浅议10G EPON技术及工程建设中的应用

管俊

【摘要】 随着科技的发展，宽带接入技术也在快速的发展演进，从最早的ADSL，到后来的LAN，再到现在的PON技术，更新的时间间隔也越来越短。在以高带宽为主要特征的视频、多媒体、云等新业务、新技术的驱动下，以及网络光纤化的驱动下，10G EPON技术成为目前探讨和研究的方向之一。

【关键词】 10G EPON 关键技术 特点优势 实际应用

随着国家宽带战略的出台，各大运营商加快了宽带接入网络的建设，不但在新建住宅推行FTTH光网络建设，而且还不遗余力地对ADSL、LAN等旧网络进行升级改造，使其达到全光或准光网络的标准。随着在线游戏、高清视频会议、OTT视频、云技术等高带宽业务的高速发展，特别是目前出现的3D视频，4K视频等技术，以及未来的全息视频技术，都对接入带宽，特别是下行带宽，提出更高的要求，动辄20M，50M，甚至100M以上的带宽，而目前的接入技术无法承载如此高的带宽。从业务的发展以及网络演进的角度来看，运营商迫切需要新技术来承载高带宽业务，这就为10G EPON技术带来了机遇和挑战。

一、10G EPON技术简介

从2005年起，IEEE就开始进行10G EPON技术的研究和标准化工作，领先10G GPON取得技术突破，于2009年9月正式发布技术标准（IEEE802.3av）。

IEEE802.3av规定了10G下行/1G上行和10G对称两种速率模式。为了实现10G EPON与1G EPON的兼容以及网络的平滑演进，IEEE802.3av在波长分配、多点控制机制方面都有专门的考虑，以保证两种制式在同一ODN下的共存。10G EPON尽可能沿用1G EPON的MAC和MPCP等协议，对MPCP协议做了少量的修改，并定义了新的PHY层，如图1、2所示。从图中可以看出，由1G EPON升级到10G EPON，改动比较大的地方，主要集中在物理层，而避免了MAC层以上各层的大改动。

二、10G EPON部分关键技术

2.1 PCS层

10G EPON下行传输速率为10Gbps，上行方向支持1Gbps与10Gbps两种传输速率。它下行采用64B/66B编码，效率达到97%，相比1G EPON的8B/10B（效率为80%）有了明显提升，从而实现10.3125Gps的线路速率。上行速率若为1Gbps，则采用与EPON相同的8B/10B编码。

2.2 FEC（前向纠错）

FEC允许链路可以在接收器有更高的比特误差率下运行，从而有效提高光纤链路预算，支持更长的链路距离或更高的分光比。由于在更高比特率下其日益显著的重要性，因而 FEC是10G EPON所必需的。10G EPON FEC在两方面有别于EPON。首先，10G EPON使用更强大的RS（255，223），而非 EPON可选的RS（255，239）代码。其次，10G EPON FEC没有采用以太网帧机制，而是采用了串流媒体数据的固定长度序列机制，将FEC同位字放入专门的66B模块中。下行信号是FEC码字的持续串流，包含了以太网帧以及所有数据包之间的信息（如IPG和Ordered Set数据）。上行传输也与此类似，只是上行突发的首个FEC码字与突发的开始一致，从而使OLT FEC解码器能够立即支持每次突发的码字同步。

2.3 光功率预算

10G EPON标准规定了更高的链路光功率预算（Power Budget）。除了与EPON相同的20dB和24dB外，还根据实际组网需要，定义了29dB的光信道插入损耗。10G EPON标准按照对称和非对称传输速率定义了3类功率预算：

——非对称（10G/1G）：PRX10，PRX20，PRX30。

——对称（10G/10G）：PR10，PR20，PR30。

目前10G EPON的功率预算最大可支持20km传输距离和1：32分光比。

2.4 波长划分

在波长规划方面，为了实现与1G EPON的兼容，10G EPON没有使用1G EPON所用的1490nm下行波长，同时考虑避开模拟视频波长（1550nm）和OTDR测试波长（1600～1650nm），IEEE802.3av标准选择1577nm作为10Gbps下行信号的波长（波长范围1574～1580nm）。因此，在下行方向，10Gbps信号与1Gbps信号为WDM方式。而上行方向，1Gbps信号的波长是1310nm（1260～1360nm），IEEE802.3av标准规定10Gbps信号的上行波长是1270nm（1260～1280nm），二者有重叠，因此不能采用WDM方式，只能采用双速率TDMA方式。籍此，10G EPON OLT可以同时发现10G/10G ONU，10G/1G ONU和1G/1G ONU三种，如图3所示 。

三、10G EPON特点及优势

作为EPON的发展，10G EPON全面继承了以太网技术简练适用、成本低廉、扩展性好的特性，在下一代PON技术关注的核心指标方面显现了突出的优势，具有强大的生命力。

第一、10G EPON标准进展领先

10G EPON标准IEEE802.3av已在2009年9月正式颁布，定义了10G对称和不对称两种速率模式。10G GPON的标准分为XGPON1和XGPON2，XGPON1定义了10G下行/2.5G上行，于2010年年中定稿，比10G EPON标准晚了近一年，而定义对称10G的XGPON2标准仍未确定，而且还会向10G EPON标准靠拢。

第二、10G EPON的产业链比10G GPON更成熟

10G EPON的产业链已相对成熟，几大芯片厂家都推出ASIC方案，设备厂家也都推出了10G EPON设备。相对而言，10G GPON主要是华为、阿朗等几大厂商采用自己开发的芯片来实现，芯片厂商反而进展较慢。这造成10G GPON主要被几大厂家垄断，其他厂商难以形成竞争，不利于产业链的成熟。

第三、10G EPON能够提供更高带宽的速率，满足今后几年的带宽需求

综合现网的几种PON网络制式，EPON带宽为1G下行/1G上行，GPON为2.5G下行/ 1.25G上行，10G EPON带宽则为10G下行/1G上行或10G对称。可见10G EPON最高能达到对称10G速率，是EPON的10倍，GPON的4倍。按照FTTH模式，1：64分光比计算，EPON每户分配带宽为15.63Mbps，GPON为39.07Mbps，10G EPON为156.25Mbps，10G EPON在今后几年内足以保证家庭客户接入100M带宽的需求。

第四、10G EPON能够提供更高光功率预算，支持更大分光比和更远的距离

IEEE802.3av定义了PR（X）30光功率预算等级，支持29dB的最大插入损耗。近年来，中国宽带接入应用发展迅猛，成为发展最快的市场，在宽带光接入的标准制定上也走在业界前列。为更好地满足大分光比应用需求，中国电信等中国运营商和产业链上下游共同推动，进行可行性研究与技术突破，率先在中国的CCSA标准中，增加了PR（X）40/50高功率预算定义。PR（X）40/50光功率预算分别将10G EPON最大插入损耗提高到33dB和37dB，可以使10G EPON在1：128和1：256分光比条件下支持更远的传输距离。

第五、10G EPON兼容EPON，优势明显

10G EPON与EPON基于相同的标准体系，和EPON兼容共存是10G EPON的基本目标，二者在ODN、管理维护、业务承载、平滑升级等方面具有天然的兼容性。作为EPON的平滑升级，10G EPON不但能与EPON共用ODN网络，而且还能直接与EPON ONU互通，用户可以根据带宽需求灵活选择EPON或10G EPON ONU类型，实现按需平滑升级，这也最大程度的利用了现网资源，节省了运营商网络成本。但是10G GPON OLT却不能与GPON ONU互通，如果要实现兼容，只能采用WDM方式，将10G GPON的PON口和GPON的PON口通过波分复用耦合到同一个ODN中进行传输，这将极大增加网络复杂程度和投资成本。

四、10G EPON技术的实际应用

温州电信在过去的几年里建设了大量的宽带小区，其中较多的封闭式住宅小区采用了LAN、EPON FTTB等模式进行建设。随着设备老化，用户数量增多以及流量激增，原有网络急需升级改造。经过综合比较和评估，我们最终选择10G EPON技术来进行建设、改造。

4.1 技术方案的选择

宽带小区的建设模式有FTTH，FTTB和FTTN。

采用FTTH模式进行改造时，需要废弃原有的五类线，布放新光缆至用户家中，线路改造成本巨大，而且还存在入户困难的问题，特别是碰到已经装修的家庭，更是直接拒绝墙壁打洞，明线布放的光纤改造方式，因此推进FTTH困难重重；虽然10G EPON逐步成熟商用，但当前ONT终端成本还是较高，估计占到整个设备投资的80%-90%，大大高于EPON、GPON的终端成本。如此高昂的线路成本和设备成本，使得利用10G EPON来进行FTTH改造还是一项不合理的选择。

采用FTTB模式进行改造时，能够充分利用原有的五类线资源和光纤资源，只需进行少量线路改造（改造不合理的LAN网络结构），就能直接升级成10G EPON，极大节省线路投资；FTTB模式下10G EPON ONU价格虽然比EPON ONU高了30%以上，但同时带宽提升了10倍，综合下来还是合算的。

FTTN模式主要在用户分散的情况下使用，这与封闭式小区用户集中的场景结构不一致，所以也不在考虑之列。

综上所述，我们结合现有网络场景，最终选择FTTB模式进行升级改造，以最大程度利用原有资源。

4.2 新建小区建设

因为国家宽带战略出台不久，住宅光纤入户还有时间的延后性，所以目前竣工的住宅小区有些仍然采用五类线入户。针对这些小区，我们直接采用10G EPON结合FTTB模式进行建设。如图所示，我们在小区配线房中心放置一台1：32分光器，上联至局端10G EPON OLT，分光器再向下连至小区每幢楼的楼道箱处，楼道箱内放置一台10G EPON FTTB ONU，然后经由五类线连到用户家中，解决宽带和语音需求。

4.3 LAN小区改造

由于LAN小区建设时间较早，部分小区采用的是“中心交换机-楼道交换机-楼道2级交换机”的三层结构，因此需要进行少量的线路改造，将原来3层结构改为“中心分光器-楼道ONU”的二层网络模型，增加10G EPON ONU，迁移用户，并拆除原LAN设备。

4.4 EPON小区改造

EPON小区的网络结构改造前后是一致的，因此线路部分不用调整，只需将局端PON口从EPON端口改到10G EPON端口，然后现场设备更换成10G EPON ONU即可。并且我们充分利用10G EPON兼容EPON的特性，对用户安装密集，流量要求高的地方换装10G FTTB ONU，用户数量较少，要求不高的地方先保持EPON ONU不动，等待以后适时换装，以充分利用资源，提高效率。

4.5 建设成果

温州电信从2011年起开始跟踪、试用10G EPON技术，并逐渐扩大范围。经过3年的努力建设，温州电信使用FTTB模式改造了近350个LAN、EPON小区成为10G EPON小区，投入设备6千多台，建成了15万的端口能力，极大的提高了网络带宽承载，为用户提供了100M带宽接入能力，同时又把成本控制在较小范围内，显示了较高的经济效益。

4.6 终极模式的技术准备

虽然现在用的是FTTB模式，但我们仍然认为FTTH模式才是网络的终极方式。因为FTTB模式下，依旧存在着五类线老化，设备环境差造成网络不稳定等因素，所以将来终端成本降到合理范围的时候，还是要改为FTTH场景。

我们为FTTB场景改造为FTTH场景设计了二级分光方式。中心一级分光器保持不变或改成1：16分光器，在楼道处放置一台1：8或1：16的二级分光器，逐步将FTTB用户迁往FTTH，最终拆除楼道ONU。在此方式下，总分光比将达到1：256，因此我们需要更高的光功率预算，PR（X）40/50光模块的成熟是必不可少的。

五、结语

如图 4所示，随着科学技术的不断地发展，各种各样的网络技术都得到了广泛的应用，10G EPON技术作为一种新型的网络技术更是受到了热烈的研究和讨论。它自身独特的优势以及在工程中的灵活应用，决定了未来几年内，很有可能取代ADSL、LAN、EPON、GPON等技术，成为网络技术发展中的主流。