论光纤网络10G EPON技术-精品文档

论光纤网络10G EPON技术
何谓10G EPON技术现有的光接入技术包括GPON（吉比特无源光网络）和EPON（以太网无源光网络）。

其中，GPON 具有较好的QoS性能，但是其建设成本过高，短时期内很难在国内大规模推广应用；EPON结合以太网和无源光网络两者优点，具有良好的经济性和实用性，但当终端用户(ONU)数目增加时，带宽保障及QoS性能也随之下降。

目前，运营商机房与终端用户(ONU)之间通常相隔几公里乃至几十公里，而其间光缆资源相对十分有限，现有的GPON或EPON技术普遍采用1:32分支比。

为了提高覆盖率，须增加铺设光缆数量，从而导致建设成本增加，而且会面临管线资源受限的困境；若增加分支比，一方面带来QoS性能降低，同时也降低了终端用户带宽。

另一方面，光接入网的发展要求实现视频、数据和语音三种业务“网络融合”，尤其是融合接入高带宽的视频业务（如VOD、视频点播等）。

而现有EPON/GPON技术并不能很好地满足用户带宽的增长需求。

如何进一步地提高光接入网带宽以及如何更好地完成多业务的承载与融合是下一代光接入网所要面临的主要问题。

IEEE 802.3av PON 标准的开发旨在将 EPON 系统的数据速率从 1Gbps 提高至 10Gbps，以适应10Gbps 以太网接口。

10G EPON 与 EPON 共享大部分协议，结合粗波分复用 (CWDM) 与时分多路复用 (TDM) ，以使 EPON 与 10G EPON 系统能够在同一
PON 上实现共存。

与 EPON 一样，10G EPON 也依靠 VoIP 技术进行语音通信，并通过电路仿真业务 (CES) 传输其它 TDM 客户端信号。

10G EPON的下行数据速率是10Gbps。

上行方向同时支持
1Gbps和 10Gbps速率。

64B/66B模块线路代码用于所有10Gbps 信号，从而实现了 10.3125Gbps的信号线路速率。

1Gbps上行采用与EPON相同的8B/10B模块线路代码，从而使线路速率达到
1.25Gbps。

采用 WDM 将上行与下行信号进行分离，以实现在同
一 PON 光纤实现下行与上行数据的传输。

不同的上行／下行信号所采用的波长如图1-1 所示。

由于 PON 拥有多个ONU，但却只有一个 OLT，因此选择的波段需允许在 ONU 采用低成本的激光器。

对于 1Gbps 上行操作，10G EPON 采用与 EPON 上行信号相同的 1310nm 波长。

这样 OLT 就能够采用同一接收器处理所有 1Gbps 信号。

动态带宽分配算法可在 EPON 与10G EPON ONU 之间分配 1Gbps 上行信号带宽。

10Gbps 上行信号采用独立的波长频带，不过它会与 1Gbps 上行波长频带发生重叠。

如果 OLT 在同一 PON 上同时支持
1Gbps 和 10Gbps 操作，则其称为双速率模式。

双速率 OLT 可通过将信号分离到光域或电域中来实现 10Gbps 与 1Gbps 上行信号的分离。

采用光域分离时，一种方法是采用 1:2 分光器将信号馈送到 OLT 的 1Gbps 与 10Gbps 接收器。

由于分光器引入≥3dB 的附加损耗，因此可能需要低增益光放大器，以便使距离
更长的接口达到预期性能。

可以采用多种现有技术分离光接收器之后电域的信号。

相关实施需要在性能与复杂性之间进行取舍。

在光域中分离信号需要采用一个 1:2 分光器。

分光器两个输出都进入各自的光电探测器，其后配置一个带有针对其相应带宽优化的滤波器的接收器，以便最大限度地提高接收器的灵敏度。

此方法的不足之处在于1:2分光器会引入约3dB的额外光损耗。

如果不允许上述额外损耗，那么接收器中则必须采用一个低增益光放大器。

在电域中进行分离允许采用单个光电探测器，这样不会引起额外的光信号损耗。

在电域中，一种方法是采用接收器滤波器为折衷设计，使其能够同时接收 1Gbps和10Gbps 信号。

这意味着接收器灵敏度并未针对任何信号进行优化，从而使每种信号的灵敏度均降低了约 1dB。

此外，OLT可以针对相应突发的速率对其互阻抗放大器(TIA)滤波器的互阻抗进行调节（切换）。

APD偏置可以设为一个折衷值，或根据互阻抗进行切换。

虽然自适应接收器具有最佳性能，但其更高的复杂性还是会影响到接收器的成本。

必须以足够快的速度检测当前接收突发的速率，才能够切换接收器。

可以通过检测只有10Gbps 突发才具有的光谱能量来检测突发速率。

此外，OLT还可以借助计划到达的上行突发信息进行操作。

两种EPON的关键技术说明
一、测距机制
EPON 测距机制 (ranging mechanism) 充分利用了 OLT 与每个 ONU 支持的本地计数器。

计数器为 32 位，且增量频率为每 16 纳秒。

OLT 计数器是 PON 主机。

当 OLT 发送 MPCPDU 信息时，当前计数器的值将加载到信息的 32 位时戳字段。

当 ONU 接收MPCPDU 时，就会将其本地计数器重设为 MPCPDU 时戳字段所包含的值。

当 ONU 向 OLT 发送 MPCPDU 时，ONU 将其更新后的计数器值加载到时戳字段。

OLT 然后对比其当前计数和在 MPCPDU 时戳字段中收到的值之间的偏差，其差值即为往返时间 (RTT)。

RTT 随后用于确定 ONU 的距离，这在 OLT 为上行带宽授权分配起始时间时要加以考虑。

RTT 可能会随时间而逐渐发生漂移。

当漂移超过特定阈值时，则会显示出现时戳漂移错误。

ONU 或 OLT 可以根据 MPCPDU 接收到的预期值与实际收到值之间的偏差检测上述状况。

二、动态带宽分配
在采用动态带宽分配 (DBA) 情况下，OLT 可以根据不同ONU 所必须发送的数据为其分配带宽，而非针对每个 ONU 进行静态分配。

EPON 采用 ONU 发送的 REPORT 信息通知 OLT 其当前的带宽需求。

带宽请求按照不同优先级队列等待上行传输的字符数进行报告。

此外，OLT 还可将专为与ONU 相关联的业务流而指定的服务水平协议 (SLA) 考虑在内。

EPON DBA 可以根据不同电信运营商的需求灵活地定制
EPON 网络行为。

EPON DBA的灵活性在两种 EPON 标准（1G 与10G）中均得到了定义，以便快速适应电信运营商面临的潜在挑战，从而使 EPON 基础架构能够满足电信运营商日益增长、不断变化的需求。

可将用户与业务流映射到由DBA 管理的特定装置中，并为每个用户和业务提供所需要的 QoS。

与 EPON DBA 相关的两个可调节直接参数是时延与总体系统性能（上行带宽利用率）。

综上所述，由于光纤具有极高带宽容量，因而成了家庭宽带业务最灵活的介质。

作为一种极有潜力的“下一代”技术，FTTH 在多年的发展之后终于成为在提供家庭三重播放业务方面极具
经济可行性的一种选择。

现在，影响 FTTH 大规模部署的各种技术与运行障碍大多已经得到解决。

PON 是提供 FTTH 最经济的方法。

与采用线缆调制解调器DSL 或同轴线缆等基于铜线的技术相比，PON 不仅可针对不同业务提供高度灵活的平台，同时还消除了接入网络的有源电子设备，从而帮助电信运营商显著节约日常 OAM 开支。

10G EPON 标准可为现有 EPON 标准提供大幅扩展，即可为每位用户提供更高的带宽，又可基于同一 PON 为更多的潜在用户提供服务。

10G EPON 的关键特点之一是其能够在同一 PON 中与 EPON 共存。

这种共存使得电信运营商能够以低成本机制实现现有 PON 网络带宽的升级。

此外，它还可采用 10G EPON ONU 为需要高带宽的企业用户提供服务，同时采用成本更低的 EPON ONU 为带宽需求较
低的个人用户提供服务。