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[摘要] 文章首先对下一代无源光网(NG—P0N)进行简要叙述,进而对其主要技术10G EP0N、WDM—PON的工作原理和实现方案作出具体阐述,最后针对NG—P0N的演进思路发表个人的看法。
[关键词] 10G EPON技术WDM-PON技术 方案
一、引言
作为FTTH最主要的技术解决方案,P0N技术已成为目前全球各大电信运营商最为关注的技术领域。谁将成为下一代光无源网络(NG—PON)的主流技术一直是业界热议话题 ,相关技术人员深谋远虑地提出NG-PON须满足如下的要求:①带宽大,易于升级;②可靠性高,便于管理;③能连接大量用户,单户成本低;④支持多业务,特别是先进的视频业务;⑤互通性和标准性好;⑥升级时不需改造外线路。业界普遍认可的NG-PON技术有两个主流发展方向:一个是单波长大带宽趋势。如1Ogb/s;另一个是网络向多波长发展,从CWDM l6波和DWDM 32波发展到64波,甚至128波或更多,后者也就是我们常说的WDM-PON技术。
二、10G EPON技术
1、10G EPON系统的体系结构
10G EPON在系统组成上与lG EP0N一样,不同的是采用支持10G速率的光线路终端(OLT 、光网络单元(ONU)和光分配网络(ODN)。其系统结构仍然延续lG EP0N的典型形拓扑结构。 如图所示。
EPON典型拓补结构
2、1～10G EPON系统转变的关键技术
(1)1G与10G EPON系统共存问题lG与10G EP0N共存将会使系统变得复杂。首当其冲的是上行和下行通道的共享需要解决串扰和信号质量衰减问题首先下行传输的ONU单纤双向器件要求更精确,更恰当的滤波设计,0NU能够选择lG或10G下行速率。另外lG/1OG双速率ONU不仅需要更好的自动增益控制(AGC)机制以提供匹配功率电平,还需要识别不同速率的数据信号并提高突发信号的灵敏度。
(2)动态带宽分配(DBA)机制问题1OG EP0N中。DBA机制需调度分配1G与lOG两个EPON结构系统由于两个系统线路编码不同需采取两种MAC栈结构,从而MAC客户端层需要两种不同接口,故现有DBA机制需改进以提供这类接口。另外,将来是采用同一DBA机制,利用自动检测技术辨别速率来调动不同机制,还是采用两种独立的DBA机制,通过创造第三实体与其相连需要进一步明确。
(3)安全问题lOG EPON的技术结构特点决定了其具有PON的所有安全隐患。被动检测和数据挖掘是lOG EPON可能遭遇的首要攻击。在无源光网络环境下,虽上行方向则相对安全,但下行方向可能出现窃听问题,而且10G EPON存储数据总量将比现行系统增大l0倍。为避免数据流处理延迟,必需改进存储容量。同样,当前计算机硬件技术也需进行改进,才能处理10Gb/s数据信息。
三、 WDM—PON技术
1、工作原理
一个典型的无源光网络系统结构包括光线路终端(0LT)、传输光纤、远端节点(RN)和光网络终端(ONUs)四个部分。上下行业务在不同波长窗口传输,一般采用阵列波导光栅实现复用/解复用功能,每个ONU只能接收到一个波长通道的信号。下行数据时,OLT中的多波长信号经过传输光纤,通过复用/解复用器,最终各个波长信号达到相应的ONU接收端被接收。上行数据时,不同ONU的信号经复用/解复用器耦合到一个光纤,传送到接收端,经OLT中的解复用器分路后,由接收机阵列完成接收。因此,WDM—PON在ONU与OLT之间实现了一种虚拟的点到点通信。
2、WDM—PON的核心解决方案
WDM—PON系统中,各用户不共享带宽,具有高速率、长距离、升级容易等优点。这些优点的实现取决于每个ONU有一个波长特定且彼此不同的光源。但是这种光源造价昂贵,而且运营商又不可能因此准备一系列特定波长的光源。因此,开发一种廉价的波长独立的光源就成了WDM—PON的关键所在。
WDM—PON的核心解决方案有:外部注入锁定F-P激光器:光波环回与重调制技术。
(1)外部注入锁定F—P激光器
基于注入波长锁定F—P激光器的方案利用AWG分割宽带光源,注入到F—P激光器中,实现单模输出。该方案ONU光源的波长取决于外部条件;E-band和L-band作为下行光源;C-band作为上行光源,其信号波长完全取决于AWG,因此不需要波长管理功能。另外,通过直接调制F—P激光器就可以完成信号的加载,锁定后的输出激光边模抑制比取决于注入功率、偏置电流和F—P激光器的振荡模式与注入信号之间的波长失谐。在失谐最大时,边模抑制比最小,传输性能最差,但是只要增大2.3dB的功率预算,仍然可以实现传输。换而言之,即在ONT中的F-P激光器可以不需要温控器。外部注入锁定F—P激光器方案具有结构简单、成本低、可以实现无色操作等优点。
(2)光波回环与再调制
在光波回环与再调制系统中,OLT光波环回作为波长独立ONU的共享光源。 由中心局OLT产生的不同波长的光波首先被下行数据调制,然后被AWG复接,经过光纤传输后,汇总的下行光波被另一个AWG解调成不同波长的光波,其中的每一个都在ONU中被分成两路,一路被光接收机探测完成下行数据传输;另一路则被上行数据重新调制,通过上行通道送回CO。这样ONU的光源就被取消了。
四、NG-PON的进一步思考
(1)从目前这个角度来看,10G EPON可能是技术的赢家,因为它是以正确的成本提供的合适的带宽。而几年内,要把WDM-PON高得令人不敢问津的成本降下来并不容易。10G EPON是一个简单的升级,因为它几乎肯定要在目前部署EPON的网络上运行。而如果采用WDM-PON,必须要取消原有的ONU,这是一个相当大的翻新。
WDM-PON确实是一个无源光网络,但是它并不具备PON的基本特征,即统计复用,也不具备PON拥有的广播特性。WDM-PON的实际内涵应该更接近WDM,而不是PON。PON事实上充当着一个汇聚平台的角色。而至少在接入部分,WDM-PON技术否定了网络的一个基本原则,即存在大量统计复用的原则。
(2)从长远角度来看,可升级性将有助于WDM-PON技术赢得胜利。采用WDM-PON技术能够得到安全的好处,这对于商业和企业客户是非常重要的,这些用户喜欢点对点的连接,而不是一个共享的网络。目前为止WDM-PON发展面临的最大障碍已经不再是技术问题,而是经济问题。真正意义的WDM-PON要求家庭或者办公室的上行和下行链路必须使用单一波长。
WDM-PON最大的优势表现在可以保护运营商在传统BPON、EPON和GPON网络中已有的投资。采用一项新的技术时,怎样才能避免对已有系统的翻新?怎样才能控制成本以保证未来可以赢利?这些都是运营商在建设FSAN时必须面对的问题。只要WDM-PON的成本控制在可接受的范围,那么它就最有可能成为下一代替代技术。而10G EPON 技术能不能成为最有可能的下一代替代技术还是一个未知数,不同的标准制定组织还在对它们进行研究。
(3)NG-PON的未来的演变之路可能分两步走,第一阶段是10G EPON系统的升级,成本合理,可短期内完成上市。而第二阶段的NG-PON技术则可能是WDM-PON技术,不过目前WDM-PON还不成熟,而且成本高昂,外加市场前景不明晰。
(4)有这样一种技术,就是PON和WDM的混合技术。这项技术将GPON与CWDM相结合,从而将下行链路的容量提高了七倍,而成本只占WDM-PON技术的一小部分。在家庭用户与商业用户或者商业区用户混杂的场合,混合GPON架构是比较合适的技术。这是因为在面对家庭用户时,运营商可能不需要增加新的波长,但是在面对商业用户时,增加一两个新波长可能是必不可少的,而混合GPON架构可以很好的满足两方面的要求。同时商业用户经常会对带宽提出更高的需求。
五、结束语
尽管WDM—PON 系统的优点使得其必将成为NG—PON的最佳选择方案。但其缺点也十分明显,一是器件、设备价格昂贵,初始建设投资非常大;二是WDM—PON系统的一些关键技术还需要时间来研究解决。反观lOG EPON更令人鼓舞.因为它将提供最高的单波长传输容量、最低的每用户成本和最容易的升级方法(从1～1Ogbs)。从目前来看,下一代光无源网络(NG—PON)的未来演变可能分两步走:第一阶段是l0G EPON系统的升级,成本合理。可短期内完成上市;第二阶段是,随着各种器件的成熟,一旦WDM—P0N的成本控制在可接受的范围,WDM—PON将取代l0G EP0N成为下一代无源光网络替代技术。
[关键词] 10G EPON技术WDM-PON技术 方案
一、引言
作为FTTH最主要的技术解决方案,P0N技术已成为目前全球各大电信运营商最为关注的技术领域。谁将成为下一代光无源网络(NG—PON)的主流技术一直是业界热议话题 ,相关技术人员深谋远虑地提出NG-PON须满足如下的要求:①带宽大,易于升级;②可靠性高,便于管理;③能连接大量用户,单户成本低;④支持多业务,特别是先进的视频业务;⑤互通性和标准性好;⑥升级时不需改造外线路。业界普遍认可的NG-PON技术有两个主流发展方向:一个是单波长大带宽趋势。如1Ogb/s;另一个是网络向多波长发展,从CWDM l6波和DWDM 32波发展到64波,甚至128波或更多,后者也就是我们常说的WDM-PON技术。
二、10G EPON技术
1、10G EPON系统的体系结构
10G EPON在系统组成上与lG EP0N一样,不同的是采用支持10G速率的光线路终端(OLT 、光网络单元(ONU)和光分配网络(ODN)。其系统结构仍然延续lG EP0N的典型形拓扑结构。 如图所示。
EPON典型拓补结构
2、1～10G EPON系统转变的关键技术
(1)1G与10G EPON系统共存问题lG与10G EP0N共存将会使系统变得复杂。首当其冲的是上行和下行通道的共享需要解决串扰和信号质量衰减问题首先下行传输的ONU单纤双向器件要求更精确,更恰当的滤波设计,0NU能够选择lG或10G下行速率。另外lG/1OG双速率ONU不仅需要更好的自动增益控制(AGC)机制以提供匹配功率电平,还需要识别不同速率的数据信号并提高突发信号的灵敏度。
(2)动态带宽分配(DBA)机制问题1OG EP0N中。DBA机制需调度分配1G与lOG两个EPON结构系统由于两个系统线路编码不同需采取两种MAC栈结构,从而MAC客户端层需要两种不同接口,故现有DBA机制需改进以提供这类接口。另外,将来是采用同一DBA机制,利用自动检测技术辨别速率来调动不同机制,还是采用两种独立的DBA机制,通过创造第三实体与其相连需要进一步明确。
(3)安全问题lOG EPON的技术结构特点决定了其具有PON的所有安全隐患。被动检测和数据挖掘是lOG EPON可能遭遇的首要攻击。在无源光网络环境下,虽上行方向则相对安全,但下行方向可能出现窃听问题,而且10G EPON存储数据总量将比现行系统增大l0倍。为避免数据流处理延迟,必需改进存储容量。同样,当前计算机硬件技术也需进行改进,才能处理10Gb/s数据信息。
三、 WDM—PON技术
1、工作原理
一个典型的无源光网络系统结构包括光线路终端(0LT)、传输光纤、远端节点(RN)和光网络终端(ONUs)四个部分。上下行业务在不同波长窗口传输,一般采用阵列波导光栅实现复用/解复用功能,每个ONU只能接收到一个波长通道的信号。下行数据时,OLT中的多波长信号经过传输光纤,通过复用/解复用器,最终各个波长信号达到相应的ONU接收端被接收。上行数据时,不同ONU的信号经复用/解复用器耦合到一个光纤,传送到接收端,经OLT中的解复用器分路后,由接收机阵列完成接收。因此,WDM—PON在ONU与OLT之间实现了一种虚拟的点到点通信。
2、WDM—PON的核心解决方案
WDM—PON系统中,各用户不共享带宽,具有高速率、长距离、升级容易等优点。这些优点的实现取决于每个ONU有一个波长特定且彼此不同的光源。但是这种光源造价昂贵,而且运营商又不可能因此准备一系列特定波长的光源。因此,开发一种廉价的波长独立的光源就成了WDM—PON的关键所在。
WDM—PON的核心解决方案有:外部注入锁定F-P激光器:光波环回与重调制技术。
(1)外部注入锁定F—P激光器
基于注入波长锁定F—P激光器的方案利用AWG分割宽带光源,注入到F—P激光器中,实现单模输出。该方案ONU光源的波长取决于外部条件;E-band和L-band作为下行光源;C-band作为上行光源,其信号波长完全取决于AWG,因此不需要波长管理功能。另外,通过直接调制F—P激光器就可以完成信号的加载,锁定后的输出激光边模抑制比取决于注入功率、偏置电流和F—P激光器的振荡模式与注入信号之间的波长失谐。在失谐最大时,边模抑制比最小,传输性能最差,但是只要增大2.3dB的功率预算,仍然可以实现传输。换而言之,即在ONT中的F-P激光器可以不需要温控器。外部注入锁定F—P激光器方案具有结构简单、成本低、可以实现无色操作等优点。
(2)光波回环与再调制
在光波回环与再调制系统中,OLT光波环回作为波长独立ONU的共享光源。 由中心局OLT产生的不同波长的光波首先被下行数据调制,然后被AWG复接,经过光纤传输后,汇总的下行光波被另一个AWG解调成不同波长的光波,其中的每一个都在ONU中被分成两路,一路被光接收机探测完成下行数据传输;另一路则被上行数据重新调制,通过上行通道送回CO。这样ONU的光源就被取消了。
四、NG-PON的进一步思考
(1)从目前这个角度来看,10G EPON可能是技术的赢家,因为它是以正确的成本提供的合适的带宽。而几年内,要把WDM-PON高得令人不敢问津的成本降下来并不容易。10G EPON是一个简单的升级,因为它几乎肯定要在目前部署EPON的网络上运行。而如果采用WDM-PON,必须要取消原有的ONU,这是一个相当大的翻新。
WDM-PON确实是一个无源光网络,但是它并不具备PON的基本特征,即统计复用,也不具备PON拥有的广播特性。WDM-PON的实际内涵应该更接近WDM,而不是PON。PON事实上充当着一个汇聚平台的角色。而至少在接入部分,WDM-PON技术否定了网络的一个基本原则,即存在大量统计复用的原则。
(2)从长远角度来看,可升级性将有助于WDM-PON技术赢得胜利。采用WDM-PON技术能够得到安全的好处,这对于商业和企业客户是非常重要的,这些用户喜欢点对点的连接,而不是一个共享的网络。目前为止WDM-PON发展面临的最大障碍已经不再是技术问题,而是经济问题。真正意义的WDM-PON要求家庭或者办公室的上行和下行链路必须使用单一波长。
WDM-PON最大的优势表现在可以保护运营商在传统BPON、EPON和GPON网络中已有的投资。采用一项新的技术时,怎样才能避免对已有系统的翻新?怎样才能控制成本以保证未来可以赢利?这些都是运营商在建设FSAN时必须面对的问题。只要WDM-PON的成本控制在可接受的范围,那么它就最有可能成为下一代替代技术。而10G EPON 技术能不能成为最有可能的下一代替代技术还是一个未知数,不同的标准制定组织还在对它们进行研究。
(3)NG-PON的未来的演变之路可能分两步走,第一阶段是10G EPON系统的升级,成本合理,可短期内完成上市。而第二阶段的NG-PON技术则可能是WDM-PON技术,不过目前WDM-PON还不成熟,而且成本高昂,外加市场前景不明晰。
(4)有这样一种技术,就是PON和WDM的混合技术。这项技术将GPON与CWDM相结合,从而将下行链路的容量提高了七倍,而成本只占WDM-PON技术的一小部分。在家庭用户与商业用户或者商业区用户混杂的场合,混合GPON架构是比较合适的技术。这是因为在面对家庭用户时,运营商可能不需要增加新的波长,但是在面对商业用户时,增加一两个新波长可能是必不可少的,而混合GPON架构可以很好的满足两方面的要求。同时商业用户经常会对带宽提出更高的需求。
五、结束语
尽管WDM—PON 系统的优点使得其必将成为NG—PON的最佳选择方案。但其缺点也十分明显,一是器件、设备价格昂贵,初始建设投资非常大;二是WDM—PON系统的一些关键技术还需要时间来研究解决。反观lOG EPON更令人鼓舞.因为它将提供最高的单波长传输容量、最低的每用户成本和最容易的升级方法(从1～1Ogbs)。从目前来看,下一代光无源网络(NG—PON)的未来演变可能分两步走:第一阶段是l0G EPON系统的升级,成本合理。可短期内完成上市;第二阶段是,随着各种器件的成熟,一旦WDM—P0N的成本控制在可接受的范围,WDM—PON将取代l0G EP0N成为下一代无源光网络替代技术。