（2020年度“华苏杯”获奖论文二等奖）中国电信千兆宽带接入网用户带宽模型探讨

邵亚波 韩 沛

中通服咨询设计研究院有限公司

0 引言

随着我国“宽带中国”战略的实施，以PON为核心技术的宽带接入网不断发展，DSLAM、LAN、PSTN等设备已基本退网。互联网接入、VR/AR、4K/8K IPTV视频、智能家居、企业专线、移动回传等业务不断增长，使得宽带业务流量爆发式增长，目前主流的宽带接入技术EPON/GPON已难以支撑客户的接入带宽需求，10G PON技术成熟，已推进千兆宽带接入进入商用阶段。本文对E/GPON向10G PON升级演进技术原理进行分析，对不同组网模式下的用户带宽模型进行计算，得出10G PON网络在建设中用户带宽和最佳用户数配置，并结合业务类型、网络模式等确定千兆宽带的带宽提速方案，为部署10G PON网络提供参考。

1 10G PON技术原理

1.1 关键指标

目前10G PON主要有10G EPON及10G GPON两种技术，10G PON分为对称和非对称两种标准，其指标参数如表1所示。10G PON技术具备更大的上下行带宽和分光比，在同等条件下，10G GPON相比10G EPON在上下行带宽、带宽有效利用率等方面更具优势，而10G EPON相比10G GPON具有更高的光功率预算，可支持更远的覆盖范围。因此，在工程建设中可综合考虑带宽升级、投资性价比等选择合适的10G PON优化方案。

表1 PON技术的关键指标对比

1.2 10G PON技术原理

10G PON与E/GPON技术原理相同，其核心思路为上行采用TDMA方式传输数据，下行采用广播方式将数据发送至每个支路。因此EPON/GPON向10G PON演进中，可采用10G PON新建的形式，适用于未覆盖宽带接入网的新小区或用户密集、业务量较高的区域；也可采用EPON/GPON与10G PON共存的形式，基于同一ODN网络，仅改造OLT设备端，适用于已覆盖宽带接入网的区域。

?

2 10G PON演进策略

PON技术作为宽带接入网的核心技术，EPON下行为1.25Gbit/s，GPON下行为2.5Gbit/s，当用户带宽速率持续提升时，EPON/GPON带宽不能满足需求。因此EPON/GPON接入网升级为10G PON非常迫切，这也促进了10G PON技术及设备的成熟。

2.1 10G PON演进策略

EPON向10G EPON演进，具备两种速率模式：非对称模式1.25Gbit/s上行、10Gbit/s下行，对称模式10Gbit/s上行和下行。10G EPON对称或非对称设备与EPON终端不需要增加合波器就能共存于同一个ODN网络。如图1所示。

图1 EPON向10G EPON演进

设备侧：10G EPON设备向下兼容EPON用户终端，升级时将用户所在的EPON端口更换成10G EPON端口。

线路侧：机房到用户全程ODN无需改造，将EPON端口与10G EPON端口对接。如表1中EPON和10G EPON上行波长重叠、下行波长不重叠的波长，可通过时分复用共用ODN。

GPON向10G GPON演进，具备两种速率模式，其中，非对称系统称为XG-PON1，上行为2.5Gbit/s、下行为10Gbit/s，对称系统称为XG-PON2，上行为10Gbit/s、下行为10Gbit/s。XG-PON2包 括WDM PON和 混 合PON，WDM-PON采用WDM技术提高带宽，混合PON采用WDM和10G/40G、OFDM等技术提高带宽。

XG GPON上行时分方式采用内置合波或双光模块方式的外置合波，解决了XG-PON和GPON终端在同一ODN的兼容性。如图2所示。

图2 GPON向10G GPON演进

设备侧：如表1中GPON和10G PON的上下行波长互不重叠。可采用新增或替换原有OLT设备的GPON板卡，在板卡端口处增加合波器，采用波分将GPON和10G PON合波，从而实现升级。

线路侧：GPON和10G PON的上下行波长互不重叠，GPON和10G PON可利旧原有纤芯资源，ODN无需改造。

2.2 10G PON演进方案

宽带接入网作为运营商的一张基础网络，可根据建设场景选择10G PON建设方案。

10G PON新建场景：10G PON的建设方式与EPON/GPON相同。采用独立组网模式，考虑光功率预算及用户带宽，后期根据端口实占率和用户渗透率及时按需扩容。分光比在1∶64以内为主。

EPON建设场景：新增或利旧OLT设备，将EPON替换为10G EPON板卡，原有EPON用户终端替换为10G EPON用户终端，最终实现局站和用户全部升级为10G EPON。ODN网络无需改造，选用合适的光模块，将局站的光纤由EPON端口跳接至新的10G EPON端口。

GPON建设场景：GPON升级10G GPON分为内置合波和外置合波方式。

内置合波：由于GPON和10G PON的上下行波长互不重叠，可新增或利旧OLT设备，配置Combo PON板卡，原有GPON终端替换为10G GPON终端。选用合适的光模块，将局站的光纤由GPON端口跳接至Combo PON端口。

外置合波：可新增或利旧OLT设备，配置10G PON板卡，并增加WMD1r，将GPON和10G-PON合波至同一ODN，按需将高带宽用户终端更换为10G PON用户终端。

3 10G PON带宽计算

3.1 10G PON网络带宽计算

网络升级为10G PON的过程中，有两种组网模式，分为独立组网和混合组网。本文仅在不考虑损耗的情况下对10G PON网络带宽进行计算。

独立组网模式：10G PON独立组网时，组网模式如图3所示，上下行总带宽如表2所示。

图3 独立组网模式

混合组网模式如图4和图5所示，上下行总带宽如表2所示。

表2 不同组网模式下网络带宽计算

图4 10G EPON与EPON混合组网模式

图5 10G GPON与GPON混合组网模式

（1）10G EPON与EPON混合组网模式

上行波长共用波段1260～1360nm，采用时分复用方式传输，10G EPON ONU对称型平均上行带宽为5G，非对称型平均上行带宽为0.625G，EPON ONU的平均上行带宽为0.625G。此处描述为平均上行带宽是因为上行采用TDMA方式，同等条件下OLT会在同一时域内给10G EPON ONU和EPON ONU发送数据；下行采用波分复用方式传输，总带宽为11.25G。在使用中，带宽可由DBA调配。

（2）10G GPON与GPON混合组网模式

上下行均采用DWM方式传输，因此PON口的总带宽为混合模式下带宽的总和。10G GPON ONU对称型最大上行带宽为11.25G，非对称型最大上行带宽为3.75G；两者下行最大带宽为12.5G。

3.2 10G PON带宽覆盖用户数计算

在不考虑10G PON端口开销及损耗的状态下，对两种常见用户类型进行宽带计算，得出满足用户需求时比较经济的建设方式。在实际场景中其他用户类型也适用本计算方法。根据端口占用率及小区峰值流量情况，选择合适的建设模式和分光比，同时在工程建设中根据不同场景选择适当的设备类型，在提高用户感知的基础上可降低工程建设成本。

（1）独立组网模式

独立组网模式适用于10G PON新建场景。

在电信运营商推广100M宽带+4K电视业务场景下（4K电视占比30%），计算出最大用户数和分光比配置如表3所示。

表3 100M+4K业务类型用户宽带计算

在电信运营商推广1000M宽带+8K电视业务场景下（8K电视占比10%），计算出最大用户数和分光比配置如表4所示。

表4 1000M+8K业务类型用户宽带计算

（2）混合组网模式

混合组网模式适用于E/GPON改造为10G PON与E/GPON共存模式的升级改造场景。

在电信运营商推广100M宽带+4K电视业务场景下（4K电视占比30%），计算出最大用户数和分光比配置如表5所示。

表5 100M+4K业务类型用户宽带计算

在电信运营商推广1000M宽带+8K电视业务场景下（8K电视占比10%），计算出最大用户数和分光比配置如表6所示。

表6 1000M+8K业务类型用户宽带计算

3.3 10G PON接口带宽计算

目前IP汇聚层设备已基本具备万兆电路，OLT具备20G/40G槽位带宽能力，按100M+4K业务类型接入网FTTH单槽位带宽约为34.4×64×16×0.7=24.08G，可满足业务发展需求；当1000M+8K业务类型逐渐普及时，接入网FTTH单槽位带宽约为108×64×16×0.7=75.60G，槽位带宽需扩展至60/80G来承载，汇聚层电路也按需同步扩容。

3.4 用户接入带宽模型

宽带接入网经过多年的建设，已形成用户业务类型错综复杂、网络建设相互交叉的局面，未来宽带网络将为全10G PON甚至更高，但目前不同用户类型同时存在，过渡期内将会形成E/GPON与10G PON共存的局面。运营商可根据某片区域用户类型、用户规模、网络建设的经济可行性等来确定建设的最佳方案。用户接入带宽模型参考如表7所示。

表7 用户接入带宽模型

综上，单PON口覆盖用户数量与用户业务类型直接相关，宽带接入网端口带宽取决于OLT设备PON端口的可用带宽。要满足宽带用户端口速率增加，可以提高OLT设备PON端口的可用带宽，或降低OLT设备PON端口的接入用户数。对现有宽带接入网的提速改造要综合考虑当前的接入现状、用户类型、用户规模、经济可行性与10G PON技术演进相匹配，用最小的建设成本，满足最大的用户需求，得出最佳的带宽提速方案。

4 结束语

10G PON技术是目前大宽带业务承载的主要方式，也是更高带宽的下一代PON光接入网络的必要过渡方式。在E/GPON升级改造10G PON的过渡阶段，很多E/GPON建设投资需保护，可采用E/GPON与10G PON共存的混合组网模式，从建设投资、用户体验等方面考虑是一个较好的建设方式。所以综合考虑用户规模、业务发展、终端造价等，千兆宽带建设初期可采用E/GPON与10G PON共存的混合组网模式。

本文从10G PON网络的独立组网和混合组网模式，在不考虑各种损耗的情况下对10G PON网络用户带宽进行计算。由于ODN全程链路中影响因素较多，因此计算出的用户带宽数值与实际未必完全吻合，其结果具有一定的局限性。在更加智能的ODN网络演进中，精准测试出ODN全程光链路损耗，算出的用户带宽值才有应用价值。因此，10G PON带宽覆盖用户数及用户带宽值计算仅作为一个计算模型参考，不可作为实际工程中的一个准确值。