重庆有线电视网络股份有限公司
摘要：本文经过对PON网络发展历程进行分析，提出了下一步高带宽PON网络的发展趋势，探讨了如何构建NG-PON，以高带宽优势推进有线电视网宽带及视频业务发展。
关键词：EPON GPON 10G-PON NG-PON
Next Generation PON Technology Evolution&Comparison
An Li
（ChongQing CCN Co.，Ltd）
Abstract Based on the analysis for the PON technology development history，this article has brought up the developing trend for the next generation high bandwidth PON technology，and discussed about how to structure NG-PON，and carry out the business development for cable television network broadband and video based on the advantage of high bandwidth technology.
Key words EPON，GPON，10G-PON，NG-PON
引言
1 随着各大运营商“宽带提速”、“光进铜退”工程的大规模展开，未来业务将会以多媒体、视频点播、互动游戏为主要特征，高带宽、综合化将成为评判运营商所推广的宽带产品优劣的标准。
近几年，以 IEEE组织发起的EPON标准和ITU-T/FSAN标准组织发起的GPON标准成为PON技术的两大主流。无论是EPON，还是GPON，其提供的上下行带宽仅仅为1G或者2G，随着目前大流量、大宽带业务的开展，用户的带宽需求预计将以每3年一个数量级的趋势递增，从未来运营商长期发展趋势分析，单个用户的带宽需求将会在100 Mbit/s以上，现有PON口带宽将会出现瓶颈。
1.1 近中期的10G-PON技术
在近中期的10G-PON技术中，主要有10G-EPON和10G-GPON两种技术方向。10G-EPON以IEEE 802.3av标准为基础，最大限度地沿用了以往IEEE 802.3ah中的内容，具有很好的向上兼容性。10G-GPON则以ITU-T G.987协议组为基础，定义了包括总体特征、物理媒质相关子层、传输汇聚子层和管理控制接口等一系列标准，提出上下行非对称XG-PON1和上下行对称XG-PON2两种10G-GPON的主要架构。
2 10G-EPON技术
2.1 10G-EPON标准简介
2009年9月12日发布了10G-EPON国际标准802.3av，并分别定义了对称型和非对称型物理层参数，为了实现10G-EPON与1G-EPON的兼容和网络的平滑演进，IEEE 802.3av标准在波长分配、多点控制机制方面都有专门的考虑。
2.2 PHY层主要变化
●光功率预算
10G-EPON标准除了定义了与EPON相同的20dB和24dB外，还根据实际组网的需要，定义了29dB的光信道插入损耗。10G-EPON标准针对非对称和对称传输速率各定义了3类功率预算：
——非对称（10G/1G）：PRX10，PRX20，PRX30
——对称（10G/10G）：PR10，PR20，PR30
●波长划分
在波长规划方面，为了实现与1G-EPON的兼容，IEEE 802.3av标准选择1577nm作为10Gbit/s下行信号的波长（波长范围1574~1580nm）。
在下行方向，10Gbit/s信号与1Gbit/s信号为WDM方式。而上行方向，1Gbit/s和10Gbit/s信号的上行波长有重叠，只能采用双速率TDMA方式。10G-EPON OLT可以同时发现10G/10G ONU，10G/1G ONU和1G/1G ONU，三种ONU可以共存。
●新的PCS层
10G-EPON采用64B/66B编码，效率为97%，与1G-EPON的8B/10B（效率为80%）相比有了明显提升。
2.3 MPCP层主要变化
10G-EPON系统需要支持非对称、对称传输速率并兼容现有EPON技术，需要对EPON的MPCP协议（IEEE 802.3）进行扩展，增加了10Gbit/s能力的通告与协商机制。这样可以充分利用现有EPON的实现方案，极大地降低了芯片和设备成本。
2.4 Churning功能
在EPON系统中，采用三重搅动（Triple Churning）的方法对OLT下行数据进行加密，提高下行数据的安全性。IEEE 802.3av定义了一种适用于10G-EPON系统的Churning方案，提高了10G-EPON下行数据的安全性。10G-EPON系统的搅动密钥更新和同步过程与EPON系统相同。
3 10G-GPON技术
3.1 10G-GPON标准简介
2007年11月，ITU-T正式确定NG-PON的标准化路标，并以“低成本、高容量、广覆盖、全业务、高互通”为目标，迅速推进下一代PON技术标准的研究和制定：一个是与GPON共存、利用GPON ODN的NG-PON1；一个是完全新建ODN的NG-PON2，NG-PON1是GPON 的中期演进，兼顾已有的GPON 的标准，而NG PON2是PON 的远期发展方向。
我们通常说的10G-GPON属于NG-PON1阶段，标准号为G.987系列，又称为XG-PON。其中，非对称系统（上行2.5Gbit/s，下行10Gbit/s）称为XG-PON1，对称系统（上行10Gbit/s，下行10Gbit/s）称为XG-PON2；另外，ITU-T以GPON OMCI为基础进行扩展，形成新的标准G.988（G.omci），整合所有OMCI相关文档，作为终端管理基础标准。
3.2 XG-PON1 PHY层主要特性
XG-PON1相比GPON在物理层要求上有明显提升，具体参见表。
3.3 XG PON1的波长规划
XG-PON1的下行信号波段为1575~1580nm（室外应用时为1575~1581nm），上行信号波段为1260~1280nm。由于整网演进过程中不可避免的共存需求，XG-PON1 ONU需保留足够带宽用于现有GPON以及CATV信号，且应最大限度减少不同信号间串扰带来的影响。
3.4 XG-PON1 TC层规范（G.987.3）
XG-PON1 TC层共分业务适配子层、成帧子层和物理层适配子层，业务适配子层主要涵盖了XGEM帧封装以及XGEM-ID分配过滤等功能，支持数据单元的分段重组和XGEM帧的定界功能；成帧子层包含XGTC帧/突发数据帧封装和解析，嵌入式OAM功能，PLAM功能以及Alloc-ID过滤等；物理适配子层实现了FEC功能、线路编码以及突发数据开销功能。
3.5 XGS-PON
XGS-PON是对称的10G-GPON，是10G-GPON的另一个分支，以提供上下行对称的10 Gbps带宽，该技术被视为GPON和基于TWDM PON的NG-PON2之间的过渡技术。
3.5.1 XGS-PON 的波长定义
在标准中定义了两种情况，基本波长和可选波长方案。
①基本波长。XGS-PON 支持跟XG-PON1 一样的波长范围。当同一个PON 系统同时覆盖XGS-PON 和XG-PON1 ONU 部署的时候，OLT 侧可以同时接收和处理来自XGS-PON（10Gb/s）和XG-PON1（2.5Gb/s）ONU 的上行数据和消息。
②可选波长。重用GPON 的波长（下行1480~1500nm，上行1300~1320nm），但前提条件是运营商尚且没有部署GPON 系统。这样XGS-PON 和XGPON就可以通过波长堆叠的方式来同时部署。
根据波长方案的不同，XGS-PON 的光功率损耗在基本波长模式的情况下支持28dB，而在可选波长方案的情况下支持29dB。
3.5.2 XGS-PON 的汇聚子层
XGS-PON 中的传输汇聚子层，基本上是重用了G.989.3 中的定义以及G.987.3 的标准。另外在XGS-PON 的汇聚子层中定义了对XG-PON 的支持。
3.5.3 XGS-PON 的升级以及共存
双速情况下的混合共存模式对于运营商来说，他们可以有更加灵活的网络部署业务。例如，他们可以在相同的OLT 的PON 端口下面选择普通的终端用户支持XG-PON，选择商业用户使XGS-PON。
另一种升级的场景是GPON ONU、XG-PON 和XGS-PON 并存的网络部署。GPON ONU 使用1490nm/1310nm 的下行/上行波长，同时XGS-ONU 和XG-ONU都占用了相同的波长范围，即1270nm/1577nm 的上行/下行波长。在双速情况下，与XGS-PON 相比，因为XG-PON 上行速率只是2.5Gb/s，所以XG-PON 需要4 倍的时间来传输相同的1bit 数据。
4 结束语
国内外研究机构、运营商和设备商都在积极探索、研究后10G-PON时代的可能技术方案，目前主流的研究方向有TWDM-PON、WDM-PON、OFDM-PON等技术，CDM-PON、对等结构PON、40/100Gb/s相干PON等技术也在积极研究中。
参考文献：
[1]IEEE802.3ah-2004 Amendment：Media Access Control Parameters，Physical Layers，and Management Parameters for Subscriber AccessNetworks[S/OL].[2012-07-11]
[2]IEEE802.3av-2009 Amendment：Physical Layer Specifications and Management Parameters for 10 Gb/s Passive Optical Networks[S/OL].[2012-07-11]
[3]ITU-T G.983.1 Broadband optical access systems based on Passive Optical Networks（PON）[S/OL].[2012-07-11]
[4]2017年中国电信XG-PON设备技术要求V1.0
[5]2013年CCSA 10G-EPON测试标准：YD/T2650-2013
作者简介：
安利，男，1981年1月出生，硕士学位，重庆有线电视网络股份有限公司运行维护部质量管理主管，工程师，主要从事网络及设备端到端质量检测、运行维护管理工作，曾参与过企业网络、各类型设备质量检测、运行维护标准及规范的研究和制定。
论文作者:安利
论文发表刊物:《基层建设》2019年第7期
论文发表时间:2019/7/2
标签：波长论文; 标准论文; 技术论文; 对称论文; 定义论文; 带宽论文; 信号论文; 《基层建设》2019年第7期论文;