下一代寬帶接入新技術——10GEPON

    10GEPON產(chǎn)生的背景

    寬帶光接入的主要技術包括點對點技術（P2P）和點對多點無源光網(wǎng)絡技術（PON）兩大類。點對點（P2P）方式的主要優(yōu)點是專用接入、局端設備簡單、傳輸距離長，可以用于低密度用戶分散地區(qū)。但是用戶不能共享局端設備和主干光纖，高密集用戶區(qū)域成本高，標準化程度差，不是主流解決方案。無源光網(wǎng)絡（PON）技術與點對點（P2P）方式相比，能夠大量節(jié)省主干光纖和局端設備光接口、高密集用戶區(qū)域成本低、標準化程度高、業(yè)務透明性較好、網(wǎng)絡配置靈活、綜合優(yōu)勢明顯，是未來寬帶光接入及FTTH方式的主要技術選擇。EPON的國際標準相對簡單，易實現(xiàn)。目前EPON技術已經(jīng)成熟，成本不斷下降，達到了規(guī)模商用水平，能夠滿足近期寬帶業(yè)務的要求。GPON的國際標準比較詳細，支持多業(yè)務能力較強，是歐美主要運營商的技術選擇。但目前GPON技術尚不完全成熟，在系統(tǒng)功能、網(wǎng)管、商用芯片、互通性等方面仍需不斷完善。

    雖然處于同一代技術的EPON和GPON接入技術提供了1G/2G的帶寬，但隨著IPTV、HDTV、雙向視頻以及在線游戲等大流量寬帶業(yè)務的逐漸開展與普及，每用戶的帶寬需求預計將以每5年一個數(shù)量級遞增并有加速趨勢，從中長期的發(fā)展趨勢來看，每用戶的帶寬需求將是50~100Mbps。無論是EPON還是GPON，現(xiàn)有的PON口帶寬都將出現(xiàn)新的瓶頸，因此FSAN和IEEE組織均在積極探討下一代PON接入技術的發(fā)展走向。

    10GEPON技術分析

    下面從標準發(fā)展、技術特點和產(chǎn)業(yè)鏈成熟度三方面對10GEPON技術進行分析。

    標準分析

    目前下一代PON接入技術的標準主要為制定EPON標準的IEEE組織推出的10GEPON標準和制定GPON標準的ITU-T/FSAN組織推出的NGAPON標準。

    （1）10GEPON標準的發(fā)展狀況

    10GEPON的標準為IEEE802.3av，10GEPON的標準制定從2006年開始，計劃2009年9月正式頒布。目前10GEPON的標準制定進程較快，已經(jīng)確定了主要的技術細節(jié)。

    IEEE802.3av標準專注于物理層技術的研究，最大限度沿用EPON的IEEE802.3ah的MPCP協(xié)議，該標準具有很好的繼承性。802.3av標準的核心有兩點：一是擴大802.3ah標準的上下行帶寬，達到10G速率；二是10GEPON標準有很好的兼容性，10GEPON的ONU(OpticalNetworkUnit)可以與1GEPON的ONU共存在一個ODN(OpticalDistributionNetwork)下，最大限度保護運營商投資。

    IEEE802.3av確定了兩種物理層模式，一種是非對稱模式，即10G速率下行和1G速率上行；另外一種是對稱模式，即上下行速率均為10G。非對稱模式可以認為是對稱模式的一種過渡形式，在前期對上行帶寬需求較少和成本較為敏感的場合，可以使用非對稱形式。隨著業(yè)務的發(fā)展和技術的進步，將會逐步過渡到對稱模式。

   （2）NGAPON標準的發(fā)展狀況

    NGAPON標準分為兩個發(fā)展階段，分別為NGA1和NGA2。

    NGA1PON的研究方向主要為制定可兼容目前GPON，能夠共享同一個ODN的NG-PON技術標準。其中包括引入WDM技術的研究，實現(xiàn)StackedGPON技術研究以及長距GPON技術研究，10GGPON也屬于NGA1的范疇，但在FSAN組織暫沒有列入計劃討論，計劃直接借鑒IEEE10GEPON的技術成果，但在上行速率、技術工藝方面根據(jù)GPON的規(guī)劃要求進行重新定義。

    NGA2PON的研究方向則不考慮對于目前GPON網(wǎng)絡的兼容性以及ODN的兼容性，光波長選擇也不受目前網(wǎng)絡應用的限制，開放式地討論GPON技術發(fā)展?jié)摿?，目前主要探討方向是高速率、長距、大分光比的WDM-PON與TDM-PON相結合的混合PON網(wǎng)絡。

    在國際標準組織的10GEPON和NGAPON標準的討論和制定中，中國相關企業(yè)均積極參與，如中興通訊積極參加多次10GEPON標準會議，擁有該標準的重要領導席位，提交多篇提案；在NGAPON標準的研討中，積極、持續(xù)地為技術白皮書的制定做出重要貢獻，并于2008年9月在上海獨家承辦了ITU-T/FSAN的標準大會。

    （3）兩大標準的發(fā)展探討

    10GEPON標準的制定時間表如圖1所示。

    NGAPON標準的制定時間表為在2009年Q1完成NGAPON的技術白皮書，包括NGA1/2的需求、NGA1的規(guī)范、NGA2的初期研究。計劃在2011年左右完成對NGA1PON標準的制定和發(fā)布。

    從兩大標準的制定時間計劃來看，目前NGAPON標準化進程較10GEPON要晚2~3年。

    ITU-T/FSAN組織對于NGAPON的主要思路是想通過引入WDM單纖多波長技術解決大帶寬、大分光比以及長距的需求，但目前有多個方向，尚在討論中，還沒有確定。目前在NGA1PON的標準討論中，已經(jīng)有許多FSAN組織成員提案直接或間接應用IEEE10GEPON標準已經(jīng)成熟的技術成果，因此未來將會有兩種基本發(fā)展方向：

    只借鑒10GEPON標準的成熟技術，但不考慮與10GEPON標準的融合發(fā)展。

    充分借鑒或應用10GEPON標準的成熟技術，并考慮未來與10GEPON標準的融合發(fā)展。

    鑒于技術融合是通信技術發(fā)展的趨勢，第二種發(fā)展方向將具有更大的可行性。

    10GEPON標準由于遵循了已有的EPON規(guī)范，上行鏈路的突發(fā)時序比較寬松，因此可以使用現(xiàn)有的元器件，加快10GEPON進入市場的速度。波長方面，10GEPON從開始就明確作為現(xiàn)有EPON網(wǎng)絡的兼容升級方案，因此所選擇的波長也不會影響當前EPON網(wǎng)絡工作。加上10GEPON有很好的兼容性，能夠最大化保護運營商的投資，全面降低CAPEX。

因此，10GEPON技術作為一種提供10GE高帶寬、兼容性好、能快速成熟的下一代PON接入技術將在未來的幾年中得到廣泛關注和發(fā)展。

    10GEPON技術簡介

    10GEPON的協(xié)議框圖如圖2所示。由圖2可見，10GEPON技術在協(xié)議上位于OSI參考模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。在MAC層上10GEPON沿用GEPON的成熟MPCP協(xié)議，只對該協(xié)議進行少量擴充和修改，加快了標準的制定過程。

    在下行方向，10GEPON以10G速率連續(xù)方式發(fā)送碼流，數(shù)據(jù)流由MAC層傳遞到RS子層，經(jīng)過XGMII接口，數(shù)據(jù)流到達PCS子層，在PCS子層內(nèi)部經(jīng)過64B/66B編碼、擾碼、FEC功能處理（為了增加光功率預算，10GEPON技術規(guī)定必須實現(xiàn)FEC）；數(shù)據(jù)流經(jīng)過PCS子層的處理，到達PMA子層，進行串并轉換處理；最后串行碼流到達PMD子層，進行光電轉換，將數(shù)據(jù)流經(jīng)過單模光纖傳遞到ONU設備；ONU設備對數(shù)據(jù)流進行相反的處理，數(shù)據(jù)流經(jīng)過電光轉換，串并轉換，時鐘恢復，在PCS層進行FEC解碼，去擾，64B/66B編碼解碼，然后送到MAC層處理。

    在上行方向基本流程和下行相同，區(qū)別是在ONU側的PMD層，采用突發(fā)模式發(fā)送，在OLT層的PMD層需要采用突發(fā)模式接收方式，在PCS層要進行突發(fā)模式時鐘恢復。

    10GEPON在PMD層規(guī)定了波長分配和光功率預算。IEEE802.3av的波長分配如圖3所示，下行采用1574~1580nm波段，上行和1GEPON的波長重疊，采用1260~1280nm波段。從波長分配上看，在上行方向10G速率的上行波長和1G速率的上行波長是疊加的，因此1G速率的ONU和10G速率的ONU要采用時分復用方式發(fā)送上行數(shù)據(jù)。在下行方向10G速率的波長和1G速率的波長是分開的，保證了下行數(shù)據(jù)有較高的帶寬。

    10GEPON目前規(guī)定了3種功率預算，即PR10/PRX10、PR20/PRX20和PR30/PRX30，功率預算如表1所示。10GEPON的功率預算可以支持20km傳輸距離和1：32分光比。

    產(chǎn)業(yè)鏈分析

    目前對10GEPON投入研究的硬件廠商主要有光模塊廠商、芯片廠商和設備制造商。光模塊方面，2008年上半年，已經(jīng)有供應商可以提供非對稱的10GEPON光模塊，目前該供應商可以批量提供XFP標準的非對稱光模塊，在2008年四季度可提供對稱的光模塊產(chǎn)品。日本三菱公司在2008年9月的FSAN會議上宣布研制成功對稱的10GEPON樣機，包括10GEPON光模塊。芯片方面，PMC-Sierra公司在2008年7月率先在業(yè)界進行10GEPON演示。該演示采用了PMC-Sierra完整的10GEPON參考設計，包括用于10G光纖線路終端器（OLT）的PAS8001和用于10G光纖網(wǎng)絡單元（ONU）的PAS9001，這套系統(tǒng)已經(jīng)在2008年5月在北京舉行的中國光網(wǎng)絡研討會上首次亮相。TKNOVUS公司也在2008年11月宣布其發(fā)布的10GEPON評估板系統(tǒng)（EVB）完全符合最新的IEEE802.3av10GEPON標準，這套EVB系統(tǒng)包括OLT和ONU設備，以及配套的綜合開發(fā)工具。

    設備方面，2008年10月，中興通訊在2008中國國際信息通信展覽會上率先向業(yè)界推出了全球首臺10GEPON設備樣機，并進行了系統(tǒng)業(yè)務演示。

    小結

    綜上所述，10GEPON的標準發(fā)展很快，2009年三季度將發(fā)布正式標準。10GEPON可以繼承EPON大規(guī)模部署的成熟經(jīng)驗，可以在不改變目前的ODN網(wǎng)的情況下與GEPON共存，為運營商節(jié)省投資。在帶寬上10GEPON與已有的寬帶接入技術相比有很大優(yōu)?鏈將很快成熟。因此10GEPON是適合于下一代寬帶接入的理想技術。