工程師周亮 發表於 2018-11-14 09:22:38
我國在2013年發布「寬帶中國」戰略時首次提出到2020年發達城市部分家庭固定網絡接入速率可達1Gbit/s的目標。之後工業和信息化部連續發布了多項落實「寬帶中國」和「提速降費」戰略的具體行動方案。
國家戰略促進FTTx網絡普及
運營商在國家戰略的指引下，大力推動寬帶接入網絡從DSL向FTTx演進，光纖到戶已成為主要的寬帶接入技術。截至2018年6月，光纖埠在固定寬帶接入埠中所佔比例提升至86.3%，共7.18億個，如圖1所示。我國網絡下載速率大幅提高使得我國固定寬帶人口普及率與經濟合作與發展組織（OECD）35個發達國家的平均寬帶人口普及率之間的差距加速縮小，如圖2所示。
圖1 我國固定寬帶光纖埠總數及滲透率情況
圖2 我國固定寬帶用戶發展情況與國際對比
以中國聯通為例，中國聯通按照「南北有別」策略提升寬帶能力，落實「寬帶中國」戰略，在2017年底固網寬帶埠達到2億個，其中FTTx埠佔比達到98.8%。北方主導區域基本具備百兆接入能力。截至2018年6月底，聯通擁有約5787萬固定電話用戶，約7892萬固網寬帶用戶，固網寬帶埠中FTTH埠滲透率達到81%，寬帶用戶中FTTH用戶佔比達到79%，視頻業務在固網寬帶用戶中的滲透率超過43%，同比提高10個百分點。
視頻業務迅速切入超高清快車道
隨著大規模的光進銅退和用戶帶寬的提升，運營商將視頻業務定位為戰略性基礎業務，通過「超寬帶、大視頻」的策略，跨過標清和高清階段，迅速切入超高清快車道，進一步帶動了用戶對帶寬的需求，4K視頻對帶寬的需求達到了50Mbit/s及以上。
統計分析某市聯通現網用戶的寬帶流量發現：96%的用戶全天下載流量在10G以下，10%的用戶下載了50%的流量；不同帶寬用戶流量分時波動特性基本一致，峰值流量時間在22:00-24:00，流量谷底時間在3:00-7:00；用戶流量增加速度低於用戶可用帶寬增加速度，20M用戶相比10M用戶流量特性增加1.4倍，50M用戶相比20M用戶、100M用戶相比50M用戶流量特性平均增幅均為50%。
在光進銅退中，運營商現網主要部署了EPON（下行線路速率1.25Gbit/s，可用帶寬約950Mbit/s）和GPON（下行速率2.488Gbit/s，可用帶寬約2100Mbit/s）設備，中國聯通以GPON設備為主。在進一步將寬帶速率提高到500M及以上時，EPON和GPON設備受限於速率，單個PON口只能開通少量用戶，因此光接入網需要引入10G PON設備實現千兆接入。
10G PON技術標準與產業發展
10G PON技術標準由IEEE和ITU主導
10G PON延續了由IEEE和ITU主導的格局：IEEE在EPON（802.3ah）基礎上制定了10G EPON技術標準（802.3av），並沿用了EPON的上行波長，不需要增加合波器就能與EPON終端共存於同一ODN網絡。ITU-T在GPON（G.984.x）基礎上制定了非對稱10G PON的XG-PON技術規範（G.987.x）和XGS-PON標準（G.9807.1）；為了解決GPON和XG-PON終端在同一個ODN下共存，還制定了GPON和XG(S)-PON合一的光模塊（即Combo PON光模塊）標準。
10G PON產業鏈逐漸完善，具備現網規模部署條件
隨著10G PON標準的完善，國內主流設備商都推出了10G PON的局端和終端設備，並逐步採用自研晶片。華為海思、中興微電子、烽火飛思靈、諾基亞自研的晶片分別用於各自主推的10G PON局端設備，晶片集成度已經能夠達到單板卡16 PON口的能力；10G PON終端設備既有採用自研的晶片也有採用博通等第三方的晶片；部分晶片已經實現多種PON制式的共模方案。在模塊方面，10G EPON使用的PR/PRX30光模塊，XG-PON使用的N1、N2a光模塊，Combo PON使用的D1、D2光模塊均實現量產。10G EPON技術下主流設備商的10G EPON PON板卡都是一塊板卡同時支持對稱/非對稱兩種技術制式，現網10G EPON局端設備統一採用對稱的光模塊，可以連接對稱和非對稱兩種類型的10G EPON終端設備。
經過多年的光改建設，寬帶接入網形成了多種制式多個設備商的設備並存的複雜局面。中國聯通寬帶接入網設備中GPON和EPON並存，GPON技術制式的設備較多，未來10G PON的部署需要考慮與已有GPON和EPON設備的共存以及異廠商設備的互通。中國聯通在前期10G PON應用場景試點的基礎上，於2017年完成了主流設備商的10G PON FTTH設備的實驗室互通驗證，並在北京聯通現網完成了FTTH千兆業務開通、10G PON FTTH設備互通以及家庭內部組網的試點工作。2018年，中國聯通啟動了在互通條件下的10G PON設備集採測試工作，並配套制定了EPON和GPON分別演進到10G EPON和XG-PON的方案，10G PON具備了現網規模部署條件。
FTTx網絡發展策略
運營商寬帶網絡採取以市場需求為導向，以投資效益為中心，遠近結合、按需迭代建設的策略。
10G PON設備選擇策略
l 局端設備
考慮到寬帶速率將進一步大幅度提升，運營商在10G PON設備部署時應優選新一代OLT平臺，並採用支持16口10G PON業務板卡；在單用戶板槽位交換能力滿足的情況下，也可在原有OLT設備增加10G PON板卡的方式進行10G PON的建設。
在既有EPON區域，中國聯通已經停止EPON板卡的擴容，目前主要採用對稱型10G EPON設備進行建設；對於既有GPON區域，未來隨著500M及以上接入速率業務的開展，中國聯通逐步採用XG-PON（包括Combo PON）。
10G PON的新建OLT應採用2*10GE上聯，對於原有OLT補插10G PON板的情況，應密切跟蹤上聯鏈路流量情況，在GE鏈路峰值流量超過50%或10GE鏈路超過70%時，及時擴容上聯鏈路；在開展500M及以上接入速率業務時，上聯鏈路直接升級為10GE。
以PON方式接入的政企客戶樓宇專線等應採用OLT獨立的槽位，在市區等政企客戶密集、業務量大的區域，可以考慮安裝獨立的OLT設備。
l ODN設施
改造方式下應實現ODN重用：EPON/GPON改造為10G PON應選用合適的光模塊，保證升級為10G PON後，光鏈路預算不低於原有EPON/GPON系統，並重用原有ODN。
新建方式應滿足光鏈路預算的要求：ODN的光功率衰減與光分路比、活動連接器數量、光纜線路長度、熔接點數量、光纜線纜富餘度等因素有關，需控制ODN中最大的衰減值，使其符合系統設備OLT和ONU的光功率預算要求。ODN總分光比應根據用戶帶寬要求、ODN光鏈路衰減要求等因素確定。
l 終端設備
在10G PON接入區域且接入速率為500M及以上的用戶宜採用10G PON HGU。10G PON HGU應該與10G PON OLT實現解耦合，且支持802.11ac規格的Wi-Fi；接入速率為千兆的用戶宜採用支持802.11ac wave2的10G PON HGU。
FTTx主要建設場景
l 10G PON新建
10G PON FTTH的建設方式與現有EPON/GPON一致。10G PON+LAN的建設方式由於採用千兆下聯埠，如新布放入戶線，應採用CAT6或CAT6A，保證入戶段的接入速率。
l EPON升級為10G EPON
10G EPON下行採用波分復用，上行採用時分復用的方式與EPON共存。EPON升級為10G EPON時，局端OLT新增10G EPON板卡，原有EPON埠的用戶割接至10G EPON埠上，用戶端HGU保持不變，對於500M及以上接入速率的用戶更換為10G EPON的HGU，ODN網絡無需改造。
l GPON FTTH升級為XG PON FTTH（Combo PON方式）
在Combo PON方式下，GPON和XG-PON的上下行波長都是獨立的，二者互不影響。GPON升級為Combo PON時，局端OLT新增Combo PON板卡，原有GPON埠的用戶割接至Combo PON埠上，用戶端HGU保持不變，對於500M及以上接入速率的用戶更換為XG-PON的HGU。對於ODN網絡，在選用D2級別光模塊情況下，原有光鏈路預算不變，只需將局端的光纖由GPON埠跳接至新的Combo PON埠；如果選用D1級別光模塊，需要對現有全程光鏈路預算超過28dB的線路進行整改。
l GPON FTTH升級為XG PON FTTH（增加WDM1r方式）
局端OLT新增XG-PON板卡並增加WDM1r時，需將GPON和XG-PON耦合到同一ODN內。原有GPON埠的用戶HGU保持不變，對於500M及以上接入速率的用戶更換為XG-PON的HGU。對於FTTH中採用1:32及以上分光的情況，在增加WDM1r之前，應測算光鏈路預算能否滿足增加2dB插入損耗的要求。
l GPON升級XG-PON（FTTB方式）
增加WDM1r，逐步割接：局端OLT新增XG-PON板卡，並增加WDM1r，原有MDU逐個更換為XG-PON的MDU，並割接至XG-PON口上。當同一GPON口下的全部設備升級為XG-PON後，應拆除WDM1r。
一次性割接：對於在割接允許的時間內能夠完成單一PON口下全部MDU割接的情況下，可以不增加WDM1r，採用直接替換原有MDU或替換上聯光模塊的方式進行升級。
對於FTTB中採用1:32及以上分光的情況，在增加WDM1r之前，應測算光鏈路預算能否滿足增加2dB插入損耗的要求，對於不滿足的情況，採用一次性割接的方案，或者降低分光比。
展望
在10G PON即將規模部署的同時，業界趨勢也越來越清晰：下一代PON技術充分提升接入網設備性能，能夠與現網設備共存平滑演進以充分保護投資，並能夠積極應對5G小微基站承載等多種未來應用場景，結束IEEE和ITU各一套標準的局面，2018年1月的ITU-T SG15全會已通過了50G TDM PON立項，為下一代PON技術發展指明了方向。
固定寬帶逐漸進入千兆接入速率時代，對PON技術和運維管理提出了更高的要求，也需要業界的攜手努力，促進千兆寬帶的蓬勃發展。
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