GPON平滑升級XG PON多方案評估及測試

張金亮，吳宇，王小燕，薛傳高

(1 中國移動通信集團江蘇有限公司，南京 210029；2 中國移動通信集團江蘇有限公司鹽城分公司，鹽城 210029)

GPON平滑升級XG PON多方案評估及測試

張金亮1，吳宇1，王小燕1，薛傳高2

(1 中國移動通信集團江蘇有限公司，南京 210029；2 中國移動通信集團江蘇有限公司鹽城分公司，鹽城 210029)

10G PON接入系統(tǒng)將成為吉比特入戶的主流方案?，F(xiàn)網(wǎng)已部署GPON系統(tǒng)平滑升級為XG PON對于減少纖芯占用，提高升級效率，簡化用戶數(shù)據(jù)配置具有重要的意義。本項目在中國移動集團范圍內，首次在現(xiàn)網(wǎng)真實環(huán)境下，對GPON平滑升級XG PON的多個方案進行了詳細評估及測試驗證，并基于實測結果分析論證各方案優(yōu)缺點，針對不同應用場景給出了明確的升級方案選擇建議，對后續(xù)工作有顯著參考價值。最后，對下一階段的升級工作提出了建議。

有線接入網(wǎng)；平滑升級；方案評估；現(xiàn)網(wǎng)測試

1 引言

現(xiàn)網(wǎng)向10G PON的升級將是光接入網(wǎng)的一次重大技術升級，其中在ITU-T體系中10G PON技術包括XG PON（非對稱10G GPON）和XGS PON（對稱10G GPON）。因XGS PON技術標準發(fā)布時間短、商用設備較少，本文在共纖原理部分探討了XGS PON技術，在方案評估和測試驗證方面僅涉及“GPON與XG PON共纖平滑升級”，未涉及“GPON與XGS PON共纖平滑升級”。

除占用新的纖芯重新部署XG PON之外，部分現(xiàn)網(wǎng)GPON需要在不改變ODN的情況下平滑升級為XG PON，以便減少纖芯資源占用，提高XG PON的引入效率，簡化用戶數(shù)據(jù)配置。

平滑升級包括3個方面的基本要求：一是GPON與XG PON在同一ODN下采用合分波方式并存，便于直接利用現(xiàn)有纖芯。二是XG PON應向下兼容，便于用戶按需隨時升級。三是統(tǒng)一網(wǎng)管監(jiān)控便于用戶配置數(shù)據(jù)直接遷移，保持升級前后的維護管理一致性。

業(yè)界已提出多種方案來滿足上述要求，但方案各有優(yōu)缺點，暫無主導的優(yōu)勢方案，而每種方案均有其適用場景。因此需趕在大規(guī)模升級實施之前，對這些方案逐一組織現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境下的詳細評估及測試驗證，明確其特性和適用范圍。同時，根據(jù)評估和驗證結果，分析比較方案優(yōu)缺點和不同場景下的方案選擇建議，最后，基于實際部署的經(jīng)驗，對下一階段的平滑升級工作給出有價值的建議。

2 技術原理

2.1 基于波分復用原理實現(xiàn)GPON與XG PON共纖平滑升級

圖1 PON工作頻譜及共纖原理示意圖

ITU-T在制定GPON及其演進技術的體系標準過程中，考慮了多種技術以波分復用原理共纖的技術方案，將不同類型技術的收發(fā)光波長分配在不同的頻譜段落中，并權衡器件成本、調整譜寬要求，不產生頻譜重疊，因此可以在同一根光纖上共存且互不影響。如圖1所示。

2.2 后續(xù)可通過波分疊加時分的原理實現(xiàn)三模共纖

XG PON和XGS PON分別于2012年和2016年標準化，采用了相同的上下行波長。在下行方向，XGS PON的發(fā)送速率、幀格式與XG PON兼容。在上行方向，XGS PON采用TDM的方式，來兼容XG PON，即XGS PON的OLT側支持雙速率接收，能夠在XG ONU的發(fā)送窗口自動切換到低速接收，然后在XGS ONU的發(fā)送窗口切換回正常速率接收。

因此，后續(xù)可通過波分復用再疊加時分復用的原理，實現(xiàn)GPON/XG PON/XGS PON這3種模式在同一根光纖上并存。如圖2所示。

共纖升級的好處是提高了纖芯利用效率，增大了單纖承載的總帶寬。GPON單纖上下行總帶寬為3.75 Gbit/s，GPON疊加XG PON達到16.25 Gbit/s，而GPON疊加XGS PON達到23.75 Gbit/s。

本文僅論述三模共纖的原理，未涉及三模共纖的測試和方案評估。

3 技術方案及驗證測試

3.1 3種主流組網(wǎng)方案

方案1：外置集中WDM1r標準插框。新增外置集中式WDM1r標準插框，GPON與XG PON相互獨立，均通過尾纖連接至WDM1r標準插框。

方案2：PON Combo合一光模塊方案。OLT側新增XG PON/GPON Combo合一單板，替代現(xiàn)有GPON單板，只需要在局端改動，ODN不需要改動，WDM1r器件內置在光模塊中，已有GPON終端可割接到Combo板下，新增XG PON終端也直接下掛在Combo板下。

方案3：外置分散小型化WDM1r器件方案。OLT側新增16口PON板，這種特殊的PON板配置為8對相鄰的端口組合（上一端口GPON，下一端口XG PON），然后在每對端口組合的出纖口上安裝小型化WDM1r器件，每個小型化器件固定連接到這對端口組合，再將小型化器件的出纖口連接到ODN。

圖2 GPON/XG PON/XGS PON共纖原理示意圖

3種方案的組網(wǎng)如圖3所示。

3.2 各方案特點和差異

方案1：額外增加2個活接頭，多一段機房內的光跳纖，多占用1～3U機架空間和走纖空間。該方案技術上無實現(xiàn)難點，工程實施上存在兩個難點，一是存在額外插損（理論值約1～1.5 dB），需要仔細核算GPON光路和XG PON光路的功率預算是否有足夠余量，二是額外增加的活接頭、光跳纖和機架空間需求，加大了工程實施難度，且需要保持接頭端面清潔和走纖彎曲半徑不超標。

方案2：不額外增加活接頭、光跳纖，也不多占用機架空間，工程實施上較易。但Combo光模塊內部器件布局空間緊張，光路設計復雜、耦合困難，要同時容納GPON和XG PON的收發(fā)及內置合波器，還需在狹小空間內控制/補償光波衰耗，導致對光模塊設計生產水平要求較高。近期Combo光模塊體積較大，因此局端PON單板端口密度低（XFP封裝、功耗高、8口/板），實際降低了OLT槽位利用率，變相增加了機架空間占用。

方案3：額外增加1個活接頭，不增加光跳纖（比方案1減少一個活接頭），多占用PON板出線口至機架門之間的空間。該方案在技術和工程實施上都存在問題。首先，小型WDM1r器件的體積有限（過大則影響安裝和走線）， 內部布線余度小，光纖彎曲半徑不易控制，器件內部插損會更大。其次，小型WDM1r器件需要同時跟上下兩個PON口進行光器件端面直連，因此需要精確對準，避免增大端面損耗。再次，因小型WDM1r器件分散部署，且與跳纖間雜，易出現(xiàn)松脫、虛連等問題。

3.3 測試概況和結果

圖3 3種主流組網(wǎng)方案示意圖

2017年1-4月，我們選擇江蘇鹽城東臺東關新村小區(qū)作為驗證測試環(huán)境，掛接至東臺宏盛基站OLT設備，依托現(xiàn)網(wǎng)機房環(huán)境和真實小區(qū)環(huán)境，逐一完成了3種方案的實地評估和驗證測試工作，包括6個大類、13個小類，合計近百個測試項。

經(jīng)驗證，3個方案均可正常完成升級過程和預期組網(wǎng)。升級后，均支持GPON和XG PON這兩類ONU正常上線，認證和各類基本業(yè)務功能均正常，局端PON口下可查詢到上線狀態(tài)，管理界面可正常查詢、配置業(yè)務，兩類ONU可獨立上下線、互不干擾。業(yè)務配置方面，方案1可以直接繼承原有GPON業(yè)務配置，方案2和方案3需要進行業(yè)務配置遷移。異廠家互通方面，3個方案均可正常支持異廠家GPON ONU的自動發(fā)現(xiàn)、正常上線、業(yè)務開通。下面，基于實際測試結果，對各方案進行評估，給出選擇建議。

4 方案評估比較和選擇

4.1 各方案優(yōu)缺點評估

4.1.1 方案1

優(yōu)點：可利舊現(xiàn)網(wǎng)大部分GPON單板和光模塊，盡量保護前期投資。組網(wǎng)靈活，可跨板、跨框合波，能充分利用現(xiàn)網(wǎng)機架、機框和OLT設備資源。甚至可以跨不同廠家的OLT進行合波升級。技術成熟，可規(guī)模商用，能直接滿足近期需求。新老設備端口的管理、業(yè)務發(fā)放和運維均相互獨立，結構簡單。存量GPON用戶的業(yè)務配置數(shù)據(jù)不需要改變，升級用戶的業(yè)務配置數(shù)據(jù)可以遷移（同廠家OLT合波時）。

缺點：需要在OLT機架內預留1～3U高度的WDM1r插框安裝空間。實測至少引入約0.7 dB插損。連纖量大，占用機架內寶貴的走線空間。

4.1.2 方案2

優(yōu)點：光路短（全部集成在光模塊內部），對外呈現(xiàn)極簡，故障點少。無需WDM1r機框。連纖量最小，活接頭數(shù)量最少，插損最低，增加了光功率預算。

缺點：原有GPON PON板、光模塊、OLT槽位資源無法就地利用，只能另行選址利舊，不利于保護前期投資。存量用戶的業(yè)務配置數(shù)據(jù)需要全部遷移到新的Combo口下。Combo光模塊成本居高不下，光功率等級只有B+/N1，導致光功率預算不足，而達到C+/N2a等級的Combo光模塊到2017年底至2018年才能規(guī)模出貨。

4.1.3 方案3

優(yōu)點：連纖量比方案1小?？梢岳f現(xiàn)網(wǎng)大部分GPON PON口光模塊。

缺點：可能導致跳纖走線困難、拉扯、機架關門碰壓等問題，后期維護壓力大。無法利舊原有GPON PON板，保護前期投資的能力不如方案1。實測至少引入約0.7 dB插損。存量GPON用戶的業(yè)務配置數(shù)據(jù)需要全部遷移到新的PON板下。

4.2 各方案綜合比較

根據(jù)上述優(yōu)缺點，綜合比較各方案的結果如表1所示。

4.3 方案選擇結論

4.3.1 近期方案選擇

選擇方案1（外置集中WDM1r標準插框）作為近期主選方案。對應的必備環(huán)境條件是： 機架內有3U空間，機架內走纖空間寬裕，現(xiàn)有線路光功率預算余量較大（至少1～1.5 dB）。

選擇方案2（Combo光模塊）作為近期備選方案。對應的必備環(huán)境條件是：現(xiàn)有線路光功率預算采用ClassB+光模塊即可滿足要求，機房制冷條件較好。

表1 各方案綜合比較表

選擇方案3（外置分散WDM1r合波器）作為近期特定場景下的補充手段。對應的必備環(huán)境條件是：機架門關閉后仍能留出新增器件及其走纖空間，現(xiàn)有線路光功率預算余量較大（至少1～1.5 dB）。

4.3.2 近期各方案的優(yōu)選應用場景

方案1適用于大部分現(xiàn)網(wǎng)升級，包括同廠家升級或異廠家OLT升級、新增OLT設備機框、新增XG PON口規(guī)模較大等場景。

方案2適用于同廠家升級時新增OLT機框（替換原有老舊OLT機框），且無額外空間安裝WDM1r插框的場景。

方案3適用于同廠家OLT機框內插板升級，且無額外空間安裝WDM1r插框的場景，或用于零星PON口升級擴容。

4.3.3 中遠期方案選擇

需要比較WDM1r器件與Combo光模塊的成本下降情況，再測算方案1是否仍有較高的性價比，考慮是否繼續(xù)將方案1列為主選方案。若Combo光模塊降價顯著，并支持XGS PON之后，可將方案2列為主選方案。方案3仍繼續(xù)作為特點場景下的補充手段。

5 對后續(xù)工作的建議

5.1 推動外置機框WDM1r產品優(yōu)化改進

近期，外置機框WDM1r產品是GPON平滑升級的關鍵一環(huán)，需要在以下方面進行產品優(yōu)化改進。

（1）高密度：引入緊湊型的高密度機框，即進一步縮小產品體積、提高端口密度。

（2）低插損：通過采用高品質、低插損的WDM1r器件，成品的插損還有0.4～0.5 dB的改善空間。

（3）降成本：由于該產品仍未大規(guī)模應用，當前成本仍然較高（單路合波成本約600～800元），難以規(guī)模推廣使用，需要盡快降低成本，否則將在競爭中逐步落后于Combo方案。

5.2 適度鼓勵異廠家OLT升級

采用方案1，可實現(xiàn)跨異廠家OLT合波的組網(wǎng)方式，如圖4所示。

圖4 跨異廠家OLT合波組網(wǎng)示意圖

通過這種組網(wǎng)方式實現(xiàn)GPON到XG PON的升級，可避免被動捆綁現(xiàn)網(wǎng)GPON設備廠家進行升級，而是可以根據(jù)價格和服務質量靈活選擇XG PON設備廠家，通過引入合理競爭降低升級改造成本。同時，在升級過程中可按需引入新型號大容量OLT，借升級改造機會，替換現(xiàn)網(wǎng)部分老舊和小容量的OLT設備。

但是，跨異廠家OLT合波存在網(wǎng)管監(jiān)控方面的缺點，即由于無法納入單廠家網(wǎng)管，在用戶提出升級需求時，無法實現(xiàn)用戶配置數(shù)據(jù)的直接遷移，而是必須增加新配置、刪除舊配置，這就降低了存量用戶的升級效率。因此，這種組網(wǎng)方案只能在一定范圍和規(guī)模以內適度鼓勵使用，無法作為優(yōu)選方案。

5.3 重視Combo方案的持續(xù)優(yōu)化

Combo方案雖然對光模塊設計生產要求最高，且當前性能與成本均并不令人滿意，但該方案的中遠期發(fā)展?jié)摿s是最大的，原因如下。

（1）簡潔性：中遠期，全網(wǎng)將全面向XG PON/XGS PON切換，現(xiàn)網(wǎng)GPON逐步退網(wǎng)，這個階段僅需解決存量GPON ONU的運行問題，大量WDM1r插框就顯得累贅、繁瑣、不經(jīng)濟，Combo方案的簡潔性優(yōu)勢凸顯。

圖5 三模Combo光模塊示意圖

（2）可靠性高，降本空間大：Combo方案無外置器件和額外連接，理論上端到端的可靠性更高，大規(guī)模推廣時降成本的空間更大，可為中遠期全面切換做好技術儲備。

前面已經(jīng)提到，目前僅測試驗證了雙模Combo技術（GPON和XG PON）。在持續(xù)優(yōu)化雙模方案的基礎上，為了滿足XGS PON部署需要，Combo方案后續(xù)應當盡快支持三模（GPON/XG PON/XGS PON），后續(xù)主流Combo方案應默認支持三模，如圖5所示。

可以預見，Combo方案在集成度、發(fā)送功率、功耗、成本、三模等特性方面持續(xù)優(yōu)化改進之后，將使方案本身的價值越來越高，并在某一時點超越其它方案成為主流。

6 結束語

本文在中國移動通信集團范圍內首次給出了現(xiàn)網(wǎng)真實環(huán)境下多個升級方案的測試驗證情況，基于實測結果衡量各方案的優(yōu)缺點，提出了近期方案選擇建議，并指出了中遠期的優(yōu)化改進方向，為下一階段網(wǎng)絡升級工作提供了路徑參照。

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