下一代PON技术的发展前景

2013-07-15 admin1 326

PON技术凭借其点到多点的网络架构及无源ODN的特征,已成为FTTx领域最受运营商青睐的解决方案。随着PON的规模应用和全业务运营的快速发展,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。PON系统面向未来的演进方向和演进方式成为了业界瞩目的焦点。

标准演进路线

基本原则:从网络运营的角度来看,“超宽带,可共存”应是PON演进的基本原则。首先,以增加营业收入为目的拓展新业务是所有运营商的战略目标,此举势必引发带宽消耗的强劲增长。在可见的未来,新的商业模式将进一步推动带宽需求的增长。其次,PON系统整体投资巨大,回报周期长,且ODN投资和终端投资是整个网络投资中的关键部分(在Greenfield的FTTH建设中,ODN的投资占总投资的70%,终端投资占总投资的25%);因此,尽可能保护ODN的投资,最大化用户终端价值,对加速运营商赢利来说,意义非凡。

演进路线:在完成GPON的标准化工作之后,FSAN/ITU-T以“低成本,高容量,广覆盖,全业务,高互通”为第一步演进目标,迅速推进下一代PON技术标准的研究和制定。同时,FSAN/ITU-T也提出,更长期演进时,在不考虑与旧有系统共存的前提下,以全新场景为牵引,可考虑选择除TDM PON以外的可用技术。

因此,依据当前的现实需求与技术成熟度的判断,FSAN定义NG-PON的演进如图1。由图1可知,NG-PON的演进规划可为两个阶段:NG-PON1和NG-PON2。NG-PON1属于PON的中期演进,着眼于研究兼顾现有GPON ODN敷设的下一代标准;而NG-PON2则被视为PON系统远期发展的解决方案,它可以建立在全新的光纤分配网络之上,不受限于GPON标准而独立应用。

近期目标——NG-PON1

业界对NG-PON1的基本需求是要提供比GPON更高的数据传输速率。同时,考虑到高昂的ODN成本以及耗费在其中的大量时间,运营商希望在最大程度上保护其已布放的光纤系统。因而,在构思和设计从GPON到NG-PON1的演进时,FSAN/ITU-T选择了可兼容现有GPON光纤设施的方式以保障其GPON时期的资本投入。

XG-PON1的ODN完全沿袭了GPON的网络拓扑,可以重利用现有GPON网络已部署的光纤、分路器等,同时只需在OLT侧增加支持10G的接口板,这样仅替换ONU即可完成平滑演进,以达到共享ODN的目的。XG-PON1继承了GPON的基本处理机制,更全面的支撑和完善全业务运营、提升现有GPON系统的性能并在功能实现上进行了有效简化。但XG-PON1也存在一些劣势:过于复杂的XGTC层设计导致芯片结构复杂;过度的带宽不对称;L波段10G光模块成本偏高。

目前,XG-PON1主体技术标准系列已完成,FSAN/ITU-T的下一步工作计划是对G.987.3进行增补,增加10G/10G和2.5G/2.5G两种对称速率。

组网、共存和演进:XG-PON1最大程度上继承了现有的GPON标准,并在一些细节上做了改良和提升,继承了与GPON同样的点到多点网络拓扑,可应用于FTTH,FTTB/C,FTTCab等多种接入场景。

XG-PON1考虑了对运营商ODN投资的保护,即XG-PON1与GPON在同一个ODN上共存。根据XG-PON1的物理层标准,XG-PON1的上/下行波长规划不同于GPON,因此可以通过波分复用的方式(通过在局端放置WDM1r器件,在上/下行方向分别对多个工作信号进行合波/分波,由于目前ONU已使用收窄波段的光模块,因此无需增加WBF器件)实现XG-PON1和GPON的兼容。

运营商普遍关心的是Brown Field场景,即基于共存的演进,主要指已部署的GPON系统由于新业务驱动压力而需要现网升级。升级时,运营商可选择将用户设备逐批次升级或一次性升级为XG-PON1。基于WDM堆叠的共存是目前最标准的共存方式,为实现从GPON到XG-PON1的升级,所有ONU以及OLT必须严格实现ITU-T G.984.5amd1(扩展波段)中所规范的波长计划,从而达到通过波长堆叠的方式完成GPON和XG-PON1在同一ODN上的共存。图2描述了在基于共存的演进过渡期时GPON和XG-PON1通过波分设备的共存网络示意图。

物理层规范:XG-PON1的物理层技术标准于2009年10月定稿并在ITU获得通过,并于2010年1月在ITU正式发布。相比于GPON,XG-PON1的物理层规格有较大变化。

传输汇聚层规格:FSAN/ITU-T定义的XG-PON1的TC层尽可能沿用GPON TC层的基本处理机制,并针对XG-PON1特性进行必要的改良和完善。TC层的三大关键技术点,即成帧格式、DBA以及激活流程,都依据现有GPON框架展开讨论。其中,为适配XG-PON1的速率,以及方便芯片实现和提升处理效率,XG-PON1对帧结构做了较多改动,维持125us周期不变但重新定义了帧头,加入了PON-ID,并更改了帧同步的加扰方式;DBA主要结构相同,相关配合参数做了简化;激活机制删除了功率调节机制及相关消息交互过程,其余则完全与GPON一致。

管理和配置:从管理项及其配置来看,XG-PON1与GPON几乎没有区分,但把其中与具体PON技术特征相关的描述都去掉,使其抽象化,从而达到普遍化目的。

XG-PON1系统的终端管理也全面保留了GPON时期的特色:在FTTH场景时,XG-PON1默认对ONU采用全OMCI进行实时管理;在FTTB/C等场景时,XG-PON1采用OMCI结合其他管理协议对ONU进行管理,即“双管理”。双管理的基本思路是首先利用OMCI打通其他管理协议通信所需的2层通道,此后以OMCI层面的虚拟端口作为分界点,在PON线路上对其他管理协议报文进行透传。其典型应用为OMCI+SNMP。

10G GPON成本决定规模商用时间点:可规模商用的ASIC芯片以及光模块产品的开发是10G GPON产品的最核心部分。目前业界已经有包括FiberHome在内的主流厂商能够提供10G GPON成品,并且在核心器件:芯片和光模块上,FiberHome实现了独立自主研发。由于当前芯片方案还处于高成本的FPGA阶段,直接导致10G GPON成本高昂,因此离真正规模商用还存在一定差距。

对于ONU产品,光模块和PON芯片占超过60%的成本,而当前10G GPON的光模块和PON芯片成本是GPON的10倍以上,成本能否大幅度降低决定了整个ONU产品规模商用的时间。

对于MDU产品而言,设备的光模块和PON芯片仅占25%左右的成本,同时由于FTTB/C单设备服务于多用户,通常大于24线,因此每户分摊的设备成本相对较低,光器件和PON芯片成本只要下降到当前GPON的2~3倍即可接受。

远期规划——NG-PON2

在NG-PON2时代,由于考虑的是长期演进,有更多的技术选择。其中,高速TDM PON(40G)、WDM PON、OFDMA等都进行过专门讨论。下面将对各种可能的NG-PON2技术进行阐述。

P2P WDM:典型WDM-PON(波分复用PON)采用树形ODN。其ODN采用波分复用/解复用器。典型情况下,该MUX/DEMUX采用AWG。每用户完全独享一个波长上的带宽资源。WDM PON系统,由于AWG各个端口具有波长依赖性,每个终端用户设备中的有色光模块将发射由AWG的端口决定的特定波长的光信号。由于产业链不成熟、技术复杂、成本过高以及业务驱动力不足等原因,在未来3~5年,WDM PON在FTTH场景中规模部署的可能性较低,但在一些有大带宽需求、成本相对不敏感的FTTB/C场景中,可能存在一定机会。

TWDM PON:TWDM PON是NG-PON2的候选技术之一,多个XG-PON1通过波分复用共用一个ODN,互不干扰。每个XG-PON1子网的ONU工作波长互不相同,为降低成本,ONU侧光模块采用可调激光器。TWDM PON原理简单,技术难度适中,是一种较理想的候选技术。

综上所述,NG-PON2成为近期PON系统和技术的研究重点,由于需求、器件、成本的原因,NG-PON2短期内还难以实用化。但NG-PON2是PON技术的集大成者,是PON演进过程中的重要里程碑。

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