中国联通10G PON设及发展策略探究

中国联通网络技术研究院|程海瑞 贾武 孙越

中国联通宽带接入网设备中GPON和EPON并存，GPON技术制式的设备较多，未来10G PON的部署需要考虑与已有GPON和EPON设备的共存以及异厂商设备的互通。

我国在2013年发布“宽带中国”战略时，首次提出到2020年发达城市部分家庭固定网络接入速率可达1Gbit/s的目标。之后工业和信息化部连续发布了多项落实“宽带中国”和“提速降费”战略的具体行动方案。

国家战略促进FTTx网络普及

运营商在国家战略的指引下，大力推动宽带接入网络从DSL向FTTx演进，光纤到户已成为主要的宽带接入技术。截至2018年6月，光纤端口在固定宽带接入端口中所占比例提升至86.3%，共7.18亿个。我国网络下载速率大幅提高，使得我国固定宽带人口普及率与经济合作与发展组织（OECD）中35个发达国家的平均宽带人口普及率之间的差距加速缩小。

以中国联通为例，中国联通按照“南北有别”策略提升宽带能力，落实“宽带中国”战略。在2017年底，固网宽带端口达到2亿个，其中FTTx端口占比达到98.8%。北方主导区域基本具备百兆接入能力。截至2018年6月底，联通拥有约5787万固定电话用户，约7892万固网宽带用户，固网宽带端口中FTTH端口渗透率达到81%，宽带用户中FTTH用户占比达到79%，视频业务在固网宽带用户中的渗透率超过43%，同比提高10个百分点。

视频业务迅速切入超高清快车道

随着大规模的光进铜退和用户带宽的提升，运营商将视频业务定位为战略性基础业务，通过“超宽带、大视频”的策略，跨过标清和高清阶段，迅速切入超高清快车道，进一步带动了用户对带宽的需求，4K视频对带宽的需求达到了50Mbit/s及以上。

统计分析某市联通现网用户的宽带流量发现：96%的用户全天下载流量在10G以下，10%的用户下载了50%的流量；不同带宽用户流量分时波动特性基本一致，峰值流量时间在22:00-24:00，流量谷底时间在3:00-7:00；用户流量增加速度低于用户可用带宽增加速度，20M用户相比10M用户流量特性增加1.4倍，50M用户相比20M用户、100M用户相比50M用户流量特性平均增幅均为50%。

在光进铜退中，运营商现网主要部署了EPON（下行线路速率1.25Gbit/s，可用带宽约950Mbit/s）和GPON（下行速率2.488Gbit/s，可用带宽约2100Mbit/s）设备，中国联通以GPON设备为主。在进一步将宽带速率提高到500M及以上时，EPON和GPON设备受限于速率，单个PON口只能开通少量用户，因此光接入网需要引入10G PON设备实现千兆接入。

10G PON技术标准与产业发展

10G PON延续了由IEEE和ITU主导的格局：IEEE在EPON（802.3ah）基础上制定了10G EPON技术标准（802.3av），并沿用了EPON的上行波长，不需要增加合波器就能与EPON终端共存于同一ODN网络。ITU-T在GPON（G.984.x）基础上制定了非对称10G PON的XG-PON技术规范（G.987.x）和XGS-PON标准（G.9807.1）；为了解决GPON和XG-PON终端在同一个ODN下共存，还制定了GPON和XG(S)-PON合一的光模块（即Combo PON光模块）标准。

随着10G PON标准的完善，国内主流设备商都推出了10G PON的局端和终端设备，并逐步采用自研芯片。华为海思、中兴微电子、烽火飞思灵、诺基亚自研的芯片分别用于各自主推的10G PON局端设备，芯片集成度已经能够达到单板卡16 PON口的能力；10G PON终端设备既有采用自研的芯片也有采用博通等第三方的芯片；部分芯片已经实现多种PON制式的共模方案。在模块方面，10G EPON使用的PR/PRX30光模块，XG-PON使用的N1、N2a光模块，Combo PON使用的D1、D2光模块均实现量产。10G EPON技术下主流设备商的10G EPON PON板卡都是一块板卡同时支持对称/非对称两种技术制式，现网10G EPON局端设备统一采用对称的光模块，可以连接对称和非对称两种类型的10G EPON终端设备。

经过多年的光改建设，宽带接入网形成了多种制式多个设备商的设备并存的复杂局面。中国联通宽带接入网设备中GPON和EPON并存，GPON技术制式的设备较多，未来10G PON的部署需要考虑与已有GPON和EPON设备的共存以及异厂商设备的互通。中国联通在前期10G PON应用场景试点的基础上，于2017年完成了主流设备商的10G PON FTTH设备的实验室互通验证，并在北京联通现网完成了FTTH千兆业务开通、10G PON FTTH设备互通以及家庭内部组网的试点工作。2018年，中国联通启动了在互通条件下的10G PON设备集采测试工作，并配套制定了EPON和GPON分别演进到10G EPON和XG-PON的方案，10G PON具备了现网规模部署条件。

FTTx网络发展策略

运营商宽带网络采取以市场需求为导向，以投资效益为中心，远近结合、按需迭代建设的策略。

10G PON设备选择策略

●局端设备

考虑到宽带速率将进一步大幅度提升，运营商在10G PON设备部署时应优选新一代OLT平台，并采用支持16口10G PON业务板卡；在单用户板槽位交换能力满足的情况下，也可在原有OLT设备增加10G PON板卡的方式进行10G PON的建设。

在既有EPON区域，中国联通已经停止EPON板卡的扩容，目前主要采用对称型10G EPON设备进行建设；对于既有GPON区域，未来随着500M及以上接入速率业务的开展，中国联通逐步采用XGPON（包括Combo PON）。

10G PON的新建OLT应采用2★10GE上联，对于原有OLT补插10G PON板的情况，应密切跟踪上联链路流量情况，在GE链路峰值流量超过50%或10GE链路超过70%时，及时扩容上联链路；在开展500M及以上接入速率业务时，上联链路直接升级为10GE。

以PON方式接入的政企客户楼宇专线等应采用OLT独立的槽位，在市区等政企客户密集、业务量大的区域，可以考虑安装独立的OLT设备。

●ODN设施

改造方式下应实现O D N重用：EPON/GPON改造为10G PON应选用合适的光模块，保证升级为10G PON后，光链路预算不低于原有EPON/GPON系统，并重用原有ODN。

新建方式应满足光链路预算的要求：ODN的光功率衰减与光分路比、活动连接器数量、光缆线路长度、熔接点数量、光缆线缆富余度等因素有关，需控制ODN中最大的衰减值，使其符合系统设备OLT和ONU的光功率预算要求。ODN总分光比应根据用户带宽要求、ODN光链路衰减要求等因素确定。

●终端设备

在10G PON接入区域且接入速率为500M及以上的用户宜采用10G PON HGU。10G PON HGU应该与10G PON OLT实现解耦合，且支持802.11ac规格的Wi-Fi；接入速率为千兆的用户宜采用支持802.11ac wave2的10G PON HGU。

FTTx主要建设场景

●10G PON新建

10G PON FTTH的建设方式与现有EPON/GPON一致。10G PON+LAN的建设方式由于采用千兆下联端口，如新布放入户线，应采用CAT6或CAT6A，保证入户段的接入速率。

●EPON升级为10G EPON

10G EPON下行采用波分复用，上行采用时分复用的方式与EPON共存。EPON升级为10G EPON时，局端OLT新增10G EPON板卡，原有EPON端口的用户割接至10G EPON端口上，用户端HGU保持不变，对于500M及以上接入速率的用户更换为10G EPON的HGU，ODN网络无需改造。

●GPON FTTH升级为XG PON FTTH（Combo PON方式）

在Combo PON方式下，GPON和XGPON的上下行波长都是独立的，二者互不影响。GPON升级为Combo PON时，局端OLT新增Combo PON板卡，原有GPON端口的用户割接至Combo PON端口上，用户端HGU保持不变，对于500M及以上接入速率的用户更换为XG-PON的HGU。对于ODN网络，在选用D2级别光模块情况下，原有光链路预算不变，只需将局端的光纤由GPON端口跳接至新的Combo PON端口；如果选用D1级别光模块，需要对现有全程光链路预算超过28dB的线路进行整改。

●GPON FTTH升级为XG PON FTTH（增加WDM1r方式）

局端OLT新增XG-PON板卡并增加WDM1r时，需将GPON和XG-PON耦合到同一ODN内。原有GPON端口的用户HGU保持不变，对于500M及以上接入速率的用户更换为XG-PON的HGU。对于FTTH中采用1:32及以上分光的情况，在增加WDM1r之前，应测算光链路预算能否满足增加2dB插入损耗的要求。

●GPON升级XG-PON（FTTB方式）

增加WDM1r，逐步割接：局端OLT新增XG-PON板卡，并增加WDM1r，原有MDU逐个更换为XG-PON的MDU，并割接至XG-PON口上。当同一GPON口下的全部设备升级为XG-PON后，应拆除WDM1r。

一次性割接：对于在割接允许的时间内能够完成单一PON口下全部MDU割接的情况下，可以不增加WDM1r，采用直接替换原有MDU或替换上联光模块的方式进行升级。

对于FTTB中采用1:32及以上分光的情况，在增加WDM1r之前，应测算光链路预算能否满足增加2dB插入损耗的要求，对于不满足的情况，采用一次性割接的方案，或者降低分光比。

展望

在10G PON即将规模部署的同时，业界趋势也越来越清晰：下一代PON技术充分提升接入网设备性能，能够与现网设备共存平滑演进以充分保护投资，并能够积极应对5G小微基站承载等多种未来应用场景，结束IEEE和ITU各一套标准的局面，2018年1月的ITU-T SG15全会已通过了50G TDM PON立项，为下一代PON技术发展指明了方向。

固定宽带逐渐进入千兆接入速率时代，对PON技术和运维管理提出了更高的要求，也需要业界携手努力，促进千兆宽带蓬勃发展。