PON設(shè)備在移動回傳網(wǎng)絡(luò)中的定位

0 前言

移目前移動通信和固網(wǎng)寬帶是我國各電信運營商最重要的兩大基礎(chǔ)業(yè)務(wù)，在電信網(wǎng)絡(luò)IP化、寬帶化和技術(shù)融合的大背景下，移動寬帶服務(wù)驅(qū)動移動通信網(wǎng)絡(luò)迅猛發(fā)展，對移動回傳承載網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求。在對網(wǎng)絡(luò)靈活性需求不斷增加的同時，業(yè)務(wù)接入帶寬的需求更是迅猛增加，以WCMDA網(wǎng)絡(luò)為例，移動回傳網(wǎng)絡(luò)的實際接入帶寬已從2G時代的2 Mbit/s，經(jīng)過3G發(fā)展初期的15 Mbit/s，提高到3G成熟期HSPA+業(yè)務(wù)的28 Mbit/s，未來LTE的基站物理接口將會達到GE，實際業(yè)務(wù)帶寬有可能達到300 Mbit/s以上。

當(dāng)前，各運營商在積極探尋適合自身未來移動回傳網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的基于分組或傳輸?shù)闹髁骷夹g(shù)，如分組傳送網(wǎng)（PTN）、IP化無線接入網(wǎng)（IP RAN）、光傳送網(wǎng)（OTN）及融合技術(shù)P/E-OTN等，與此同時，也在積極嘗試利用現(xiàn)有傳輸和接入資源傳送移動回傳業(yè)務(wù)，特別是利用現(xiàn)有PON的空閑端口，以期充分利用現(xiàn)有資源，提高現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的利用率，降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護成本，PON因此成為大家所關(guān)心的熱點之一。

1 PON技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展

1.1 PON技術(shù)現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的PON系統(tǒng)下行數(shù)據(jù)流采用廣播技術(shù)、上行數(shù)據(jù)流采用TDMA技術(shù)，以解決多用戶每個方向信號的復(fù)用問題。傳統(tǒng)PON技術(shù)采用WDM技術(shù)，在光纖上實現(xiàn)單纖雙向傳輸，解決2個方向信號的復(fù)用傳輸。PON一般由光線路終端（OLT）、分光器（ODU）、用戶終端（ONU）3個部分構(gòu)成。目前在現(xiàn)網(wǎng)中廣泛應(yīng)用的PON技術(shù)包括EPON和GPON 2種主流技術(shù)，EPON上下行帶寬均為1.25 Gbit/s，GPON下行帶寬為2.5 Gbit/s，上行帶寬為1.25 Gbit/s。

目前在實際的FTTx應(yīng)用場景中，大多數(shù)EPON/GPON只配置了以太接口，可選配置POTS和2M接口。但從技術(shù)標(biāo)準要求上，EPON/GPON均可實現(xiàn)IP業(yè)務(wù)和TDM業(yè)務(wù)等多業(yè)務(wù)接入，并可實現(xiàn)QoS分類。

EPON/GPON均可傳遞時鐘同步信號，可通過OLT的STM-1接口或GE接口，從外部線路中提取頻率同步信號，此時OLT需要支持同步以太網(wǎng)；也可以在OLT設(shè)備上從外部BITS輸入時鐘信號，作為該PON的公共時鐘源，ONU與該時鐘源保持頻率同步。

隨著標(biāo)準的發(fā)展，目前EPON/GPON均有了PON層自身的時間同步傳遞機制。

a） 在ITU-TG.984.3 Amendment 2標(biāo)準中定義了GPON的時間同步機制。

b） 在IEEE 802.1as標(biāo)準中定義了EPON的時間同步機制。

1.2 PON技術(shù)標(biāo)準的發(fā)展

雖然10G EPON和PON尚未大規(guī)模商用，但10 Gbit/s以上速率的PON技術(shù)是近2年ITU-T和FSAN研究的重點和熱點。XG-PON1的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準已經(jīng)趨于成熟， XG-PON1之后的NG-PON2標(biāo)準框架也已基本完成。向多波長擴展是近期技術(shù)研究的重點，F(xiàn)SAN已經(jīng)明確TWDM-PON是未來NG-PON2的技術(shù)選擇，但在ITU-T SG15中規(guī)范多種技術(shù)的G.multi標(biāo)準也已基本完成，這說明有關(guān)多波長擴展的多個技術(shù)流派之爭遠沒有結(jié)束。表1是ITU-T關(guān)于GPON、XG-PON1和NGPON2相關(guān)標(biāo)準的制定和成熟情況。

2 現(xiàn)有EPON/GPON承載移動回傳技術(shù)分析

2.1 移動回傳需求分析

不同技術(shù)的3G網(wǎng)絡(luò)對移動回傳網(wǎng)絡(luò)的帶寬有所差異，本文以中國聯(lián)通WCDMA技術(shù)為模型，分析3G移動回傳網(wǎng)絡(luò)的帶寬需求。為完整分析移動回傳網(wǎng)絡(luò)的帶寬，將WLAN也作為回傳網(wǎng)絡(luò)承載的業(yè)務(wù)之一，同時也將BBU-RRU拉遠模式下對移動回傳網(wǎng)絡(luò)的帶寬和性能需求進行分析。其相關(guān)需求見表2，表2中帶寬值均為無線技術(shù)的峰值帶寬。

2.2 現(xiàn)網(wǎng)測試數(shù)據(jù)分析

下面測試數(shù)據(jù)是根據(jù)某運營商在4個城市進行的網(wǎng)絡(luò)測試驗證結(jié)果，其中EPON 2個城市，GPON 4個城市，不同類型的設(shè)備每個城市只測試一個廠家的設(shè)備。

2.2.1 性能測試

a） TDM業(yè)務(wù)。誤碼率和抖動均正常，但是時延偏大，測試結(jié)果表明，半數(shù)以上測試中，時延大于標(biāo)準規(guī)范的2 ms。

b） 以太網(wǎng)業(yè)務(wù)。PON技術(shù)本身就是基于以太網(wǎng)的技術(shù)，對IP業(yè)務(wù)的承載較有優(yōu)勢，在測試中以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的丟包率、時延、誤碼均符合要求。

c） 網(wǎng)絡(luò)保護倒換。在現(xiàn)有接入網(wǎng)中，PON的保護技術(shù)很少使用，但是考慮到移動基站安全性要求較高，對保護倒換進行了測試驗證。保護倒換驗證了以下2種類型。

（a） 干路光纖保護倒換。分別對EPON/GPON的TDM業(yè)務(wù)、以太網(wǎng)業(yè)務(wù)保護倒換進行了測試驗證。測試結(jié)果表明，僅一處測試保護倒換時間大于50 ms，但大部分測試的倒換時間都大于20 ms，相較于現(xiàn)有的MSTP網(wǎng)絡(luò)，倒換時間較大。

（b） 全線路保護倒換時間。測試結(jié)果見表3。全線路保護的測試結(jié)果較差，半數(shù)測試不支持。

2.2.2 業(yè)務(wù)功能驗證

a） 網(wǎng)絡(luò)正常時，各類業(yè)務(wù)均正常開通。

b） 網(wǎng)絡(luò)保護倒換時，效果較差。測試結(jié)果如表4所示。

2.2.3 同步

a） 時鐘同步。從外參考同步信號輸入、設(shè)備內(nèi)部時鐘輸出頻率準確度、漂動產(chǎn)生、相位瞬變以及CES業(yè)務(wù)時鐘性能測試來看，測試PON設(shè)備在支持傳統(tǒng)的頻率同步方面已沒有問題。

b） 時間同步。時間輸入/輸出接口功能方面，均達不到要求，且部分廠家設(shè)備不具備時間信號1 pps輸出接口；時間傳遞的相對精度方面，在網(wǎng)內(nèi)有外參考時，基本可滿足100 ns的要求，無外參考時，恢復(fù)出的時間信號不可用。

從測試結(jié)果看，對于時鐘同步傳遞基本滿足使用要求，但時間同步型號傳遞支持較差，仍有待改進。

2.3 簡要分析及結(jié)論

基于上述技術(shù)分析和測試驗證可以看出，現(xiàn)有PON技術(shù)主要針對寬帶接入，雖然為了承載移動回傳業(yè)務(wù)，在標(biāo)準及技術(shù)的演進過程中做了很多的改進和完善，但應(yīng)用場景仍有較大的局限性，產(chǎn)品仍需改進完善。具體總結(jié)如下：

a） GPON、EPON在功能上均可實現(xiàn)對2G、3G業(yè)務(wù)的承載，但TDM業(yè)務(wù)時延偏大，應(yīng)注意其應(yīng)用場景。

b） 現(xiàn)網(wǎng)保護倒換測試效果較差。建議PON技術(shù)用于安全性要求較低或自身光纜線路無保護路由的基站，如室內(nèi)分布系統(tǒng)等。

c） 現(xiàn)網(wǎng)已經(jīng)部署的大部分ONU設(shè)備并未配置E1端口，OLT設(shè)備也未配置STM-1接口，部分廠家設(shè)備支持TDM業(yè)務(wù)還需另配板卡（現(xiàn)網(wǎng)已部署設(shè)備不支持同步）。因此對現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備利舊承載移動回傳有一定的局限性。

d） 現(xiàn)有PON設(shè)備對時間同步的支持還有待改進，未來能否作為LTE承載還需進一步研究。

3 PON承載LTE需要關(guān)注的問題

從表2中可以看出，LTE引入后對網(wǎng)絡(luò)的時延、時間同步等方面提出了更高的要求，現(xiàn)有的EPON/GPON設(shè)備無法滿足這些要求，而且也無法滿足BBU-RRU拉遠情況下CPRI接口的性能要求，應(yīng)該說，現(xiàn)有PON設(shè)備無法滿足承載LTE的應(yīng)用需求。

在無線技術(shù)不斷發(fā)展的同時，PON技術(shù)也在不斷進步，基于多波長擴展的PON技術(shù)采用WDM技術(shù)，在其技術(shù)標(biāo)準制定的過程中，已經(jīng)從單純支持寬帶業(yè)務(wù)向支持移動回傳等多種業(yè)務(wù)接入擴展，為下一步LTE移動承載提供了一個完善的技術(shù)標(biāo)準。

從電信網(wǎng)的發(fā)展來看，網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)和核心是網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵，應(yīng)具有較高的可靠性和可擴展性，但業(yè)務(wù)接入與業(yè)務(wù)發(fā)展緊密相關(guān)，特別是在今天業(yè)務(wù)從TDM向IP化過渡的過程中，不同業(yè)務(wù)有可能需要不同的接入技術(shù)，多種接入技術(shù)共存已成為現(xiàn)實，如何充分利用現(xiàn)有資源、提高現(xiàn)有資源的利用率是各運營商挖潛的主要手段之一，如何在PON自身技術(shù)發(fā)展、滿足固網(wǎng)接入的同時兼顧LTE移動回傳業(yè)務(wù)的發(fā)展是下一步固移融合中需要重點思考和關(guān)注的問題之一。

作者：王光全 來源：郵電設(shè)計技術(shù)