IPTV和VoD服务催生PON接入网发展

作 者：电子系统设计 Louis E. Frenzel

    消费者对更快数据传输速率的需求是永无止境的。好消息是借助光纤数据传输，我们能够让数据传输得更快。坏消息是光纤仍很昂贵。不过，随着更新更快系统的出现而带来的使用量增长，这一情况正在开始改变。因此，当光纤已经成为长途电话和互联网络的核心时，它将最终便宜得可以进入家庭应用。

    很长时间以来，光纤到户(FTTH)一直是大多数电信运营商的终极目标，但成本因素不是延缓就是阻止了他们的这一期望。现在，无源光网络(PON)技术正以其更低的价格和更高的带宽为消费者带来最高的接入速率。

    FTTH的主要推动力是视频应用。电信运营商希望通过提供IPTV服务与有线电视公司进行竞争，因为有线电视公司正在提供VoIP服务并从电信运营商处挖走固定电话用户。当然，电信运营商也想扩大自己的VoIP业务量。

    通过使用光纤，运营商能够提供IPTV、视频点播 (VOD) 和其它视频业务。此外，借助光纤，互联网接入数据速率能够提高，以满足不断增长的互联网应用，因为用户永远要求更高的速率。尤其最近，用户总是抱怨他们上传数据的速度太慢。

    虽然大多数用户似乎对于网络下载速度表示满意，但随着向YouTube和FaceBook等网站上传相片和视频需求的增长，现在的上传服务变得像拨号上网那样过时。于是运营商开始寻求实现三重播放(话音、视频和数据)来提高用户满意度。

    一些专家甚至预言，基于双绞线的普通老式电话业务(POTS)将于2012年左右消失。尽管该预言成为现实的可能性不大，但在AT&T和Verizon这样的主流电信运营商的网络中，光纤将肯定会扮演更大更重要的角色。

    随着老的POTS用户数量的下降，同时DSL的速率已接近了上限，主流电信公司被迫转而使用光纤。得益于PON技术的逐步发展，光纤接入的成本将随着时间的流逝而逐渐得到控制。

    PON技术更新

    PON价格较低的原因很简单：它可以不用高速长距离网络所必须使用的有源电路和器件。PON的工作距离较短，最远为20km，网络由光纤加上一些低成本的无源分路/合路器组成。

    PON网络的一端为运营商设备，通常称为光线路终端或OLT(图1)。一个或多个分路器把光信号分为4/8/16/32，最多64路单个信道送入家庭网络，然后由一个光网络单元(ONU)或光网络终端(ONT)接收光信号并通过路由器或网关与PC、TV或其它网络应用设备相连。

    在某些系统中，光纤在ONU中的多住户单元(MDU)处终结，后者把信号分配给该单元管辖范围内的公寓、居民住宅或连排别墅。分配方式通常是通过现有的配置了ADSL2+(或者更新更快的VDSL2)的双绞线电话线。而另一些系统中则与临近的数字用户线接入复用器(DSLAM)相连，由后者负责通过已经安装好的使用ADSL2+或VDSL2的双绞线电话线分配信号。

    PON有两种主要的形式。GPON或称千兆PON是为基于异步转移模式(ATM)协议的电话系统布线而开发的最新PON版本，其第一个版本称为APON，随即被BPON所取代。BPON实现了下行622Mbits/s和上行155Mbits/s的速率。

    GPON的上下行速率分别为2.488 Gbit/s和1.244 Gbit/s。下行数据通过一个1490nm激光器发送，上行数据则通过1310nm激光器发送。在某些情况下会用到一个独立的1550nm激光器传送TV信号。GPON有正式的ITU标准 (G.984)。

    PON的另一种形式是以太网PON，或称EPON。它由IEEE 802.3aq标准规范，上下行载波波长与GPON相同，但为对称的1.25Gbit/s。更快的10Gbit/s标准正处于研发之中。EPON有时又被称为千兆以太网PON或GE-PON，广泛应用于日本与其他一些亚洲国家和欧洲的部分地区。在美国GPON占统治地位而不用EPON。

    PON的上下行速率虽然很快，但是用户显然达不到那样的速率。电信公司是根据一定的策略和收费计划分配带宽的，单个用户速率不会超过100Mbit/s，而大部分用户要低于这个数字。30 Mbit/s是大多数IPTV应用所需的最小带宽，也是可用速率的最小值，尽管还有50Mbit/s的情况。

    PON的应用范围遍及全球，虽然目前大多数网络部署在亚洲和欧洲，但美国的使用率正在飞速上升。Verizon可能拥有最多的用户，其用户数超过了1百万，计划2011年将达到1千8百万。该公司的FiOS系统正为50万用户提供IPTV服务，该系统是Verizon宽带投资计划的一部分，光纤直接到户。

    另一个重要的参与者是AT&T，其Uverse IPTV和三重播放系统计划已经在美国启动，计划建设多个网络。AT&T的系统使光纤与临近的DSLAM相连，信号最后通过VDSL2 经电话双绞线传送到用户。

还有其它一些运营商也开始了部署PON的工作。Quest也是一家大运营商，它把光纤接入看作救命稻草而不仅仅只是一项未来技术。某些专家估计超过50%的商用PON网络是由不知名的小运营商建造的。不管哪种情况，都表明了PON网络正处于上升的阶段，代表了未来宽带技术的方向。如果说有线电视暂时在宽带市场中占了上风，电信公司也并未放慢紧紧跟随的脚步，并且最终会形成真正的竞争格局。

    PON产品

    看看某项技术有多少新的IC支持是判断该技术是否处于上升时期的方法之一。正是大量涌现的新的IC芯片推动了PON技术向前发展。

    该领域的领头羊似乎非Broadlight莫属，该公司的芯片解决方案覆盖了几乎所有的PON系统。在运营商侧或称OLT侧，其BL3238 GPON OLT媒质接入控制(MAC)芯片支持在GPON封装模式(GEM)之上的以太网分组和时分复用(TDM)数据传送。

    标准的下行速率为2.488 Gbit/s，上行为1.244 Gbit/s 或 622 Mbit/s。BroadLight的芯片上下行两个方向均支持FEC和AES加密，最多可带128个ONT。Broadlight PONmaker软件工具加速了OLT的开发进程。

    BroadLight的最新产品BL3458 4通道OLT控制器是业界集成度最高的分组和时分复用GPON传送解决方案，它极大地降低了功耗、节省了空间，并降低了多端口OLT方案的成本。BL3458的核心部件是4片BL3238。

    该芯片上还集成有4个串行/解串行模块(SERDES)和突发模式CDR。内置的MIPS324KEc处理器使得设备的配置和动态带宽分配(DBA)更加容易。PONjacket软件工具简化了OLT开发过程，提高了产品推向市场的速度。

    Broadlight的BL2347是一款GPON ONT芯片，具备桥接和调制解调功能，同时专门优化了成本。这款片上系统(SoC)芯片集成了一个VoIP DSP和一个4端口千兆以太网交换机。GPON MAC完全遵循ITU-T G.984标准。

    BL2348则是一款单芯片的完全GPON住宅网关ONT芯片(图2)，内含一对用于流量处理的PONRunner网络处理器，单个GPON MAC和一个MIPS 24k处理器，另外还有4端口VoIP交换机和DSP。芯片上有适合于家庭网络技术的标准接口，如千兆以太网、100Mbit/s快速以太网、802.11a/b/g/n、MoCA、HomePNA 和HomePlug，以及USB。

    BL2348在一块芯片上实现了ONT和家庭网关功能，并极大地降低了物理尺寸、成本和功耗。与之配套的GateMaker软件支持防火墙、安全、SIP、管理、QoS和NAT等网关功能的编程。样片将于2007年底提供。

    科胜讯的PON SoC则注重于ONU客户产品。GPON芯片CX95292 XenonIIIG完全遵循ITU-T G.984标准，而CX95203 Xenon-IIIE 则遵循IEEE 802.3ah EPON (GE-PON)。两款芯片均具备下行2.488Gbit/s、上行1.25Gbit/s的数据传输能力，同时支持物理层加密、安全、桥接和路由功能，从而确保IPTV业务所需的QoS。

    同时，芯片上还包含了4个并发的VoIP信道，每信道都具有路由、深度分类和过滤的能力，从而支持最佳的QoS。此外还有千兆以太网MoCA、HomePlug和HomePNA接口。

    Cortina Systems刚刚发布了它的第二代以太网PON芯片组。CS8021是一款高度集成的PON中心局端OLT芯片，单个芯片支持4个EPON端口，使得设备制造商有可能设计出高端口密度机架或可堆叠安装在机架上的系统。可扩展的SDRAM帧缓存提升了QoS。在CPE侧，CS8016 ONU是一款单芯片解决方案，内置帧缓存、RAM、PON和以太网SERDES。管理和控制功能由内置的ARM9处理器完成。

    网络芯片商PMC-Sierra最近也发布了几款PON产品，该产品来源于它不久之前收购的Passave。基于该公司的GigaPASS架构，PAS65311 GPON ONT参考设计包括了一个完全遵循ITU-T G.984 标准的GPON MAC、一个高级分类引擎、鲁棒QoS队列、高级VLAN桥接和处理、IPTV过滤等模块，所有模块都能线速处理各种长度的分组数据。

    GigaPASS架构集成了多个基于硬件的分组处理引擎子系统，能够线速处理所有长度的分组。一个支持Linux和VxWorks操作系统和可扩展中间件平台的控制处理器把这些子系统连接为一个整体。GigaPASS已有产品问世，其参考设计由PAS6201-G0和PAS6211组成。

    合波器/分路器是任何PON系统的关键组成部分。Ignis Photonyx AS的IXA70可配置为2/4/8/16/32/64路1xN光信号合波器/分路器，基于硅基二氧化硅平板光波电路技术制造，IXA70的极化损耗很小，1x2单元的插损为7dB，1x32设备则为16.5 dB。