EPON和GPON的技术演进探究

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：GPON 和EPON 均采用下行TDM 广播发送、上行TDMA 的工作机制，是PON 系统中两个非常有吸引力的千兆级技术方案，因此受到了广泛关注并得以不断发展和演进。10 EPON的下一代演进方案称为NG-EPON。同时在功率预算等级和波长规划方面与现有10G EPON 兼容，以支持与10G EPON 的共存。21世纪初提出的10 Gbit/s XG-PON属于NG-PON1阶段的技术方案。

GPON 和EPON 均采用下行TDM 广播发送、上行TDMA 的工作机制，是PON 系统中两个非常有吸引力的千兆级技术方案，因此受到了广泛关注并得以不断发展和演进。先是演进到各自的10 Gbit/s版本XG-PON 和10G EPON，仍以时分复用为主要特征，实现了单波长10 Gbit/s的上下行速率，并分别与现有的GPON 和EPON 兼容；然后进一步向更高速率和更为灵活的下一代PON 演进，目前已经提出了与之对应的NG-PON2和NG-EPON 方案。下面对其进行简要介绍。

1.GPON 和EPON 的比较

表11.2给出了GPON 和EPON 这两种技术千兆级方案的参数比较。

表11.2　GPON 和EPON 的技术参数（千兆级方案）

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从表11.2中可以看出，GPON 的综合指标优于EPON，但是EPON 具有实现简单、定时要求宽松、成本低廉、技术成熟和对IP数据友好等优势，目前两种方式都得到了实际应用。

2.EPON 技术的发展演进

IEEE主导的EPON 技术演进主要以更高速率为驱动力。21世纪初提出的10G EPON是对EPON 技术的延伸，致力于将单波长速率提升至10 Gbit/s，并与EPON 良好兼容。10G EPON 支持上行1 Gbit/s和下行10 Gbit/s的非对称模式（10/1G BASE-PRX）和上下行10 Gbit/s的对称模式（10G BASE-PR）。在关键技术方面，10G EPON 和EPON 的主要区别包括：采用64B/66B的线路编码方式和（255，233）的前向编码纠错（FEC）方式；新增光功率预算等级，以支持非对称和对称的数据传输模式，并支持最小1∶32的分光比；下行中心波长采用1 575～1 580 nm 以保证兼容性等。另外，还为非对称和对称10 Gbit/s数据速率提供了协调子层和物理编码子层等，提高了10 Gbit/s能力的通告和协商机制。这些技术在提高网络性能的同时保证了与现有EPON 方案的兼容，10G EPON 的ONU 可以与1G EPON 的ONU共存在一个ODN 下，最大限度地支持了现有光接入网基础设施的重用。

10 EPON的下一代演进方案称为NG-EPON。在标准制定初期考虑了25 Gbit/s、50 Gbit/s和100 Gbit/s三种数据速率体系，后来考虑到100G EPON 在当前水平下，技术上难以实现或者说会导致成本非常高昂，只保留了25 Gbit/s和50 Gbit/s两种速率，二者在单根光纤上分别支持下行速率25 Gbit/s和50 Gbit/s，上行速率小于或等于25 Gbit/s和50 Gbit/s。同时在功率预算等级和波长规划方面与现有10G EPON 兼容，以支持与10G EPON 的共存。

3.GPON 技术的发展演进

ITU-T主导的GPON技术演进在以更高速率为驱动力的同时，还致力于以全新场景为牵引，考虑TDM PON以外的可用技术，为此针对下一代PON技术提出了NG-PON1和NG-PON2两个发展阶段。21世纪初提出的10 Gbit/s XG-PON属于NG-PON1阶段的技术方案。XG-PON分为支持上行2.5 Gbit/s和下行10 Gbit/s的非对称模式（XG-PON1），以及上下行10 Gbit/s的对称模式（XG-PON2），最终XG-PON1 被ITU-T 标准采纳。在关键技术方面，XG-PON1 和GPON 的主要区别包括：在物理层方案上进行了一些扩展，新增了多种光功率预算参数；支持分光比扩展至1∶256，并在支持的光纤长度上有所扩展；同时上下行波段与10G EPON 相同，可以此共享规模化效益。另外XG-PON1的线路编码方式和现有GPON 使用的线路编码方式同样都是非归零码（NRZ），ODN 拓扑也和GPON 完全一样，因此与10G EPON 的演进类似，XG-PON1的ONU 可以与GPON 的ONU 共存在一个ODN 下，实现二者的良好兼容。

XG-PON 的下一代演进方案称为NG-PON2，其特点是除了升级数据速率外，还在现有的时分复用技术外引进了其他复用技术。在标准制定过程中，提出了TDM-PON、WDM-PON、OFDM-PON 和TWDM-PON 四种方案。WDM-PON 系统的OLT 包含多个不同波长通道的光收发器，其收发彼此独立；各ONU 在上行方向上通过不同波长与OLT 通信；还要求ONU实现无色，即ONU 的发射机可以发出不同波长的光信号。OFDM-PON 利用正交频分复用技术实现多用户复用，同时可以根据接入距离、用户类型与服务的不同，实时动态地调整OFDM中各个子载波所承载的比特数、所使用的调制格式以及发射功率，但系统复杂度高，实用化受限。最终TWDM-PON 被确定为NG-PON2的首选技术方案，PtP WDM-PON 作为可选方案，推荐应用于移动回传等场景。TWDM-PON 利用时分复用和波分复用接入机制，每个波长由多个ONU 共享使用。TWDM-PON 使用4～8 个TWDM 通道对，支持从一个已部署的通道对开始逐个部署通道对，即可以按需扩容。每个通道下行速率为10 Gbit/s，上行速率支持10 Gbit/s和2.5 Gbit/s。最大分光比至少达到1∶256，可灵活支持速率、距离及分光比的多种配置组合。另外，TWDM-PON 使用无色ONU，由可调谐收发器实现。TWDM-PON 可将多个XG-PON1 通过波分复用方式共用1个ODN，每个XG-PON1子网的ONU 工作波长互不相同，互不干扰，因此其后向兼容能力强大，可有效降低成本，具有广阔的应用前景。

EPON和GPON的技术演进探究

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