浅谈下一代PON技术演进

夏青

摘要：随着通信技术的迅猛发展，电信业务逐渐宽带化、综合化和数字化，本文主要介绍当前光纤宽带接入技术的最新进展及技术演进。

关键词：PON 10G PON NG-PON2

一、引言

无源光网络（PON）技术以其节省主干光纤和局端设备光接口、服务范围大、带宽分配灵活和运维成本低等特点，成为宽带光接入的主要接入方式，无源光网络（PON）由光线路终端（OLT）、光网络单元（ONU）和光分配网络（ODN）组成。一般其下行采用TDM广播方式、上行采用TDMA（时分多址接入）方式，PON是一种纯介质网络，由于消除了局端与用户端之间的有源设备，因此它能避免外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少线路和外部设备的故障率，提高系统可靠性，同时可节省维护成本，是运营商长期期待的技术。PON的业务透明性较好，原则上可适用于任何制式和速率的信号。1G EPON 在宽带接入网建设及光进铜退接入网改造过程中得到大量应用。虽然1G EPON 能够提供 1Gb/s 的上下行带宽，但随着一些新业务的逐渐普及，也对 PON 技术提出了更高的要求。

2001年和2002年，权威标准组织IEEE和FSAN/ITU-T分别提出EPON和GPON概念，从此PON技术进入了Gbps时代。此后5年内，这两种技术及其产业链逐渐发展成熟，成为了全球市场的主流应用。目前，国内外的主流电信运营商均以EPON或者GPON技术大力发展宽带接入提速服务，光进铜退的趋势日益明显。随着用户对高清IPTV、视频监控等高带宽业务需求的不断增长，运营商对PON系统在带宽需求、业务支撑能力、接入节点设备和配套设备性能等方面，都提出了更高的期望。下一代PON技术的未来演进已成为当前业界最瞩目的焦点问题。从目前的发展趋势来看，光纤接入技术主要沿着两个方向发展：第一个是单波长、高带宽趋势，如10G PON。另一个是网络向多波长发展，即WDM- PON技术。

二、PON技术演进

FSAN和ITU将光纤网络未来演进定义为两个阶段：NG-PON1（中期）和NG-PON2（長期）。NG-PON1是基于XG-PON1的技术实现，可提供10Gbps下行速率和2.5Gbps上行速率。然而当XG-PON1可实际商用投入市场后却遇到一定的阻碍，在中短期时间内市场对于10Gbps速率的接入业务需求并不明显。随着更新技术的出现，市场也逐步将注意力转移到了NG-PON2。

1.10G PON

2008年开始，IEEE和FSAN/ITU-T启动了10G PON的研究，PON技术跨入10Gbps时代。IEEE还是延续采用以太网技术，通过少量扩展，推出了10G EPON标准，IEEE802.3av在2009年9月正式发布。ITU-T稍晚也启动了10G GPON标准的制定，延续了GPON的技术路线，并在2010年三季度发布了G.987系列标准。

10G PON技术阶段是光接入技术发展路线中承上启下的关键步骤，其带宽能力良好匹配普及百兆、迈向千兆的提速需求，场景应用范围广泛，产业发展成熟，现网中可无缝兼容现有EPON/GPON技术和用户设备，工程实施上只需进行设备级改造。是5～10年内FTTx的主要技术选择。

FTTB场景下接入用户数较多，1G EPON/GPON带宽目前已经无法支撑百兆提速，必须升级到10G PON。在EPON比例高、百兆和视频业务发展快的区域，需要尽快升级到10G EPON，以满足普及百兆、试点千兆的要求。随着XG PON1产业链的进一步成熟，GPON FTTH也将逐步升级到10G PON。目前，10G-EPON已大规模商用，XG-PON1开始商用。重点聚焦于校园和园区FTTB建设、LAN小区提速改造、百兆FTTH提速和未来的千兆到户等应用场景。

2. 40G PON

2011年开始，ITU-T启动了NG-PON2的研究，PON标准将跨入40Gbps时代。2012年3月，多数运营商选择TWDM-PON作为其主要的实现技术，开始编写G.ngpon2.1（即NG-PON2总体需求）。同年10月，该文稿提交并获得通过，标准号为G.989.1。随着ITU-T日前推出40Gbps无源光网络（NG-PON2）G.989系列标准，下一代无源光网络（NG-PON）的发展又向前迈出了一大步。

NG-PON2是紧随着1G GPON（ITU-T G.984系列）和10G XG-PON1（ITU-T G.987系列）之后出现的，拥有多波长操作、收发器和接收器ONU波长可调等增强性能。基于多波长和点对多点架构，NG-PON2的主要解决方案是基于时分和波分复用的PON（TWDM-PON）。事实上，TWDM-PON由两个方向上的四到八个波长组成，每个方向的最高速率能达到80Gbps。

TWDM-PON是TDM技术与WDM技术结合。其采用8个波长实现4路10G GPON在同一ODN中叠加；其中，下行4个波长，10G/波长；上行4个波长，2.5G/波长；总带宽下行40G/上行10G。

TWDM-PON可以与现有G/EPON FTTB网络和谐共存，不同PON技术采用不同波长隔离，不会对数据规划和网络管理造成困扰；利用堆叠PON 1：512的高分光比能力，可借用FTTB的ODN网络实现FTTH低成本覆盖。

TWDM-PON所带来的带宽和灵活性的提升，将为整个光纤网络打开一个全新领域，TWDM能够支持、管理或演进至合适的带宽以支持各种不同的业务，比如，支持商业接入对称的高带宽，支持移动回程的非对称高带宽等。同时它也能支持在同一架构下各种业务和用户的融合。这些能力将帮助运营商降低CAPEX，并创造更多收入。

3.其它40G PON技术

与TWDM-PON共同纳入NG-PON2备选方案的有： OFDM-PON技术（正交频分复用）、UDWDM-PON技术（基于相干光检测）、SSWDM-PON技术（ODN中引入反射镜等）、XLG-PON技术（TDM直接到40G速率）。出于更大限度的重现有用ODN网络及产业水平的整体考虑，TWDM-PON和部分P2P WDM-PON的应用场景更为多数运营商所接收，从而成为NG-PON2的主要标准内容。

三、 结束语

总的说来，G速率的PON网络和技术已在全球范围内获得了商业应用。目前，10GPON技术已开始商业应用。40G速率代表的TWDM-PON技术已基本具备标准系列的制高点，为人们日益增长的带宽需求做好了现阶段适配和未来的技术储备。目前的固网与移动接入网正走向融合，物联网和5G等新概念和需求的兴起会加速这个过程。同时，趋向融合网络的运维和管控也将更加智能和简便，我们有理由期待明天会更好。