代PON标准技术的研究工作。目前主要有两大标准体系，一是制订EPON标准的IEEE组织，推出的标准为10G-EPON；二是制订GPON标准的ITU-T/FSAN组织，研究方向为NG-PON。

    (1)标准化目前的进展

    10G-EPON标准

    IEEE早在2006年就成立了一个TaskForce工作组，进行10G-EPON标准IEEE802.3av的研究和制订工作。10G-EPON标准的制订进程较快，目前已完成所有关键技术研究及意见修订工作，处于收尾阶段。2009年9月将正式发布。
    鉴于EPON技术已经获得大规模的成功部署，IEEE工作组开发的802.3av标准其最重要的要求是和现有部署的EPON网络实现后向兼容及平滑升级，并与以太网速率10倍增长的步长相适配。为此，802.3av标准进行了多方面的考虑：
    a)10G-EPON提供两种应用模式，充分满足不同客户的需求:一种是非对称模式(10G下行/1G上行),另一种是对称模式(10G下行/10G上行)。
    b)10G-EPON绝大部分继承了1G-EPON的标准，仅针对10G的应用，对EPON的MPCP协议（IEEE802.3）以及PMD层进行扩展。在业务互通、管理与控制方面，与1G-EPON兼容；如图1所示，下行采用双波长波分，上行采用双速率突发模式接收技术，通过TDMA机制协调1G和10GONU共存。10G-EPON的ONU 与1G-EPON的ONU在同一ODN下实现了良好共存，有效地保护了运营商的投资。
    
           图110G-EPON与1G-EPON系统共存兼容与波长分配示意图

    c)采用一系列技术措施提高性价比且为长距与大分光比的应用打下了坚实的基础:10G-EPON采用64B/66B线路编码，效率高达97%;更高的链路光功率预算（29dB）；FEC功能采用RS（255，223）编码，可以使光功率预算相对于没有FEC增加5～6dB。

    NG-PON标准

    ITU-T和FSAN将NG-PON标准分成两个阶段：NG-PON1和NG-PON2。其中，NG-PON1定位为中期研究的升级技术，研究时间段是2009-2012年，目前处于基础研究及技术论证阶段。NG-PON2是一个远期研究的解决方案，研究期预计为2012-2015年，其特点为不再考虑与已部署的GPON与ODN网络的兼容性，目前处于早期头脑风暴阶段，不限定任何技术方向。
    ITU-T在2008年12月为启动NG-PON1标准，分配了G.987系列的标准号,其中包含了XG-PON1、XG-PON2以及多波长堆叠等多种技术方向，目前技术上尚无实质性进展。XG-PON1代表了非对称系统（上行2.5-Gbit/s，下行10-Gbit/s）；而XG-PON2代表了对称系统（上行10-Gbit/s，下行10-Gbit/s）；堆叠模式的的主流思想是ONU上行采用不同波长，每波长2.5G速率，通过堆叠4种波长达到上行10G的能力。由于引入了多种波长的ONU/ONT,如果不能实现ONU的无色光源技术，堆叠模式将给运营商的采购与维护带来一定困难。

    (2)两大技术体系的技术与产业比较

    应用场景类似：
    下一代PON两大标准技术体系在架构上和原有EPON和GPON技术类同，支持FTTC、FTTB和FTTH等应用模式，均可以完善满足多业务承载，应用场景类似，没有根本性差异。

    标准发布时间：
    10G-EPON标准启动时间早，进展迅速，将于2009年9月正式发布，成为下一代PON中率先成熟的技术。NG-PON标准启动时间较晚，2009年04月FSAN完成NG-PON1的技术白皮书之后，ITU-T的标准研究预计于2009年5月会议上正式启动，目前ITU-T未正式宣布确定该标准发布的确定时间点和中间进程。预计可能较10G-EPON晚2～3年。

    技术研究思路：
    10GEPON标准目标的思路是将电层带宽尽可能提速，延续了EPON上行链路的突发时序较为宽松的理念，这样易于采用现有成熟元器件，降低了复杂性与实现难度。
    NG-PON1包括了提升电层速率、WDM多波长堆叠等多种技术方向的选择，预计会延续GPON上行突发时序要求严格的特点，这样实现难度较大。另外当前在物理层、XGTC层设计、演进路线、标准后续发展上还进行方向多样的诸多讨论。

    网络升级兼容性：
    IEEE制订的EPON、10G-EPON标准充分考虑了兼容性，将10G和1G共存作为标准的关键需求，在研究之初就已经明确。在同一个ODN下，增加高速率终端的同时，可以良好兼容已部署的低速率终端，原有ONU与线路设施无需替换与更改，充分保护了运营商投资；

    NG-PON1在白皮书中要求和目前的GPON能同一ODN网络共存。但仍然存在一些影响兼容性的因素：
    1）从目前的GPON到NG-PON1升级，需要更改ODN，在干线光纤上增添WDM1部件；
    2）为了使GPON实现与NG-PON1兼容，ITU-T近期发布了G984.5标准，其中包括了对ONU上行波长范围进行收窄。由于发布较晚，现网及在建的GPONONU，绝大部分不满足G984.5规范要求，所以一旦需要升级到NG-PON1，均需要替换；
    3）标准研究方向中还存在部分不确定因素，例如：尚未考虑XG-PON1和XG-PON2之间的平滑升级问题；正在讨论G987.4OMCI规范的制订方向，有可能对GPON的G984.4OMCI规范进行调整。目前这些还是NG-PON1的升级兼容的不确定因素。

    产业链进程：

    10G-EPON的标准思路清晰明确，延续EPON的产业特征，产业链上下游响应速度快。光模块厂商方面，2008年上半年，10GEPON光模块已经可以供货。芯片方面，全球至少有4家芯片厂家投入了10GEPON的芯片研发，其中PMC-Sierra公司、Teknovus公司等已经发布了完整10GEPON解决方案。PMC-Sierra公司继2008年展示了非对称10GEPON系统后，2009年3月下旬在圣地亚哥演示了具有上下行10Gbit/s对称性能的10GEPON系统。设备方面，中兴通讯在2008年10月的中国国际信息通信展览会上率先向业界推出了全球首台10GEPON设备样机，并进行了系统业务演示。网络建设方面，部分运营商已计划在2009年上半年建设10GEPON的试验局。
    NG-PON1标准启动较晚，由于PMD、TC层等基础内容尚处于技术论证阶段制约了产业链的发展。光模块和芯片产业发展，与GPON类似，如果NG-PON标准定义的指标参数，如突发模块开/关时间与同步时序依然很严格，将为规模商用的器件产业成熟增加了困难，会进一步延缓产业链的进程。

    总结

    综上所述，随着带宽需求的快速增长，下一代PON已经成为标准组织的热点研究方向。
    10G-EPON作为以太生态系统的有机组成部分，标准进展迅速，产业链成熟速度快，兼容性好，商用进程与全球主流运营商的宽带规划相匹配。
    相对而言，NG-PON1标准启动时间与产业发展滞后，关键技术明晰需要时日，并且与现网已部署的GPON网络共存存在一定的兼容风险，这些有待各方面共同推进和完善。


来源：中国信息产业网