深度FTTH宽带光纤接入技术

3.3EPON

随着IP的崛起和发展，有人提出了EPON的概念，即在与APON类似的结构和G.983的基础上，设法保留其精华部分——物理层PON，而以以太网代替ATM作为链路层协议，构成一个可以提供更大带宽、更低成本和更强业务能力的新的结合体——EPON。这一思想在以太网界获得到了积极响应，在IEEE802.3ah的旗帜下已经形成了EPON标准。在日本为了与以前基于100Mbit/s的非标准EPON区别，将其称为GEPON。鉴于基于100Mbit/s的非标准EPON已经消亡，目前EPON实际即指GEPON，不再专门区分。

EPON主要基于IEEE802.3ah标准，与传统点到点以太网主要不同之处在于采用点到多点通信方式。其下行方向工作于TDM方式，数据流以变长以太帧方式广播到ONU，每个ONU根据以太帧的MAC地址，决定取舍。上行方向工作于TDMA方式，来自不同时隙的ONU数据流汇聚到公共光纤设施和OLT。此外，传统以太网工作于连续光传输模式，在收发两个方向都是连续的比特流，因此收端的定时和判决容易实现。而EPON的上行比特流是轮流发送的突发数据包，OLT的接收定时恢复、判决门限设置、测距和延时补偿比较复杂。

从EPON的结构上看，其关键优点是极大地简化了传统的多层重叠网结构，主要特点有：

●消除了ATM和SDH层，从而降低了初始成本和运行成本;

●下行业务速率可达1Gbit/s，允许支持更多用户和更高带宽;

●硬件简单，无须室外电子设备，使安装部署工作得以简化;

●可以大量采用以太网技术成熟的芯片，实现较简单，成本低;

●改进了电路的灵活指配和业务的提供和重配置能力;

●提供了多层安全机制，诸如VLAN、闭合用户群和支持VPN等。

IEEE802.3ah规范的EPON技术的上下行波长是1310nm和1490nm，上下行速率均为1.25Gbit/s，传输距离是10/20km，分路比是32/16，主要业务是数据和语音，增加一个1550nm电视广播波长后，成为语音、数据和电视三合一的所谓三重业务捆绑服务。对于传送单一以太网业务而言，EPON是一种很好的解决方案。

EPON的主要缺点是由于IEEE802.3ah只规定了MAC层和物理层，MAC层以上的标准靠制造商自行开发，因而带来灵活性的同时也造成了设备互操作性差的缺点。其次，EPON的总效率较低，主要是由于采用8B/10B的线路编码，引入20%的带宽损失，再加上其它的额外开销，可用负荷仅50%左右，而APON和GPON都采用NRZ扰码为线路码，没有带宽损失。GPON的GFP每帧封装4-65535byte，远大于以太网的帧负荷46-1500byte，平均开销少，再加上承载层效率、传输汇聚层效率、业务适配效率等原因，使EPON总的传输效率较低，大约仅为GPON的一半。第三，由于EPON开始主要是以太网设备制造商驱动的标准，因而没有充分考虑网络运营商的运营需要，管理功能不够丰富，但是比普通以太网有明显改进，可以提供远端故障指示、远端环回控制和链路监视等基本管理功能，也能满足基本管理功能。最后，EPON的设计没有考虑直接支持以太网以外的业务，因而对于主张多业务支持能力的传统运营商来说是一个重要缺憾。

3.4GPON

2001年，在IEEE积极制定EPON标准的同时，FSAN组织开始发起制定速率超过1Gbit/s的PON网络标准——吉比特以太网无源光网络(GPON)，随后，ITU-T也介入了这一新标准的制定工作并于2003年1月通过两个有关GPON的新标准——G.984.1和G.984.2。

按照这一最新标准的规定，GPON可以提供1.244Gbit/s和2.488Gbit/s的下行速率和ITU规定的多种标准上行速率，即可以灵活地提供对称和非对称速率。传输距离至少达20km，系统分路比可以为1:16、1:32、1:64乃至1:128，而EPON只提供1.25Gbit/s对称速率，分路比最多为1:32。即GPON在速率、速率灵活性、传输距离和分路比方面有优势。其次，GPON采用了两种适配方式，除了传统的ATM外，还在传输汇聚层采用了一个全新的基于SDH的标准通用组帧程序(GFP)，这是一种可以透明、高效地将各种数据信号封装进现有SDH网络的通用标准信号适配映射技术，可以适应任何用户信号格式和任何传输网络制式，无需附加ATM或IP封装层，封装效率高、提供业务灵活，而APON/BPON和EPON对每种特定业务都需要提供特定的适配方法。第三，由于GPON采用GFP映射，其传输汇聚层本质上是同步的，还使用标准SDH的125μs帧，使GPON可以支持端到端的定时和其它准同步业务，特别是可以直接高质量、灵活地支持实时的TDM语音业务，延时和抖动性能很好。而EPON在承载TDM业务方面没有具体规定，导致厂家可以采用不同方法来承载，包括一层、二层和三层均可以，互操作性较差，性能难以确保。第四，GPON在网管方面具有丰富的功能，包括带宽授权分配、动态带宽分配、链路监测、保护倒换、密钥交换和各种告警功能等，比EPON考虑周到。不过，EPON在网管功能上比普通以太网有了明显改进，可以提供远端故障指示、远端环回控制和链路监视等基本管理功能，也能满足基本管理功能。第五，在QoS方面，GPON可以通过使用指针调整ONU的授权带宽和授权周期来保证业务的带宽和延时要求。而EPON主要采用优先级队列结合DBA算法来保证带宽和延时，也能基本满足不同业务的QoS要求。

从技术角度，GPON是BPON的继承和发展。GPON继承了BPON的很多基本特点，例如两者都使用同样的OLT核心技术，包括ONU的激活和测距等，使用同样的物理光纤设施和光功率预算值，同样的管理软件栈等。另一方面，GPON采用了一些最新的技术成果，除了最重要的GFP封装技术外，还包括前向纠错等新技术。

从提供的业务看，GPON不仅可以提供10/100Mbit/s、1Gbit/s的业务，而且可以提供VLAN业务和语音业务，事实上可以适应任何现有业务和未来新业务的适配要求。总的来看，GPON不是制造商驱动的技术标准，而是一种运营商驱动的标准，因此具有更周到的运营利益考虑，速率更高，速率灵活性更大;具有通用的映射格式，可适应任何新老业务;具有丰富的OAM&P功能;对各种业务均有很高的传输效率，即便对于TDM业务也能灵活高效地传送。可以帮助运营商完成从传统TDM语音电路向全IP网络的平滑过渡。

就成本分析而言，PON的光模块成本大约为设备成本的20%-30%，主要成本是各种电接口和协议处理转换等，而这方面GPON和BPON要比EPON复杂很多。其次，就光模块而言，由于GPON要满足很高的突发同步指标，对于模块的驱动电路和前后放大器芯片要求很高，还要满足较高的功率预算，只能采用分布反馈激光器(DFB)发送机和雪崩光电二极管(APD)接收机，其成本要高于EPON模块的法布里-珀罗腔(FP)发送机和光电二极管(PIN)接收机，成品率也较低，因此整个光模块成本较高。再加上EPON已经进入量产阶段，而GPON尚未进入大规模量产阶段，导致目前EPON在成本上有明显优势。

就传输效率而言，则GPON无论在扰码效率、传输汇聚层效率、承载协议效率和业务适配效率方面都是最高的，因此其总效率最高。例如假设TDM业务占10%，数据业务占90%，则GPON的总效率为94%，而APON和EPON分别为72%和49%。

GPON的主要缺点是尽管ONU只需要支持ATM和GFP适配中的一种，但是OLT必须同时支持两种，即必须保留有复杂的ATM层功能，再加上光模块的技术难度较高，使设备成本较高。另外，GPON成熟度不如EPON，目前尚无专业芯片厂商推出真正商用的GPON核心芯片和光模块，而EPON已经有多家提供商，目前核心芯片已经发展到第三代单片系统(SoC)阶段，光模块的成本也已经降到接近普通吉比特以太网的水平。

总的来看，在目前产量不太大的情况下，GPON和BPON的设备成本要比EPON高很多，随着技术的进步和产量的大规模提高，成本差异将会逐渐减小，总成本将可能最终取决于产量大小，即市场的选择。

GPON和EPON面临的共同挑战有：怎样才能在Ethernet/GFP上有效承载TDM业务并能提供电信级的服务质量;其次，由于GPON和EPON是点对多点的星形或树形网络，需要通过一个1+1并经过不同路由的光网络来实现电信级的保护恢复，网络成本将非常高;第三，目前GPON和EPON设备成本主要受限于突发光发送/接收模块以及核心的控制模块/芯片，这些模块要么尚未成熟，要么是价格太贵还难以适应市场需要;第四，GPON和EPON的一次性投入成本较高，不太适合逐步投资扩容的传统电信建设模式，最适合完全新建或改建的密集用户区域。

4. FTTH发展的思考

FTTH并不是一种新概念，已有27年历史，二次发展契机。第一次1978年是法国、加拿大和日本，第二次1995年左右主要是美国和日本。两次发展机遇全都由于成本太高，缺乏市场需求而夭折。由于技术的进步、某些国家的宏观信息社会发展政策和电信监管政策的驱动，2004年起FTTH进入了第三次发展机遇期。

然而，尽管FTTH的设备价格已有大幅下降，但依然高达300美元/户左右，几乎是ADSL的10倍，经营视频业务的政策风险和市场风险依然很大，因而我国尚不具备FTTH大规模商用的条件，目前主要处于现场试验和试商用阶段。事实上，FTTH的发展不仅取决于技术，更重要的是成本、业务和商务模式。

对于处于企业整体转型的中国电信而言，FTTH已成为影响未来网络和技术业务转型的重要领域。中国电信将本着“加强领导，积极试验，适时总结，有序推广”的指导方针，在四个省市开展FTTH现场试验，为今后的大规模应用积累技术、规划、业务、商用模式和运维等方面的综合经验。随着2008年奥运会和2010年世界博览会的临近，FTTH在我国的实际应用正日益趋近，光纤到家的理想已经不再是遥不可及的远景，但是足够的耐性和全面扎实的准备不仅是不可或缺的，也是通向成功的惟一道路。