烽火通信成功研制WPON引领中国接入网市场

烽火通信科技股份有限公司 | 宋国栋

随着“宽带中国”概念地提出以及“三网融合”的进一步发展，中国宽带市场即将迎来新一轮的建设高峰。目前接入网中应用的主要是EPON和GPON设备，但随着“物联网”、“云计算”的出现，用户后续对带宽的需求将进一步提高，继续使用EPON和GPON设备将无法满足普通用户需求，因此，如何提高接入网带宽将是运营商和设备厂商需要解决的难题。

TDMA-PON设备面临的问题

TDMA-PON设备在下行方向采用广播方式进行数据传输，使用波长为1490nm；上行方向采用时分复用（TDMA）方式进行数据传输，使用波长为1310nm。由于采用了此种数据传输方式，因此，TDMA-PON不可避免地面临如下问题：

数据安全问题

TDMA-PON在下行数据传输采用的是广播方式，因此，一个ONU将会收到同一OLT下其他ONU的数据，这对于数据安全将是一个考验。越来越多的用户将会在网上购物，后续“物联网”的流行更是会将这种方式推向高峰，因此，数据中将包含用户的银行账号和密码信息，所以普通用户也会更加注重网络中数据安全问题。由于采用的是广播方式，所以数据安全将是TDMA-PON面临的一个问题。虽然可以通过相关的三重搅动和AES对数据加密，但这又会带来新的开销，浪费一定的带宽。

运行维护成本问题

TDMA-PON设备中ONU都是被动式发光的，只有在OLT分配的发光时隙内才能发光，所以ONU的激光器是工作在突发模。由于激光器从关断到正常发光需要有一个建立过程，所以ONU设备需要缩短这个时间，这会增加一定的设备成本。与此同时，每个ONU到OLT的距离不同，且不同ONU随温度、环境变化而产生的时延也不同，所以OLT在分配时隙时需要对这些时延进行补偿。由此可见，在TDMA-PON中，必须严格控制上行方向时隙，否则会造成数据冲突。在实际使用过程中，当某个ONU出现长发光时，会直接导致同一PON口下的其他ONU无法正常工作，对网络造成极大影响。要排除长发光ONU方法比较困难，需要去现场逐个ONU进行排查，效率比较低，而且需要大量人力成本，因此会提高运行维护成本。

带宽限制问题

图1 TDMA-PON拓扑图

图2 WDM-PON的拓扑图

TDMA-PON设备在上行方向采用时分复用的数据传输方式，因此，所有ONU在上行方向是共享带宽的。TDMA-PON中采用了DBA和SBA机制来控制带宽的分配，但是带宽利用率还是不高。虽然GPON设备中引入了T-CONT的概念，能够在一定程度上提高上行带宽利用率，但是当PON口下所带ONU增多时，不可避免的会减小已运行ONU的带宽，所以上行带宽受到了很大的限制。下行方向是广播方式，带宽也受限于10Gb/s内，想要进一步提高传输速率比较困难。

WDM PON设备概念的提出

对于如何进一步提高PON网络速率，目前有两种方法。

提高单波传输速率。这种方法就是在传统EPON和GPON设备上进一步提高下行速率，依然下行使用1490nm波长，上行采用1310nm波长。也是目前各大设备厂家正在研究的10G EPON、10G GPON和XGPON。由于此种方法依然使用的是TDMA，因此也有上文中提到的相关问题。在用户对网速要求不是特别高的情况下，此种方案能够解决一定用户需求，因此，在当前一段时间内，此种方法将占据一部分市场。

扩展多波道传输提高速率。这种方法是利用光纤传输的高带宽特性，在一根光纤上传输多个波长，从而提高整体传输速率。WDM-PON的拓扑图如图2所示。

WDM-PON系统由光线路终端OLT、远端节点RN和光网络单元ONU（有时也称作光网络终端ONT）组成。下行方向上，OLT将不同ONU的数据加载在不同波长上，通过WDM器件将不同波长信号耦合到一根光纤中传送到远端节点RN，通过RN的解复用功能，把同一根光纤中传输的信号分解成不同波长信号分配给不同的ONU。上行方向上，不同ONU使用不同波长，在RN处耦合成一个波长在光纤上传输，在OLT端通过WDM器件，由接收单元进行接收。由于各个ONU使用的是不同波长，因此每个ONU的接入是随机的，不需要进行等待，能够实现ONU和OLT之间点到点地传输。

和TDMA-PON相比，WDM-PON具有很大优势。

其一，WDM-PON采用的是点到点传输，因此，不需要对带宽进行分配，每一个ONU独享带宽，不会随着ONU的增加而减小。

其二，由于中间采用的是无热光栅，与无源光分路器相比，其插入损耗更小；此外，WDM-PON光接收机工作在较低比特率，因此灵敏度极高。因此，在激光器输出功率相等情况下，WDM-PON传输距离更远。

其三，在WDM-PON中，ONU上行方向使用不同波长，和OLT之间是点到点传输，因此，安全性能更高。由于ONU在发送数据时不需要等待，因此，传输效率更高。

WDM-PON在ONU波长的选择上也将面临一定的问题，目前主要有三种解决方案。

ONU采用固定波长

此种方式就是ONU工作在某一设定的固定波长，不同的ONU使用不同的波长。在这种网络中，由于各个ONU的工作是分离的，因此，不需要定时和同步网络。但在这种方式下，当用户数增多时，需要的波长数也就越多，同时需要的光源种类也就越多，成本也就越高。此外，在维护过程中，也需要维护人员区分不同波长的ONU，这对维护人员的工作量将是一个考验。

ONU采用可调谐波长

此种方式就是ONU波长不固定，是可以调谐的。在上行方向上，不同ONU共享波长，OLT动态为每个ONU分配波长，网络具有重构性。但在此种方案中，ONU需要配置一个用于控制信道的专用发射机和一个用于发送数据的可调谐发射机，这会引起成本增加。但在此种方案中，上行波长是动态分配的，因此，可以支持更多的ONU，同时，上行波长利用率也有所提高。

图3 WDM-TDM PON拓扑图

ONU采用无色

此种方式中，ONU的特定波长选择是由光栅来完成的。此种方式由于不需要对ONU做出特殊需求，因此是目前使用做多的方法之一。

在WDM-PON网络概念提出以后，结合TDMAPON网络，人们想到可以将这两种方式的PON网络合二为一，成为WDM-TDM PON。这种PON网络能够进一步提高PON网络的接入能力。如图3所示。

WDM PON设备面临的问题

器件成熟度不高

由于WPON概念提出时间较短，目前只有极少数厂家能够研制出WPON，此外能够生产WPON设备芯片的厂家更是寥寥无几，因此，目前WPON器件的成熟度不是很高，相关芯片的稳定性也有待检验。

设备成本较高

由于目前生产WPON设备的厂家较少，相关器件的生产厂家也比较少，在缺少竞争的机制下，价格都偏高。且WPON中相关设备都需要有波分复用和解复用器件，相应也会提高生产成本，因此，WPON产品的成本偏高。

缺乏统一标准

WPON目前既无国际标准，也没有国家标准，因此WPON都是各个厂家按照自己的思路进行设计和生产，缺乏互通性。

烽火WDM-TDM PON设备

烽火通信研制出的WDM-TDM PON系统是业界第一款单纤32波，每波支持1：64分路，传输距离达20公里以上的xPON系统。该系统采用业界首个局远端双“无色”光模块设计，具有业界最高的单纤接入速率（对称40G）以及业界最高的业务单板端口密度；采用WDM和TDM混合模式的PON结构，可以兼容现有的1G/2.5G/10GEPON、GPON和P2P等多种光纤接入技术；通过WDM方式可以承载现有CATV业务，方便实现“三网融合”业务接入，实现了我国下一代光纤接入技术研究的新跨越。

虽然受目前器件的成熟度、设备成本和标准化程度等方面的限制，只有少量商用产品在实验局部署，但也应该看到WPON技术正在不断的完善和发展进程的日新月异。烽火通信在国内率先研制成功WDM-TDM PON系统并完成内场测试，将于近期开通现场实验工程，此举对我国WDM-PON的商用进程将产生巨大的推动力，使其未来应用前景更加明朗。同时，烽火通信将继续在接入市场中发挥旗帜作用，引领中国接入网市场的发展方向。