下一代PON技术的发展
烽火通信股份有限公司安俊峰
PON技术凭借其点到多点的网络架构及无源ODN的特征，已成为FTTx 领域最受运营商青睐的解决方案。

随着PON的规模应用和全业务运营的快速发展，运营商对PON系统在带宽需求、业务支撑能力、接入节点设备和配套设备性能等方面都提出了更高的期望。

PON系统面向未来的演进方向和演进方式成为业界瞩目的焦点。

1、标准演进路线
（1）基本原则
从网络运营的角度来看，“超宽带，可共存”应是PON演进的基本原则。

第一，以增加营业收入为目的从而拓展新业务是所有运营商的战略目标，此举势必引发带宽消耗的强劲增长（如每通道大约20Mbps带宽的高清电视〈HDTV〉）。

在可见的未来，新的商业模式（例如在线体感游戏、远程医疗、4D电视等等）将进一步推动带宽需求的增长。

第二，PON系统整体投资巨大，回报周期长，且ODN投资和终端投资是整个网络投资中的关键部分（在Greenfield的FTTH建设中，ODN的投资占总投资的70％，终端投资占总投资的25％）。

因此，尽可能保护ODN的投资、最大化用户终端价值，对加速运营商赢利来说意义非凡。

（2）演进路线
在完成GPON的标准化工作之后，FSAN/ITU-T以“低成本、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TDM PON以外的可用技术。

因此，依据现实需求与技术成熟度的判断，FSAN定义 NG-PON的演进规划分为两个阶段：NG-PON1和NG-PON2。

NG-PON1属于PON的中期演进，着
眼于研究兼顾现有GPON ODN 敷设的下一代标准；而NG-PON2则被视为PON 系统远期发展的解决方案，它可以建立在全新的光纤分配网络之上，不受限于GPON标准而独立应用。

2、近期目标——NG-PON1
业界对NG-PON1的基本需求是能提供比GPON更高的数据传输速率。

同时，考虑到高昂的ODN成本以及耗费在其中的大量时间，运营商希望在最大程度上保护其已布放的光纤系统。

因而，在构思和设计从GPON到NG-PON1的演进时，FSAN/ITU-T选择了可兼容现有GPON光纤设施的方式以保障其GPON
时期的资本投入。

XG-PON1的ODN完全沿袭了GPON的网络拓扑，可以重复利用现有GPON 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ONU即可完成平滑演进，以达到共享ODN的目的。

XG-PON1继承了GPON的基本处理机制，更全面地支撑和完善全业务运营、提升现有GPON系统的性能并在功能实现上进行了有效简化。

但XG-PON1也存在一些劣势：过于复杂的XGTC层设计导致芯片结构复杂；过度的带宽不对称；L波段10G光模块成本偏高。

目前，XG-PON1主体技术标准系列已完成，FSAN/ITU-T的下一步工作计划是对G.987.3进行增补，增加10G/10G和2.5G/2.5G两种对称速率。

组网、共存和演进
XG-PON1在最大程度上继承了现有的GPON标准，并在一些细节上做了改良和提升，继承了与GPON同样的点到多点网络拓扑，可应用于FTTH、FTTB/C、FTTCab等多种接入场景。

XG-PON1考虑了对运营商ODN投资的保护，即XG-PON1与GPON在同一个ODN上共存。

根据XG-PON1的物理层标准，XG-PON1 的上/下行波长规划不同于GPON，因此可以通过波分复用的方式（通过在局端放置WDM1r器件，在上/下行方向分别对多个工作信号进行合波/分波，由于目前ONU已使用收窄波段的光模块，因此无须增加WBF器件）实现XG-PON1和 GPON的兼容。

FSAN/ITU-T考虑的演进场景分为Brown Field和Green Field两类。

运营商普遍关心的是Brown Field场景，即基于共存的演进，主要指已部署的GPON系统由于新业务驱动压力而需要现网升级。

升级时，运营商可选择将用户设备逐批次升级或一次性升级为XG-PON1。

基于WDM堆叠的共存是目前最标准的共存方式，为实现从GPON到
XG-PON1的升级，所有ONU以及OLT必须严格实现 ITU-T G.984.5amd1（扩展波段）中所规范的波长计划，从而达到通过波长堆叠的方式完成GPON和
XG-PON1在同一ODN上的共存。

●物理层规范
XG-PON1的物理层技术标准于2009年10月定稿并在ITU获得通过，于2010年1月在ITU正式发布。

相比于GPON，XG-PON1的物理层规格有较大变化，如表所示。

●传输汇聚层规格
FSAN/ITU-T定义的XG-PON1的TC层尽可能沿用GPON TC层的基本处理机制，并针对XG-PON1特性进行必要的改良和完善。

TC层的三大关键技术点，即成帧格式、DBA以及激活流程，都依据现有GPON框架展开讨论。

其中，为适配XG-PON1的速率，以及方便芯片实现和提升处理效率，XG-PON1对帧结构做了较多改动，维持125μs周期不变但重新定义了帧头，加入了PON-ID，并更改了帧同步的加扰方式；DBA主要结构相同，相关配合参数做了简化；激活机制删除了功率调节机制及相关消息交互过程，其余则完全与GPON一致。

●管理和配置
从管理项及其配置来看，XG-PON1与GPON几乎没有区分，但把其中与具体PON技术特征强相关的描述都去掉，使其抽象化，从而达到普遍化目的。

XG-PON1系统的终端管理也全面保留了GPON时期的特色：在FTTH场景时，XG-PON1默认对ONU采用全OMCI进行实时管理；在FTTB/C等场景时，XG-PON1采用OMCI结合其他管理协议对ONU 进行管理，即“双管理”。

“双管
理”的基本思路是首先利用OMCI打通其他管理协议通信所需的2层通道，此后以OMCI层面的虚拟端口作为分界点，在PON线路上对其他管理协议报文进行透传。

其典型应用为OMCI+SNMP。

●10G GPON成本决定规模商用时间点
可规模商用的ASIC芯片以及光模块产品的开发是10G GPON产品的最核心部分。

目前业界已经有包括FiberHome在内的主流厂商能够提供10G GPON 成品，并且在核心器件、芯片和光模块上，FiberHome实现了独立自主研发。

由于当前芯片方案还处于高成本的FPGA阶段，直接导致10G GPON成本高昂，因此离真正规模商用还存在一定差距。

对于ONU产品，光模块和PON芯片占超过60%的成本，而当前10G GPON 的光模块和PON芯片成本是GPON的10倍以上，成本能否大幅度降低决定了整个ONU产品规模商用的时间。

对于MDU产品而言，设备的光模块和PON芯片仅占25%左右的成本，同时由于FTTB/C单设备服务于多用户，通常大于24线，因此每户分摊的设备成本相对较低，光器件和PON芯片成本只要下降到当前GPON的2~3倍即可接受。

预计10G GPON在2014年左右能够在FTTB/C应用场景小规模试点，2015年后投入小批量商用。

3、远期规划——NG-PON2
在NG-PON2时代，由于考虑的是长期演进，有更多的技术选择。

其中，高速TDM PON（40G）、WDM PON、OFDMA等，都进行过专门讨论。

●P2P WDM
典型WDM-PON（波分复用PON）采用树形ODN。

其ODN采用波分复用/解复用器（wavelength division MUX/DEMUX）。

典型情况下，该MUX/DEMUX 采用AWG（Array Waveguide Grating阵列波导光栅）。

由于AWG各个端口具有波长依赖性，每个终端用户设备中的有色光模块将发射由AWG的端口决定的特定波长的光信号。

由于产业链不成熟、技术复杂、成本过高以及业务驱动力不足等原因，在未来3~5年，WDM PON在FTTH场景中规模部署的可能性较低，但在一些有大带宽需求、成本相对不敏感的FTTB/C场景中，可能存在一定机会。

TWDM PON
TWDM PON（时分波分复用PON）是NG-PON2的候选技术之一，多个XG-PON1通过波分复用共用一个ODN，互不干扰。

每个XG-PON1子网的ONU 工作波长互不相同，为降低成本，ONU侧光模块采用可调激光器。

TWDM PON 原理简单、技术难度适中，是一种较理想的候选技术。

G.989中规范了对TWDM PON的总体要求，具有40G（ds）/10G（μs）带宽（上行可扩展到40G）、40km最大差分距离（20km~40km可配置），支持60km 传输距离，最大分路比为1∶256，上下行最少支持4 TWDM通道（可扩展至8、16通道）。

★★★★
综上所述，NG-PON2成为近期PON系统和技术的研究重点，由于需求、器件、成本的原因，NG-PON2短期内还难以实用化。

但NG-PON2是PON技术的集大成者，是PON演进过程中的重要里程碑。

FiberHome凭借17年来专注于PON领域研究积累，已全面掌握了PON领域的核心技术，在现有PON的规划和设计中考虑长期演进的因素，推出了可兼容各种PON技术的NG-PON统一接入平台，可实现GPON到XG-PON再到NG-PON2的平滑过渡，减少运营商未来网络演进的风险。