FTTX技术比较、演进和融合

引言

自从2004年IEEE 802.3ah-2004 EPON标准和ITU-T G.984 GPON系列标准发布以来，EPON在日本、中国等亚洲国家和地区已经得到了广泛的部署，GPON在北美和中东从去年开始也得到了商用并在今年开始有较大的增速。IEEE 802.3av-2009 10GEPON标准也将在今年9月发布，以满足日益增长的带宽需求，FSAN组织也正在积极的研究NGPON技术，但尚未有实质性的提案，目前NGA1阶段研究的标准有望向兼容GPON的10GPON演进。WDM-PON技术目前仅在韩国有少量的应用，IEEE有关WDM-PON标准的动议也已经无限期搁置，短期内WDM-PON因为高功率无色光源、AWG的温度漂移等技术问题和极高的价格不可能成为主流技术。本文主要围绕EPON/10GEPON/GPON/10GPON展开讨论。

1. EPON/GPON标准之争

1.1. EPON/GPON市场发展情况和产品链的竞争

EPON自2004以来在日本发展迅速，2006年中国电信开始发力，组织众多厂家进行了芯片以及系统互通测试。随后中国电信和原中国网通（现中国联通）开始规模部署EPON，目前中国已经成为全球最大的EPON市场和PON市场。在亚太地区，EPON市场占有率达90%，是产业链最成熟的PON技术。GPON前几年发展相对较慢，一直是雷声大雨点小，实际部署量较小，但从今年开始GPON发展开始增速，主要部署在北美和中东等地区，欧洲和拉丁美洲部署较少，中国三大运营商都已经开始进行GPON的试点。

以前的EPON/GPON的争论多大停留在一些表面的比较，没有实际的支撑数据，特别是GPON阵营缺少实际部署的数据佐证。从2008年后的数据看，欧美和中东运营商将会以GPON为主。日本方面因为EPON已经非常普及，应该仍然会以EPON为主。中国电信和中国联通则采用务实的态度，在当前仍然以产业链更加成熟且价格更低的EPON为主来进行规模建设，同时积极试点GPON技术，并推动多技术融合平台来降低技术选择的风险。中国移动因为局房光缆资源的限制，目前试点建设以GPON为主。在国内的广电市场目前均采用价格更低的EPON技术进行建设。

1.2. EPON/GPON的技术竞争

在日本EPON大部分为FTTH应用，一部分为FTTB应用。国内EPON则主要以FTTB/C/N应用为主，FTTH因为成本原因只有少部分应用。在北美和中东GPON则主要以FTTH为主。EPON因为中国电信和中国联通的广泛部署，目前已经能够适应各种复杂的应用场景。在对SFU/HGU的支持上，EPON/GPON的技术实践持平。在对复杂场景的MDU的技术实践上EPON设备供应商的经验更为充足。总的来说，无论是EPON还是GPON均可以满足运营商的不用应用场景和业务支持要求。

业界就EPON和GPON讨论较多的往往是二者对TDM专线/3G基站E1回传的支持。对于TDM业务来说，目前随着IP化的不断推进，应用越来越少。其用户主要集中在银行/保险等专网用户以及移动基站等领域，前面的专网用户利润较高，对于运营商来说不可能放弃，尽管用户会慢慢迁移到IP/以太网专线上；后者基站回传是运营商自己的业务，短期内还是会以E1回传为主。需求已经明确无误，那么GPON宣称的Native TDM到底和EPON相比有何优势呢？目前商业芯片都只留了GEM接口，Native TDM都由各个设备厂家用FPGA自行实现，从运营商反馈的测试数据来看部分厂家确可达到SDH级别的同步性能要求，但存在的问题主要在于Native TDM的互通问题较大，不同厂家的E1透传基本不可互通。因此从互通的角度来讲Native TDM技术作用基本被抹杀了，但对用户来讲的确多了一种选择。再来看看EPON的情况，EPON一般采用CESoP（电路线仿真）来实现TDM业务透传（GPON同样可以使用该技术），CESoP目前拥有完善成熟的标准，互通没有什么问题，在EPON上的技术实践也已经得到了运营商的试用验证，除了上行时延相对GPON稍大一些，其他指标基本上没有差别。综上，笔者认为CESoP是适用于EPON和GPON更好的TDM透传技术。

目前GPON比EPON更突出的优点体现在2.5Gbit/s的带宽，优于EPON的1Gbits/s的带宽。在终端同等带宽的情况下GPON可以获得更大的分支比，或者在同样分支比的情况下GPON终端能够获得更大的带宽，这一点是由标准决定，无可争议。但就带宽带宽的使用效率来说EPON和GPON并无多大差别（这里不考虑线路编码效率）。

EPON和GPON的最大传输距离和差分距离均为20km，关于分支比和传输距离主要由PMD层决定，EPON和GPON并无大的差别。GPON由于在PMD层要求更严，光模块成本比EPON相对要高，但可以在每比特成本或者每用户成本那里得到抵消。

综上，EPON和GPON无论在应用场景和业务支撑以及每用户每比特理论成本上相差并不大，因此主要还是产业链的竞争，纯粹技术上的比较意义不大。哪个技术规模部署情况下的每用户每比特的实际综合成本低得多才能最终胜出，但从目前的情况看还不明朗，尽管有各种各样的专业公司市场调查报告表明GPON的规模将超过EPON，但从历年的实际情况和预测情况看，GPON的预测市场规模都被盲目或者是有意的放大了，或许明年底才是一个最佳的观察窗口。

2. EPON/GPON的技术演进

目前国内固网运营商的规划一般都是讲2010年每户20M～30Mbit/s，2015年每户50M～100Mbit/s，以上是高端宽带用户的需求，但实际上目前无论是接入网还是城域网发展还没有这么快，我个人的预计估计2015年才有可能户均20M～30Mbit/s，只有少量高端用户到时会有50M～100Mbit/s的带宽需求。

目前FTTH因为户均造价相对还较高，应用在国内还较少，但无论是EPON还是GPON均可以满足当前以及未来5年的FTTH建设，EPON 按1：32分支可以做到户均30Mbit/s的带宽，GPON按1：64分支也可以做到户均37Mbit/s的带宽。按照FTTH的需求，EPON和/GPON主要是向大容量高密度方向进行演进，后面会谈到背板技术的融合 。如果每个业务槽位10Gbit/s 的带宽则可以支持10个EPON端口（但一般会设计成8个）或者4个GPON端口，两者PON板覆盖的用户数相等（32×8=64×4=256户），按照ATCA的架构可以有12个业务槽位，则总共可以覆盖3072户。对于中国这样人口密度的国家特别是在发达城市来说仍然密度稍显不足，可以将背板单业务槽位的扩展为20Gbit/s，那么就可以覆盖6144户。这是一个比较合适的数字，应可满足至少5年的FTTH速度和密度需要。上面讲的是OLT的演进方向，ONU方面，当前市面的SFU（单家庭ONU单元）将越来越不能满足多业务处理的要求，HGU（家庭网关ONU单元）应该是其演进的自然方向，HGU相对于SFU来讲接入能力更强，特别是QoS处理方面。

接下谈FTTB的场景，这也是中国电信和中国联通当前主要建设模式之一。中国移动因为光缆和铜缆资源的约束，主要以FTTH建设为主，而且希望用大分支比的GPON技术。FTTB目前最经济的模型是一个MDU覆盖16户，提供16个FE接口和16个POTS接口。分支比按照1：16或1：32来规划（EPON 1：16，GPON 1：32），户均带宽为3.7M～4.6Mbit/s，显然不能满足未来的带宽需求。因此向10GEPON和10GPON演进是必然的方向，同时因为运营商已经有大量的投资，这就要求演进的10GEPON和10GPON能够分别后向兼容当前的EPON和GPON。我们看看演进后的FTTB模型的带宽计算：对于10GEPON户均为37Mbit/s（3.7×10=37），对于10GPON户均为18.4Mbit/s（4.6M×4），这时候10GPON吃了分支比较大的亏。

再次是FTTC/N场景，这是中国电信和中国联通的另一主要建设模式。FTTC/N主要采用PON+DSL方式建设。一个典型的模型是一个MDU覆盖48户，提供48个ADSL2+/VDSL2接口和48个POTS接口。分支比按照1：8或者1：16来规划（EPON 1：8，GPON 1：16），户均带宽为2.5M～3Mbit/s，显然也不能满足未来的带宽需求，也需要向10GEPON和10GPON的方向演进。演进后10GEPON和10GPON分别可以提供户均25Mbit/s和12Mbit/s的带宽。对于户均25Mbit/s带宽ADSL2+已经无能为力，需要使用能力更强的VDSL2技术。10GEPON/10GPON+VDSL2将是FTTC/N未来的演进方向。

10GEPON的标准IEEE802.3av-2009即将颁布，相关产业链也基本准备成熟，从光模块、芯片到系统厂家以及运营商均在积极推动，已经芯片和系统厂商推出演示样机并开始小范围试验。10GPON目前尚无标准，相关的标准组织FSAN正在加紧研究，但尚无实施性的提案提出。

3. 多技术融合平台的思考

为了降低技术选择的风险，运营商已经开始要求厂家提供能够混插EPON和GPON的OLT设备，并且能够平滑升级至下一代的10GEPON/10GPON。

对于中小密度的OLT设备，背板一般采用GE SerDes总线或2.5GE SerDes总线。目前一般采用GE/2.5GE兼容的背板技术进行EPON和GPON的混插，这就要求主交换板使用支持GE/Turbo GE的交换芯片，该技术目前已经非常成熟。

对于高密度OLT设备，背板一般采用10GE XAUI总线，可以方便的混插EPON/GPON/10GEPON/10GPON的业务单板。这里我们分别分析两个方向的融合问题，同级别速率不同技术的融合和同技术体系不同速率的技术融合。对于EPON/GPON融合平台，根据上节的分析可以看到使用10G XAUI背板总线可以很好的实现，覆盖的用户规模也相同。对于EPON和10GEPON的融合平台采用XAUI背板总线就有较大的问题，尽管目前的4/8端口低速率PON芯片和1端口的高速率PON芯片均采用XAUI接口，但是后者的PON端口密度只有前者的1/4到1/8，在升级割接的时候势必要增加OLT设备的数量，这样在机房紧张的情况问题较大。还有一个解决方案就是背板使用XAUI和XFI兼容技术，一开始就按照XFI的要求进行设计，一个XAUI接口的物理线对数刚好是XFI线对数的8倍，这样覆盖的用户规模数量相等。这要求主交换板采用支持XAUI/XFI自适应的交换芯片，目前还不存在这样的芯片，在如此大密度的情况下，芯片功耗和封装管脚数都是较大的难题。一个折中方案是背板采用4 lane XAUI/2lane XAUI的背板兼容方法，前者使用线对的数目是后者的2倍，但信息速率相等（后者每线对的物理速率是前者的2倍）。这样高速率PON的端口密度可以做到低速率PON的1/2到1/4，比前面只使用XAUI还是要好一倍。

以上是架构和硬件层面的考虑，下面考虑业务层面的融合。对于数据业务，几种技术仅是物理层和承载层有所差别，到了MAC和IP层面完全相同，而且几种技术的应用场景和业务需求也都是一致的，对于融合平台来说就是驱动程序略微不同，上层的业务策略和网络管理均是类似的。对于VoIP和IPTV均基于IP/Ethernet，实现方式都是一样的，没有什么异议。对于CATV，普遍采用1550nm overylay或者第二纤的方式，也无异议。对于TDM，前文1.2节已经分析，应该也只能采用CESoP来支持所有的PON技术。

4. 结语

以EPON和GPON为代表的FTTX技术已经/正在亚太地区取得巨大的成功，二者均可以支持运营商的不用应用场景和业务需求，单纯技术的比较已经意义不大，关键在产业链的竞争，哪个技术的每用户每比特成本更低，哪个技术将胜出。FTTH的发展呼唤更高密度和容量的PON系统，比如覆盖5000户甚至1万户的PON系统以全面的替代xDSL接入。FTTB/C/N的发展则需要更高速率10GXPON系统，使用更高速率的10GXPON+LAN的FTTB或者10GXPON+VDSL2技术可以让运营商充分利用已经布放的铜缆资源并且满足用户的带宽增长需求。另为了降低技术选择的风险，业界已经普遍关注不同技术的融合平台，笔者给出了架构/硬件和业务层面技术融合的思路和建议。