10G PON技术正逐渐成为PON网络的主流技术

随着宽带市场的迅猛发展,目前国内外主流运营商均已提供以PON承载为主的宽带接入业务,由IEEE发起的EPON标准和ITU发起的GPON标准已成为PON技术的两大主流。

然而,随着近年来在线点播、在线教育、IPTV以及互动游戏等业务,特别是4K视频、虚拟现实等业务的蓬勃发展,人们对带宽的需求持续增长,原有的100M/200M接入带宽已满足不了用户的业务需求,宽带产业正步入千兆时代。原有的GPON/EPON接入也满足不了用户的业务需求,10G PON技术逐渐成为PON网络的主流技术,国内外各大运营商正面临着10G PON网络升级改造的压力和挑战。

EPON与GPON均不断演进升级

PON技术始于1995年,在经历了14年各种PON技术发展后,2009年IEEE发布了10G EPON标准IEEE802.3av,最大化继承了EPON IEEE 802.3ah中的内容,这为未来网络的高速发展奠定了基础。

10G EPON按照速率分为两类,分别为非对称模式(下行速率为10Gbit/s,上行速率为1Gbit/s)和对称模式(下行速率为10Gbit/s,上行速率为10Gbit/s)。10G EPON最大的特点是扩大了EPON的上、下行的带宽,同时支持最大分路比为1:256,在传输距离方面也有了很大提升,在1:256的分路比下,传输距离可以达到20km,而在1:128的分路比下,传输可以达到30km。

从2008年开始,ITU逐渐完成了下一代GPON技术的标准化,定义了XG-PON1和XG-PON2。XG-PON1是非对称的(下行速率是10Gbit/s,上行速率是2.5Gbit/s),XG-PON2是对称的(上/下行速率都是10Gbit/s)。

10G GPON主要特征有:兼容性,10G GPON的ODN系统可以有效利用原有GPON网络中已经布好的光纤、分光器和活接头等设备;超强的宽带能力,10G GPON提供的宽带能力是GPON的4倍和EPON的10倍,所以能够满足用户未来对大带宽的需求;良好的互通性,10G GPON沿用了GPON的管理控制协议,能够提供非常完善的10G GPON互通能力;更大的分光比和更远的距离,10G GPON最大能够完成1:512的分光比下20km的传输距离,10G GPON既适用于人口密集的城市,也适用于偏远地区,以便提高接入网的覆盖范围。

10G PON工作原理

10G PON工作原理和PON原理相同,即下行OLT采用广播的方式将数据下发至每个ONU,上行采用时分复用(TDMA)方式向OLT传输数据。

如图1所示,在OLT上,下行的业务被封装为GEM帧并加上各个ONU的ID在光纤上传输,到达分光器后分成各个支路到达每个ONU,ONU通过比较ID号判断哪个数据是属于自己的,ID如果匹配不上则直接丢弃。

10G PON技术正逐渐成为PON网络的主流技术

图1  下行数据

如图2所示,上行链路被分成不同的时隙,每个ONU只能按照规定的时隙向OLT发送数据,时隙由OLT统一分配,这样各个ONU的上行数据到达分光器后不会为了争夺时隙而产生冲突。

10G PON技术正逐渐成为PON网络的主流技术

图2  上行数据

GPON升级演进到10G GPON的路径

GPON技术可满足用户接入能力达到10Mbit/s的要求,10G GPON技术可满足用户接入能力达到100Mbit/s的要求。现网中有大量的GPON设备已使用并大量部署,10G GPON已逐步展开部署。10G GPON与GPON如何共存、如何升级,有多种不同实现的方案。

l 外置WDM1r合波方案

GPON向10G GPON的升级演进,需考虑到GPON和10G GPON频谱使用的影响,下行方向中,GPON采用S波段1480~1500nm,与10G GPON下行使用的1575~1580nm不重叠;上行方向中,GPON ONU中使用DFB激光器,上行仅使用O波段的1290~1330nm子波段,与10G GPON上行使用的1260~1280nm不重叠,因此如果要实现GPON和10G GPON的共存,从基本原理上说,可以通过合波方式进行,增加10G GPON业务线卡以及10G GPON ONU;网管升级,支持10G GPON业务管理;运营支撑系统支持10G业务发放。

10G PON技术正逐渐成为PON网络的主流技术

图3  外置WDM1r合波方案

这种方案只需新增一个无源合波设备,就可以使用原有的ODN网络,主要适用于机房空间足够的场景。但外置WDM1r合波设备会占用机房空间,针对部分机房空间不足的场景还是面临一些限制。

l PON Combo合一板方案

考虑到WDM1r合波设备占用机房空间,可以采用PON Combo合一板方案,这种方案由PON Combo合一板和合一尾纤连接器组成。合一尾纤连接器由普通的尾纤演化而来,通过将2个连接器(GPON和10G GPON连接器)合二为一,并内置WDM1r合波器件,以最小的体积实现GPON和10G GPON的合波,COMBO线卡替换GPON业务线卡,光纤线路不变;网管升级,支持10G GPON业务管理;运营支撑系统支持10G业务发放。

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图4  PON Combo合一板方案

这种方案的优点在于不需要独立的外置WDM1r合波设备,机房空间不变,不影响现网GPON ONU光路,合一尾纤连机器属于无源设备,定制化成本低、故障率低。

l PON Combo光模块方案

业内一家重要的设备商研制的PON Combo光模块通过三合一工艺,在内部集成了GPON光模块、10G GPON光模块和WDM1r合波器,配合对应的PON单板,实现GPON到10G GPON的升级。

10G PON技术正逐渐成为PON网络的主流技术

图5  PON Combo光模块方案

这种方案的优点在于PON Combo光模块集成了所有10G GPON平滑演进所必须的器件,ODN无需改动。不过这种方案也有限制:受限于工艺和散热影响,当前PON Combo光模块中的GPON和10G GPON的光功率预算分别只能达到28dB/29dB,即Class B+ 和Class N1等级,在长距离或大分光比情况下可能会影响覆盖范围;同时PON Combo光模块定制会增加成本。

从EPON升级演进到10G EPON的路径

EPON下行波长工作在1480~1550nm(中心波长为1490nm),10G EPON下行波长工作在1260~1280nm(中心波长为1270nm),两者之间没有波长重叠;EPON上行波长工作在1260~1310nm(中心波长为1310nm),10G EPON上行波长工作在1260~1280nm(中心波长为1270nm),两者部分重叠。因此如果要实现EPON和10G EPON的共存,必须采用双频率TDMA技术,这样可以保证OLT既能接收EPON ONU发送的上行信号,又能接收10G EPON ONU发送的上行信号。

由于10G EPON具有向下兼容特性,因此同一个10G PON口下既可以承载EPON ONU,也可以承载10G EPON ONU。从EPON到10G EPON的升级只需将OLT侧原有的EPON单板替换成10G EPON单板,不改变ODN网络,将连接OLT端EPON单板的光纤调换到10G EPON单板即可,10G EPON线卡替换EPON 业务线卡,光纤线路不变;网管升级,支持10G EPON业务管理;运营支撑系统支持10G业务发放。

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图6  EPON到10G EPON

这种方案的优点在于现网中使用的OLT平台设备可以直接扩容10G EPON单板,支持EPON与10G EPON共存;不用重新布线,兼容现有的ODN网络;10G EPON相比于EPON在组网模式上没有明显的区别,完全兼容EPON终端,真正做到按需升级,在保证原有设备资源的情况下充分利用资源,极大地降低投资风险。

小结

PON技术是宽带接入网业务承载的重要方式,伴随着4K视频、虚拟现实等大流量、高带宽业务的开展和普及,10G PON替代GPON/EPON已成大势所趋。本文对10G PON的关键指标、工作原理、GPON到10G GPON、EPON到10G EPON的升级改造路径和技术方案进行了阐述和分析。10G PON在光接入网络中具有非常光明的前景,必将在不远的将来在宽带市场中占据“霸主”地位。

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