吉比特无源光网络(GPON)技术及其标准化

吉比特无源光网络（GPON）技术及其标准化

陈 洁

摘要：本文对GPON的主要技术特征进行了描述，并进一步详细解释了协议分层功能、DBA 机制、ONU激活注册、OMCI等关键技术和原理，同时还介绍了GPON承载TDM业务的二种具体方式，以及GPON技术的标准化情况。

一．GPON技术的提出

GPON（Gigabit-Capable Passive Optical Network，吉比特无源光网络）技术是无源光网络（PON）家族中一个重要的技术分支，其它类似技术包括APON/BPON和EPON技术等。GPON是当前和未来2到3年内最受关注的光接入技术之一。

GPON的概念最早由FSAN（Full Service Access Network，全业务接入网联盟）在2001年提出，在此之前，FSAN/ITU还提出并标准化了APON/BPON技术（ITU-T G.983.x系列标准），IEEE也已经开始EPON技术的标准化工作并很快于2003年正式发布IEEE 802.3ah，这标志着EPON技术标准化工作的完成。FSAN/ITU推出GPON技术的最大原因是由于网络IP化进程加速和ATM技术的逐步萎缩导致之前基于ATM技术的APON/BPON技术在商用化和实用化方面严重受阻，迫切需要一种高传输速率、适宜IP业务承载同时具有综合业务接入能力的光接入技术出现。在这样的背景下，FSAN/ITU以APON标准为基本框架，重新设计了新的物理层传输速率和TC层，推出了新的GPON技术和标准。 二．GPON系统的构成

和其它PON技术类似，GPON也是一种采用点到多点拓扑结构的无源光接入技术，由局侧的OLT（Optical Line Terminal，光线路终端）、用户侧的ONU （Optical Network Unit，光网络单元）以及ODN（Optical Distribution Network，光分配网络）组成，其系统参考配置如图1所示。所谓“无源”，是指ODN中不含有任何有源电子器件及电子电源，全部由光纤和光分/合路器（Splitter）等无源光器件组成，没有昂贵的有源电子设备。

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图1 GPON系统参考配置

GPON在下行方向（OLT到ONU）采用TDM广播方式、上行方向（ONU到OLT）采用TDMA（时分多址接入）方式，可以灵活地组成树型、星型、总线型等拓扑结构，其中典型结构为树形结构。GPON系统要求OLT和ONU之间的光传输系统使用符合ITU-T G.652标准的单模光纤，上下行一般采用波分复用技术实现单纤双向的上下行传输，上行使用1260nm～1360nm波长，下行使用1480nm～1500nm波长。此外，GPON系统还可以采用第三波长方式（1540nm～1560nm波长）实现CATV业务的承载。

图2 GPON各种应用方式示意

OLT

视频服务网络

E1

GE

ONU

ONU

ONT

FTTH

ONT

FTTO

GPON系统的ONU/ONT（ONT是用于FTTH并具有用户端口功能的ONU）可放置在交接箱、楼宇/分线盒、公司/办公室和家庭等不同的位置，形成FTTCab（光纤到交接箱）、FTTB/C（光纤到楼宇/分线盒）、FTTO（光纤到办公室）和FTTH （光纤到家庭用户）等不同的网络结构，如图2所示。

总的来说，GPON具有如下主要技术特点：

1）业务支持能力强，具有全业务接入能力。GPON系统可以提供包括64kbit/s业务、E1电路业务、ATM业务、IP业务和CATV等在内的全

业务接入能力，是提供语音、数据和视频综合业务接入的理想技术。

2）可提供较高带宽和较远的覆盖距离。GPON系统可以提供下行

2.488Gbit/s，上行1.244Gbit/s的带宽。此外，GPON系统中一个OLT

可以支持64个ONU并支持20km传输。

3）带宽分配灵活，有服务质量保证。GPON系统中采用的DBA算法可以灵活调用带宽，能够保证各种不同类型和等级业务的服务质量。

4）ODN的无源特性减少了故障点，便于维护。GPON系统在光传输过程中不需要电源，没有电子部件，因此容易铺设，并避免了电磁干扰和雷

电影响，减少了线路和外部设备的故障率，简化了供电，在很大程度

上节省了运营成本和管理成本。

5）PON可以采用级联的ODN结构，即多个光分路器可以进行级联，大大节约了主干光缆。

6）系统扩展容易，便于升级。PON系统模块化程度高，对局端资源占用很少，树型拓扑结构使系统扩展容易。

三．GPON的关键技术

1．协议栈

GPON系统的协议栈见图3，主要由物理媒质相关（PMD）层和GPON传输汇聚（GTC）层组成。GTC层包括两个子层：GTC成帧子层和TC适配子层。GTC层可分为两种封装模式：ATM模式和GEM模式，目前GPON设备基本都采用GEM模式。GEM模式的GTC层可为其客户层提供3种类型的接口：ATM客户接口、GEM 客户接口和ONT管理和控制接口（OMCI）。

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GPON OLT协议分层GPON ONU协议分层

图3 GPON系统协议栈

2．PMD层

GPON的PMD层对应于OLT和ONU之间的光传输接口（也称为PON接口），其具体参数值决定了GPON系统的最大传输距离和最大分路比。OLT和ONU的发送光功率、接收机灵敏度等关键参数主要根据系统支持的ODN类型来进行划分。根据允许衰减范围的不同，ODN类型主要分为A、B、C三大类，结合目前实际应用需求和光收发模块的实际能力工业界还定义了B+类，扩展了GPON系统支持的最大分路比。ODN分类见表1，目前B+类ODN是主流。

表1 ODN分类

ODN类型衰减范围光通道损耗差

A类5～20dB

B类 10～25dB

15dB

B+类 13～28dB

C类 15～30dB

GPON的标称线路速率（下行/上行）有多种，具体包括：

z1244.16 Mbit/s/155.52 Mbit/s；

z1244.16 Mbit/s/622.08 Mbit/s；

z1244.16 Mbit/s/1244.16 Mbit/s；

z2488.32 Mbit/s/155.52 Mbit/s；

z2488.32 Mbit/s/622.08 Mbit/s；

z2488.32 Mbit/s/1244.16 Mbit/s；

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