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10G PON技术发展浅析近几年，不断增长的IPTV、视频游戏业务对带宽的巨大需求推动着宽带技术的发展，未来物联网的发展也离不开宽带网络的支撑。
作为主流的光接入技术，EPON/GPON不能满足未来面对每户100M-1G的带宽需求，PON网络迈向10G的趋势不可逆转。
未来宽带业务将会以多媒体、视频点播、互动游戏为主要特征，伴随着大流量、大宽带业务的开展和普及，EPON和GPON已无法满足未来宽带业务发展的需要，现有PON口带宽将会出现瓶颈。
1、10G PON技术发展背景在PON出现至今的近二十年发展史上，已形成了窄带PON、APON/BPON、EPON和GPON等一系列产品。
目前下一代 PON 接入技术的标准主要为 10G EPON 标准和 10G GPON 标准。
2、10G EPON 标准及关键特性10G EPON 国际标准规定了10Gb/s下行、1Gb/s上行的非对称模式和10Gb/s 上/下行对称模式两种速率模式。
同时，在沿用1G EPON的MAC和MPCP协议的基础上，扩展增加了10Gb/s能力的通信与协商机制，而对1G EPON的底层进行了重新定义，以专门处理10G EPON 10G上下行数据，而避免 MAC层及以上各层的改动。
10G EPON最大的特点是：扩大了EPON 的上、下行带宽，同时提供最大达到 1：256 的分光比；充分考虑了与EPON的兼容性问题，实现10G EPON与1G EPON 的兼容和网络的平滑演进。
高带宽。
10G EPON 提供了10Gb/s下行、1Gb/s上行的非对称模式和10Gb/s 上下行对称模式两种速率模式。
在前期可以使用非对称模式；随着业务发展导致上行带宽需求增加，可以逐渐采用对称模式。
大分光比和长距离传输。
目前10G EPON采用高功率预算PR30/PRX30时，最大可以支持 1：256 分光比下20km的传输距离或者 1：128 分光比下30km 的传输距离。
PON到10G PON技术升级方案探讨分析摘要：在通信快速发展的时代背景下，不断增长的5G、物联网、工业互联网、人工智能等业务对带宽的巨大需求，推动着宽带技术的发展。
作为主流的光接入技术，伴随着大流量、大宽带业务的开展和普及，EPON/GPON已无法满足未来宽带业务发展的需要，PON网络迈向10G的趋势不可逆转。
本文主要介绍10G PON技术原理，10G PON应场景解决方案，10G PON新建方案，EPON与10G EPON共存方案，GPON与10G GPON共存方案等进行建设分析研究。
关键词：10G PON；建设；方案引言：2020年国家进一步提出推进新型基础设施建设，简称“新基建”，信息基础设施建设成为通信行业关注热点，业界纷纷对以5G、物联网、工业互联网、人工智能、数据中心等为代表的“新基建”寄予厚望，光纤传输网络作为数字经济转型重要的基础设施,提高线路速率已迫在眉捷，运营商进行PON网络的升级改造从此将进入全面建设阶段。
1、10G PON技术发展背景在PON出现至今的近二十年发展史上，已形成了窄带PON、APON/BPON、EPON和GPON等一系列产品。
目前PON 接入技术的标准已发展主要为 10G EPON 标准和 10G GPON 标准，下一代50G PON标准相信不远的将来就会完成。
2、10G PON 标准及关键特性10G EPON基于IEEE 802.3ah标准的以太网无源光缆网技术，由IEEE组织制定。
国际标准规定了10Gb/s下行、1.25Gb/s上行的非对称模式和10Gb/s 上/下行对称模式两种速率模式。
10G EPON最大的特点是扩大了EPON 的上、下行带宽，同时提供最大达到 1：256 的分光比；充分考虑了与EPON的兼容性问题，实现10G EPON与EPON 的兼容和网络的平滑演进。
10G GPON基于ITU-T G.984标准的吉比特无源光缆网技术，由ITU组织制定。
下一代光接入网的核心光电芯片技术陈雷摘要：50G无源光网络（PON）已经成为下一代光接入网的主要技术。
该技术的实现有多种技术途径，采用高阶调制4电平脉冲幅度调制（PAM4）技术和不归零码（NRZ）技术是最重要的2种实现方式。
采用高阶调制PAM4技术，可以降低对光芯片的带宽要求，降低光芯片的成本，但需要额外增加具有数字信号处理功能的电芯片。
采用NRZ技术，则不需要增加其他功能的电芯片，但需要使用高带宽的激光器和探测器光芯片，这种高带宽的光芯片开发难度大，成本高。
关键词：下一代光接入网;50GPON;PAM4;NRZKeywords：next-generationopticalaccessnetwork;50GPON;PAM4;NRZ1下一代高速光接入网的发展近年来，在“三网融合”和“光进铜退”政策的大力推动下，中国光接入网的接入用户数量和产品覆盖率得到了飞速发展。
截至2022年，中国大部分中心城市都已经基本实现光纤到户（FTTH）或者光纤到楼（FTTB）。
据统计，中国已经成为了全球光接入用户数量最多的国家。
由于市场规模效应的驱动，近些年来中国的光接入网产业以及光接入网技术都进入了快速发展的轨道。
光接入网的技术标准是从最早的宽带无源光网络（BPON）开始，2003年国际电信联盟（ITU）制定了吉比特无源光纤网络（GPON）标准。
随后，电气和电子工程师协会（IEEE）于2022制定了以太网无源光网络（EPON）标准。
经过10余年的发展，到2022年光接入网先后发展形成了10GEPON、非对称10GPON第1阶段（XG-PON1）、40GPON第2阶段（NG-PON2），以及对称10GPON（XGS-PON）4种不同类型的标准，速率分为1.25Gbit/s、10Gbit/s、40Gbit/s。
图1是光接入PON的标准演进路线图。
除了这些主流的国际标准以外，根据中国市场的特殊需求，还衍生出了一些自定义的标准，例如：混合型无源光网络（COMBOPON）标准。
PON技术的发展及演进无源光网络（PON）是使用点到多点树形光纤分配网络进行信息传输的技术。
点到多点的物理拓扑结构特别适用于有线接入网的场景。
PON系统一般由位于局端的OLT设备，位于用户侧的ONU设备和连接两者的无源光分配网构成。
PON系统中由于多个O NU设备共享同一光纤媒质与OLT通信，因此主要需要解决不同ONU间的媒质共享问题。
解决光纤中媒质共享的主要方式包括时分复用/多址技术、波分复用技术和正交频分复用（OFDM）技术。
因此主要的PON技术也可分为TDM-PON、WDM-PON和OFDM-PON三大类。
目前技术比较成熟应用比较广泛的EPON、GPON等主要是采用TDM-PON技术。
1.PON技术的发展1.1 早期的窄带PON及BPON最早的PON系统主要是用于解决多个的窄带接入网（数字用户环路）远端设备的互联，传送n×64 kbit/s的语音时隙。
但由于价格和业务保护方面均无法与环形拓扑的数字用户环路设备抗衡，因此成为失败的技术。
20世纪90年代，随着ATM/B-ISDN的兴起，宽带第一次成为电信技术发展的重要方向，而带宽潜力巨大的光纤技术也成为信息传输技术的宠儿。
因此，在1995年全球7个重要的运营商成立了全业务接入网组织（FSAN），致力于光纤接入网的标准和应用的推进工作。
在FSAN和ITU-T的共同努力下，第一个关于PON系统的国际标准《基于无源光网络（PON）的宽带光接入系统》（ITU-T G.983.1 ）于1998年发布，该标准一般也被称为BPON标准。
BPON在当时的技术环境下采用了以ATM为内核的设计思路，且限于当时器件水平和价格的因素，PON设备的成本还比较高、光纤接入网的外部配套条件也不成熟，因此BPON 仅在北美地区的电信运营商中有一定规模的部署，并未在全球获得广泛的应用。
1.2 EPON和GPON随着ATM技术的衰落和互联网IP技术的迅速兴起，继BPON之后，业界希望开发一种新型的PON系统，取代过时的BPON技术。
10G PON技术的标准及关键特性近几年，不断增长的IPTV、视频游戏业务对带宽的巨大需求推动着宽带技术的发展，未来物联网的发展也离不开宽带网络的支撑。
作为主流的光接入技术，EPON/GPON不能满足未来面对每户100M-1G的带宽需求，PON网络迈向10G的趋势不可逆转。
未来宽带业务将会以多媒体、视频点播、互动游戏为主要特征，伴随着大流量、大宽带业务的开展和普及，EPON和GPON已无法满足未来宽带业务发展的需要，现有PON口带宽将会出现瓶颈。
1、10G PON技术发展背景在PON出现至今的近二十年发展史上，已形成了窄带PON、APON/BPON、EPON和GPON等一系列产品。
目前下一代PON 接入技术的标准主要为10G EPON 标准和10G GPON 标准。
2、10G EPON 标准及关键特性10G EPON 国际标准规定了10Gb/s下行、1Gb/s上行的非对称模式和10Gb/s 上/下行对称模式两种速率模式。
同时，在沿用1G EPON的MAC和MPCP协议的基础上，扩展增加了10Gb/s能力的通信与协商机制，而对1G EPON的底层进行了重新定义，以专门处理10G EPON 10G上下行数据，而避免MAC层及以上各层的改动。
10G EPON最大的特点是：扩大了EPON 的上、下行带宽，同时提供最大达到1：256 的分光比；充分考虑了与EPON的兼容性问题，实现10G EPON与1G EPON 的兼容和网络的平滑演进。
高带宽。
10G EPON 提供了10Gb/s下行、1Gb/s上行的非对称模式和10Gb/s 上下行对称模式两种速率模式。
在前期可以使用非对称模式；随着业务发展导致上行带宽需求增加，可以逐渐采用对称模式。
大分光比和长距离传输。
目前10G EPON采用高功率预算PR30/PRX30时，最大可以支持1：256 分光比下20km的传输距离或者1：128 分光比下30km 的传输距离。
1PON技术回顾和50G-PON展望1.1PON技术发展史回顾PON技术是一种基于无源ODN的宽带接入技术，上下行传输波长独立，数据时分复用。
PON 网络采用P2MP点到多点拓扑，一个PON口可以接多个ONU，有效节省局端资源。
连接OLT和ONU的ODN网络采用纯光介质，全程无源，避免了电磁干扰，环境适应性强，易于扩展和升级。
PON技术已经大规模应用，并具有高带宽、高可靠性、多业务承载和低成本等优点。
在PON技术的发展历程中，标准组织FSAN/ITU-T和IEEE起到了巨大的推动作用。
PON技术起源于早期的APON/BPON，商用PON技术历经3代发展，GPON和EPON已经大规模商用部署。
目前10G-EPON和XG(S)-PON设备已经成熟并步入大规模商用窗口期。
表1-1 PON技术演进第一代GPON/EPON技术可以为用户提供百兆带宽接入能力，逐步替换原有铜线接入技术。
第二代10G PON可以为用户提供300Mbps-1Gbps带宽，满足4K/8K视频业务规模应用，以及VR/AR业务的前期导入。
面向未来1G以上带宽需求业务如极致AR、政企接入、5G Fronthaul/Backhaul等，并对PON技术的带宽和延迟提出更高要求。
10G PON之后的下一代PON技术发展趋势主要有两种方向：方向一是提高单波长速率；方向二是多波长复用提高总速率。
业界普遍认可将下一代光接入网容量提升至50Gbps，因此如何简单、高效地实现系统容量升级成为目前PON领域研究的热点。
IEEE和ITU-T就是基于这个思路来研究PON技术的后续演进，并在积极推动中。
IEEE率先启动了下一代PON技术的标准制定，在单根光纤上支持25Gbps下行速率，同时上行支持10Gbps或25Gbps速率，并支持和10G-EPON的兼容。
对于50Gbps带宽需求，采用多波长叠加技术和通道绑定技术提供2个25Gbps通道，实现50Gbps速率。
下一代PON技术的发展
烽火通信股份有限公司安俊峰
PON技术凭借其点到多点的网络架构及无源ODN的特征，已成为FTTx 领域最受运营商青睐的解决方案。
随着PON的规模应用和全业务运营的快速发展，运营商对PON系统在带宽需求、业务支撑能力、接入节点设备和配套设备性能等方面都提出了更高的期望。
PON系统面向未来的演进方向和演进方式成为业界瞩目的焦点。
1、标准演进路线
（1）基本原则
从网络运营的角度来看，“超宽带，可共存”应是PON演进的基本原则。
第一，以增加营业收入为目的从而拓展新业务是所有运营商的战略目标，此举势必引发带宽消耗的强劲增长（如每通道大约20Mbps带宽的高清电视〈HDTV〉）。
在可见的未来，新的商业模式（例如在线体感游戏、远程医疗、4D电视等等）将进一步推动带宽需求的增长。
第二，PON系统整体投资巨大，回报周期长，且ODN投资和终端投资是整个网络投资中的关键部分（在Greenfield的FTTH建设中，ODN的投资占总投资的70％，终端投资占总投资的25％）。
因此，尽可能保护ODN的投资、最大化用户终端价值，对加速运营商赢利来说意义非凡。
（2）演进路线
在完成GPON的标准化工作之后，FSAN/ITU-T以“低成本、高容量、广覆盖、全业务、高互通”为第一步演进目标，迅速推进下一代PON技术标准的研究和制定。
同时，FSAN/ITU-T也提出，更长期演进时，在不考虑与旧有系统共存的前提下，以全新场景为牵引，可考虑选择除TDM PON以外的可用技术。
因此，依据现实需求与技术成熟度的判断，FSAN定义 NG-PON的演进规划分为两个阶段：NG-PON1和NG-PON2。
NG-PON1属于PON的中期演进，着
眼于研究兼顾现有GPON ODN 敷设的下一代标准；而NG-PON2则被视为PON 系统远期发展的解决方案，它可以建立在全新的光纤分配网络之上，不受限于GPON标准而独立应用。
2、近期目标——NG-PON1
业界对NG-PON1的基本需求是能提供比GPON更高的数据传输速率。
同时，考虑到高昂的ODN成本以及耗费在其中的大量时间，运营商希望在最大程度上保护其已布放的光纤系统。
因而，在构思和设计从GPON到NG-PON1的演进时，FSAN/ITU-T选择了可兼容现有GPON光纤设施的方式以保障其GPON
时期的资本投入。
XG-PON1的ODN完全沿袭了GPON的网络拓扑，可以重复利用现有GPON 网络已部署的光纤、分路器等，同时只需在OLT侧增加支持10G的接口板，这样仅替换ONU即可完成平滑演进，以达到共享ODN的目的。
XG-PON1继承了GPON的基本处理机制，更全面地支撑和完善全业务运营、提升现有GPON系统的性能并在功能实现上进行了有效简化。
但XG-PON1也存在一些劣势：过于复杂的XGTC层设计导致芯片结构复杂；过度的带宽不对称；L波段10G光模块成本偏高。
目前，XG-PON1主体技术标准系列已完成，FSAN/ITU-T的下一步工作计划是对G.987.3进行增补，增加10G/10G和2.5G/2.5G两种对称速率。
组网、共存和演进
XG-PON1在最大程度上继承了现有的GPON标准，并在一些细节上做了改良和提升，继承了与GPON同样的点到多点网络拓扑，可应用于FTTH、FTTB/C、FTTCab等多种接入场景。
XG-PON1考虑了对运营商ODN投资的保护，即XG-PON1与GPON在同一个ODN上共存。
根据XG-PON1的物理层标准，XG-PON1 的上/下行波长规划不同于GPON，因此可以通过波分复用的方式（通过在局端放置WDM1r器件，在上/下行方向分别对多个工作信号进行合波/分波，由于目前ONU已使用收窄波段的光模块，因此无须增加WBF器件）实现XG-PON1和 GPON的兼容。
FSAN/ITU-T考虑的演进场景分为Brown Field和Green Field两类。
运营商普遍关心的是Brown Field场景，即基于共存的演进，主要指已部署的GPON系统由于新业务驱动压力而需要现网升级。
升级时，运营商可选择将用户设备逐批次升级或一次性升级为XG-PON1。
基于WDM堆叠的共存是目前最标准的共存方式，为实现从GPON到
XG-PON1的升级，所有ONU以及OLT必须严格实现 ITU-T G.984.5amd1（扩展波段）中所规范的波长计划，从而达到通过波长堆叠的方式完成GPON和
XG-PON1在同一ODN上的共存。
●物理层规范
XG-PON1的物理层技术标准于2009年10月定稿并在ITU获得通过，于2010年1月在ITU正式发布。
相比于GPON，XG-PON1的物理层规格有较大变化，如表所示。
●传输汇聚层规格
FSAN/ITU-T定义的XG-PON1的TC层尽可能沿用GPON TC层的基本处理机制，并针对XG-PON1特性进行必要的改良和完善。
TC层的三大关键技术点，即成帧格式、DBA以及激活流程，都依据现有GPON框架展开讨论。
其中，为适配XG-PON1的速率，以及方便芯片实现和提升处理效率，XG-PON1对帧结构做了较多改动，维持125μs周期不变但重新定义了帧头，加入了PON-ID，并更改了帧同步的加扰方式；DBA主要结构相同，相关配合参数做了简化；激活机制删除了功率调节机制及相关消息交互过程，其余则完全与GPON一致。
●管理和配置
从管理项及其配置来看，XG-PON1与GPON几乎没有区分，但把其中与具体PON技术特征强相关的描述都去掉，使其抽象化，从而达到普遍化目的。
XG-PON1系统的终端管理也全面保留了GPON时期的特色：在FTTH场景时，XG-PON1默认对ONU采用全OMCI进行实时管理；在FTTB/C等场景时，XG-PON1采用OMCI结合其他管理协议对ONU 进行管理，即“双管理”。
“双管
理”的基本思路是首先利用OMCI打通其他管理协议通信所需的2层通道，此后以OMCI层面的虚拟端口作为分界点，在PON线路上对其他管理协议报文进行透传。
其典型应用为OMCI+SNMP。
●10G GPON成本决定规模商用时间点
可规模商用的ASIC芯片以及光模块产品的开发是10G GPON产品的最核心部分。
目前业界已经有包括FiberHome在内的主流厂商能够提供10G GPON 成品，并且在核心器件、芯片和光模块上，FiberHome实现了独立自主研发。
由于当前芯片方案还处于高成本的FPGA阶段，直接导致10G GPON成本高昂，因此离真正规模商用还存在一定差距。
对于ONU产品，光模块和PON芯片占超过60%的成本，而当前10G GPON 的光模块和PON芯片成本是GPON的10倍以上，成本能否大幅度降低决定了整个ONU产品规模商用的时间。
对于MDU产品而言，设备的光模块和PON芯片仅占25%左右的成本，同时由于FTTB/C单设备服务于多用户，通常大于24线，因此每户分摊的设备成本相对较低，光器件和PON芯片成本只要下降到当前GPON的2~3倍即可接受。
预计10G GPON在2014年左右能够在FTTB/C应用场景小规模试点，2015年后投入小批量商用。
3、远期规划——NG-PON2
在NG-PON2时代，由于考虑的是长期演进，有更多的技术选择。
其中，高速TDM PON（40G）、WDM PON、OFDMA等，都进行过专门讨论。
●P2P WDM
典型WDM-PON（波分复用PON）采用树形ODN。
其ODN采用波分复用/解复用器（wavelength division MUX/DEMUX）。
典型情况下，该MUX/DEMUX 采用AWG（Array Waveguide Grating阵列波导光栅）。
由于AWG各个端口具有波长依赖性，每个终端用户设备中的有色光模块将发射由AWG的端口决定的特定波长的光信号。
由于产业链不成熟、技术复杂、成本过高以及业务驱动力不足等原因，在未来3~5年，WDM PON在FTTH场景中规模部署的可能性较低，但在一些有大带宽需求、成本相对不敏感的FTTB/C场景中，可能存在一定机会。
TWDM PON
TWDM PON（时分波分复用PON）是NG-PON2的候选技术之一，多个XG-PON1通过波分复用共用一个ODN，互不干扰。
每个XG-PON1子网的ONU 工作波长互不相同，为降低成本，ONU侧光模块采用可调激光器。
TWDM PON 原理简单、技术难度适中，是一种较理想的候选技术。
G.989中规范了对TWDM PON的总体要求，具有40G（ds）/10G（μs）带宽（上行可扩展到40G）、40km最大差分距离（20km~40km可配置），支持60km 传输距离，最大分路比为1∶256，上下行最少支持4 TWDM通道（可扩展至8、16通道）。
★★★★
综上所述，NG-PON2成为近期PON系统和技术的研究重点，由于需求、器件、成本的原因，NG-PON2短期内还难以实用化。
但NG-PON2是PON技术的集大成者，是PON演进过程中的重要里程碑。
FiberHome凭借17年来专注于PON领域研究积累，已全面掌握了PON领域的核心技术，在现有PON的规划和设计中考虑长期演进的因素，推出了可兼容各种PON技术的NG-PON统一接入平台，可实现GPON到XG-PON再到NG-PON2的平滑过渡，减少运营商未来网络演进的风险。
