下一代寬帶接入新技術——10GEPON
10GEPON產生的背景
寬帶光接入的主要技術包括點對點技術（P2P）和點對多點無源光網絡技術（PON）兩大類。點對點（P2P）方式的主要優點是專用接入、局端設備簡單、傳輸距離長，可以用于低密度用戶分散地區。但是用戶不能共享局端設備和主干光纖，高密集用戶區域成本高，標準化程度差，不是主流解決方案。無源光網絡（PON）技術與點對點（P2P）方式相比，能夠大量節省主干光纖和局端設備光接口、高密集用戶區域成本低、標準化程度高、業務透明性較好、網絡配置靈活、綜合優勢明顯，是未來寬帶光接入及FTTH 方式的主要技術選擇。EPON 的國際標準相對簡單，易實現。目前EPON 技術已經成熟，成本不斷下降，達到了規模商用水平，能夠滿足近期寬帶業務的要求。GPON 的國際標準比較詳細，支持多業務能力較強，是歐美主要運營商的技術選擇。但目前GPON技術尚不完全成熟，在系統功能、網管、商用芯片、互通性等方面仍需不斷完善。
雖然處于同一代技術的EPON和GPON接入技術提供了1G/2G的帶寬，但隨著IPTV、HDTV、雙向視頻以及在線游戲等大流量寬帶業務的逐漸開展與普及，每用戶的帶寬需求預計將以每5年一個數量級遞增并有加速趨勢，從中長期的發展趨勢來看，每用戶的帶寬需求將是50~100Mbps。無論是EPON還是GPON，現有的PON口帶寬都將出現新的瓶頸，因此FSAN和IEEE組織均在積極探討下一代PON接入技術的發展走向。
10GEPON技術分析
下面從標準發展、技術特點和產業鏈成熟度三方面對10G EPON技術進行分析。
標準分析
目前下一代PON接入技術的標準主要為制定EPON標準的IEEE組織推出的10G EPON標準和制定GPON標準的ITU-T/FSAN組織推出的NGA PON標準。
（1）10GEPON標準的發展狀況
10G EPON的標準為IEEE 802.3av，10G EPON的標準制定從2006年開始，計劃2009年9月正式頒布。目前10G EPON的標準制定進程較快，已經確定了主要的技術細節。
IEEE 802.3av標準專注于物理層技術的研究，最大限度沿用EPON的IEEE 802.3ah的MPCP協議，該標準具有很好的繼承性。802.3av標準的核心有兩點：一是擴大802.3ah標準的上下行帶寬，達到10G速率； 二是10G EPON標準有很好的兼容性，10G EPON的ONU(Optical Network Unit)可以與1G EPON的ONU共存在一個ODN(Optical Distribution Network)下，最大限度保護運營商投資。
IEEE 802.3av確定了兩種物理層模式，一種是非對稱模式，即10G速率下行和1G速率上行；另外一種是對稱模式，即上下行速率均為10G。非對稱模式可以認為是對稱模式的一種過渡形式，在前期對上行帶寬需求較少和成本較為敏感的場合，可以使用非對稱形式。隨著業務的發展和技術的進步，將會逐步過渡到對稱模式。
（2）NGAPON標準的發展狀況
NGA PON標準分為兩個發展階段，分別為NGA1和NGA2。
NGA1 PON的研究方向主要為制定可兼容目前GPON，能夠共享同一個ODN的NG-PON技術標準。其中包括引入WDM技術的研究，實現Stacked GPON技術研究以及長距GPON技術研究，10G GPON也屬于NGA1的范疇，但在FSAN組織暫沒有列入計劃討論，計劃直接借鑒IEEE 10G EPON的技術成果，但在上行速率、技術工藝方面根據GPON的規劃要求進行重新定義。
NGA2 PON的研究方向則不考慮對于目前GPON網絡的兼容性以及ODN的兼容性，光波長選擇也不受目前網絡應用的限制，開放式地討論GPON技術發展潛力，目前主要探討方向是高速率、長距、大分光比的WDM-PON與TDM-PON相結合的混合PON網絡。
在國際標準組織的10G EPON和NGA PON標準的討論和制定中，中國相關企業均積極參與，如中興通訊積極參加多次10G EPON標準會議，擁有該標準的重要領導席位，提交多篇提案；在NGA PON標準的研討中，積極、持續地為技術白皮書的制定做出重要貢獻，并于2008年9月在上海獨家承辦了ITU-T/FSAN的標準大會。
（3）兩大標準的發展探討
10G EPON標準的制定時間表如圖1所示。
NGA PON標準的制定時間表為在2009年Q1完成NGA PON的技術白皮書，包括NGA1/2的需求、NGA1的規范、NGA2的初期研究。計劃在2011年左右完成對NGA1 PON標準的制定和發布。
從兩大標準的制定時間計劃來看，目前NGA PON標準化進程較10G EPON要晚2~3年。
ITU-T/FSAN組織對于NGA PON的主要思路是想通過引入WDM單纖多波長技術解決大帶寬、大分光比以及長距的需求，但目前有多個方向，尚在討論中，還沒有確定。目前在NGA1 PON的標準討論中，已經有許多FSAN組織成員提案直接或間接應用IEEE 10G EPON標準已經成熟的技術成果，因此未來將會有兩種基本發展方向：
只借鑒10GEPON標準的成熟技術，但不考慮與10GEPON標準的融合發展。
充分借鑒或應用10GEPON標準的成熟技術，并考慮未來與10GEPON標準的融合發展。
鑒于技術融合是通信技術發展的趨勢，第二種發展方向將具有更大的可行性。
10G EPON標準由于遵循了已有的EPON規范，上行鏈路的突發時序比較寬松，因此可以使用現有的元器件，加快10G EPON進入市場的速度。波長方面，10G EPON從開始就明確作為現有EPON網絡的兼容升級方案，因此所選擇的波長也不會影響當前EPON網絡工作。加上10G EPON有很好的兼容性，能夠最大化保護運營商的投資，全面降低CAPEX。因此，10G EPON技術作為一種提供10GE高帶寬、兼容性好、能快速成熟的下一代PON接入技術將在未來的幾年中得到廣泛關注和發展。
10GEPON技術簡介
10G EPON的協議框圖如圖2所示。由圖2可見，10G EPON技術在協議上位于OSI參考模型的物理層和數據鏈路層。在MAC層上10G EPON沿用GEPON的成熟MPCP協議，只對該協議進行少量擴充和修改，加快了標準的制定過程。
在下行方向，10G EPON以10G速率連續方式發送碼流，數據流由MAC層傳遞到RS子層，經過XGMII接口，數據流到達PCS子層，在PCS子層內部經過64B/66B編碼、擾碼、FEC功能處理（為了增加光功率預算，10G EPON技術規定必須實現FEC）；數據流經過PCS子層的處理，到達PMA子層，進行串并轉換處理；最后串行碼流到達PMD子層，進行光電轉換，將數據流經過單模光纖傳遞到ONU設備；ONU設備對數據流進行相反的處理，數據流經過電光轉換，串并轉換，時鐘恢復，在PCS層進行FEC解碼，去擾，64B/66B編碼解碼，然后送到MAC層處理。
在上行方向基本流程和下行相同，區別是在ONU側的PMD層，采用突發模式發送，在OLT層的PMD層需要采用突發模式接收方式，在PCS層要進行突發模式時鐘恢復。
10G EPON在PMD層規定了波長分配和光功率預算。IEEE 802.3av的波長分配如圖3所示，下行采用1574~1580nm波段，上行和1G EPON的波長重疊，采用1260~1280nm波段。從波長分配上看，在上行方向10G速率的上行波長和1G速率的上行波長是疊加的，因此1G速率的ONU和10G速率的ONU要采用時分復用方式發送上行數據。在下行方向10G速率的波長和1G速率的波長是分開的，保證了下行數據有較高的帶寬。
10G EPON目前規定了3種功率預算，即PR10/PRX10、PR20/PRX20和PR30/PRX30，功率預算如表1所示。10G EPON的功率預算可以支持20km傳輸距離和1：32分光比。
產業鏈分析
目前對10G EPON投入研究的硬件廠商主要有光模塊廠商、芯片廠商和設備制造商。光模塊方面，2008年上半年，已經有供應商可以提供非對稱的10G EPON光模塊，目前該供應商可以批量提供XFP標準的非對稱光模塊，在2008年四季度可提供對稱的光模塊產品。日本三菱公司在2008年9月的FSAN會議上宣布研制成功對稱的10G EPON樣機，包括10G EPON光模塊。芯片方面，PMC-Sierra公司在2008年7月率先在業界進行10GEPON演示。
該演示采用了PMC-Sierra完整的10GEPON參考設計，包括用于10G光纖線路終端器（OLT）的PAS8001和用于10G光纖網絡單元（ONU）的PAS9001，這套系統已經在2008年5月在北京舉行的中國光網絡研討會上首次亮相。TKNOVUS公司也在2008年11月宣布其發布的10G EPON評估板系統（EVB）完全符合最新的IEEE 802.3av 10G EPON標準，這套EVB系統包括OLT和ONU設備，以及配套的綜合開發工具。設備方面，2008年10月，中興通訊在2008中國國際信息通信展覽會上率先向業界推出了全球首臺10G EPON設備樣機，并進行了系統業務演示。
小結
綜上所述，10G EPON的標準發展很快，2009年三季度將發布正式標準。10G EPON可以繼承EPON大規模部署的成熟經驗，可以在不改變目前的ODN網的情況下與GEPON共存，為運營商節省投資。在帶寬上10G EPON與已有的寬帶接入技術相比有很大優勢。目前各廠商也在積極投入10G EPON的研發，產業鏈將很快成熟。因此10G EPON是適合于下一代寬帶接入的理想技術。
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