下一代pon 系统演进 - huawei...2 2 标准演进路线 2.1 基本原则...
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下一代PON系统演进
下一代PON系统演进
1 概述 ...............................................................................................................................1
2 标准演进路线 ................................................................................................................2
2.1 基本原则 .....................................................................................................................2
2.2 演进路线 ......................................................................................................................2
3 基于共存的平滑演进技术——NG-PON1 ........................................................................4
3.1 组网架构、共存和演进 ................................................................................................5
3.2 物理层规范 ...................................................................................................................7
3.3 传输汇聚层规格 ...........................................................................................................8
3.4 管理和配置 ...................................................................................................................9
3.5 天然的互通 .................................................................................................................10
4 全新的远期演进技术——NG-PON2 ..............................................................................11
4.1 WDM PON ..................................................................................................................11
4.2 ODSM PON .................................................................................................................12
4.3 Stacked XGPON ..........................................................................................................13
4.4 Coherent WDM PON ...................................................................................................14
4.5 其他 ............................................................................................................................15
5 PON技术演进与网络演进的前景 ..................................................................................16
5.1 网络演进的目标基于NG PON技术能力 ......................................................................16
5.2 网络演进的实施依赖于产业链的成熟度 ....................................................................17
5.2.1 NG PON成本决定规模应用时间点 .......................................................................................................17
5.2.2 OLT设备能力满足NG PON带宽提速需要 ..............................................................................................19
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1 概述
PON技术凭借其点到多点的网络架构及无源特征带来的诸多优势，
成为FTTx领域最受运营商青睐的解决方案。自2004年，ITU-T SG15 Q2完
成GPON标准以来，全球范围内掀起了基于PON应用的FTTx建设热潮。
随着PON网络的规模应用和全业务运营的快速发展，运营商对已有
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。当前PON系统面向未来的演进方向和演进方
式成为了当前业界瞩目的焦点。
权威标准组织FSAN/ITU将下一代PON的演进为两个阶段：NG-PON1
和NG-PON2。NG-PON1属于PON的中期演进，NG-PON2则被视为远期发
展的解决方案。
总的说来，在下一代PON系统的演进讨论中，“ODN兼容”是所有演
进思路的核心前提。这一部分的投资在整个光纤网络建设中占比高达约
70%，因此保护现有ODN投资，是运营商对NG PON网络演进的重要要求。
当前NG-PON1的标准体系已经成熟，与现网GPON共存的验证和测试
工作也已在Verizon的推动下成功完成，只是产业链的成熟稍待时日；而
当前的GPON网络布署可提前做好兼容准备，为未来向NG-PON1演进铺平
道路。
相对目标清晰、进展明显的NG-PON1而言，NG-PON2阶段还处于百
家争鸣、各执一词的战国时代，很多候选技术正在研讨和比较之中。目
前能达成一致的是，最有希望胜出的NG-PON2技术应符合：ODN兼容、
带宽、容量、经济性等特征。
本文将结合FSAN/ITU-T标准组织的权威观点，阐述下一代PON系统的
演进原则和演进路线；介绍当前NG-PON1和NG-PON2的各种热点候选技
术；同时，综合分析这些技术的储备度和应用价值，分享华为对下一代
PON系统演进方向的观点。
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2 标准演进路线
2.1 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：
首先，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，家庭视
频共享、在线游戏、交互式远程教学、远程医疗、下一代3D电视等等）
将进一步推动带宽需求的增长。
其次，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76％，ONU的投资占总投资的21％。）；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。
2.2 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，依据当前的现实需求与技术成熟度的判断，FSAN定义NG-
PON的演进如图1：
由图1可知，NG PON的演进规划可为两个阶段：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。
最初，在定义NG-PON1的系统形态时，FSAN必须在技术和成本之
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间进行折中：一方面，系统需全面扩容，运营商要求下一代系统不论是
在传输距离、容纳的用户个数还是每用户的可用带宽数上都要提升；另
一方面，运营商希望尽量保护和延长已有GPON ODN设备的使用期限。
此外，从业务驱动角度来看，上下行带宽的拓展诉求存在差异，在很长
一段时期内下行带宽的增长速度仍将大于上行带宽的增长速度。最后，
FSAN决定将NG-PON1定义为一个非对称的10G系统：该系统将体现为一
种直接衍生于GPON标准并且基于纯TDM 技术的PON的高级形态。
NG-PON2则被FSAN/ITU认为是更不确定的需求，所以目前被建议的
候选技术非常多样化。其中，最直接的想法，是在时域上提升速率，
从10G提升至40G；另一种想法是利用多种波长叠加来扩充总的接入带
宽，即WDM-PON，其中CWDM或DWDM的波长都在可选之列；基于
TDMA+WDMA的ODSM PON对用户频谱进行动态管理以达到不改动ODN
和用户设备的目的；而OCDMA-PON的发展思路则是采用码分多址技术来
对用户终端进行编码，进而避免TDMA系统所需要的发送时隙分配；还
有O-OFDMA PON技术，希望利用正交频分多址技术来区分用户终端，从
而有效提高带宽利用率。但是，总体上，上述大多数技术都还只停留在
实验室或测试阶段。
图1 NGPON roadmap by FSAN
下行10G上行2.5G或5G
下行2.5G上行1.25G
G-PON
XG-PON1
NG-PON2
2004 2010 ~2015
无需考虑共存
WDM共存
当前工作重点：对NG-PON2做技术选型
ODSM, 40G, WDM,OFDMA……
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3 基于共存的平滑演进技术 ——NG-PON1
业界对NG-PON1的基本需求是要提供比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，FSAN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。
由此，FSAN/ITU-T对XG-PON1定义的规格是下行10G，上行2.5G突发接
收，上下行平均带宽比GPON分别提升4倍和2倍；并且XG-PON1的ODN完全
沿袭了GPON的网络拓扑，可以重利用现有GPON网络已投放的光纤、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ONT/ONU即
可完成平滑演进，以达到最大限度地发挥ODN设备商业价值的目的。
XG-PON1代表了FSAN/ITU-T对GPON系统增强的第一阶段的期望。它
继承了GPON的基本处理机制，更全面的支撑和完善全业务运营、提升现
有GPON系统的性能并在实现上进行了有效简化。
图2 XG-PON1标准近况
标准进展 增强的
XGPON1启动
XGPON1主体标准发布
XGPON1主体标准完成
北京FSAN/Q2
200906 200910 201002 201006 201008
主体标准
G.987.2修订完成
G.987.3/G.988完成
大体框架完成
Jitter参数修订完成
成帧规格完成扰码、安全等完成
扩展功率预算部分完成
G.987.RE启动
G.987.3完成第一版草稿；G.988稳定
G.987.3/G.988技术规格讨论
G.987/G.987.1/G.987.2撰写及修订
G.987.3部分完成G.988完成第一版草稿
G.987/G.987.1/G.987.2完稿并发布
G.987.2继续少量修订
.RE初稿完成
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迄今，XG-PON1主体技术标准系列第一版已完成。2009年10月，
ITU-T通过了XG-PON1的总体需求和物理层规范，并于2010年3月正式公
示，这标志着NGPON标准时代的开始。2010年6月的ITU-T全会表决并通
过了XG-PON1传输汇聚层和OMCI标准，近期内即将正式公示。
图2所示为XG-PON1的标准进展情况。
3.1 组网架构、共存和演进
XG-PON1是GPON标准的延伸、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，FTTCell，FTTB/C，FTTCab等多种接入
场景，如图3所示。
XG-PON
AggregationSwitch
XG-PONOLT
XG-PONOLT
CBU
FTTCell
FTTB
FTTO
FTTH
FTTB
FTTCurb/Cab
MTU
SBU
SFU
MDU
ONU
Cell site
BusinessResidential
图3 XG-PON1场景概要示意
XG-PON1的架构考虑了对运营商现有投资的保护，即，XG-PON1与
GPON在同一个ODN上得以共存。根据XG-PON1的物理层标准，XG-PON1
的上/下行波长规划不同于GPON，因此比较通用的做法是通过波分堆叠
的方式（通过在局端放置WDM1r器件，结合终端前置或嵌入的WBF器
件，在上/下行方向分别对多个工作信号进行合波/分波）实现XG-PON1和
GPON的兼容。如图4所示：
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图4 XG-PON1和GPON通过WDM1r共存的网络配置
ONU (G-PON)
WDM-GLogicTx
Rx WBF
ONU (G-PON + video)
WDM-G’Logic
Tx
Rx WBF
V-Rx WBF-V
ONU (XG-PON) OLT (XG-PON)
WDM-XLogicTx
Rx WBF WDM-X-L
Rx
Tx
Logic
WDM-G-L
Rx
Tx
Logic
V-TxWBF
OLT (video)
ONU (XG-PON + video)
IF XGPON
IF GPON
IF XGPON, IF Video
IF GPON, IF Video IF Video
IF GPON
IF XGPON
ODN
OLT (G-PON)WDM-X’
Splitter WDM1r
LogicTx
Rx WBF
V-Rx WBF-V
FSAN/ITU-T考虑的演进场景分为Brown Field和Green Field两类。
后者主要指前期无光纤布放的运营商用XG-PON1直接取代旧有铜线
系统，从而获得更大带宽更高分支比接入的情况，属于系统重建。这种
演进场景比较直观，在此不赘述。
运营商普遍关心的是第一种场景，即基于共存的演进，主要指已布
放的GPON系统由于新业务驱动压力而需要进行现网升级。升级时，运营
商可选择仅对本ODN上的部分用户设备逐批次升级或将全部用户设备一
次性升级为下一代设备。两种升级方式的不同之处在于GPON与XG-PON1
系统共同存在的时间长短。
从前述可知，基于WDM堆叠的共存是目前最标准的共存方式，因
此，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。图5描述了在
基于共存的演进过渡期时GPON和XG-PON1通过波分设备（如图5所示的
WDM1r设备）的共存网络示意图。
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图5 GPON与XG-PON1的共存
共存关键：波分堆叠
XG-PON1OLT
WDMr1 G-PON1OLT
XG ONU
XG ONU
XG ONU
ONU
ONU
ONU
ONU GPON与XGPON1均通过同一1:32分光器分光：GPON每用户带宽为~80/40Mbit/s；XGPON1每用户带宽为~320/80Mbit/s。
3.2 物理层规范
XG-PON1的物理层技术标准[1]于2009年10月定稿并在ITU获得通过，
并于2010年3月在ITU正式发布。相比于GPON，XG-PON1的物理规格有明
显提升，如表1所示。
表1 XG-PON1物理层规格
项目 规格 说明
光纤 满足[ITU-T G.652]满足[ITU-T G.657]的新式光纤也应兼容XG-PON1布放
波长规划【注1】上行：1260-1280nm下行：1575-1580nm
户外应用时下行为1575-1581nm
功率预算
N1：14-29dB (用于非共存场景)N2：16-31dB (用于共存场景，含WDM1r插损)Extra budget：33dB作为起始点，可扩展到35dB
线路速率【注2】上行：2.48832 Gpbs下行：9.95328 Gpbs
分光比至少支持1:64；至少可扩展至1:128和1:256
最大物理传输距离 至少20公里
最大逻辑传输距离 至少60公里
最大逻辑距离差 可扩展至40公里
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【注1】如何制定一个合理的波长规划，是运营商十分关心的一个
问题。由于10G连续光模块在业界已有一定生产规模和应用范围，因
此，从可获得性和产业成熟角度出发，FSAN毫不犹豫选择了典型的1575-
1580nm波段作为其10G下行的信号波段。
但2.5G上行突发的信号波段却让FSAN慎之又慎。早期的上行波段备
选方案包括C&L波段和O波段。C波段最先出局，因其与现有视频信号波
段重叠；但若选择L波段，则其空间不够（现有下行波段即为L波段），
上下行信号波段之间无法获得足够的保护带宽，从而大大提升了滤波难
度，因而L波段也被放弃。上行信号波段最后的抉择在O-和O+之间展开：
FSAN在全面比较了这两个波段的光器件复杂度和成本之后，认为O+波段
相对来说对滤波器要求更高：最终O-波段成为标准化的上行信号波段。
【注2】在定义具体的数据传输速率时，FSAN将下行速率直接定义
为10Gpbs级别：光传输领域成熟且成本足够低的10Gbps连续发送技术为
FSAN/ITU选择10Gbps下行传输提供了可靠的事实依据；进而为了与ITU-T经
典速率保持一致性，FSAN最后选用了ITU-T系列的9.95328 Gpbs，而没有
选用IEEE的10.3125Gpbs。至于上行速率，FSAN/ITU认为应根据应用场景和
设备成本来定，最初FSAN/ITU建议了2.5G和10G两种。然而，鉴于10G突
发接收的复杂度和实现成本在很长一段时间内仍然无法达到商用要求，
FSAN决定暂不对10G上行方案进行深入探讨，仅标准化2.5G上行方案。
3.3 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，然后在此基础上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，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对成帧结构进行了较多的细节改进，使数据
分片之更少拼接，更易对齐；DBA机制基本不变，灵活度进一步提升；
激活机制则完全遵循与GPON一致的定义。
随着运营商需求的进一步明确，XGTC在安全和节能方面都有明显增强。
GPON后期虽然也对系统安全进行了增强，但或者是TC层可选实现，或
者干脆基于可选OMCI，这都不能让运营商完全满意。在XG-PON1时代，从
效率提升的角度，运营商要求安全增强应尽量在TC层激活时体现。因此，
XGTC在标准正文中规范了以registration ID（注册ID，一种用于认证的逻辑
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ID）为基础的ONU设备认证方案，在附录中规范了继承自GPON的基于OMCI
通道的双向认证和新增的基于IEEE 802.1x的双向认证方式。除此之外，
XGTC还提供了上行加密（可选）、下行组播加密等新的安全保障机制。
GPON节能也是个十分有争议的话题，在GPON时期，ITU颇费周折，
后开发了G.sup45（即GPON节能白皮书）作为PON节能的指导资料，该白
皮书以多种节能模式为核心内容描述了芯片级节能技术。随着世界范围
内节能呼声的渐渐高涨，部分运营商认为XG-PON1的节能应强制规范，
并在白皮书的基础上做简化并改良。最终FSAN决定：第一，从G.sup45
中选择两种模式，“假寐”（doze mode）和“周期性睡眠”（cyclic
sleep），将其状态机适度改良后作为标准的节能管理内容；第二，除以
上两种模式之外的节能技术，设备商可自由扩展，不做强制性要求。
2010年4月，XGTC草稿基本完成；2010年6月，G.987.3即XG-PON1
的TC层技术标准尘埃落定。
3.4 管理和配置
对于XG-PON1的管理和配置，FSAN/Q2认为，由于这部分受底层技
术变化的影响最小，因此采用G.984.4为标准开发基线，然后在其基础上
应尽可能考虑后向兼容性并较少变动。
在GPON中，OMCI属于带外管理方式（即承载在有别于普通数据的
特定GEM连接中）。经此OMCI专用通道，OLT通过模型化方式对ONU进
行管理和配置。OLT与ONU之间通过交互MIB（Management information
base，管理信息库）信息来建立和维护OMCI模型。OMCI的管理配置内
容包括对ONU设备的配置管理、故障管理、性能管理和安全管理。
在对G.984.4进行少量增减之后，XG-PON1几乎沿用了GPON OMCI
90%左右的技术内容。以2层数据业务的管理配置为例来说明：从业务角
度来看，具体的底层承载技术无关紧要，关键是完成2层通道的合理配
置，以保证业务数据的正常转发。OMCI的L2模型已经涵盖了从网络侧到
用户侧（ANI-TCONT-GEM-MAC bridge-UNI）全部可能的二层配置。由于
XGPON1与GPON在网络连接侧的管道定义以及用户侧的接口定义都完全
一致，因此这个模型既适用于GPON也适用于XG-PON1。
从管理项及其配置来看，XG-PON1与GPON几乎没有区分，甚至上
溯到A/B-PON时代，OMCI的管理和配置内容也基本与今天类似。因此，
FSAN/ITU认为，ITU-T的TDM PON系列最终只需要一个可以为所有PON系
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统所适用的普遍的OMCI标准，即首次提出了Generic OMCI概念，这个概
念一经提出立即获得了业界的广泛认可和支持。此后，FSAN/ITU为这个
“普适的OMCI标准”重新申请了编号为G.988的ITU-T项目，意在将此标
准独立于特定的PON系统之外。G.988的开发依然完全基于最新公布的
G.984.4标准，基本一致，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。
值得一提的是，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可选的采用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。双管理的灵活应用使
得GPON/XG-PON1迎合了不同运营商在不同场景下的管理需求。
2010年2月，G.988第一版草稿完成。2010年4月，G.988正式稿基本
完成。2010年6月，G.988标准正式通过表决。
3.5 天然的互通
不论对GPON还是XPGON1，最让业界瞩目的莫过于互通能力。
在GPON时代，FSAN于2008年初成立了仅由系统厂家和芯片厂家等参
与的OISG（OMCI implementation study group，OMCI实现研究小组）专门研
讨和制定G.984.4 OMCI互通技术规范。该协议制定了OMCC通道建立、ONU
设备上线后的MIB刷新、MIB/告警同步、软件版本升级、2层业务配置、
组播配置以及QoS管理等。该技术规范分别于2008年12月和2009年10月输
出了第一版和第二版，并在ITU通过表决并迅速公布。该标准在ITU编号为
G.impl984.4，又称OMCI实现指南。此后FSAN以G.impl984.4作为互通指南蓝
本写作互通测试用例，在2009年以及2010年上半年总共进行了3次互通测
试。在今年上半年互通测试完成后，FSAN运营商非常满意，并对外发布新
闻，称GPON互通性良好。至此，GPON互通测试被认为取得了较好的阶段
性成果，将在FSAN告一段落，后续研究逐渐转移到BBF（broadband forum，
宽带论坛，即原DSL-forum），FSAN将开始启动XG-PON1的互通测试活动。
得益于与G.984.4的全面后向兼容，G.988几乎可以直接采用G.impl984.4
作为其互通规范，因此，G.988标准的强制性附录部分合入了G.impl984.4的
全部内容，这样意味着XG-PON1天然具备了继承自GPON的良好互通性。
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4 全新的远期演进技术——NG-PON2
在GPON向NG-PON1的演进时，FSAN/ITU权衡技术和经济因素，最
终将橄榄枝指向了XG-PON1；而在NG-PON2时代，由于考虑的是远期演
进，有更多的技术选择，而不必拘泥于现有架构，从而可以进行较为革
命性的升级。其中，甚高速（40G）、WDM PON、OFDMA等在FSAN NG-
PON2 workshop中都进行过专门讨论。
下面将对各种可能的NG-PON2技术进行阐述。
4.1 WDM PON
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，即Array Waveguide Grating阵列波导光栅)，如图6所
示。在通信机制上，WDM-PON与P2P(point to point，点对点)GE更为类
似，每用户完全独享一个波长上的带宽资源；不同在于， WDM-PON是
基于同一光纤中不同波长的隔离（即逻辑意义上的点到多点），如图7
所示。
如图6所示的WDM PON系统，由于AWG各个端口具有波长依赖性，
每个终端用户设备中的光模块必须发射由AWG的端口决定的特定波长的
光信号，这种固定波长的光模块叫做有色光模块。
CORemoteNode
λ1
λ2
λ3
λ4
λ1, λ2, λ3, λ4...
Tx/Rx
Tx/Rx
用户终端
Tx/Rx
Tx/Rx
Tx/Rx
Tx/Rx
Tx/Rx
Tx/Rx
AW
G1
AW
G2
图6 Typical WDM-PON system
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有色光模块的引入有可能增加业务发放、设备仓储等过程的复杂
度；而AWG器件对温度十分敏感，这给WDM PON带来了两大难题：
一是光模块信号波长与AWG端口的实时一致性。
针对这个问题，业界主要的解决方案是无色光源技术。按照有无种
子光源，无色光源方案可分为两大类：可调激光器，种子光式。根据种
子光的来源，可进一步细分为自注入、外部注入(包括ASE种子光注入和
阵列式激光器注入)和波长重利用。
二是局端和远端两个AWG的各个端口波长的实时一致性。
针对这个问题，业界主流的方案是采用波长对准技术。波长对准技术
包括两种，一种是光功率监测，另一种是温度不敏感的AWG。光功率监测
是WDM-PON研究初期的针对波长对准问题的解决方案，随着温度不敏感
AWG技术的日益成熟，早期基于光功率监测的波长对准方案日趋淘汰。
由于产业链、技术成熟度、成本以及带宽驱动力不足等原因，在未
来3~5年，WDM-PON在FTTH场景中规模部署的可能性较少，但在一些有
大带宽需求、成本相对不敏感的FTTB/FTTbusiness场景或其它差异化场景
中，如FTTMobile，WDM-PON可能存在一定机会。
4.2 ODSM PON
早在几年前，人们就提出了ODSM PON（动态光谱管理PON）的概
念，以满足运营商的发展意愿：不用改动ODN; 也不用改动ONT；通过挖
掘已部署网络的潜力实现更加平滑的网络演进，解决端局精简问题并系
统地降低接入成本，使得人人能够享受光纤宽带带来的通信新体验。
图7 WDM-PON网络结构
CO
WDM-PON
Fiber distributionframe
Fiber distributionframe
RxTx
RxTx
终端用户1
RxTx
终端用户n
RxTx
AW
G
RxTx
RxTx
AW
G
AW
G
RxTx
RxTx
AW
GA
WG
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图8 ODSM PON
Old CO
ONUONU
ONU
ONUONU
ONU
ONUONU
ONU
ONUONU
ONU
ONUONU
ONU
ONUONU
ONU
ONUONU
ONU
ONUONU
ONU
ODSM OLT
MultiChanMAC
TxArray
RxArray
WDMsplit
今年来，业界对ODSM PON的原始方案展开了研究并进一步优化，
提出如图8所示的方案，位于“Old CO”的4个GPON/XG-PON1 OLT线卡在
运行一段时期后，如果需要网络升级，被1个无源的WDM Split替换，原
有的从CO到用户家里的网络无需改动。新的ODSM OLT通过如上方式与
老的GPON/XG-PON1 ONT通信。
优化后的ODSM PON的下行方向采用WDM方式，将OLT发射机阵列
发出的承载于多个波长的数据经WDM Split后再分发给各GPON/XG-PON1
ONT；其上行方向采用动态TDMA＋WDMA方式，将来自各个GPON/XG-
PON1 ONT的数据经WDM Split合光后送给OLT的接收机阵列分别接收。
ODSM PON带来的是一种多赢的局面：
保护了从CO到用户家之间的网络投资 •
保护了用户家ONT的设备投资 •
CO无源化带来运维成本的减低和能耗的减少 •
CO与Metro之间的光纤共享度大幅提升（10倍左右） •
不影响现有GPON/XG-PON1的部署决策，能提供按需升级方式 •
ODSM PON给业界开辟了一条崭新的道路。
4.3 Stacked XGPON
Stacked XGPON（堆叠式XGPON）是当前NG-PON2的候选技术之一，
如图9所示，多个XG-PON1子网络通过波分复用共用一个ODN，互不干
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扰。每个XG-PON1子网的ONT工作波长互不相同，可以为固定波长或可
变波长。Stacked XGPON原理简单，技术挑战适中，是一种较理想的候选
技术。但相比ODSM PON而言，还是要更换用户终端。
XGPON1 ONT
XGPON1 ONT
XGPON1 ONT
XGPON1 OLT
XGPON1 OLT
XGPON1 OLT
WD
M SP
CO
图9 Stacked XGPON
值得一提的是，在FSAN制定NG-PON1标准初期，Stacked XGPON一
度被列为NG-PON1的技术范畴。但最近当标准化重点转移到NG-PON2，
Stacked XGPON重新成为NG-PON2的候选技术。
4.4 Coherent WDM PON
Coherent WDM PON（相干WDM PON）也是NG-PON2的候选技术，
如图10所示，无论OLT还是ONT通过相干检测原理实现波长的选择。即
当本振光与信号光满足频率、相位和偏振的相干条件后才能进行相干接
收，因此可以通过改变位于本地的本振光频率实现波长选择。此外，
通过相干技术还能以无源的方式解决功率预算紧张的难题，对于PON来
说，这一点很有吸引力。
图10 Coherent WDMPON
ONUOLTX
X
X
X
X
X
X
X
DSP
Control
Pol. Div.Coh. Rx
LocalOsc.
Modulator
Freq.Gen.
L.O.#N
Modulator
Pol. Div.Coh. Rx
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但是，由于这种技术基本上是将光传送网技术直接移植到光接入网
PON中，成本非常昂贵，这对成本受限的接入网来说犹如镜花水月。
4.5 其他
除以上几种发展较快、讨论较广泛的主流的NG-PON2候选技术外，
部分厂家或机构还建议过一些其他的NG-PON2可能方案：例如，基于
电域频谱上正交复用的OFDMA PON；终端采用可调发射机和可调接收
机的tunable hybrid PON；通过对上下行进行电域（CDMA）或光域编码
（OCDMA）来区分不同的OLT与ONT之间的通信链路实现复用的（O）
CDMA PON；等等。
但是，对这些“非主流”的NG-PON2可能方案来说，由于技术复杂
度造成的成本瓶颈依然存在，并且它们也大多还停留在实验室研究阶
段，业界对其仍然持怀疑态度，有待进一步研究和观察。
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10G PON
GPON
DSLAM
2009 2010 20122011 2013
注：分光比1:16，并发率50%，实装率75%。
11年IPTV开通率为10%，30%为internet业务
升级为10G GPON：采用FTTB/C/H：ADSL2+ 升级为VDSL2
13年IPTV开通率为40%，60%为internet业务
单用户带宽
MDU上行带宽(24用户)
PON下行带宽
20M
67.2M
1.07G
单用户带宽
MDU上行带宽(24用户)
PON下行带宽
50M
187.8M
3.0G
图11 FTTB/C的带宽提速路线
5 PON技术演进与网络演进的前景
5.1 网络演进的目标基于NG PON技术能力
随着PON技术从当前1G技术发展到10G甚至更高速率，运营商也在
为未来的用户带宽提升到100M甚至1G做规划。目前主流运营商确定了
未来5~10年的带宽提速规划目标，普通住户的带宽目标100M，商业客户
的带宽目标是1G。下图根据NG PON1的成熟周期进行预测和判断，对未
来FTTB/C和FTTH的应用中如何提速提出了相关建议。
虽然10G PON具有下行最大速率10G的技术优势，能够满足未来大带
宽用户接入的需求，但从经济性角度考虑，未来2－3年内，10G PON的
成本将是GPON的3－5倍，建网投资巨大，因此10G PON有可能率先应用
于成本容易分摊的FTTB/C建网模式。
由于ONT设备占FTTH总设备价值的60%左右,因此10G PON ONT是否
能够规模商用于FTTH模式将取决于10G PON的核心芯片以及光器件的进
展。预计2015年左右，10G PON产品的成本能够接近当前GPON的成本，
因此2015年，运营商可以选择10G PON作为带宽进一步提速的技术，将
普通的住户带宽提速到100M，同时能够为商业客户提供高达1G的带宽。
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10G PON
GPON
DSLAM
2009 2010 2012 2013 20142011 2015
注：并发率50%，实装率75%。
13年IPTV开通率为40%，60%为internet业务
单用户带宽
GOPN下行带宽(128分光比)
50M
1440M
升级为10G GPON：HD业务普及率高
15年IPTV开通率为60%，40%为internet业务
单用户带宽
10G GOPN下行
带宽(128分光比)
100M
1980M
11年IPTV开通率为10%，30%为internet业务
单用户带宽
GOPN下行带宽(128分光比)
20M
867M
图12 FTTH的带宽提速路线
5.2 网络演进的实施依赖于产业链的成熟度
5.2.1 NG PON成本决定规模应用时间点
NG PON技术标准发布后，产业链前端的相关器件厂家才会启动针对
规模商用的ASIC芯片以及光模块产品开发，这部分也是产品的最核心部
分。目前业界已经有Huawei、Ericsson、ALU等GPON设备供应商能够提
供10G GPON样机，并且华为率先完成了在Verizon的10G GPON试验局验
证，但是10G GPON当前成本较高，离真正规模商用还存在一定差距。
以当前ONT终端为例,主要的器件成本分布如下：
图13 ONT的成本分布图
Optics
PON Chipset
PCB
R/C IC
32%
37%12%
19%
光器件和核心Chipset芯片占超过60%的ONT成本，而当前10G PON
的光器件和核心芯片成本是GPON的30~50倍，成本能否降低决定了整个
ONT产品规模商用的时间。
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对于FTTB/C产品MDU而言，器件成本分布和ONT不同，分布比例如下：
图 14 MDU的成本分布图
Optics
PON Chipset
Common part
Service card
30%
10%
15%
45%
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，因此每用户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4~6倍即可接受。随着10G
PON用户数量逐步增加，10G PON预计2013年能够达到500k的规模，成
本基本能够达到GPON的2~3倍。具体预测数据见下图：
图15 光器件的成本趋势图（10G PON vs GPON）
50
mow2010
Multiple
ScaleYear
500k2013
5000k2015
60
50
40
30
20
10
0
4-63
因此预计10G GPON在2013年左右能够在FTTB/C应用场景小规模商
用，2015年后规模商用。
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5.2.2 OLT设备能力满足NG PON带宽提速需要
10G PON对OLT的系统架构设计和性能提出了新挑战。为保护运营商
的既有投资，OLT的背板必须具备平滑演进能力；
首先，单槽位背板带宽需要从当前的GE/10GE提升到40G/80G，以满
足未来光接入的带宽需求；
其次，以10G PON用于FTTC应用场景为例，由于FTTC通常覆盖200－
300用户，而一个OLT系统通常要带200~300个FTTC MDU设备，OLT接入
用户数量将达到40k~90k，以每个用户4个终端MAC计算，每个OLT系统
的MAC地址容量需要支持到256k/512K；
此外10G PON插卡必须能够和当前的PON单板实现任意混插，增强
组网灵活性；
在网络维护管理方面，统一的网管系统需要同时管理当前的PON接
口以及10 PON接口，从而提高运维效率、降低运维成本；
总之，大容量、共平台、共网管将是10G PON设备发展的必然趋
势，也是目前设备厂家努力的方向。
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