GPON平滑升级XG PON多方案评估及测试

张金亮，吴宇，王小燕，薛传高

(1 中国移动通信集团江苏有限公司，南京 210029；2 中国移动通信集团江苏有限公司盐城分公司，盐城 210029)

GPON平滑升级XG PON多方案评估及测试

张金亮1，吴宇1，王小燕1，薛传高2

(1 中国移动通信集团江苏有限公司，南京 210029；2 中国移动通信集团江苏有限公司盐城分公司，盐城 210029)

10G PON接入系统将成为吉比特入户的主流方案。现网已部署GPON系统平滑升级为XG PON对于减少纤芯占用，提高升级效率，简化用户数据配置具有重要的意义。本项目在中国移动集团范围内，首次在现网真实环境下，对GPON平滑升级XG PON的多个方案进行了详细评估及测试验证，并基于实测结果分析论证各方案优缺点，针对不同应用场景给出了明确的升级方案选择建议，对后续工作有显著参考价值。最后，对下一阶段的升级工作提出了建议。

有线接入网；平滑升级；方案评估；现网测试

1 引言

现网向10G PON的升级将是光接入网的一次重大技术升级，其中在ITU-T体系中10G PON技术包括XG PON（非对称10G GPON）和XGS PON（对称10G GPON）。因XGS PON技术标准发布时间短、商用设备较少，本文在共纤原理部分探讨了XGS PON技术，在方案评估和测试验证方面仅涉及“GPON与XG PON共纤平滑升级”，未涉及“GPON与XGS PON共纤平滑升级”。

除占用新的纤芯重新部署XG PON之外，部分现网GPON需要在不改变ODN的情况下平滑升级为XG PON，以便减少纤芯资源占用，提高XG PON的引入效率，简化用户数据配置。

平滑升级包括3个方面的基本要求：一是GPON与XG PON在同一ODN下采用合分波方式并存，便于直接利用现有纤芯。二是XG PON应向下兼容，便于用户按需随时升级。三是统一网管监控便于用户配置数据直接迁移，保持升级前后的维护管理一致性。

业界已提出多种方案来满足上述要求，但方案各有优缺点，暂无主导的优势方案，而每种方案均有其适用场景。因此需赶在大规模升级实施之前，对这些方案逐一组织现网环境下的详细评估及测试验证，明确其特性和适用范围。同时，根据评估和验证结果，分析比较方案优缺点和不同场景下的方案选择建议，最后，基于实际部署的经验，对下一阶段的平滑升级工作给出有价值的建议。

2 技术原理

2.1 基于波分复用原理实现GPON与XG PON共纤平滑升级

图1 PON工作频谱及共纤原理示意图

ITU-T在制定GPON及其演进技术的体系标准过程中，考虑了多种技术以波分复用原理共纤的技术方案，将不同类型技术的收发光波长分配在不同的频谱段落中，并权衡器件成本、调整谱宽要求，不产生频谱重叠，因此可以在同一根光纤上共存且互不影响。如图1所示。

2.2 后续可通过波分叠加时分的原理实现三模共纤

XG PON和XGS PON分别于2012年和2016年标准化，采用了相同的上下行波长。在下行方向，XGS PON的发送速率、帧格式与XG PON兼容。在上行方向，XGS PON采用TDM的方式，来兼容XG PON，即XGS PON的OLT侧支持双速率接收，能够在XG ONU的发送窗口自动切换到低速接收，然后在XGS ONU的发送窗口切换回正常速率接收。

因此，后续可通过波分复用再叠加时分复用的原理，实现GPON/XG PON/XGS PON这3种模式在同一根光纤上并存。如图2所示。

共纤升级的好处是提高了纤芯利用效率，增大了单纤承载的总带宽。GPON单纤上下行总带宽为3.75 Gbit/s，GPON叠加XG PON达到16.25 Gbit/s，而GPON叠加XGS PON达到23.75 Gbit/s。

本文仅论述三模共纤的原理，未涉及三模共纤的测试和方案评估。

3 技术方案及验证测试

3.1 3种主流组网方案

方案1：外置集中WDM1r标准插框。新增外置集中式WDM1r标准插框，GPON与XG PON相互独立，均通过尾纤连接至WDM1r标准插框。

方案2：PON Combo合一光模块方案。OLT侧新增XG PON/GPON Combo合一单板，替代现有GPON单板，只需要在局端改动，ODN不需要改动，WDM1r器件内置在光模块中，已有GPON终端可割接到Combo板下，新增XG PON终端也直接下挂在Combo板下。

方案3：外置分散小型化WDM1r器件方案。OLT侧新增16口PON板，这种特殊的PON板配置为8对相邻的端口组合（上一端口GPON，下一端口XG PON），然后在每对端口组合的出纤口上安装小型化WDM1r器件，每个小型化器件固定连接到这对端口组合，再将小型化器件的出纤口连接到ODN。

图2 GPON/XG PON/XGS PON共纤原理示意图

3种方案的组网如图3所示。

3.2 各方案特点和差异

方案1：额外增加2个活接头，多一段机房内的光跳纤，多占用1～3U机架空间和走纤空间。该方案技术上无实现难点，工程实施上存在两个难点，一是存在额外插损（理论值约1～1.5 dB），需要仔细核算GPON光路和XG PON光路的功率预算是否有足够余量，二是额外增加的活接头、光跳纤和机架空间需求，加大了工程实施难度，且需要保持接头端面清洁和走纤弯曲半径不超标。

方案2：不额外增加活接头、光跳纤，也不多占用机架空间，工程实施上较易。但Combo光模块内部器件布局空间紧张，光路设计复杂、耦合困难，要同时容纳GPON和XG PON的收发及内置合波器，还需在狭小空间内控制/补偿光波衰耗，导致对光模块设计生产水平要求较高。近期Combo光模块体积较大，因此局端PON单板端口密度低（XFP封装、功耗高、8口/板），实际降低了OLT槽位利用率，变相增加了机架空间占用。

方案3：额外增加1个活接头，不增加光跳纤（比方案1减少一个活接头），多占用PON板出线口至机架门之间的空间。该方案在技术和工程实施上都存在问题。首先，小型WDM1r器件的体积有限（过大则影响安装和走线）， 内部布线余度小，光纤弯曲半径不易控制，器件内部插损会更大。其次，小型WDM1r器件需要同时跟上下两个PON口进行光器件端面直连，因此需要精确对准，避免增大端面损耗。再次，因小型WDM1r器件分散部署，且与跳纤间杂，易出现松脱、虚连等问题。

3.3 测试概况和结果

图3 3种主流组网方案示意图

2017年1-4月，我们选择江苏盐城东台东关新村小区作为验证测试环境，挂接至东台宏盛基站OLT设备，依托现网机房环境和真实小区环境，逐一完成了3种方案的实地评估和验证测试工作，包括6个大类、13个小类，合计近百个测试项。

经验证，3个方案均可正常完成升级过程和预期组网。升级后，均支持GPON和XG PON这两类ONU正常上线，认证和各类基本业务功能均正常，局端PON口下可查询到上线状态，管理界面可正常查询、配置业务，两类ONU可独立上下线、互不干扰。业务配置方面，方案1可以直接继承原有GPON业务配置，方案2和方案3需要进行业务配置迁移。异厂家互通方面，3个方案均可正常支持异厂家GPON ONU的自动发现、正常上线、业务开通。下面，基于实际测试结果，对各方案进行评估，给出选择建议。

4 方案评估比较和选择

4.1 各方案优缺点评估

4.1.1 方案1

优点：可利旧现网大部分GPON单板和光模块，尽量保护前期投资。组网灵活，可跨板、跨框合波，能充分利用现网机架、机框和OLT设备资源。甚至可以跨不同厂家的OLT进行合波升级。技术成熟，可规模商用，能直接满足近期需求。新老设备端口的管理、业务发放和运维均相互独立，结构简单。存量GPON用户的业务配置数据不需要改变，升级用户的业务配置数据可以迁移（同厂家OLT合波时）。

缺点：需要在OLT机架内预留1～3U高度的WDM1r插框安装空间。实测至少引入约0.7 dB插损。连纤量大，占用机架内宝贵的走线空间。

4.1.2 方案2

优点：光路短（全部集成在光模块内部），对外呈现极简，故障点少。无需WDM1r机框。连纤量最小，活接头数量最少，插损最低，增加了光功率预算。

缺点：原有GPON PON板、光模块、OLT槽位资源无法就地利用，只能另行选址利旧，不利于保护前期投资。存量用户的业务配置数据需要全部迁移到新的Combo口下。Combo光模块成本居高不下，光功率等级只有B+/N1，导致光功率预算不足，而达到C+/N2a等级的Combo光模块到2017年底至2018年才能规模出货。

4.1.3 方案3

优点：连纤量比方案1小。可以利旧现网大部分GPON PON口光模块。

缺点：可能导致跳纤走线困难、拉扯、机架关门碰压等问题，后期维护压力大。无法利旧原有GPON PON板，保护前期投资的能力不如方案1。实测至少引入约0.7 dB插损。存量GPON用户的业务配置数据需要全部迁移到新的PON板下。

4.2 各方案综合比较

根据上述优缺点，综合比较各方案的结果如表1所示。

4.3 方案选择结论

4.3.1 近期方案选择

选择方案1（外置集中WDM1r标准插框）作为近期主选方案。对应的必备环境条件是： 机架内有3U空间，机架内走纤空间宽裕，现有线路光功率预算余量较大（至少1～1.5 dB）。

选择方案2（Combo光模块）作为近期备选方案。对应的必备环境条件是：现有线路光功率预算采用ClassB+光模块即可满足要求，机房制冷条件较好。

表1 各方案综合比较表

选择方案3（外置分散WDM1r合波器）作为近期特定场景下的补充手段。对应的必备环境条件是：机架门关闭后仍能留出新增器件及其走纤空间，现有线路光功率预算余量较大（至少1～1.5 dB）。

4.3.2 近期各方案的优选应用场景

方案1适用于大部分现网升级，包括同厂家升级或异厂家OLT升级、新增OLT设备机框、新增XG PON口规模较大等场景。

方案2适用于同厂家升级时新增OLT机框（替换原有老旧OLT机框），且无额外空间安装WDM1r插框的场景。

方案3适用于同厂家OLT机框内插板升级，且无额外空间安装WDM1r插框的场景，或用于零星PON口升级扩容。

4.3.3 中远期方案选择

需要比较WDM1r器件与Combo光模块的成本下降情况，再测算方案1是否仍有较高的性价比，考虑是否继续将方案1列为主选方案。若Combo光模块降价显著，并支持XGS PON之后，可将方案2列为主选方案。方案3仍继续作为特点场景下的补充手段。

5 对后续工作的建议

5.1 推动外置机框WDM1r产品优化改进

近期，外置机框WDM1r产品是GPON平滑升级的关键一环，需要在以下方面进行产品优化改进。

（1）高密度：引入紧凑型的高密度机框，即进一步缩小产品体积、提高端口密度。

（2）低插损：通过采用高品质、低插损的WDM1r器件，成品的插损还有0.4～0.5 dB的改善空间。

（3）降成本：由于该产品仍未大规模应用，当前成本仍然较高（单路合波成本约600～800元），难以规模推广使用，需要尽快降低成本，否则将在竞争中逐步落后于Combo方案。

5.2 适度鼓励异厂家OLT升级

采用方案1，可实现跨异厂家OLT合波的组网方式，如图4所示。

图4 跨异厂家OLT合波组网示意图

通过这种组网方式实现GPON到XG PON的升级，可避免被动捆绑现网GPON设备厂家进行升级，而是可以根据价格和服务质量灵活选择XG PON设备厂家，通过引入合理竞争降低升级改造成本。同时，在升级过程中可按需引入新型号大容量OLT，借升级改造机会，替换现网部分老旧和小容量的OLT设备。

但是，跨异厂家OLT合波存在网管监控方面的缺点，即由于无法纳入单厂家网管，在用户提出升级需求时，无法实现用户配置数据的直接迁移，而是必须增加新配置、删除旧配置，这就降低了存量用户的升级效率。因此，这种组网方案只能在一定范围和规模以内适度鼓励使用，无法作为优选方案。

5.3 重视Combo方案的持续优化

Combo方案虽然对光模块设计生产要求最高，且当前性能与成本均并不令人满意，但该方案的中远期发展潜力却是最大的，原因如下。

（1）简洁性：中远期，全网将全面向XG PON/XGS PON切换，现网GPON逐步退网，这个阶段仅需解决存量GPON ONU的运行问题，大量WDM1r插框就显得累赘、繁琐、不经济，Combo方案的简洁性优势凸显。

图5 三模Combo光模块示意图

（2）可靠性高，降本空间大：Combo方案无外置器件和额外连接，理论上端到端的可靠性更高，大规模推广时降成本的空间更大，可为中远期全面切换做好技术储备。

前面已经提到，目前仅测试验证了双模Combo技术（GPON和XG PON）。在持续优化双模方案的基础上，为了满足XGS PON部署需要，Combo方案后续应当尽快支持三模（GPON/XG PON/XGS PON），后续主流Combo方案应默认支持三模，如图5所示。

可以预见，Combo方案在集成度、发送功率、功耗、成本、三模等特性方面持续优化改进之后，将使方案本身的价值越来越高，并在某一时点超越其它方案成为主流。

6 结束语

本文在中国移动通信集团范围内首次给出了现网真实环境下多个升级方案的测试验证情况，基于实测结果衡量各方案的优缺点，提出了近期方案选择建议，并指出了中远期的优化改进方向，为下一阶段网络升级工作提供了路径参照。

Evaluation, testing and analysis on multi solutions of the smooth upgrade from GPON to XG PON

ZHANG Jin-liang1, WU Yu1, WANG Xiao-yan1, XUE Chuan-gao2
(1 China Mobile Group Jiangsu Co., Ltd., Nanjing 210029, China; 2 China Mobile Group Jiangsu Co., Ltd. Yancheng Branch, Yancheng 210029, China)

10 G PON access system will become the mainstream for Gigabit services over FTTH program. Enabling the current GPON system’s smooth upgrade to XG PON by re-using infrastructure of dark fibre is of great significance to reduce the dark fiber occupancy, improve the efficiency of upgrading, simplify the user data con figuration. In the context of China Mobile Group, for the first time in the real environment of the current network, multi solutions of the GPON smooth upgrade to XG PON were deliberately tested and evaluated. Based on the measured testing results to demonstrate the advantages and disadvantages,each solution was assigned to different application scenarios, each typical application scenario was given clear upgrade program recommendations. It is estimated that through such tests and verifications, follow up work on the upgrades from GPON to XG PON will have reference cases. Finally, recommendations were given for the next phase of the upgrade.

wired access network; seamless upgrade; evaluation of solutions; testing upon current network

TN915

A

1008-5599（2017）12-0067-06

2017-06-01