下一代PON技术的进展与应用

统传输能力

IEEE802.3av规定了10 Gbit/s下行、1 Gbit/s上行的非对称模式和10 Gbit/s上下行对称模式，显著地提高了系统的传输能力。10G-EPON采用64 B/66 B线路编码，效率为97%，与1G-EPON的8 B/10 B（效率为80%）线路相比有了明显提升。10G-EPON通过电层的FEC技术来降低光收发模块的技术难度和成本，其FEC采用RS（255，223）编码，可增加光功率预算5～6 dB。

测试结果表明：10G-EPON下行吞吐量可以达到8.3 Gbit/s以上（FEC开销约为13%），对称系统的上行吞吐量也高于8 Gbit/s。

（2）更丰富的物理层规格

针对10 Gbit/s对称的系统速率和10 Gbit/s/1 Gbit/s非对称系统速率，IEEE802.3av分别定义了10GBASE-PR和10/1GBASE-PRX的物理层要求。每种物理层要求又根据光功率预算的不同，规定了包括PR10、PR20、PR30和PRX10、PRX20、PRX30共6种规格，以满足不同的链路损耗要求。具体规格及链路光指标见表1。

下一代PON技术的进展与应用

其中，10GBASE-PR30和10GBASE- PRX30的光链路预算达到了29 dB，可以实现20 km传输距离下的1∶64分光。

（3）对10GE和EPON协议的继承性

10G- EPON技术在开发时充分考虑了与现有的10GE和EPON技术的继承性。

10GE的技术已经非常成熟，10G-EPON在下行方向和 10 Gbit/s速率的上行方向充分利用了10GE接口的技术标准和现有基础（例如采用10GE的64 B/66 B的物理层编码和以太网的帧格式），从而降低了实现难度和成本。

10G-EPON标准化过程中极力避免对IEEE802.3做大的修改，而是通过在EPON标准IEEE802.3基础上对MPCP协议进行必要的扩展而形成IEEE802.3av。10G-EPON的MAC控制层仅仅在 EPON的MPCP协议中进行了少量的扩展（OLT在Discovery GATE帧中增加Discovery Information字节来请求ONU上报其是否支持10 Gbit/s速率，ONU在REGISTER_REQ帧中增加Discovery Information字节向OLT通告10 Gbit/s速率的支持能力），实现了10 Gbit/s能力的通告与协商机制，从而使得10G-EPON的协议实现变得非常容易。

为了降低10 Gbit/s突发光模块的实现难度，对称速率的10G-EPON的上行方向没有因为线路速率的提高而缩短ONU突发模式光发送机的激光器打开（LaserOn）/关闭（LaserOff）时间、OLT的时钟提取时间（CDR）等指标要求，而是保持与EPON相同的指标要求；而且还把自动功率调整的稳定时间（receiver_settling）从EPON的400 ns提高到800 ns，显著地降低了光模块实现的复杂性和系统成本。

（4）与EPON的兼容和共存

为了实现10G-EPON与1G-EPON的兼容和网络的平滑演进，IEEE802.3av标准在波长分配、多点控制机制方面都有专门的考虑，以保证10G-EPON与1G-EPON系统在同一ODN上的共存。

波长规划如图1所示，为了实现与1G- EPON的兼容，10G-EPON没有使用1G-EPON系统所使用的1 490 nm的下行波长，同时考虑避开模拟视频波长（1 550 nm）和OTDR测试波长（1 600～1 650 nm），IEEE802.3av标准选择1 577 nm作为10 Gbit/s下行信号的波长（1 575～1 580 nm）。因此，在下行方向可以确保10 Gbit/s信号与1 Gbit/s信号的隔离度。上行方向，非对称10G-EPON系统的上行波长仍然沿用EPON系统的上行波长1 310 nm（1 260～1 360 nm），实现了与EPON的无缝兼容，对称10G-EPON系统的上行信号（10 Gbit/s）波长是1 270 nm（1 260～1 280 nm），二者有重叠，因此不能采用WDM方式，而是采用双速率TDMA方式。

3.2 10G-EPON技术实现

对于非对称速率的10G-EPON系统，由于很大程度上继承了现有的10GE和EPON技术，只要对协议略作完善即可，所以系统实现上难度并不大。对于对称速率的10G-EPON系统，其实现难度相对较大，主要体现在光模块、芯片组、系统架构上。

· 由于对称10G-EPON系统的上行方向工作于10 Gbit/s突发模式，尽管ONU的突发模式光发送机和OLT的突发模式光接收机的指标并没有显著提高，甚至是适度降低，但对于光模块来讲，还是充满挑战的，主要体现在高功率激光器和高灵敏度探测器、高效率的BOSA、高速跨导放大器(TIA)和限幅后置放大器LIA等技术难点上。

· 对于芯片组设计而言，逻辑设计没有本质上的困难，但由于系统速率的提升，必须提高总线宽度，控制功耗，这带来了一些硬件设计上的挑战。在EPON系统中普遍采用Triple Churning进行下行数据的加密，但随着速率的提高，数据被破解的风险急剧加大，需要为10G-EPON设计加密强度更高的算法。

3.3 10G-EPON技术进展

10G-EPON受到了光接入产业界的普遍支持，包括光模块厂商、芯片厂商、设备厂商、运营商都投入了很大精力促进其发展，并逐步解决