0 引言

PON技術是一種典型的電到多點接入技術，由局側光線路終端（OLT）、用戶側光網絡單元（ONU）以及光分配網絡（ODN）組成。“無源”是指ODN中不含有任何有源電子器件及電源，全部由光纖和光分/合路器（Splitter）等無源光器件組成。

TDM-PON技術已經逐漸走向成熟化、商業化，BPON、EPON已經在很大的范圍內被采用，GPON也已在2007年開始部署。于是，很自然的出現了一個問題：如何定位下一代PON技術的發展方向。

傳統上謹慎的做法是構建一種可滿足未來網絡拓展需求，以更低的單用戶價格連接大量的終端用戶，按需求傳送可靈活調整帶寬的可擴展PON，它將無需對外部構件進行改進就可升級，朝著這個方向，下一代PON的主要發展趨勢有以下幾個方面：WDM-PON、WDM/TDM混合PON、10G　EPON、PON/ROF匯聚、Long-Reach PON。

1 WDM-PON

一種直接升級TDM-PON的途徑是在OLT與ONU之間采用獨立的波長信道，這種方式通過物理上點對多點的PON結構在OLT和每個ONU間形成了點對點的連接，被稱為WDM-PON。

相比TDM-PON，WDM-PON有許多優勢，例如高帶寬，協議透明性，安全性更高，靈活的可擴展性，影響WDM-PON大規模應用的最大問題在于基于不同波長的使用導致ONU的成本高。因此WDM-PON核心技術的發展都與如何為ONU構建一個便宜和穩定的光發射機相關。為了降低WDM-PON技術運行成本和提高其與原有資源的兼容性，系統設計者和設備供應商已經聯手共同開發一種無色ONU技術，其中最簡單的方法是使用可調諧激光器作為光發射器，但這類激光器價格十分昂貴，不適合用于接入網；另一種是寬光源和頻率切割技術，超輻射發光二極管（SLD）可發射出高輸出功率，可以選擇它的中心波長與帶寬，同時它是十分成熟、廉價的光設備。而目前新的有效的WDM-PON技術的實現方案大體上可以分為兩部分：第一部分是從OLT端到ONU端，這一部分采用了WDM技術；第二部分是從ONU端到網絡終端(NT)，這一部分采用了TDM技術。

2 WDM/TDM混合PON

WDM/TDM PON將是未來PON的發展趨勢。由于現階段實現WDM-PON存在不小的難度，因此較為合理的網絡升級策略是從TDM-PON向WDM-PON逐步過渡，而在過渡的過程中，兩者的共存階段是必須要經歷的，將出現被稱為WDM/TDM混合PON的多種融合形式。WDM和TDM混合模式的PON結構具有容量大、高可靠、節約城域光纖資源等突出優勢，在將來的接入網絡改造和升級中將發揮巨大作用。基于WDM技術的PON網絡架構可以兼容現有的1 G/2.5 G/10 G EPON、GPON和P2P等多種光纖接入技術。通過波長規劃可以直接承載1310 nm波長的有線電視（CATV）業務，實現“三網融合”；在線路中引入光鏈路監控信號，實現ODN網絡的光鏈路檢測功能。另外通過WDM-TDM PON可以構建一個具有更大接入容量、更高傳輸速率、面向全業務運營的具有中國特色的全新光接入網。

目前最自然的TDM-PON和WDM-PON融合技術是級聯。在一個WDM/TDM混合PON中，如果每個波長信道間獨自工作，除了源TDM-PON的MAC協議，網絡中無需一種額外的MAC控制協議。然而這種方案可能無法有效的利用帶寬，尤其是當一些波長過載而另外的波長輕負載的情況。如果在所有ONU間共享這些波長，那么系統總吞吐量將會得到顯著的提高。基于這個原因，需要一種被稱為動態波長分配（DWA）算法的波長調度方案，來通過控制可調諧激光器(LD)和WDM過濾器使得波長信道動態化。一種不僅分配時隙，還為ONU分配波長的DWA/DBA算法的融合， 是WDM/TDM 混合PON發展的一個重要研究領域。

在WDM-PON中提供廣播業務是困難的，為了解決這個問題，WDM/TDM PON的融合結構正在向PON中添加廣播波長的核心技術方向上進行發展。

3 10G EPON

普通EPON的自然升級是10G EPON，促進10G EPON發展的主導驅動力是市場需求。為了滿足市場需求，IEEE802.3av 10G EPON工作組在2006年9月成立，它們的任務是在2009年完成IEEE 802.3av 10 G EPON標準制定的工作。10 G EPON在系統組成上與1G EPON相同，但需采用支持10 G速率的OLT、ONU和ODN。10 G EPON在系統結構上仍然延續1 G EPON的典型形拓撲結構。

10 G EPON分為兩個類型：其一是非對稱方式，即采用10 G速率下行，但上行速率與EPON相同仍然為1 G；其二是對稱方式，即上下行速率均為10 G的EPON系統。相比來說，由于PON系統的上行傳輸技術難度較大，因此1 G上行10 G下行方式的10 G EPON系統較為容易實現，目前芯片廠家已經可以提供原型系統。但由于該類系統上下行帶寬比達到1:10，因此能否與實際用戶業務需求的帶寬模型相匹配存在疑問。

目前10 G下行將采用1 574～1 580 nm，其與波長范圍在1 480～1 500 nm間的1 G下行共存，保留了1 540～1 560 nm用于處理視頻過載。10 G EPON下行采用10 G的傳輸速率進行廣播已經沒有異議，但上行采用1G的傳輸速率還是10 G的傳輸速率，是采用TDMA還是WDMA則還要考慮。

采用TDMA技術的10 G EPON在成本上無疑較采用WDMA技術的10 G EPON要低得多，而且和目前的802.3ah EPON相比成本也不是特別高。但是采用TDMA技術的ONU的數據在上傳前必須等待自己的允許周期，不同ONU的上行數據中間還有保護時間，更重要的以太網幀是變長的，如果正在等待的ONU發送之前PON上下行鏈路均在發送長包，則該ONU可能等待的時間更長，這些因素都導致了采用TDMA的10 G EPON上行方向時延將較大，這對于對時延特別敏感的業務(如VOIP)十分不利。另外采用TDMA技術的10 G EPON其上行平均帶寬較小(相當于所有ONU共享1 G或10 G的帶寬)。相比之下采用WDMA的10 G EPON每個ONU獨享1 G或10 G上行帶寬，另外上行方向使用的是真正的點對點(P2P)網絡，發送時無需等待，延時極低。然后不幸的是該方案優越的性能需要高昂的成本代價，因此采用WDMA技術的10G EPON不太可能普及到用戶家里，即不適合FTTH應用，但作為FTTB和FTTC還是大有前途的，也可以用于級聯現有的GEPON。采用TDMA技術的10G EPON，如果能夠解決上行時延過大的問題，在FTTH應用特別是高清IPTV接入領域中將大有作為。

4 PON/ROF匯聚

伴隨著光纖敷設到用戶駐地趨勢的日益深入化，EPON、GPON和WDM-PON已經進入了無線接入市場。另外一方面，BWA(寬帶無線接入)技術諸如WiFi/WiMAX/3G正變得流行，它們的優勢在于更具拓展性和靈活性。為了充分利用光纖的大容量和無線規劃的移動固定性，逐步出現了一個很有希望的研究領域，即無線和光網絡的融合。一個簡單的融合例子是在FTTB環境中EPON和WiFi的級聯。出于經濟可行性考慮，在集中住宅單元部署一個帶有接入到IEEE802.11n WLAN接口的ONU以覆蓋眾多用戶，這是一種替代實現FTTH的好方案。

一種真正的光網絡和無線的匯聚可能發生在基于光纖傳輸的廣播系統（ROF）。一種關于PON與ROF會聚的新方向是在PON的光纖實體端傳送RF子載波，從而基帶信號數據流和數據調制的RF信號能同時傳送到有線和無線用戶處。

5 Long-Reach PON

帶有大的分流比，長反饋距離的Long-Reach PON被認為是下一代光接入網的候選之一，為了延深PON 的可達距離至100 km，采用的方式是開發雙向的內置光放大器。由于這使得中繼器運作靈活，因此Long-Reach PON或Super PON的說法有些不正確，取而代之Long-Reach光接入網是個比較可取的名字。

迄今為止，已經開展了許多以擴展GPON可達距離為主要方式的研究活動，在這些過程中所用的光放大器是EDFAs（摻餌光纖放大器）或SOAs（半導體光放大器）。Long-ReachPON技術的進步使得城域網發展重心轉向接入網變得可能，這也是城域和接入匯聚的一個重要的發展方向。

6 下一代PON演進的主流思路

FSAN組織將NG-PON的研究分為兩個部分：NGA1和NGA2。其中，NGA1研究方向主要為制定可兼容當前GPON，能夠共享同一個ODN的下一代PON技術標準，其中包括引入WDM技術的研究，實現stacked GPON技術研究以及長距GPON技術研究，此外，雖然10 G GPON也屬于NGA1的范疇，但在FSAN組織暫沒有列入計劃討論。NGA2研究方向則不考慮對于當前GPON網絡兼容性以及PON的兼容性，光波長選擇也不受目前網絡應用的限制，開放式地討論GPON技術發展潛力，目前主要探討方向是高速率、長距、大分光比的WDM-PON與TDM-PON相結合的混合PON網絡。

7 結語

綜上所述，在眾多新出現的PON技術中10G EPON是最有希望的，因為它將提供最高的傳輸容量，最低的單用戶價格以及最方便的方式從1 Gb/s升級至10 Gb/s。最簡單的以太網協議使得10 G EPON比10G GPON更容易實現，比之WDM-PON，10 G EPON的單用戶成本將低很多，因為更高速的電子器件遠比光波長器件便宜。

為了滿足WDM-PON中無色ONU要求，外部注入鎖定的F-P激光器技術的比特速率受限，可利用RSOA的回環和重調制技術使其達到更高的的比特速率。如果RSOA的成本降下來，關于WDM-PON相關標準的出臺，則WDM-PON將獲得更為廣泛的應用前景。

WDM/TDM混合PON是一種升級TDM-PON至更高帶寬和更低單用戶成本的理想過渡方法。一種跨越不同TDM-PON的ONUs共享可調諧激光器，因而MAC層協議和為具體的網絡配置設置的DWA/DBA融合算法需要得到進一步的發展改進。比之WDM/TDM混合PON，視頻廣播/多播和Long-Reach光接入網需要更多的關注，而光纖和無線的匯聚是一個新的研究領域。

所有這些系統很有可能在可預見的將來共存，總體說來下一代PON趨向于大帶寬、大分光比以及長距的方向發展，EPON與GPON標準組織分別采用了單波長提速和單纖提速和單纖多波長的技術思路。

盡管目前尚無對下一代PON成文的具體分類方式，但對于下一代PON的主流發展趨勢與技術的認識是基本一致的，即從技術、成本、市場等諸多因素方面考慮，相對而言，WDM/TDM-PON融合技術具有更順暢、更現實的近期發展前景，伴隨著迅速增長的帶寬等需求，10 G EPON技術的相關理論也有望在不遠的將來得到跨越式的發展，而WDM-PON技術則是較為理想的遠期發展目標。當然，由于網絡技術日新月異的發展，所述多種技術在具體網絡應用時存在相當的現實無法預料性，且技術本身存在的問題也有待在實踐中進行深入研究，因此無法斷言現今正流行或被一致看好的技術一定會在將來得到很好的應用前景，對此ATM網絡就是一個很好的反例。

基于中國具體國情考慮，10 G EPON的技術思路更符合中國FTTB的建設思路，更有利于FTTB（EPON）+LAN/xDSL網絡的演進發展。