下一代光接入网新技术展望

1、下一代光接入网新技术展望一、引言近年，随着“三网融合”的政策推广和“光进铜退”的高速 推进， 光接入网的规模越来越大， 其用户数和覆盖率呈快速增长 的趋势。光接入网正向更高速率、更大容量、更大规模、更低成本的 方向发 展。源源不断的涌现出新的网络应用和网络技术成为研究 的热点。而随着高清交互式网络电视、在线数字影院、在线游戏、视 频会议 等高速率、 高质量服务的不断涌现， 人们对接入网带宽及 网络可靠性 要求越来越高， 接入网中网络故障会造成大量用户数 据的丢失，用户忠 诚度的流失，甚至造成很大的经济损失，因此 光接入网的可靠性问题变 得越来越重要， 并且成为了光接入网领 域的研究热点问题之一

2、。二、大规模部署无源光网的特点与优势 无源光网络的拓扑结构中， 树型结构是最典型的拓扑结构，这种结构的PON具有以下几个主要的特点：八、1) PON 以光媒介进行信号的传输，相比于其它通信技术最 主要的 特点就是其传输的信息容量较大。 在传输过程中的损耗与 传统技术相比 也有非常巨大的改善，通过 PON 网络传输距离可达 20 公里，远大于传 统 DSL 距离，这无疑就减少了中继站数目，成本也就可以大幅下降。2) PON 中没有有源的电子设备，因此不要限制网络中传输 信号 的带宽，波长以及传输方法。这也使得 PON 能够更加适应未 来业务的 多样性和发展。另外由于 PON 主要由无源器件组成，

3、也 减少了增设机 房及配套有源设备的成本， 同时全套设备的机械损 耗很低，故障率较有源器件明显下降， CAPEX 铺设成本）及 OPEX （运 维成本）大大降低。3）在树型结构的 PON 中 , OLT 与 ONI 之间的数据传输可以 共 用馈线、 端局发送光源以及配线段光纤， 实现单根光纤双向传 输。相 对于传统的一收一发至少两根光纤的需求， 此特性节约了 近 50% 的光 纤资源和光收发模块，减小了基础建设压力。三、下一代无源光网发展现状 随着全球范围内宽带接入市场的快速 发展以及全业务运营 的开展，已有的 PON 技术标准在带宽需求、业务 支撑能力以及接 入节点设备和配套设备的性能提升等

4、方面都面临新的升 级需求。IEEE 和 ITU-T 分别于 2004 年和 2005 年启动了下一代 PON 标准 的研究。1） 从 2005 年开始， IEEE 开始进行 10Gbit/s 以太无源光 网络 （10Gbit/s Ethernet based PON ， 10G EPON 技术的研究 和标准化工 作，并取得突破进展； 2009 年 9 月，标准正式发布 （标准号为 IEEE 802.3av ）。IEEE 802.3av 规定了 10Gbit/s 下行和 1Gbit/s 上行的非对 称模式 （ 10/1G BASE-PRX 和 10Gbit/s 上/下行对称模式（ 10G BAS

5、E-PR 两种 速率模式。为了实现 10G EPOh 与 1G EPON 勺兼容和网络的平滑演进，IEEE 802.3av 标准在波长分配、多点控制机制方面都有专门的 考虑，以 保证 10G EPOh 与 1G EPON 系统在同一 ODNF 的共存。10G EPON 系统需要支持非对称、对称传输速率并兼容现有EPOr 技术，需要对 EPON 勺 MPC 协议（ IEEE 802.3 ）进行扩展， 增 加了 10Gbit/s 能力的通告与协商机制。这样可以充分利用现 有 EPON 勺实现方案，极大地降低了芯片和设备成本。2）在完成GPON勺标准化工作之后，2007年，FSAN/ITU-T以“低

6、 成本，高容量，广覆盖，全业务，高互通”为第一步演进 目标，迅速推 进下一代 PON 技术标准的研究和制定。同时，FSAN/ITU-T 也提出，更长期演进时， 在不考虑与旧有系统共存 的前提下， 以全新场景为牵引， 可考虑选择除TDMPON 以外的可用技术。a. NG-PON 阶段目标是发展更高速率 （10G 的 GP0N/EPON 系统， 要求网络的上行 /下行速率分别达到 2.5Gb/s 和 10Gb/s 并 可兼容当前 PON 即卩 NG-PON 系统应可以与现有的 0DN 网络和 0NU 设备共存。这一阶段在 2009 年前后已经形成。 ITU-T SG15 于 2012 年 完成 并

7、发布了 G.987.x 标准，正式提出 10Gbit/s GPO （N XGPO ） N 的技术 方案。其中，非对称系统（上行 2.5Gbit/s ，下行 10Gbit/s ） 称为 XGPON ， 1 对称系统（上行 10Gbit/s ，下行 10Gbit/s ）称为 XGP0N2XGPON 的线路编码方式和传统 GPO 使用的线路编码方式一 样是 不归零码（NRZ。 ODN完全沿袭了 GPON勺网络拓扑，可以 重利用现 有 GPO 网络已部署的光纤、 分路器等， 同时只需在 OLT 侧增加支持 10G 的接口板，这样仅替换 ONI 即可完成平滑演进以 达到共享 ODN 的目的。b. NG-

8、PON2 阶段目标是研究具有技术跨越性的新型P0N 系统。 2010 年， FSAN 论坛启动了 NG-PON2 勺研究工作，得到了全 世 界很多运营商的支持。已达成共识的技术标准有上行 / 下行传 输速率达 到 40Gb/s 、传输距离达到 40Km 支持的 ONL 数多于 64 个等。目前，按该方向的发展趋势有已经提出了多种符合 NGPON2 基本 要求的技术方案，主要有 4 类：基于 TDM 的 40G PON( XLG-PON 、波分复用无源光网络 ( Wavelength Division Multiplexing PON , WDM-PON 、正交频分复用无源光网络( Orthog

9、onal Frequency Division Multiplexing PON，OFDMPO 和时分波分复用 PONTime- and Wavelength- Division Multiplexed PON , TWDM-PON 。 XLGPO 是在 XGPO 的 基础上，把上行 / 下行速率分别由 2.5Gb/s 和 10Gb/s 增加到了 10Gb/s 和 40Gb/s ，网络的基本结构和工作原理与 G-PON XGPON 类似。WDM-PO 系统的 OLT 包含不同波长通道的光收发器，每个器 件独立地收发光信号。 WDM-POI 系统的各 ONU 在上行方向通过 不同 波长的 ONU

10、 与 OLT 通信，这样的设计在理论上是可行的， 但是在实际 部署时，存在成本高， ONU 隹护困难等问题。目前，为了降低成本和避免维护困难， WDM-PO S 统要求 ONU 实 现无色(指 ONU 勺发射机可以发出不同波长的光信号)。般 WDM-P0 的波长通道间隔为 100GHz 或 50GHz 当波长 通道 间隔减小到几 GHz 的 WDM-PO 称为超密集 WDM-PON 对 WDM- POf 系统的技术研究仍在进行中，相信随着相关光 器件成本的降低和技术的成熟， WDM-PO 会成为 NG- PON3 的主 流发 展技术，因为 WDM-PO 对光纤的带宽利用率明显高于其他的 PON

11、 技 术。OFDM-PO 基于正交幅度调制等先进调制格式和快速傅里叶 变换， 能够大大提高单波长传输速率， 同时克服高速传输时色散 的影响。OFDM-POfN 通过高速数字信号处理实现多用户复用、编码 变换以 及光传输损伤补偿， 因此它的发展在很大程度上依赖于数 字信号处理技 术与器件的实用化水平。 OFDM-PO 虽然在学术界 的呼声很高，但是实现成本较高，系统复杂度高。考虑到对现有 PON 资源的利用效率、由于 TWDM-PO 不需要 改动 运营商已铺设的 ODN 网络，在协议上最接近已广泛部署的GPON 或 XGPON 是 GPON/XGPO 的自然演进，因此该方案对运营商的网络继承型演

12、进特性表现最佳， 能够最大化地降低运营商光 接入网演进成本， TWDM-PQ 最终受到了电信设备生产商和运营 商的青 睐， 2012 年 4 月被 FSAN 论坛选为 NG-PON2 勺基本技术方 案。 TWDM-PON 多个 XGPON 通过波分复用共用 1 个 ODN 且互 不干扰。每个 XGPON 子网的 ONI 工作波长互不相同，为降低成 本，ONU 则光模块采用可调激光器技术。 TWDM-PTWDM-PO 原理简单，技术难度适中，是一种较理想的候选 最基本的 TC 层协议可最大程度延续现有 GPON/XGPON 议特征， 这些协议特征不依赖于物理层技术细节。 TWDM-PO 方案凭借

13、其 强大的后向兼容能力，能够大幅度地节约成本。可以借鉴已经部署 GPON/EPO 网络运营商的成功经验，并分 享产业链成熟后的规模效益。 该系统能够帮助运营商把未来的升 级和演 进问题纳入到现有 GPOr 勺勺规划部署中来，支撑运营商站 在更广阔的 视野统筹光接入网在整个生命周期内的总成本。FSAN 的 NG-PON2 技术白皮书，从系统架构、波长规划、复 用机 制、升级方式、生存性、 OAM 协议层次等多方面描述了 TWDM-PONXLG-PON WDM-PONOFDM-PO共 4 类技术方案，确 定选择 TWDM-PC 作为 NG-PON2 主流技术方向，并在 2013 年 3 月 发布

14、了 ITU-T G.989.1 标准，描述了 40Gbit/s PON 系统的总体 要求。包括运营商总结的对升级和共存场景的期望； ITU-TG.989.2 重点描述了 TWDM-PO 的物理层参数规格； ITU-TG.989.3 将 TWDM-PON 相关 TC 层定义指向适当的标准文 档； ITU-T G.multi 定义 了多波长 PON 系统中波长资源的管理要 求。四、 ODN 智能化管理在 FTTx 发展中，接入层需要新建一张巨大的光纤分配网络， 即 ODN 网络。 ODN 网络建设成本高昂，最高可占总体投资的50%-70% 是FTTx 投资的重点。同时， ODN 也是 FTTx 管

15、理的难 点。首先它相比铜线简单的 P2P 结构， ODN 多采用 P2MP 拓扑， 网 络中的接续节点多，网络管理复杂。其次，光纤比铜线敏感，更容易受损。因此，对 ODN 进行高 效的建设、 运营和维护至关重要， 需要一套智能、 准确的管理解 决方案， 确保 ODN 网络得到充分利用，有效保护长期投资。目前，在不改变 ODN 勺无源特性下，解决 ODNt 理的两大核 心问 题，实现 ODN 勺自动化管理已经成为各大运营商和 ITU-T 等 标准组织 关注的焦点。1）华为提出了 iODN （智能 ODN 解决方案。在 iODN 解决方案中， ODN 产品新增了以下智能特性：光纤 标识 管理、端口

16、状态收集、端口查找指示、可视化工具 PDA 等。ODN 解决方案可以实现 ODNt 纤连接信息的自动录入和管 理，保证存量系统信息的准确无误和及时同步。同时，通过 PDA 的可 视化软件及 iODN 设备上的智能 LED 指示，可以实现光纤自 动化查找、 精确操作，极大提高运维效率，实现 ODh 网络的高效 运营和维护。此 外，基于 iOD N 架构，在存量系统基础上可以开 发出多种增值应用， 实现施工、运维全流程自动化。 2) 中兴则推出 eO D N ( Easy ODN ) 。基于 GIS 地理信息系统与智能标识系统。该系统 ODN 网络周 期 中的规划、设计、施工和维护等各个环节，将前

17、期规划、中期 建设以及 后期维护有效结合起来， 利用非接触智能系统提高光纤 管理效率，实 现各个部门对于光纤信息的共享和无缝传递，让 ODN 网络建设成为一 个动态的良性循环，保证其可持续发展。3) 烽火通信公司坚持从传统 ODN 的实际情况出发设计产品， 提 出了 sODN(smart ODN ) 的完整解决方案。系统充分考虑了现有传统 ODN 的运行维护特点，力求在智能 化 实施中确保现有的从业人员能够轻松地适应新的 ODN 智能化 管理模式。系统兼具低功耗、长寿命、易维护的特点，通过新的 信息化 手段让 ODN 网络成为一个有机的整体，提升客户感知。智能 ODN 系统的基本组成包括智能

18、ODf 设备、智能 ODN 管理 终 端、智能 ODNf 理系统 3 大部分。电子标签载体包括具有电子 标签的光 跳纤、尾纤和光分路器尾纤等， 主要完成承载电子标 签的功能， 通过 接口与智能 ODN 设备连接。智能 ODN 设备包括智能 ODN 智能 ODN 光缆交接箱、智能 ODN 光 缆分纤箱等设备， 主要完成采集、存储和上传标签信息、在 受控 条件下写入标签信息、智能 ODf 化的光纤调配、资源数据采 集、 端口定位指引等功能。智能 ODN 设备组成，主要由组配单元、控制单元和电源模块 三大 部分组成， 组配单元包括光缆引入模块、光纤存储模块、 光纤熔接模 块、智能 ODN 熔配模块、

19、智能 ODN 配线模块和智能 ODN 分光模块， 根据不同的应用场景， 可选择一个或多个功能 模块组成组配单元完成光配线设备具有的光纤连接、 分配和调度 等功 能，以及智能 ODN 特有的智能 ODN 化功能。智能 ODN 管理终端作为一种便携式设备， 提供管理操作界 面，主要完成智能 ODN 设备的接入管理功能和现场施工管理功 能。总结起来，智能 ODN 应具有五个系统特性。1) 使用电子标签对光纤进行标识；2) 智能 ODN 系统支持端口资源的自动化管理，实现对端口状态的监测、端口可读写插入的跳纤或尾纤上的电子标签内容、 端口可控制 点灯等实现跳接施工指导；3) 光纤连接自动校验， 支持光纤跳接等现场操作的自动化 校验， 保证光纤连接的正确性；4) 支持端口资源及光纤对应的电子标签 ID 数据自动采集及 资源 数据的自动同步、自动巡检；5) 支持可视化