PON系統(tǒng)向單波速率25G演進(jìn)

全球?qū)拵崴俚睦顺币呀?jīng)來臨，4K/8K超高清視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)、智慧家庭和物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用將成為人們?nèi)粘Ｉ钆c工作的一部分，越來越多的國(guó)家已經(jīng)或計(jì)劃提高寬帶接入速率。目前，全球已有超過50家運(yùn)營(yíng)商正在提供千兆寬帶業(yè)務(wù)，在韓國(guó)、美國(guó)和中國(guó)香港等地區(qū)，運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)針對(duì)企業(yè)和家庭用戶開通了2G乃至10G的業(yè)務(wù);在中國(guó)，2013年國(guó)務(wù)院發(fā)布了國(guó)家寬帶戰(zhàn)略——計(jì)劃到2020年使發(fā)達(dá)城市家庭用戶的接入速率達(dá)到1Gb/s;在歐盟和美國(guó)，各國(guó)政府也在加速提升國(guó)家基礎(chǔ)帶寬，或者給予寬帶發(fā)展較大的支持。

單波高速

是下一代PON關(guān)鍵技術(shù)

隨著用戶終端帶寬需求的不斷增大，當(dāng)前主流接入網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)——PON(無源光網(wǎng)絡(luò))也在不斷升級(jí)。如果按PON網(wǎng)絡(luò)常用的1∶64分光比來計(jì)算，當(dāng)前主流PON系統(tǒng)的帶寬未來將滿足不了用戶的需求。

現(xiàn)階段，GPON、EPON正在大規(guī)模批量部署，XG-PON1、10G-EPON也已經(jīng)開始小規(guī)模商用。PON系統(tǒng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的主要陣營(yíng)包括FSAN主導(dǎo)的ITU-T系列GPON標(biāo)準(zhǔn)，以及IEEE主導(dǎo)的802.3系列EPON標(biāo)準(zhǔn)。其中，ITU-T GPON標(biāo)準(zhǔn)系列已經(jīng)從GPON、XG-PON1發(fā)展到NG-PON2。當(dāng)前NG-PON2的標(biāo)準(zhǔn)體系已明確采用TWDM-PON系統(tǒng)架構(gòu)，單波速率為10G，通過采用4波或8波來實(shí)現(xiàn)總系統(tǒng)容量達(dá)40G或80G。

相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)較快的ITU-T陣營(yíng)，IEEE802.3系列標(biāo)準(zhǔn)制定則略微滯后，EPON及10G-EPON標(biāo)準(zhǔn)先后于2004年和2009年發(fā)布，而與NG-PON2通信容量對(duì)應(yīng)的NG-EPON標(biāo)準(zhǔn)還處于早期。2015年7月，NG-EPON CFI(call for interest)正式通過，成立了研究小組(Study Group)，并在2015年9月底發(fā)布了NG-EPON標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)。目前，NG-EPON目標(biāo)已經(jīng)定義了幾種方案，包括單波25G上下行和N×25G上下行，主要調(diào)制格式技術(shù)包括NRZ(非歸零碼)、Duo-Binary(雙二進(jìn)制編碼)和PAM4(4階脈沖幅度調(diào)制編碼)等。

當(dāng)前，雖然很多候選技術(shù)還在研討和比較當(dāng)中，但單波速率超過10G已基本達(dá)成一致，目標(biāo)演進(jìn)方向主要是單波速率25G。在整個(gè)PON系統(tǒng)中，針對(duì)家庭用戶接入，單波25G PON可以作為主流技術(shù);而對(duì)于政企用戶，由于其帶寬需求更大，可以在單波25G的基礎(chǔ)上，通過波長(zhǎng)疊加實(shí)現(xiàn)2×25G或4×25G的更高帶寬。

單波高速

PON技術(shù)面臨三大難題

在光接入領(lǐng)域，運(yùn)營(yíng)商的主要訴求是在帶寬升級(jí)的同時(shí)，還能重用既有的光纖網(wǎng)絡(luò)，由于ODN(光配線網(wǎng)絡(luò))鏈路涉及基礎(chǔ)設(shè)施施工，難度大、成本高，其建設(shè)成本占了整個(gè)PON網(wǎng)絡(luò)部署的大部分。因此，運(yùn)營(yíng)商在下一代PON網(wǎng)絡(luò)升級(jí)時(shí)，對(duì)于不改動(dòng)ODN鏈路都有強(qiáng)烈的訴求。當(dāng)前ODN鏈路一般需要支持最少20km光纖、1∶32分光器，因此，單波高速PON的主要挑戰(zhàn)將集中在色散、功率預(yù)算以及速率選擇方面。

色散難題：?jiǎn)尾ㄋ俾蔬_(dá)到或超過25G時(shí)，NRZ調(diào)制格式的色散容限無法滿足傳纖20km要求。有兩種方法可以解決此問題，一是采用零色散的O波段(光纖零色散區(qū)域)，但此波段已被EPON和GPON占用，在PON網(wǎng)絡(luò)多代共存場(chǎng)景下難以采用;二是采用電色散補(bǔ)償方法，其中引入高色散容限的調(diào)制格式或電均衡算法是比較可行的做法。

功率預(yù)算緊張：在PON系統(tǒng)中，由于較高的功率預(yù)算要求，主要以APD為光接收器件。APD的接收靈敏度與信號(hào)速率有明顯的關(guān)系，當(dāng)信號(hào)速率由10Gb/s提升到25Gb/s時(shí)，接收機(jī)的接收靈敏度會(huì)有4dB的下降，如果沒有補(bǔ)償措施，會(huì)帶來系統(tǒng)鏈路功率預(yù)算下降。目前的25G APD芯片技術(shù)和ROSA封裝技術(shù)還不成熟，僅有少數(shù)供應(yīng)商宣布擁有該技術(shù)，并且價(jià)格昂貴，低成本25G PON系統(tǒng)的光收發(fā)器件將是業(yè)界不得不面臨的問題。

速率選擇：在單波超過10G速率后，會(huì)遇到色散困擾和功率預(yù)算不足等問題，而且速率越高，色散對(duì)系統(tǒng)的影響越大，系統(tǒng)功率預(yù)算也會(huì)越緊張。相對(duì)于單波10G，單波25G可以采用Duo-binary、PAM4和NRZ+DSP等多種方案解決上述問題，這幾種方案都屬于多階調(diào)制，編解碼相對(duì)比較簡(jiǎn)單，對(duì)器件要求也不高。