下一代宽带接入新技术——10GEPON

 10GEPON产生的背景

    宽带光接入的主要技术包括点对点技术（P2P）和点对多点无源光网络技术（PON）两大类。点对点（P2P）方式的主要优点是专用接入、局端设备简单、传输距离长，可以用于低密度用户分散地区。但是用户不能共享局端设备和主干光纤，高密集用户区域成本高，标准化程度差，不是主流解决方案。无源光网络（PON）技术与点对点（P2P）方式相比，能够大量节省主干光纤和局端设备光接口、高密集用户区域成本低、标准化程度高、业务透明性较好、网络配置灵活、综合优势明显，是未来宽带光接入及FTTH方式的主要技术选择。EPON的国际标准相对简单，易实现。目前EPON技术已经成熟，成本不断下降，达到了规模商用水平，能够满足近期宽带业务的要求。GPON的国际标准比较详细，支持多业务能力较强，是欧美主要运营商的技术选择。但目前GPON技术尚不完全成熟，在系统功能、网管、商用芯片、互通性等方面仍需不断完善。

    虽然处于同一代技术的EPON和GPON接入技术提供了1G/2G的带宽，但随着IPTV、HDTV、双向视频以及在线游戏等大流量宽带业务的逐渐开展与普及，每用户的带宽需求预计将以每5年一个数量级递增并有加速趋势，从中长期的发展趋势来看，每用户的带宽需求将是50~100Mbps。无论是EPON还是GPON，现有的PON口带宽都将出现新的瓶颈，因此FSAN和IEEE组织均在积极探讨下一代PON接入技术的发展走向。

    10GEPON技术分析

    下面从标准发展、技术特点和产业链成熟度三方面对10GEPON技术进行分析。

    标准分析

    目前下一代PON接入技术的标准主要为制定EPON标准的IEEE组织推出的10GEPON标准和制定GPON标准的ITU-T/FSAN组织推出的NGAPON标准。

    （1）10GEPON标准的发展状况

    10GEPON的标准为IEEE802.3av，10GEPON的标准制定从2006年开始，计划2009年9月正式颁布。目前10GEPON的标准制定进程较快，已经确定了主要的技术细节。

    IEEE802.3av标准专注于物理层技术的研究，最大限度沿用EPON的IEEE802.3ah的MPCP协议，该标准具有很好的继承性。802.3av标准的核心有两点：一是扩大802.3ah标准的上下行带宽，达到10G速率；二是10GEPON标准有很好的兼容性，10GEPON的ONU(OpticalNetworkUnit)可以与1GEPON的ONU共存在一个ODN(OpticalDistributionNetwork)下，最大限度保护运营商投资。

    IEEE802.3av确定了两种物理层模式，一种是非对称模式，即10G速率下行和1G速率上行；另外一种是对称模式，即上下行速率均为10G。非对称模式可以认为是对称模式的一种过渡形式，在前期对上行带宽需求较少和成本较为敏感的场合，可以使用非对称形式。随着业务的发展和技术的进步，将会逐步过渡到对称模式。

（2）NGAPON标准的发展状况

    NGAPON标准分为两个发展阶段，分别为NGA1和NGA2。

    NGA1PON的研究方向主要为制定可兼容目前GPON，能够共享同一个ODN的NG-PON技术标准。其中包括引入WDM技术的研究，实现StackedGPON技术研究以及长距GPON技术研究，10GGPON也属于NGA1的范畴，但在FSAN组织暂没有列入计划讨论，计划直接借鉴IEEE10GEPON的技术成果，但在上行速率、技术工艺方面根据GPON的规划要求进行重新定义。

    NGA2PON的研究方向则不考虑对于目前GPON网络的兼容性以及ODN的兼容性，光波长选择也不受目前网络应用的限制，开放式地讨论GPON技术发展潜力，目前主要探讨方向是高速率、长距、大分光比的WDM-PON与TDM-PON相结合的混合PON网络。

    在国际标准组织的10GEPON和NGAPON标准的讨论和制定中，中国相关企业均积极参与，如中兴通讯积极参加多次10GEPON标准会议，拥有该标准的重要领导席位，提交多篇提案；在NGAPON标准的研讨中，积极、持续地为技术白皮书的制定做出重要贡献，并于2008年9月在上海独家承办了ITU-T/FSAN的标准大会。

    （3）两大标准的发展探讨

    10GEPON标准的制定时间表如图1所示。

    NGAPON标准的制定时间表为在2009年Q1完成NGAPON的技术白皮书，包括NGA1/2的需求、NGA1的规范、NGA2的初期研究。计划在2011年左右完成对NGA1PON标准的制定和发布。

    从两大标准的制定时间计划来看，目前NGAPON标准化进程较10GEPON要晚2~3年。

    ITU-T/FSAN组织对于NGAPON的主要思路是想通过引入WDM单纤多波长技术解决大带宽、大分光比以及长距的需求，但目前有多个方向，尚在讨论中，还没有确定。目前在NGA1PON的标准讨论中，已经有许多FSAN组织成员提案直接或间接应用IEEE10GEPON标准已经成熟的技术成果，因此未来将会有两种基本发展方向：

    只借鉴10GEPON标准的成熟技术，但不考虑与10GEPON标准的融合发展。

    充分借鉴或应用10GEPON标准的成熟技术，并考虑未来与10GEPON标准的融合发展。

    鉴于技术融合是通信技术发展的趋势，第二种发展方向将具有更大的可行性。

    10GEPON标准由于遵循了已有的EPON规范，上行链路的突发时序比较宽松，因此可以使用现有的元器件，加快10GEPON进入市场的速度。波长方面，10GEPON从开始就明确作为现有EPON网络的兼容升级方案，因此所选择的波长也不会影响当前EPON网络工作。加上10GEPON有很好的兼容性，能够最大化保护运营商的投资，全面降低CAPEX。

因此，10GEPON技术作为一种提供10GE高带宽、兼容性好、能快速成熟的下一代PON接入技术将在未来的几年中得到广泛关注和发展。

    10GEPON技术简介

    10GEPON的协议框图如图2所示。由图2可见，10GEPON技术在协议上位于OSI参考模型的物理层和数据链路层。在MAC层上10GEPON沿用GEPON的成熟MPCP协议，只对该协议进行少量扩充和修改，加快了标准的制定过程。

    在下行方向，10GEPON以10G速率连续方式发送码流，数据流由MAC层传递到RS子层，经过XGMII接口，数据流到达PCS子层，在PCS子层内部经过64B/66B编码、扰码、FEC功能处理（为了增加光功率预算，10GEPON技术规定必须实现FEC）；数据流经过PCS子层的处理，到达PMA子层，进行串并转换处理；最后串行码流到达PMD子层，进行光电转换，将数据流经过单模光纤传递到ONU设备；ONU设备对数据流进行相反的处理，数据流经过电光转换，串并转换，时钟恢复，在PCS层进行FEC解码，去扰，64B/66B编码解码，然后送到MAC层处理。

    在上行方向基本流程和下行相同，区别是在ONU侧的PMD层，采用突发模式发送，在OLT层的PMD层需要采用突发模式接收方式，在PCS层要进行突发模式时钟恢复。

    10GEPON在PMD层规定了波长分配和光功率预算。IEEE802.3av的波长分配如图3所示，下行采用1574~1580nm波段，上行和1GEPON的波长重叠，采用1260~1280nm波段。从波长分配上看，在上行方向10G速率的上行波长和1G速率的上行波长是叠加的，因此1G速率的ONU和10G速率的ONU要采用时分复用方式发送上行数据。在下行方向10G速率的波长和1G速率的波长是分开的，保证了下行数据有较高的带宽。

    10GEPON目前规定了3种功率预算，即PR10/PRX10、PR20/PRX20和PR30/PRX30，功率预算如表1所示。10GEPON的功率预算可以支持20km传输距离和1：32分光比。

    产业链分析

    目前对10GEPON投入研究的硬件厂商主要有光模块厂商、芯片厂商和设备制造商。光模块方面，2008年上半年，已经有供应商可以提供非对称的10GEPON光模块，目前该供应商可以批量提供XFP标准的非对称光模块，在2008年四季度可提供对称的光模块产品。日本三菱公司在2008年9月的FSAN会议上宣布研制成功对称的10GEPON样机，包括10GEPON光模块。芯片方面，PMC-Sierra公司在2008年7月率先在业界进行10GEPON演示。该演示采用了PMC-Sierra完整的10GEPON参考设计，包括用于10G光纤线路终端器（OLT）的PAS8001和用于10G光纤网络单元（ONU）的PAS9001，这套系统已经在2008年5月在北京举行的中国光网络研讨会上首次亮相。TKNOVUS公司也在2008年11月宣布其发布的10GEPON评估板系统（EVB）完全符合最新的IEEE802.3av10GEPON标准，这套EVB系统包括OLT和ONU设备，以及配套的综合开发工具。

  设备方面，2008年10月，中兴通讯在2008中国国际信息通信展览会上率先向业界推出了全球首台10GEPON设备样机，并进行了系统业务演示。

    小结

    综上所述，10GEPON的标准发展很快，2009年三季度将发布正式标准。10GEPON可以继承EPON大规模部署的成熟经验，可以在不改变目前的ODN网的情况下与GEPON共存，为运营商节省投资。在带宽上10GEPON与已有的宽带接入技术相比有很大优?链将很快成熟。因此10GEPON是适合于下一代宽带接入的理想技术。