PON设备在移动回传网络中的定位

0 前言

移目前移动通信和固网宽带是我国各电信运营商最重要的两大基础业务，在电信网络IP化、宽带化和技术融合的大背景下，移动宽带服务驱动移动通信网络迅猛发展，对移动回传承载网络提出了更高的要求。在对网络灵活性需求不断增加的同时，业务接入带宽的需求更是迅猛增加，以WCMDA网络为例，移动回传网络的实际接入带宽已从2G时代的2 Mbit/s，经过3G发展初期的15 Mbit/s，提高到3G成熟期HSPA+业务的28 Mbit/s，未来LTE的基站物理接口将会达到GE，实际业务带宽有可能达到300 Mbit/s以上。

当前，各运营商在积极探寻适合自身未来移动回传网络发展的基于分组或传输的主流技术，如分组传送网（PTN）、IP化无线接入网（IP RAN）、光传送网（OTN）及融合技术P/E-OTN等，与此同时，也在积极尝试利用现有传输和接入资源传送移动回传业务，特别是利用现有PON的空闲端口，以期充分利用现有资源，提高现有网络的利用率，降低网络建设和维护成本，PON因此成为大家所关心的热点之一。

1 PON技术现状与发展

1.1 PON技术现状

传统的PON系统下行数据流采用广播技术、上行数据流采用TDMA技术，以解决多用户每个方向信号的复用问题。传统PON技术采用WDM技术，在光纤上实现单纤双向传输，解决2个方向信号的复用传输。PON一般由光线路终端（OLT）、分光器（ODU）、用户终端（ONU）3个部分构成。目前在现网中广泛应用的PON技术包括EPON和GPON 2种主流技术，EPON上下行带宽均为1.25 Gbit/s，GPON下行带宽为2.5 Gbit/s，上行带宽为1.25 Gbit/s。

目前在实际的FTTx应用场景中，大多数EPON/GPON只配置了以太接口，可选配置POTS和2M接口。但从技术标准要求上，EPON/GPON均可实现IP业务和TDM业务等多业务接入，并可实现QoS分类。

EPON/GPON均可传递时钟同步信号，可通过OLT的STM-1接口或GE接口，从外部线路中提取频率同步信号，此时OLT需要支持同步以太网；也可以在OLT设备上从外部BITS输入时钟信号，作为该PON的公共时钟源，ONU与该时钟源保持频率同步。

随着标准的发展，目前EPON/GPON均有了PON层自身的时间同步传递机制。

a） 在ITU-TG.984.3 Amendment 2标准中定义了GPON的时间同步机制。

b） 在IEEE 802.1as标准中定义了EPON的时间同步机制。

1.2 PON技术标准的发展

虽然10G EPON和PON尚未大规模商用，但10 Gbit/s以上速率的PON技术是近2年ITU-T和FSAN研究的重点和热点。XG-PON1的相关技术标准已经趋于成熟， XG-PON1之后的NG-PON2标准框架也已基本完成。向多波长扩展是近期技术研究的重点，FSAN已经明确TWDM-PON是未来NG-PON2的技术选择，但在ITU-T SG15中规范多种技术的G.multi标准也已基本完成，这说明有关多波长扩展的多个技术流派之争远没有结束。表1是ITU-T关于GPON、XG-PON1和NGPON2相关标准的制定和成熟情况。

2 现有EPON/GPON承载移动回传技术分析

2.1 移动回传需求分析

不同技术的3G网络对移动回传网络的带宽有所差异，本文以中国联通WCDMA技术为模型，分析3G移动回传网络的带宽需求。为完整分析移动回传网络的带宽，将WLAN也作为回传网络承载的业务之一，同时也将BBU-RRU拉远模式下对移动回传网络的带宽和性能需求进行分析。其相关需求见表2，表2中带宽值均为无线技术的峰值带宽。

2.2 现网测试数据分析

下面测试数据是根据某运营商在4个城市进行的网络测试验证结果，其中EPON 2个城市，GPON 4个城市，不同类型的设备每个城市只测试一个厂家的设备。

2.2.1 性能测试

a） TDM业务。误码率和抖动均正常，但是时延偏大，测试结果表明，半数以上测试中，时延大于标准规范的2 ms。

b） 以太网业务。PON技术本身就是基于以太网的技术，对IP业务的承载较有优势，在测试中以太网业务的丢包率、时延、误码均符合要求。

c） 网络保护倒换。在现有接入网中，PON的保护技术很少使用，但是考虑到移动基站安全性要求较高，对保护倒换进行了测试验证。保护倒换验证了以下2种类型。

（a） 干路光纤保护倒换。分别对EPON/GPON的TDM业务、以太网业务保护倒换进行了测试验证。测试结果表明，仅一处测试保护倒换时间大于50 ms，但大部分测试的倒换时间都大于20 ms，相较于现有的MSTP网络，倒换时间较大。

（b） 全线路保护倒换时间。测试结果见表3。全线路保护的测试结果较差，半数测试不支持。

2.2.2 业务功能验证

a） 网络正常时，各类业务均正常开通。

b） 网络保护倒换时，效果较差。测试结果如表4所示。

2.2.3 同步

a） 时钟同步。从外参考同步信号输入、设备内部时钟输出频率准确度、漂动产生、相位瞬变以及CES业务时钟性能测试来看，测试PON设备在支持传统的频率同步方面已没有问题。

b） 时间同步。时间输入/输出接口功能方面，均达不到要求，且部分厂家设备不具备时间信号1 pps输出接口；时间传递的相对精度方面，在网内有外参考时，基本可满足100 ns的要求，无外参考时，恢复出的时间信号不可用。

从测试结果看，对于时钟同步传递基本满足使用要求，但时间同步型号传递支持较差，仍有待改进。

2.3 简要分析及结论

基于上述技术分析和测试验证可以看出，现有PON技术主要针对宽带接入，虽然为了承载移动回传业务，在标准及技术的演进过程中做了很多的改进和完善，但应用场景仍有较大的局限性，产品仍需改进完善。具体总结如下：

a） GPON、EPON在功能上均可实现对2G、3G业务的承载，但TDM业务时延偏大，应注意其应用场景。

b） 现网保护倒换测试效果较差。建议PON技术用于安全性要求较低或自身光缆线路无保护路由的基站，如室内分布系统等。

c） 现网已经部署的大部分ONU设备并未配置E1端口，OLT设备也未配置STM-1接口，部分厂家设备支持TDM业务还需另配板卡（现网已部署设备不支持同步）。因此对现网设备利旧承载移动回传有一定的局限性。

d） 现有PON设备对时间同步的支持还有待改进，未来能否作为LTE承载还需进一步研究。

3 PON承载LTE需要关注的问题

从表2中可以看出，LTE引入后对网络的时延、时间同步等方面提出了更高的要求，现有的EPON/GPON设备无法满足这些要求，而且也无法满足BBU-RRU拉远情况下CPRI接口的性能要求，应该说，现有PON设备无法满足承载LTE的应用需求。

在无线技术不断发展的同时，PON技术也在不断进步，基于多波长扩展的PON技术采用WDM技术，在其技术标准制定的过程中，已经从单纯支持宽带业务向支持移动回传等多种业务接入扩展，为下一步LTE移动承载提供了一个完善的技术标准。

从电信网的发展来看，网络的架构和核心是网络的关键，应具有较高的可靠性和可扩展性，但业务接入与业务发展紧密相关，特别是在今天业务从TDM向IP化过渡的过程中，不同业务有可能需要不同的接入技术，多种接入技术共存已成为现实，如何充分利用现有资源、提高现有资源的利用率是各运营商挖潜的主要手段之一，如何在PON自身技术发展、满足固网接入的同时兼顾LTE移动回传业务的发展是下一步固移融合中需要重点思考和关注的问题之一。

作者：王光全 来源：邮电设计技术