GPON基本知识

GPON基本知识

　　什么是GPON？

　　GPON(Gigabit-Capable PON) 技术是基于ITU-TG.984.x标准的最新一代宽带无源光综合接入标准，具有高带宽，高效率，大覆盖范围，用户接口丰富等众多优点，被大多数运营商视为实现接入网业务宽带化，综合化改造的理想技术。

　　GPON最早由FSAN组织于2002年9月提出，ITU-T在此基础上于2003年3月完成了ITU-T G.984.1 和G.984.2的制定，2004年2 月和6月完成了G.984.3的标准化。从而最终形成了GPON的标准族。

　　基于GPON技术的设备基本结构与已有的PON类似，也是由局端的 OLT(光线路终端)，用户端的ONT/ONU(光网络终端或称作光网络单元 )，连接前两种设备由单模光纤(SM fiber)和无源分光器(Splitter)组成的 ODN(光分配网络)以及网管系统组成。

　　对于其他的PON标准而言，GPON标准提供了前所未有的高带宽，下行速率高达 2.5Gbit/s，其非对称特性更能适应宽带数据业务市场。提供QoS的全业务保障，同时承载ATM 信元和(或)GEM帧，有很好的提供服务等级、支持QoS保证和全业务接入的能力。承载 GEM帧时，可以将TDM业务映射到GEM帧中，使用标准的 8kHz(125μs)帧能够直接支持TDM业务。作为电信级的技术标准， GPON还规定了在接入网层面上的保护机制和完整的OAM功能。

在GPON标准中，明确规定需要支持的业务类型包括数据业务(Ethernet 业务，包括IP业务和MPEG视频流)、 PSTN业务(POTS，ISDN业务) 、专用线(T1，E1，DS3， E3和ATM业务)和视频业务( 数字视频)。GPON中的多业务映射到ATM 信元或GEM帧中进行传送，对各种业务类型都能提供相应的QoS保证。

GPON：宽带接入的革命性解决方案

随着宽带业务应用的多元化及带宽需求的不断提高，近两年来全球范围内掀起了光纤接入的热潮。2006年，光纤接入技术（FTTx）取得了明显进展，美国、日本等国家的一些著名电信运营商开始大规模建设光纤接入网。在国内，随着运营商和设备厂家共同推进的FTTH试点项目在武汉、杭州、北京等地展开，以GPON技术为代表的FT－TH/FTTB应用已从试验阶段进入到试商用阶段。专家预言，作为宽带接入技术最新发展的GPON技术，未来几年内将为电信运营商全面转型提供有力的支撑。

GPON：宽带接入技术的又一次革命

面向未来的宽带应用包括语音（VoIP和视频电话）、数据（高速Internet业务）和视频（IPTV）三大类。由于每一类宽带应用对接入带宽的需求不同，因此需要选择不同的宽带接入方式。目前国内绝大多数宽带接入用户的主要应用是高速互联网接入，选择xDSL或LAN即可满足绝大多数普通用户需求。当宽带用户不仅满足于互联网接入的应用，还需要利用宽带接入实现其他各种宽带应用，包括各种视频服务（广播电视、HDTV、VOD等）、视频会议、视频电话、交互网络游戏等，原有的接入技术在带宽上就显得难以胜任了。而GPON光纤接入方式可提供更高带宽，为此类高端用户轻松提供充足的带宽享受各类宽带应用。

最近，GPON技术得到了国际电信联盟的批准。GPON的带宽下载速率将达到2.4Gb/s，上传速率将达到1.2Gb/s。许多电信公司正在利用GPON这一最新的接入技术进行历史上最大规模的网络更新，以便为提供包括语音、视频和高速数据在内的三网合一的服务做准备，因此这项技术日益成为业界关注的焦点。虽然上一代技术(BPON、EPON)可以满足当前网络的需求，但是基于IP协议的互动电视和高清晰度电视，以及电信运营商向综合信息服务转型后对网络的更高要求，能够把网络的带宽提高到下行传输速率每秒钟2.4Gb、上行传输速率每秒钟1.2Gb的GPON则可以更好地实现这些业务。

与EPON相比，首先，GPON支持多种速率等级，可支持上下行不对称速率，上行不一定要支持1Gbit/s以上速率。因此，与EPON只能支持对称1Gbit单一速率相比，GPON的光器件选择余地更大，从而可降低成本。其次，EPON只支持ClassA和B的ODN等级，而GPON可支持ClassA、B和C，因此GPON可支持高达128的分路比和长达20km的传输距离。GPON无论是在传输汇聚层还是在业务适配层的效率都是最高的。因此其总效率最高，等效系统成本最低。例如，假设TDM业务占10%、数据业务占90%，则GPON的总效率为94%，而APON和EPON分别为72%和49%。GPON不仅可以提供10Mbit/s、100Mbit/s、1Gbit/s的业务，还可以提供VLAN业务和语音业务，可以适应任何现有业务和未来新业务的适配要求。

双轮驱动GPON在全球加速发展

在全球范围内，日本、美国以及欧洲等发达国家和地区已进入大规模的FTTH建设阶段，很多国家也在跟进此项技术，纷纷进行技术测试和试点项目建设。

根据日本总务省的统计，2006第一季度日本FTTH用户突破五百万，全日本用户已达到546万户，市场占有率从2005年的20.7%增长至23.4%，FTTH成为日本第二大的宽带接入市场。而在用户增长方面，与2005年第一季度的290万户相比，一年间新增用户256万，增长率高达88%。日本自2005年第一季度起，已连续第五个季度FTTH新增用户数超过DSL，FTTH成为驱动日本宽带用户增长的新动力。

美国是继日本之后的全球第二大FTTH市场。据Ovum-RHK公司的研究，到2006年6月，美国FTTH的用户数已达到46.3万户。2006年第二季度美国FTTH的用户数量比第一季度增长了34%。

在欧洲，很多新的建设项目开始采用GPON技术，如丹麦、西班牙以及法国电信的几千个家庭的用户试验都采用了GPON技术。调查表明，到2005年6月欧盟18国共有FTTX用户数64.6万，其中97%的FTTX用户集中在瑞典、意大利、丹麦、荷兰和挪威5个国家。

FTTH发展的驱动力来自于市场和技术两方面。从市场驱动力看，首先，电信竞争的加剧（包括固网与移动运营商的竞争、固网运营商之间的竞争）是FTTH发展的市场驱动因素，运营商都在利用光接入这种终极接入手段争夺市场，提供差异化的服务。在房地产竞争市场，FTTH也成为房地产开发商提供差异化宽带品质的竞争手段之一。

其次，光纤及光器件成本下降是FTTH迅速发展的另一个重要市场驱动力。光纤光缆价格的不断下降，为光纤接入的大规模发展创造了条件。以长度为1公里、直径为0.4毫米（最常用的通信电缆直径规格）的通信电缆为例，1对线缆使用2.237公斤铜，按照2006年8万元/吨的铜价计算，一对铜线成本为179元。而当前1公里的光纤均价大约为85元。而光纤的带宽完全不是几百对铜线电路可以相比的。随着铜价的大幅攀升，铜线和光纤的价格差距将越来越大。另外，许多光通信元器件的价格大幅下滑，令光纤到户的步伐大大加快。2005年ONU的光突发模块从最初的近100美元下降到近45美元，使得光纤接入项目的整体成本大幅降低。

从技术驱动力角度看，IPTV/TriplePlay、多媒体信息服务、P2P视频服务、高清晰视频监控等视频应用的需求以及高速上网等来自业务方面的需求，必然要求宽带接入能够提供更高的接入速率。由于xDSL接入很难达到以上业务的应用要求，而光纤对于带宽近乎无限发展需求的满足具有先天优势，因而基于GPON技术的FTTX是宽带接入的终极技术，是实现语音、数据、视频三网合一的最佳保证。

GPON在我国市场前景广阔

从世界各国推广FTTH的经验来看，政府的政策导向对FTTH具有重大影响，这已在FTTH发展最快的日本、韩国和美国得到证实。日本的e-Japan和u-Japan计划，韩国的e-Valley工程，美国FCC的“松绑”等，对它们国家FTTH的推动力都是巨大的。

日本继2004年12月推出“u-Japan政策”、2006年1月制定“IT新改革战略”后，于2006年6月又特别针对宽带网络的建设，提出“新一代宽带战略2010”规划。另外，日本的开放竞争政策也促使更多的运营商加入到光纤接入市场中来。同样，在美国，光纤接入网的发展普及也是与政府的积极扶持分不开的，美国政府出台的免除“非绑定”义务的政策促进了光纤接入网的发展。2004年，美国政府表示将大力推进宽带的进展，呼吁制定更好的国家宽带策略，并将宽带普遍接入列为2007年的目标。韩国政府制定了2005年在所有中心城市建立光纤通信网的计划。该国信息通信部计划到2007年为1000万个家庭提供家庭网络设施和服务。欧盟有15个成员国为了实行国家宽带发展计划，以市场导向为目标，提高使用率并刺激市场需求。2005年出台的“电子欧洲”行动计划意在推动宽带普及。

从区域发展的角度来看，受经济迅猛发展的影响以及日本FTTH的带动，亚太地区将是全球发展最快的地区，同时也将成为全球最大的FTTH市场。据有关部门预计，2013年亚太地区与光纤接入技术有关的资本支出为120亿美元，占全球总投资的52.8%。预计到2011年底，亚洲的FTTH用户数将增长到5900万户，占全球用户数的近70%。目前，我国在FTTH的发展方面还处于启动阶段。不论是主流电信运营商，还是新兴接入提供商，对FTTH还没有进入真正的实施阶段。但事物是有两面性的，正因为现在的相对落后，反而预留出今后更为广阔的发展空间。未来4～5年，以GPON技术为代表的中国FTTH的发展将迎来崭新的市场机遇。(姚传富 人民邮电报)

GPON的市场应用前景

应该说最能让GPON技术大显身手的应用场合就是FTTH，但是到目前为止，对于电话业务的传送而言，使用PON技术的FTTH系统依然无法达到“铜线对等”的成本要求。但是随着终端业务综合化要求的提高和GPON配套技术的发展，GPON在FTTH的大规模应用前景比之前任何一种FTTH技术都要光明得多。

北美和欧洲的各大运营商均提出了完全针对GPON设备的用户需求，并要求在2008年左右进入大规模部署阶段。在此之前，GPON产品的应用场合更多地集中在接入层的高端应用，如FTTO、FTTB的大客户综合应用以及FTTB+LAN、FTTB+DSLAM的应用，这种应用对于光纤资源相对比较紧张的新兴运营商具有相当的吸引力。比如南美、东南亚和印度的新兴电信运营商，他们渴望用低成本快速构建面向未来三网合一应用的接入网，使用GPON技术能够使他们相对容易地实现这一目标。根据权威机构的预测，基于GPONFTTB应用的ONU端口数从2007年起将以每年1000%以上的速度递增，到2008年底全世界将有超过44万个GPONONU端口应用。而基于GPONFTTH应用的ONU端口数也将在2007年呈现爆发性的增长，达到200万线左右，而到2008年将再增长一倍，达到400万线以上的规模。

从世界范围内看，PONFTTH的应用规模大约是FTTB应用规模的10倍，但利润只有FTTB的4倍多。由此可以看出，FTTB应用同样是GPON接入应用的重要组成部分。从GPON的应用地区来看，首先开始大规模部署GPON的地区将是北美，那里有很好的BPON基础，对来自于ITU的GPON有着良好和正面的认识，2007年下半年欧洲和亚太地区也将进入大规模部署阶段，但在规模上仍不及北美。亚太地区在2008年前的部署规模，很大程度上取决于日本和韩国之前部署的EPON系统是否成功，他们是否会像很多机构预测的那样转向GPON，而2008年之后，GPON在亚太的部署规模将主要取决于中国和印度这样的新兴市场的部署规模。(人民邮电报)

GPON的技术特点

GPON为FSAN（全业务接入网）组织自20世纪90年代后期发展的最新宽带PON标准，在2004年被ITU正式确认为ITU-T G.984标准。GPON系统由位于核心节点或汇聚节点机房的局端OLT设备和位于用户驻地端的ONT设备共同组成，一个局端OLT设备控制多个ONT设备。连接两种设备的光纤网络由单模光纤和无源光分路器组成。

OLT为接入网提供网络侧与城域网之间的接口（TDM和Ethernet），通过光分配网与各ONT连接。作为PON系统的核心功能器件和中心节点，OLT具有集中带宽分配、控制各ONT、实时监控、运行维护管理整个GPON系统的功能。ONT为接入网提供用户侧的接口，提供语音、数据、视频等多业务流与ODN的接入，受OLT集中控制。

在技术实现方式上，GPON是PS-PON（功分PON）的一种，在PS-PON中，下行信号的功率在每个分支点都会被分配，因此可以向所有的ONU进行广播，由各个ONU、ONT负责从信号集合里提取自己的有效载荷。在这类PON的树状网络中，所有ONU、ONT的上行信号都通过分路器件复用到主馈线段光纤，并在OLT接收端进行解复用。ONT使用TDMA（时分多址接入）方式获得OLT接收端的资源。

相对于现有的接入网技术而言，GPON技术的特点主要有：

*高带宽和高传输效率，下行速率高达2.488Gbit/s，上行为1.244Gbit/s，可以满足运营商对未来业务的接入带宽需求，使用GEM的封装方式时，综合传输效率在93%以上。

*单纤接入，使用单根光纤就可以满足ONT用户的接入需求，可以大量节省运营商在接入层馈线段的光纤资源。

*可以支持的接入距离更远（大于20km）。针对FTTB开发的GPON系统,其OLT到ONT的最远接入距离可以达到60km以上。

*作为电信级的技术标准，对设备的互操作性能有详细的要求，对各种业务类型都能提供相应的QoS保证，GPON还规定了在接入网层面上的保护机制和完整的OAM功能，光纤自动倒换时间小于50ms。

*位于室外的光分配网中只有物理介质特性非常稳定的光纤和无源分光器，没有任何有源设备，使得网络具有高可靠性。

*在接入网层面上提供一个统一的接入平台，节约了运营商维护和处理故障的成本。(人民邮电报)

基于PON技术的光接入网应用模式探讨

PON技术概述

进入21世纪以来，全球宽带接入网进入了大发展阶段。我国宽带接入网在近两年发展也十分迅速，当前主要应用的宽带接入技术有xDSL、LAN、MSTP以及传统专线接入等。以ADSL为代表的宽带接入技术虽然基本解决了数据接入的问题，但靠出租带宽的宽带运营战略，随着上网用户流量的增加（如P2P等应用），运营商的宽带接入与业务发展进入了“平台期”，甚至出现每比特收益&宽带ARPU迅速下降，陷于收入增长低于成本增长的怪圈。对于运营商而言，只有进行宽带接入网改造，以及细分客户群进行多业务转型，才能驱动宽带收益的提升，“TriplePlay”等多业务将成为运营商获得宽带新收入的关键。

宽带接入网改造以及多业务转型，要求接入设备具有基于统一网络承载多业务的能力，并满足不断增长的带宽需求。DSL技术由于受带宽和接入距离限制，已逐渐无法满足需求。PON（无源光网络）宽带技术具有高带宽、广覆盖、单纤接入、接口丰富以及综合业务接入能力等优势。PON系统的引入，不但可以大大提升商业用户的接入速度以及综合业务提供能力，并且能够提供足够的业务质量保证。对于家庭用户而言，除了速度的提升，一根光纤可以提供语音、视频和数据业务。同时由于光纤本身的高度稳定性，有效降低运行维护成本，从而帮助运营商实现接入网建设的“一劳永逸”。

目前，业界最主要的两个PON标准，一个是由IEEE802.3ah工作组制定的EthernetPON(EPON)标准，另一个是由ITU/FSAN制定的GigabitPON(GPON)标准，其共同的特点如下：

高接入带宽。GPON下行速率高达2.5Gbit/s，上行速率高达1.25Gbit/s，EPON采用上下行各1.25Gbit/s的速率，可以满足现在和未来各种宽带业务的需要。

节省光纤资源。点到多点（P2MP）的树状广播形网络拓扑结构，从局端的一芯光纤，最后可以分支到32/64个终端ONU设备，极大节省了馈线段的光纤资源，特别是对于地域广阔的地区，或者原有光纤资源有限的运营商，采用PON技术组网可以大大提高光纤资源的使用效率。

设备运维、管理成本低。PON光纤接入技术，只有局端（OLT）和用户侧设备（ONU）为有源设备，其中间的光分布网络采用稳定性高、体积小巧、成本低的无源分光器，无需提供电源、空调等机房设备，也不占用机房空间，只需安装在光交接箱或光缆配线架的适当位置即可，易于维护。

PON应用模式探讨

目前PON的应用模式主要有下列几种：

“PON+DSL”的方案。“PON+DSL”的方案，将DSLAM尽量靠近用户，克服xDSL接入距离和带宽的限制，并采用PON设备将下移的DSLAM汇聚。该方案保护已有铜线投资，实现从铜线到FTTH的过渡，是当前PON应用和发展的主要定位。

移动网络基站互联。移动基站互联，需要PON设备支持TDME1业务。支持源模式：TDM传输的GPON技术，其传输质量可以与SDH/MSTP相媲美，可以直接利用GPONONU设备的E1端口连接基站。此外还可以通过GPONONU的GE/FE端口为邻近驻地客户提供以太网数据接入业务，通过同轴有线电视口提供模拟有线电视节目。

采用GPON设备互联移动基站，与传统的SDH/MSTP传输技术相比，性价比更具优势，扩容灵活。对于新的扩容站点，只需要从就近的无源分光器的预留分支口引出一芯光纤到新的ONU装机点，就可以实现扩容。局端设备无需硬件扩容，增加新的ONU也不会影响已有ONU的业务。采用GPON技术不仅对今后3G的部署有很强的适应能力，同时为未来的基于纯IP网络的4G乃至5G移动/固定接入网络做好必要的网络资源准备。

“FTTB/C＋LAN&PBX”光纤到大楼。采用PON技术实现光纤到大楼、到路边的“FTTB/C＋LAN&PBX”方案。当前的“FTTB＋LAN”模式基本上是基于点到点有源以太网光纤，这种模式光纤需求量大，光纤利用率低，组网不灵活，中间有过多的有源设备。如果采用PON网络进行FTTB/C的部署，即PON到商业楼或路边，在为大客户提供高带宽数据接入的同时，还提供E1专线和PBX的接入（GPON技术更加适合需要E1接入的场合）。

此外，GPON还非常适合进行FTTH光纤到户的综合业务接入（低成本，丰富的家庭业务接口，如GE/FE、POTS、CATV），以及园区网的接入，如工业园、开发区、大学城等，尤其对于新规划园区来讲，完全可以按照GPON的结构特点进行光纤部署，从而做到一步到位。

GPON和EPON技术比较

相对EPON技术，GPON更注重对多业务的支持能力（TDM、IP、CATV），上联业务接口及下联用户接口更为丰富（10GE、GE、FE、STM-1、E1、POTS……），可提供FTTH、FTTB、FTTO、FTTC+LAN(DSLAM)的多种接入方式，同时GPON具有“源模式TDM”支持能力，能够支持传统TDME1业务，可提供移动基站互联、PBX接入以及大客户E1专线接入，同时能够提供时钟同步以及电信级QoS保证，使得电信运营商在采用新的宽带接入技术的同时不放弃原有的利润来源。而EPON的TDM支持采用电路仿真实现，其QoS以及时钟同步方面不如GPON，对传统业务支持起来有困难，可靠性也不是很好。

相对于EPON，GPON的标准更加完善。管理层的互通定义，使得OLT厂商的网络管理系统具有对其他厂商的ONU进行正常的认证、配置管理、故障管理、性能管理、安全管理等完善的OAM功能。

另外，除传统的语音、数据业务外，GPON标准中还定义了第3波长。在OLT上接入数字电视、IPTV的电视信号，在不影响电信业务的情况下，可以传送到末端的ONU设备，并支持RF电接口接入到用户有线电视分配网，从而提供三网合一的业务。

当前，EPON技术比较成熟，芯片设计难度比较低，产业链比GPON较成熟。EPON可以用以太网协议支持所有的IP网络，和现在的设备有很好的兼容性，在数据业务里EPON有独特的优点。GPON相对EPON出现得比较晚，它的芯片成本相对来讲还是比较高的。但随着GPON设备量产后，成本会下降到与EPON相当的水平，甚至当用户需求带宽超出30M后，GPON成本优势突出。从应用场景看，EPON比较适合部署中小规模FTTx，如个人用户，GPON适合于部署大规模FTTx，如对技术要求高的企业用户。从长远来看，我国的发展趋势可能从宽带点到点以太网光纤系统和EPON开始，最终过渡到GPON阶段。