PON系統(tǒng)向單波速率25G演進

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、智慧家庭和物聯(lián)網(wǎng)等應用將成為人們?nèi)粘Ｉ钆c工作的一部分，越來越多的國家已經(jīng)或計劃提高寬帶接入速率。目前，全球已有超過50家運營商正在提供千兆寬帶業(yè)務，在韓國、美國和中國香港等地區(qū)，運營商已經(jīng)針對企業(yè)和家庭用戶開通了2G乃至10G的業(yè)務;在中國，2013年國務院發(fā)布了國家寬帶戰(zhàn)略——計劃到2020年使發(fā)達城市家庭用戶的接入速率達到1Gb/s;在歐盟和美國，各國政府也在加速提升國家基礎帶寬，或者給予寬帶發(fā)展較大的支持。

單波高速

是下一代PON關鍵技術

隨著用戶終端帶寬需求的不斷增大，當前主流接入網(wǎng)系統(tǒng)架構——PON(無源光網(wǎng)絡)也在不斷升級。如果按PON網(wǎng)絡常用的1∶64分光比來計算，當前主流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)國際標準的主要陣營包括FSAN主導的ITU-T系列GPON標準，以及IEEE主導的802.3系列EPON標準。其中，ITU-T GPON標準系列已經(jīng)從GPON、XG-PON1發(fā)展到NG-PON2。當前NG-PON2的標準體系已明確采用TWDM-PON系統(tǒng)架構，單波速率為10G，通過采用4波或8波來實現(xiàn)總系統(tǒng)容量達40G或80G。

相對標準推進較快的ITU-T陣營，IEEE802.3系列標準制定則略微滯后，EPON及10G-EPON標準先后于2004年和2009年發(fā)布，而與NG-PON2通信容量對應的NG-EPON標準還處于早期。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標準目標。目前，NG-EPON目標已經(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)制格式技術包括NRZ(非歸零碼)、Duo-Binary(雙二進制編碼)和PAM4(4階脈沖幅度調(diào)制編碼)等。

當前，雖然很多候選技術還在研討和比較當中，但單波速率超過10G已基本達成一致，目標演進方向主要是單波速率25G。在整個PON系統(tǒng)中，針對家庭用戶接入，單波25G PON可以作為主流技術;而對于政企用戶，由于其帶寬需求更大，可以在單波25G的基礎上，通過波長疊加實現(xiàn)2×25G或4×25G的更高帶寬。

單波高速

PON技術面臨三大難題

在光接入領域，運營商的主要訴求是在帶寬升級的同時，還能重用既有的光纖網(wǎng)絡，由于ODN(光配線網(wǎng)絡)鏈路涉及基礎設施施工，難度大、成本高，其建設成本占了整個PON網(wǎng)絡部署的大部分。因此，運營商在下一代PON網(wǎng)絡升級時，對于不改動ODN鏈路都有強烈的訴求。當前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、功率預算以及速率選擇方面。

色散難題：單波速率達到或超過25G時，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)絡多代共存場景下難以采用;二是采用電色散補償方法，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。

功率預算緊張：在PON系統(tǒng)中，由于較高的功率預算要求，主要以APD為光接收器件。APD的接收靈敏度與信號速率有明顯的關系，當信號速率由10Gb/s提升到25Gb/s時，接收機的接收靈敏度會有4dB的下降，如果沒有補償措施，會帶來系統(tǒng)鏈路功率預算下降。目前的25G APD芯片技術和ROSA封裝技術還不成熟，僅有少數(shù)供應商宣布擁有該技術，并且價格昂貴，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，會遇到色散困擾和功率預算不足等問題，而且速率越高，色散對系統(tǒng)的影響越大，系統(tǒng)功率預算也會越緊張。相對于單波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，編解碼相對比較簡單，對器件要求也不高。