英文摘要:Although 10G EPON and 10G GPON standards and industrial chain have yet to mature, and large-scale commercial deployment is some way off, both technologies have attracted great interest from operators building next generation broadband networks. This paper discusses 10G EPON and 10G EPON from a technical point of view, analyzing the progress of their standardization, related technical parameters development of optical fiber and phase-out of copper, and industrial chain process.

英文關(guān)鍵字:10G EPON; 10G GPON; broadband network acceleration；development of optical fiber and phase-out of copper

1 10G PON 技術(shù)發(fā)展背景

隨著各大運(yùn)營(yíng)商“寬帶提速”、“光進(jìn)銅退”工程的大規(guī)模展開(kāi)，未來(lái)寬帶業(yè)務(wù)將會(huì)以多媒體、視頻點(diǎn)播、互動(dòng)游戲?yàn)橹饕卣鳎邘挕⒕C合化將成為評(píng)判運(yùn)營(yíng)商所推廣的寬帶產(chǎn)品優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。

在寬帶網(wǎng)絡(luò)光纖化的大趨勢(shì)下，PON技術(shù)已經(jīng)成為目前全球各個(gè)電信運(yùn)營(yíng)商關(guān)注的熱門(mén)技術(shù)之一，也是運(yùn)營(yíng)商實(shí)施“寬帶提速”、“光進(jìn)銅退”工程的技術(shù)基礎(chǔ)。經(jīng)過(guò)早期APON、BPON的探索，近幾年，以美國(guó)電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)組織發(fā)起的EPON標(biāo)準(zhǔn)和以國(guó)際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)化部門(mén)/全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)論壇(ITU-T/FSAN)標(biāo)準(zhǔn)組織發(fā)起的GPON標(biāo)準(zhǔn)成為PON技術(shù)的兩大主流。EPON標(biāo)準(zhǔn)主要秉承以太網(wǎng)“簡(jiǎn)單唯美”的特點(diǎn)，憑借其成熟的產(chǎn)業(yè)鏈和優(yōu)良的性?xún)r(jià)比，在日本、韓國(guó)等亞洲地區(qū)擁有最廣泛的光纖接入(FTTx)用戶(hù)；而GPON標(biāo)準(zhǔn)憑借與APON、BPON一脈相承的特點(diǎn)，受到了歐洲、北美等眾多運(yùn)營(yíng)商的青睞。

無(wú)論是EPON，還是GPON，其提供的上下行帶寬僅僅為1G或者2G，但隨著目前交互式網(wǎng)絡(luò)電視(IPTV)、高清晰度電視(HDTV)、網(wǎng)絡(luò)游戲、視頻業(yè)務(wù)等大流量、大寬帶業(yè)務(wù)的開(kāi)展和普及，每用戶(hù)的帶寬需求預(yù)計(jì)將以每3年一個(gè)數(shù)量級(jí)的趨勢(shì)遞增，從未來(lái)運(yùn)營(yíng)商長(zhǎng)期發(fā)展趨勢(shì)分析，每用戶(hù)的帶寬需求將會(huì)在50～100 Mbit/s之間。這樣以來(lái)，EPON和GPON均無(wú)法滿(mǎn)足未來(lái)寬帶業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，現(xiàn)有PON口帶寬將會(huì)出現(xiàn)瓶頸。因此，ITU-T、FSAN、IEEE等各大標(biāo)準(zhǔn)化組織開(kāi)始下一代PON技術(shù)的研究工作。

與1G PON技術(shù)類(lèi)似，10G PON技術(shù)仍然分為10G EPON和10G GPON兩大陣營(yíng)。10G EPON以IEEE 802.3av標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，最大限度地沿用了以往IEEE 802.3ah中的內(nèi)容，具有很好的向上兼容性。IEEE所定義的802.3av包括兩點(diǎn)核心內(nèi)容：首先，擴(kuò)大了802.3ah標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于1G EPON的上下行帶寬，達(dá)到10G速率；其次，充分考慮了與1G EPON的兼容性問(wèn)題，在規(guī)定相關(guān)物理參數(shù)時(shí)，保證10G EPON的光節(jié)點(diǎn)(ONU)可以與1G EPON的ONU共存于同一個(gè)光配線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)(ODN)中，且該ODN的配置可以不做任何變化，最大限度地保證了運(yùn)營(yíng)商前期的投資。而10G GPON則以ITU-T G.987協(xié)議組為基礎(chǔ)，定義了包括總體特征、物理媒質(zhì)相關(guān)子層、傳輸匯聚子層和管理控制接口等一系列標(biāo)準(zhǔn)，提出上下行非對(duì)稱(chēng)XG PON1和上先行對(duì)稱(chēng)XG PON2兩種10G GPON的主要架構(gòu)，并率先開(kāi)始了非對(duì)稱(chēng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。經(jīng)過(guò)兩年多的討論和研究，標(biāo)準(zhǔn)草案已經(jīng)初具規(guī)模，而相關(guān)的產(chǎn)品研發(fā)工作也正在進(jìn)行。

文章將會(huì)以技術(shù)為基礎(chǔ)，從技術(shù)參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行、產(chǎn)品鏈成熟度等相關(guān)方面，對(duì)10G EPON和10G GPON進(jìn)行總結(jié)和分析。

2 10G PON的技術(shù)分析

如圖1所示，回顧PON技術(shù)的發(fā)展歷史可以發(fā)現(xiàn)，每一種PON技術(shù)從誕生之日到最終大規(guī)模商用化均需要經(jīng)過(guò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定、相關(guān)芯片和光模塊的研發(fā)、實(shí)驗(yàn)和量產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)局的開(kāi)設(shè)以及商用化部署4個(gè)階段，歷時(shí)5年左右的時(shí)間，而其中每一個(gè)階段的發(fā)展又會(huì)經(jīng)歷多次的論證。

作為PON技術(shù)體系中的分支，10G EPON和10G GPON目前正處于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定中，雖然相關(guān)芯片、光模塊廠(chǎng)商也開(kāi)始了技術(shù)的研究工作，但現(xiàn)階段仍處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段，離大規(guī)模量產(chǎn)還有一段距離。本章節(jié)主要是從兩者的技術(shù)參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程以及芯片、光模塊產(chǎn)業(yè)鏈成熟度等幾個(gè)方面，對(duì)10G EPON和10G GPON進(jìn)行全面的總結(jié)和分析[1-4]。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展

標(biāo)準(zhǔn)是否成熟是判斷一種技術(shù)是否具有商用化的前提條件。現(xiàn)階段，包括IEEE、ITU-T、FSAN等多家國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織正在進(jìn)行10G EPON和10G GPON兩種技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化制定工作；而中國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)化組織——中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(CCSA)也于2009啟動(dòng)了相關(guān)10G PON技術(shù)的研究工作。總體來(lái)說(shuō)，由于10G EPON技術(shù)啟動(dòng)時(shí)間要早于10G GPON，因此，目前10G EPON的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程略快于10G GPON。表1介紹了10G EPON和10G GPON的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展歷程。

2.1.1 10G EPON

與1G EPON技術(shù)一樣，10G EPON標(biāo)準(zhǔn)制定主要是由IEEE牽頭來(lái)完成。IEEE組織在2009年9月12日發(fā)布了10G EPON國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)802.3av，該標(biāo)準(zhǔn)專(zhuān)注于10G EPON物理層技術(shù)的研究工作，沿用了傳統(tǒng)1G EPON中的MPCP協(xié)議，在將1G EPON上下行帶寬增大到10G的同時(shí)，為保證運(yùn)營(yíng)商原有投資不受損害及10E EPON的平滑升級(jí)，IEEE 802.3av標(biāo)準(zhǔn)定義了與1G EPON ONU共存于同一ODN網(wǎng)絡(luò)中的10G EPON ONU標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)[5]。

此外，在IEEE 802.3av標(biāo)準(zhǔn)中，還定義了兩種物理層參數(shù)：一種是非對(duì)稱(chēng)模型，即10G速率下行和1G速率上行；另外一種是對(duì)稱(chēng)模式，即上下行速率均為10G。非對(duì)稱(chēng)模式可以認(rèn)為是對(duì)稱(chēng)模式的一種過(guò)渡形式，在前期對(duì)上行帶寬需求較少和成本較為敏感的場(chǎng)合，可以使用非對(duì)稱(chēng)形式。隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，將會(huì)逐步過(guò)渡到對(duì)稱(chēng)模式。

在中國(guó)，CCSA已經(jīng)于2009年年底，逐步啟動(dòng)了10G EPON的標(biāo)準(zhǔn)化研究工作，兩個(gè)關(guān)于10G EPON的項(xiàng)目均已在去年杭州舉行的CCSA TC6全會(huì)上立項(xiàng)通過(guò)：CCSA TC6 WG2工作組提交的10G EPON技術(shù)規(guī)范；由CCSA TC6 WG4工作組提交的10G EPON光模塊行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.2 10G GPON

從2004年起，ITU-T SG15 Q2開(kāi)始同步研究和分析從GPON向下一代PON演進(jìn)的可能性。2007年9月，Q2正式發(fā)布用于規(guī)范GPON和下一代PON系統(tǒng)共存的增強(qiáng)波長(zhǎng)計(jì)劃。2007年11月，Q2確定了NGPON的標(biāo)準(zhǔn)化路標(biāo)，并以“低成本，高容量，廣覆蓋，全業(yè)務(wù)，高互通”為目標(biāo)，推進(jìn)下一代PON技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究和制定。   

根據(jù)ITU-T研究計(jì)劃，NGPON將經(jīng)歷兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)階段：第一個(gè)階段是與GPON共存、重利用GPON ODN的XG-PON，該階段又包含上下行非對(duì)稱(chēng)XG-PON1和對(duì)稱(chēng)XG-PON2兩種模型；第二個(gè)階段則是完全新建ODN的NGA2。備受關(guān)注的波分復(fù)用-無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)（WDM-PON）技術(shù)屬于第二階段范疇，它通過(guò)在一根光纖中使用多個(gè)波長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)的擴(kuò)容，但目前由于突發(fā)模式粗波分復(fù)用、無(wú)色ONU收發(fā)器、可調(diào)諧WDM器件等一些難點(diǎn)技術(shù)無(wú)法突破，WDM-PON仍處于論證階段。

在2009年9月底召開(kāi)的ITU-T SG15全會(huì)上，Q2工作組正式發(fā)布了NG-PON標(biāo)準(zhǔn)的第一階段文本，即下一代PON系統(tǒng)的總體需求(G.987.1)和物理層規(guī)范(G.987.2)，并同時(shí)制定了于2010年年中，發(fā)布傳輸匯聚層(G.987.3)和管理控制接口(G.988)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)劃。

在中國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)化方面，由于10G GPON部分標(biāo)準(zhǔn)于2009年底剛剛推出，因此CCSA目前還暫時(shí)沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)制定工作，預(yù)計(jì)相關(guān)工作將會(huì)在2010年年底展開(kāi)。

2.2 技術(shù)參數(shù)

無(wú)論是IEEE 802.3av，還是ITU-T G.987協(xié)議族，均對(duì)10G PON相關(guān)技術(shù)參數(shù)、物理層指標(biāo)、光功率預(yù)算做出了詳細(xì)的定義。但由于兩大標(biāo)準(zhǔn)化組織所考慮問(wèn)題的出發(fā)點(diǎn)不同，技術(shù)指標(biāo)也存在一定的差異。

表2對(duì)10G EPON和10G GPON從技術(shù)角度進(jìn)行了總結(jié)和分析。由于IEEE標(biāo)準(zhǔn)化組織一直以來(lái)致力于以太網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，對(duì)于傳統(tǒng)電信技術(shù)的關(guān)鍵特征關(guān)注程度不高，因此，與10G GPON相比，10G EPON在認(rèn)證、帶寬分配、終端管理等功能的實(shí)現(xiàn)上，標(biāo)準(zhǔn)定義并不完善。

2.2.1 10G EPON

如圖2所示，列舉了10G EPON技術(shù)的四大關(guān)鍵點(diǎn)：第一，10G EPON定義了6種光功率預(yù)算，針對(duì)非對(duì)稱(chēng)模式的PRX10、PRX20和PRX30以及針對(duì)對(duì)稱(chēng)模式的PR10、PR20和PR30，這6種光功率預(yù)算模型基本上可以滿(mǎn)足運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需要；第二，10G EPON技術(shù)在實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)1G EPON在多點(diǎn)控制協(xié)議層面(MPCP)前向兼容的基礎(chǔ)上，還對(duì)原有消息類(lèi)型進(jìn)行了擴(kuò)展，用于報(bào)告光纜終端設(shè)備(OLT)、ONU光模塊的開(kāi)關(guān)時(shí)間，以滿(mǎn)足10G EPON系統(tǒng)的要求；第三，10G EPON采用了(255，223)的前向糾錯(cuò)(FEC)編碼方式，該編碼與用于1G EPON的FEC編碼一脈相承，但其強(qiáng)大的編碼增益可以支持10G EPON光接收器更低的靈敏度；最后，10G EPON對(duì)上下行波長(zhǎng)進(jìn)行了重新規(guī)劃，下行使用1268～1280 nm波長(zhǎng)，上行則重用了原有1G EPON的1575～1580 nm波段，為了避免波長(zhǎng)沖突，10G EPON上行只能使用時(shí)分多址(TDMA)的方式。

2.2.2 10G GPON

圖3是Q2工作組所發(fā)布的一系列10G GPON標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議結(jié)構(gòu)。未來(lái)隨著10G GPON技術(shù)的不斷發(fā)展，ITU-T將計(jì)劃在增強(qiáng)帶寬和距離擴(kuò)展等功能上定義，以滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需要。

已經(jīng)發(fā)布的G.987.1標(biāo)準(zhǔn)，定義了10G GPON系統(tǒng)的總體技術(shù)要求和系統(tǒng)架構(gòu)，明確提出了10G GPON系統(tǒng)在保證良好QoS基礎(chǔ)上，要完全支撐傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)和所有新興業(yè)務(wù)，同時(shí)，還規(guī)定動(dòng)態(tài)帶寬分配(DBA)算法、節(jié)能、認(rèn)證和加密等相關(guān)內(nèi)容要繼承原有1G GPON技術(shù)；而G.987.2則是重點(diǎn)規(guī)范了10G GPON物理層相關(guān)參數(shù)，包括上下行速率、ODN功率預(yù)算、分光比、上下行波長(zhǎng)范圍和線(xiàn)路編碼等內(nèi)容，雖然10G GPON的上下行波長(zhǎng)范圍與10G EPON相同，但由于上行波長(zhǎng)與1G GPON不沖突，因此，10G GPON上下行均采用波分多址(WDMA)方式。

即將于2010年6月發(fā)布的G.987.3對(duì)10G GPON傳輸匯聚層進(jìn)行了定義，明確了在自動(dòng)發(fā)現(xiàn)階段，對(duì)物理設(shè)備的認(rèn)證以及對(duì)用戶(hù)鑒權(quán)的方法，同時(shí)，建議沿用以往高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES)算法，以提高密鑰本身的安全性。針對(duì)管理控制接口的G.988則是承襲G.984.4標(biāo)準(zhǔn)的大部分內(nèi)容，并刪除了原有文本中的三層路由屬性和802.11業(yè)務(wù)配置相關(guān)內(nèi)容。

2.3 產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展

如圖4所示，一個(gè)完整的PON產(chǎn)業(yè)鏈包括芯片、光模塊和設(shè)備3個(gè)環(huán)節(jié)。如果要分析PON產(chǎn)業(yè)鏈，就需要從這3個(gè)環(huán)節(jié)入手，分析每一個(gè)環(huán)節(jié)目前發(fā)展的狀態(tài)和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

表3對(duì)10G EPON和10G GPON兩種技術(shù)的產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展進(jìn)行了匯總和分析。總體來(lái)說(shuō)，10G EPON和10G GPON目前均達(dá)不到大規(guī)模商用化的要求，雖然部分設(shè)備商近期紛紛推出了10G EPON或者10G GPON的產(chǎn)品，并與運(yùn)營(yíng)商合作，開(kāi)設(shè)了部分實(shí)驗(yàn)局，但仍然處于實(shí)驗(yàn)室測(cè)試階段，離規(guī)模商用還有一段距離。

3 結(jié)束語(yǔ)

10G PON技術(shù)符合未來(lái)接入網(wǎng)絡(luò)“大容量、少局所”的發(fā)展方向，在提高接入速率的同時(shí)，支持更大的分路比，覆蓋更多的用戶(hù)。因此，10G PON技術(shù)必將成為未來(lái)電信運(yùn)營(yíng)商實(shí)現(xiàn)“寬帶提速”、“光進(jìn)銅退”等寬帶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的熱門(mén)技術(shù)。在這一大背景下，本論文對(duì)10G EPON和10G GPON兩種主流的下一代光接入網(wǎng)技術(shù)從中國(guó)及國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展、相關(guān)技術(shù)參數(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)程等3個(gè)方面，進(jìn)行了分析和比較。

4 參考文獻(xiàn)
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張沛，北京郵電大學(xué)光通信中心博士畢業(yè)；目前就職于中國(guó)聯(lián)通博士后工作站，現(xiàn)研究領(lǐng)域?yàn)楣鈧魉团c光接入關(guān)鍵技術(shù)；在國(guó)內(nèi)外發(fā)表論文數(shù)10篇。

丁焰，北京郵電大學(xué)電信工程學(xué)院碩士畢業(yè)；目前就職于中國(guó)聯(lián)通研究院，主要研究方向是光接入網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)等等。

陳利兵，北京郵電大學(xué)電磁場(chǎng)與微波技術(shù)專(zhuān)業(yè)博士畢業(yè)；現(xiàn)就職于中國(guó)聯(lián)通研究院，主要從事傳輸、接入方面的新技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)。