PON系统向单波速率25G演进

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全球宽带提速的浪潮已经来临，4K/8K超高清视频、虚拟现实、智慧家庭和物联网等应用将成为人们日常生活与工作的一部分，越来越多的国家已经或计划提高宽带接入速率。目前，全球已有超过50家运营商正在提供千兆宽带业务，在韩国、美国和中国香港等地区，运营商已经针对企业和家庭用户开通了2G乃至10G的业务；在中国，2013年国务院发布了国家宽带战略——计划到2020年使发达城市家庭用户的接入速率达到1Gb/s；在欧盟和美国，各国政府也在加速提升国家基础带宽，或者给予宽带发展较大的支撑。

单波高速

是下一代PON关键技术

随着用户终端带宽需求的不断增大，当前主流接入网系统架构——PON（无源光网络）也在不断升级。如果按PON网络常用的1∶64分光比来计算，当前主流PON系统的带宽未来将满足不了用户的需求。

现阶段，GPON、EPON正在大规模批量部署，XG-PON1、10G-EPON也已经开始小规模商用。PON系统国际标准的主要阵营包括FSAN主导的ITU-T系列GPON标准，以及IEEE主导的802.3系列EPON标准。其中，ITU-T GPON标准系列已经从GPON、XG-PON1发展到NG-PON2。当前NG-PON2的标准体系已明确采用TWDM-PON系统架构，单波速率为10G，通过采用4波或8波来实现总系统容量达40G或80G。

相对标准推进较快的ITU-T阵营，IEEE802.3系列标准制定则略微滞后，EPON及10G-EPON标准先后于2004年和2009年发布，而与NG-PON2通信容量对应的NG-EPON标准还处于早期。2015年7月，NG-EPON CFI（call for interest）正式通过，成立了研究小组（Study Group），并在2015年9月底发布了NG-EPON标准目标。目前，NG-EPON目标已经定义了几种方案，包括单波25G上下行和N×25G上下行，主要调制格式技术包括NRZ（非归零码）、Duo-Binary（双二进制编码）和PAM4（4阶脉冲幅度调制编码）等。

当前，虽然很多候选技术还在研讨和比较当中，但单波速率超过10G已基本达成一致，目标演进方向主要是单波速率25G。在整个PON系统中，针对家庭用户接入，单波25G PON可以作为主流技术；而对于政企用户，由于其带宽需求更大，可以在单波25G的基础上，通过波长叠加实现2×25G或4×25G的更高带宽。

单波高速

PON技术面临三大难题

在光接入领域，运营商的主要诉求是在带宽升级的同时，还能重用既有的光纤网络，由于ODN（光配线网络）链路涉及基础设施施工，难度大、成本高，其建设成本占了整个PON网络部署的大部分。因此，运营商在下一代PON网络升级时，对于不改动ODN链路都有强烈的诉求。当前ODN链路一般需要支撑最少20km光纤、1∶32分光器，因此，单波高速PON的主要挑战将集中在色散、功率预算以及速率选择方面。

色散难题：单波速率达到或超过25G时，NRZ调制格式的色散容限无法满足传纤20km要求。有两种方法可以解决此问题，一是采用零色散的O波段（光纤零色散区域），但此波段已被EPON和GPON占用，在PON网络多代共存场景下难以采用；二是采用电色散补偿方法，其中引入高色散容限的调制格式或电均衡算法是比较可行的做法。

功率预算紧张：在PON系统中，由于较高的功率预算要求，主要以APD为光接收器件。APD的接收灵敏度与信号速率有明显的关系，当信号速率由10Gb/s提升到25Gb/s时，接收机的接收灵敏度会有4dB的下降，如果没有补偿措施，会带来系统链路功率预算下降。目前的25G APD芯片技术和ROSA封装技术还不成熟，仅有少数供应商宣布拥有该技术，并且价格昂贵，低成本25G PON系统的光收发器件将是业界不得不面临的问题。

速率选择：在单波超过10G速率后，会遇到色散困扰和功率预算不足等问题，而且速率越高，色散对系统的影响越大，系统功率预算也会越紧张。相对于单波10G，单波25G可以采用Duo-binary、PAM4和NRZ+DSP等多种方案解决上述问题，这几种方案都属于多阶调制，编解码相对比较简单，对器件要求也不高。