GPON向XGPON1演进探讨

［黄湧梅 毛宇］

GPON向XGPON1演进探讨

［黄湧梅 毛宇］

随着百兆和4K业务的推进，高带宽业务的接入需求日益加大，现有的宽带接入网络在支持上将会带来瓶颈。为了做好平滑演进的措施，对GPON网络的演进方案进行对比分析，提出推进的建议。

升级方案 WDM1r 宽带业务

黄湧梅

毕业于重庆邮电大学计算机应用专业，现任职于中国电信股份有限公司广东研究院，主要从事宽带接入网规划及研究工作。

毛宇

毕业于南京邮电大学通信工程专业，现任职于中国电信股份有限公司广东研究院，主要从事宽带接入网规划及研究工作。

1　宽带业务发展趋势

随着宽带中国战略的推进，光纤接入已经成为我国固定宽带接入的主要接入方式，中国电信、中国联通和中国移动等三大电信运营商基于无源光网络技术构建的光纤到户网络，已经可以为用户普遍提供20M～100M的宽带接入业务。以中国电信为例，到2016年1季度末，开通50M及以上业务的用户达到3200万，占总宽带用户的24%，较2015年同期净增400万，占比提高4%；而在2016年1季度新入网用户中，光纤接入用户占比达到82%。

根据宽带发展联盟发布的第10期《中国宽带速率状况报告》（2015年第四季度），报告显示2015年第四季度，我国固定宽带网络下载速率达到8.34Mbit/s，这也是我国宽带下载速率首次突破8Mbit/s。而其中在视频下载速率方面，全国平均视频下载速率为6.86Mbit/s，同比增长71%，同样实现了大幅增长。

视频业务已经成为互联网上最主要的流量来源。随着4K电视及内容的普及，视频体验将不断提升，4K业务的高速发展将引领互联网流量爆炸性增长。相对于标清、高清视频业务，4K视频业务要求用户的接入带宽不低于45Mbit/s，对城域网的时延、对包等指标的要求也更高，如时延＜25ms、丢包率＜0.01%。另一方面，随着市场竞争的日趋激烈，宽带提速降费也成为各运营商争取用户、提高市场份额的主要手段，50M、100M宽带接入业务价格将进一步下降，宽带接入速率也会快速提升，中国电信在上海、江苏、广东、四川等光接入网发达的省份已经开始向用户提供200M～1000M的宽带接入业务。

按照目前的发展趋势，未来2-3年内100M宽带接入业务将取代4M～8M成为我国主流宽带接入速率。在此形势下，下行速率以GE、2.5G的现网主流EPON和GPON技术将出现带宽不足的问题，必然要求运营商的光纤接入网向更高速率的光接入技术演进。

2　下一代PON接入技术发展情况

按照ITU-T和IEEE的技术标准演进路线，EPON、GPON分别向10G EPON和XGPON1演进，下行方向提供10G的接入带宽。

10G EPON标准在2009年 9月 发 布， 10G EPON与EPON的下行方向采用不同波长，上行方向通过时分复用方式采用相同（或重叠）波长，因此EPON的升级演进只需将OLT的EPON端口更换为对称/非对称的10G EPON端口，用户终端按需灵活选择EPON 或10G EPON终端。目前10G EPON的对称/非对称标准和产业链均已成熟、已在现网有一定的商用规模，如图1，图2所示。

图1　10G EPON和EPON波长分配

图2　10G EPON升级示意图

XGPON1标准在2010 年6月发布，XGPON1与GPON的上行波长相互独立，通过WDM1r合波共用ODN网络，共存网络下用户终端同样可以根据具体的业务带宽需求，灵活选择GPON或XGPON1终端。目前来看XGPON1标准和产业链也基本成熟，但在国内仍没有商用案例。

3　GPON向XGPON1　演进的主要问题

实验室的测试结果表明，除了ONU与OLT互通性外，目前XGPON1设备在功能和性能上已经能够满足商用条件，但运营商对GPON向XGPON1升级尚还要考虑现网部署方案的可行性问题，如图3、图4所示。

图3　XGPON1和GPON波长分配

与EPON升级10G EPON时采用OLT端口替换方式不同，GPON与XGPON1采用了完全不同的波长，现网GPON系统向XGPON1演进时需要对ODN进行改动，增加WDM1r器件，将GPON和XGPON1的波长分配到不同PON设备端口。因此，GPON向XGPON1演进时，必须考虑以下问题：

（1）ODN插损增加对GPON系统的影响

目前主流GPON设备采用的Class B+和Class C+光模块允许的通道最大插损分别为28dB和32dB。XGPON1的N1和N2光模块允许的通道最大插损分别为29dB和31dB，分别对应GPON的Class B+和Class C+光模块。

图4　XGPON1升级示意图

现有的GPON系统在进行设计时，传输距离按照最坏值算法计算，且根据不同的传输距离留有线路维护余量。以中国电信的企业标准《中国电信基于PON 的光纤接入工程设计规范》和《中国电信基于PON 的光纤接入工程施工和验收规范》为例，一般PON系统的维护余量在1-3dB之间。如表1所示。

表1　不同传输距离的线路维护余量参考

WDM1r器件（包括两端的活动连接器）的插损在1.5～2dB之间。对照表1，当现有GPON系统的传输距离在5km以内（线路维护余量取1dB进行设计），且通道插损已达到GPON系统允许的最大插损时，如果ODN中再增加WDM1r器件用于XGPON1升级，则现有的GPON系统可能出现用户带宽下降、ONU无法注册等情况，影响用户使用。

由于入户光缆在用户室内会收到挤压、微弯以及现场制作的活动连接器质量等情况，导致ODN插损远大于设计值。以现网某小区对应的同一台OLT网管获取的ONU光功率，可以看出同一ODN下的不同ONU与同一个PON口之间的光通道插损差距很大（网管读取的光功率与实际光功率有2～3dB的误差），如表2所示。

表2　某OLT下带ONU用户光通道插损

即使现有通道插损设计值远小于GPON系统的允许值，能够满足WDM1r器件带来的2dB以内的插损，也不能保证GPON系统升级时一定不会出现故障。

因此，在GPON向XGPON1升级的过程中，必须关注并评估现网ODN的插损，才能决定是否采用外置WDM1r方式进行升级。

（2）WDM1r器件的形态、安装和管理

目前的GPON系统设计时，并未预置WDM1r器件，因此需要在OLT机架或ODF机架上安装WDM1r器件。目前WDM1r器件主要是盒式形态，支持19英寸标准机架安装，通过跳纤与GPON、XGPON1端口连接，插损在1.5～2dB之间，如图5所示。

WDM1r器件也可以做成微型器件，安装在ODF的熔纤盘内，可以减少两次活动连接，使通道插损减少0.6dB左右。

无论WDM1r器件采用哪种方式，由于其对波长的选择性功能，资源管理系统必须能够对端子进行标识和管理，这对资源管理系统提出了新的要求。

图5　某厂家WDM1r示意图

（3）GPON和XGPON1设备共存对机房空间的要求

由于XGPON1的速率比GPON提高了4倍，对收发光模块和外围电路的要求更高，目前XGPON1的端口密度普遍为4PON口或8PON口/单板，比GPON的8PON口或16PON口/单板降低了50%。如果现网的GPON全部升级为XGPON1，XGPON1 OLT设备需要的机房空间是目前GPON OLT占用机房空间1～2倍，这也对日趋紧张的机房空间和电源提出了挑战。

4　GPON升级XGPON1　的解决方案

为解决GPON向XGPON1升级过程中存在的ODN插损、WDM1r管理、机房空间需求等问题，运营商和设备厂商提出了多种解决方案。

（1）方案一：XGPON1与GPON不同板卡，ODF或设备机架安装外置WDM1r

该升级方案是新建XGPON1板卡，并采用外置WDM1r器件与现有GPON系统共用ODN。由于WDM1r器件会增加ODN插损，在升级过程中可能影响现有GPON用户；新增的XGPON1设备对机房空间需求是目前GPON设备的1～2倍。

对于升级过程中出现的问题，可以通过以下手段解决：当ODN插损增大影响GPON系统运行时，将现有GPON光模块替换为更高等级的光模块；采用微型封装WDM1r器件安装于现有ODF的熔纤盘内，减少活动链接降低插损；提高XGPON1端口密度，至少与现有GPON端口密度相当。

（2）方案二：XGPON1与GPON同板卡，采用跳纤式外置WDM1r器件

新建的OLT板卡上XGPON1和GPON端口成对配置，替换原有的GPON端口，GPON和XGPON1之间采用跳纤连接，WDM1r器件封装在跳纤内。

该方案通过新建XGPON1端口替换原有GPON端口，可解决ODN插损增加对原有GPON用户的影响。但无法利用现有GPON设备资源，相当于将现有GPON OLT全部替换，投资较高；另外该方案对机房空间的要求与方案一相当。

（3）方案三：采用XGPON1和GPON合一光模块，WDM1r器件内置于PON端口内

新建的XGPON1设备采用XGPON1和GPON合一光模块，WDM1r器件内置于PON端口内。这个方案很好的解决了WDM1r器件外置增加ODN插损、WDM1r器件管理及机房空间占用的问题。由于内置了WDM1r器件，需要相应提高GPON和XGPON1光模块的发光功率和接收灵敏度，且较仅有XGPON1光模块的端口增加了GPON光模块，设备成本较高。

对比以上3个方案，方案三可以较好地解决WDM1r器件增加ODN插损可能影响GPON业务、WDM1r器件建设和管理、机房空间需求大的问题，是GPON运营商比较理想的解决方案。但是方案三目前仍然没有成熟的商用光模块和设备，且由于两个光模块集成将带来的供电散热、端口密度仍低于GPON设备等问题，还需要等待产业链的进一步成熟。

10.3969/j.issn.1006-6403.2016.06.004

（2016-04-26）