面向千兆寬帶的PON 網(wǎng)絡演進策略研究

雷 芳，王玉磊，李云霞

（中國移動通信集團設計院有限公司湖南分公司，湖南 長沙 410000）

0 背 景

2019 年6 月，中國移動“千兆引領·生態(tài)賦能”發(fā)布會上，中國移動副總裁簡勤詳細解讀了中國移動雙千兆計劃，即5G 移動網(wǎng)絡千兆和光纖寬帶網(wǎng)絡千兆。千兆寬帶方面，中國移動將持續(xù)推動OLT 設備升級，推動70%以上區(qū)域具備千兆能力，打造300 個千兆城市，覆蓋2 億潛在寬帶用戶。

固網(wǎng)寬帶是網(wǎng)絡連接的一個關鍵構(gòu)成部分，即便5G 時代來臨也不會退化，相反會在千兆寬帶的帶領下，為消費者提供多路極致4K 和8K IPTV、家庭云、超高清家庭攝像頭等一系列新興組合業(yè)務和功能，快步推進智慧家庭的實現(xiàn)。在千兆寬帶時代全面到來的同時，PON 網(wǎng)絡也迎來了向10G PON 的技術(shù)演進升級的時代。

1 中國移動10G PON 網(wǎng)絡演進

現(xiàn)階段，行業(yè)內(nèi)最具代表性的PON 網(wǎng)絡是EPON和GPON 兩類。EPON 標準由IEEE 提出，提供上下行1.25 Gb/s的共享帶寬；而GPON標準聚焦互通與完整性，能提供上行和下行分別為1.25 Gb/s 和2.5 Gb/s 的接入能力。在百兆寬帶時期，對于兩種技術(shù)的選擇，中國移動公司選擇了GPON 技術(shù)，建成了全世界規(guī)模最大的GPON 光接入網(wǎng)絡[1]。

10G PON 是基于現(xiàn)有的標準發(fā)展的下一代PON 技術(shù)，具體解決如下網(wǎng)絡問題。

（1）持續(xù)發(fā)展高帶寬業(yè)務，對帶寬提出了更高的要求，而PON 技術(shù)無法滿足更高的帶寬要求。

（2）由于用戶側(cè)接入技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新，帶寬持續(xù)升級，PON 技術(shù)將阻礙帶寬的進一步演進。

（3）分光比和傳輸距離對網(wǎng)絡建設投資造成了一定影響。

10G PON 主 要 包 含10G EPON 和10G GPON 兩 類技術(shù)，也存在相應的兩類標準，即對稱標準與非對稱標準。在非對稱類型的上行帶寬上，10G GPON 技術(shù)是10G EPON 技術(shù)的兩倍；在最大有效帶寬比方面，10G GPON 技術(shù)高于10G EPON 技術(shù)的10 個百分點。GPON技術(shù)是移動公司目前普遍采用的寬帶接入技術(shù)，所以，不管是從設備升級成本上的考慮，還是出于技術(shù)平滑演進的考慮，10G GPON 技術(shù)都是最合適的選擇。

2 10G GPON 技術(shù)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和運行原理

10G GPON 的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)類似于GPON，遵循P2MP架構(gòu)，通過上、下行區(qū)別化的波長在相同的ODN 網(wǎng)絡上實現(xiàn)單纖雙向數(shù)據(jù)傳導。上行和下行分別通過TDMA 和廣播的方式進行數(shù)據(jù)傳導。上行通過TDMA的方式，ONU 中的數(shù)據(jù)在OLT 允許的時隙內(nèi)進行數(shù)據(jù)發(fā)送，進而確保所有ONU 依照次序來進行數(shù)據(jù)傳輸，規(guī)避上行數(shù)據(jù)沖突。下行數(shù)據(jù)從OLT 端廣播傳至全部的ONU 上，再由其有針對性的選擇接收目標數(shù)據(jù)，丟棄其他數(shù)據(jù)。

3 千兆寬帶的接入方法

由于寬帶接入要滿足各類用戶的需求，使得現(xiàn)階段應用最為廣泛的技術(shù)是GPON 和10G PON 混合組網(wǎng)技術(shù)，此技術(shù)是對GPON 和10G PON 光模塊發(fā)出的光予以合波，在1 根光纖上進行傳導，進而將已有的分光器與光纖充分利用起來?？紤]到二者波長分配特征，這樣形成的共存網(wǎng)絡，主要原理是平行部署GPON 和10G GPON，在合波器件的作用下共用ODN。主要接入方式有外置合波器和內(nèi)置合波器兩種方案[2]。

3.1 外置合波器

采用外置WDM1r 合波，新增加WDM1r 標準插框，GPON 和10G PON 彼此獨立，都是由尾纖連到WDM1r標準插框。在合波器的作用下，使二者PON 口的光模塊耦合，從而使兩個光模塊發(fā)出的光在同一個光纖上傳導，光纖最大下行帶寬可達到12.5G。但此方式一是存在額外插損，再者，另外加入活接頭和光跳纖等，會使工程執(zhí)行的難度大幅提升。所以，這種接入方式并不理想。

3.2 內(nèi)置合波器

Combo PON 技 術(shù)， 是 將GPON 和10G GPON 光波在一個光模塊內(nèi)通過內(nèi)置合波器實現(xiàn)雙通道合波后從同一光口輸出。即便采用一個光纖鏈路，然而，其內(nèi)部事實上存在對應的兩個物理通道。在處理了下行兩路單獨的MAC 后，送至光模塊予以合波，再傳輸至ONU，10G PON 的信號就會發(fā)送出去，由10G PON ONU 接收，GPON 的信號由GPON ONU 接收。上行10G PON 與 GPON 采用的波長是不一樣的，通過分波后送至相應的MAC 通道加以處置[3]。

通過Combo PON 技術(shù)大大提高了OLT 的槽位利用率，減少了施工復雜程度，成為現(xiàn)階段中國移動千兆寬帶的首要接入方式。

4 千兆寬帶網(wǎng)絡建設思路

在現(xiàn)階段的千兆網(wǎng)絡建設中，要充分考慮業(yè)務發(fā)展和現(xiàn)有的PON 網(wǎng)絡資源的具體現(xiàn)況，穩(wěn)步推進網(wǎng)絡建設，預先確定好網(wǎng)絡升級的規(guī)劃方案，制定具體的開展程序，穩(wěn)定且有針對性的實施千兆寬帶網(wǎng)絡建設。通過Combo PON 技術(shù)實現(xiàn)百兆、千兆能力同步接入，網(wǎng)絡規(guī)模升級。用Combo PON 板卡替換原OLT 上的GPON 板卡，原GPON 板卡用戶割接至Combo PON 板卡上即可實現(xiàn)GPON 和10G GPON 的共存[4]。

在展開PON 網(wǎng)絡建設時，對于未來接入速率持續(xù)提升的考慮，要終止單槽位單方向交換容量未超過40G 的OLT 設備建設。在持續(xù)GPON 建設的同時，慢慢提升Combo PON 的建設占比。對于一些特別的政企專線業(yè)務，可將應用10G PON 或10GS PON 端口的方式接入；對于普通家庭寬帶用戶，可用10G Combo PON 的方式應用于局端PON 板接入中。OLT 上聯(lián)方面，城區(qū)利用10GE 端口上聯(lián)，少部分偏遠地區(qū)的小容量設備可先利用4×GE 端口上聯(lián)。如果有部分用戶速度需求提高至500M 時，要用10GE 鏈路取代GE 鏈路上聯(lián)。

在場景建立方面，對比目前的GPON，10G GPON FTTH 的建設方式與之基本相同。但光模塊的光功率和將來的速度提升需求需要綜合考慮，分光比應采用1 ∶64 分光為主。在一些校園內(nèi)，商鋪和企業(yè)樓層綜合布線的情況，可應用10G PON+LAN，MDU 利用GE端口。如果新布放入戶線，建議采用6 類線，保證入戶段的接入速率。

5 中國移動千兆網(wǎng)絡升級方案

中國移動自2017 年開始開展千兆網(wǎng)絡建設，分場景、分步驟的制定千兆網(wǎng)絡升級的建設方案。充分考慮到用戶需求和具體的業(yè)務開通能力，千兆網(wǎng)絡建設要聚焦于優(yōu)質(zhì)客戶集中區(qū)域。在采用GPON 技術(shù)的基礎上引入Combo 技術(shù)，基于現(xiàn)行的ODN 網(wǎng)絡布局，更換Combo PON 板和模塊，使二者一起應用ODN 和PON 口承載，從而使網(wǎng)絡資源能夠被重復使用，方便用戶升級和維護。

根據(jù)各個廠商OLT 設備性能的不同，升級方式也存在板卡替換和新設備部署兩種方式。對于硬件平臺可支持10G GPON OLT 設備，但現(xiàn)有主控板卡槽位帶寬低于40G（不含）時，可將OLT 設備主控板卡替換為槽位帶寬能力大于等于40G 的版本，降低因槽位帶寬對PON 接入能力的影響。對于硬件平臺不支持10G GPON 的OLT 設備，可在同機房部署新OLT 設備[5]。

在網(wǎng)絡建設中，分為高價值新建小區(qū)、校園網(wǎng)新建、小區(qū)GPON FTTH 改造來部署10G PON 設備，改造及部署方案分為4 個步驟，具體如下。

（1）全局規(guī)劃，選擇10G PON OLT 型號。

（2）設備軟件及版本的升級。

（3）設備硬件改造，包括板卡替換和新設備部署。

（4）預配置，新建場景，按照規(guī)劃預配置ONT和業(yè)務板卡。改造場景，原槽PON 口1 ∶1 替換，非原槽位1 ∶1 替換，則需要重新配置數(shù)據(jù)。

6 結(jié) 論

在“寬帶中國”和增加速度減少成本的政策指導下，全國范圍內(nèi)的接入速率大幅提升，對網(wǎng)絡升級優(yōu)化的需求也越來越大。各大運營商積極行動，截至2019 年5 月，我國的近25 個省、直轄市和自治區(qū)進行了千兆網(wǎng)絡布局。發(fā)布千兆商用套餐的省達到20 個，并且費用在一月四百元以下，在很大程度上推動了千兆寬帶的迅猛發(fā)發(fā)展。此文提供了千兆寬帶需求下，GPON 向10G PON 演進的近期方案建議，為下一階段網(wǎng)絡升級工作提供了路徑參照。