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GPON技术原理及其发展趋势

作者：王海艳

来源：《科学与财富》2011年第03期

[摘 要] 本文简单概括了GPON技术的定义和标准，同时介绍了基于GPON技术的设备基本结构和原理，并简单分析了GPON的发展现状和前景。 [关键词] PON GPON EPON 接入网

随着用户对带宽需求的不断增加，光传输在接入网中的作用越来越重要。当前，最有前景的光接入网方案是无源光网络（PON）技术，而吉比特无源光网络（GPON）是PON技术中最具有代表性的，它将成为下一代网络系统主要的接入技术。 1.GPON技术的简述 1.1 GPON的定义

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。 1.2.GPON的标准

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。

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，上行为1.25Gbps，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。 2. 基于GPON技术的设备基本结构和原理

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下面简述了基于GPON技术的设备基本结构和原理，并简单介绍了GPON的组网方式。 2.1 基于GPON技术的设备基本结构和原理

基于GPON技术的设备基本结构与已有的PON类似，采用一点到多点，无源光纤传输方式的网络拓扑结构，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,由无源分光器件将OLT的光信号分到各个ONU。

OLT一般位于中心机房，并连接到一个或多个ODN向上提供广域网接口，包括GBE，OC-3/STM-1，DS-3等，向下对ODN可提供2.244Gb/s或2.488Gb/s的光接口，具有集中带宽分配、控制光分配网络、实时监控和运行维护管理无源光网络系统的功能。

ODN为OLT和ONU提供光传输手段，由无源光分路器和无源光合路器构成，是一个连接OLT和ONU的无源设备，它的功能是分发下行数据和集中上行数据。ONU为接入网提供用户侧的接口，提供话音、数据、视频等多业务流与ODN的接入，其对ODN的光接口速率有155Mb/S、622Mb/S、1.244Gb/s和2.48Gb/s等4种选择，受OLT的集中控制。GPON系统可支持的分支比为1:16，1:32或1:64，还可能达到1:128。

在同一根光纤上，GPON可通过波分复用覆盖实现数据流的全双工传输。在需要提供业务保护和通道保护的情况下，可加上保护环，对某些ONU提供保护功能，通常可采用总线型(Bus PON)、树型(Tree PON)或环型(Ring PON)拓扑结构。

GPON上行采用TDMA方式,下行采取广播式发送。上行数据的传输都由OLT统一控制。各ONU按照OLT所分配的时隙传输用户数据，不同的ONU所用的时隙不同，所以各ONU所产生的上行数据不会发生冲突。允许ONU发送数据的时隙是由OLT发出的时隙分配帧决定的，ONU根据时隙分配帧在属于自己的时隙中插入上行数据，即实现了多个ONU之间共享上行信道带宽。G984.1规定GPON的最大逻辑距离是60KM，最大物理距离是20KM,即GPON系统可提供物理覆盖至少20KM，而ADSL为6KM。另外GPON支持的ODN等级有ClassA/B/C，即可支持高达1:128的分光比，可以提供更多的用户接入。为了摆脱APON的设计规范，GPON引入了一个全新的传输汇聚层的架构.在Ggpon.gtc的建议中，ITU-T将Tc层又分成为两个子层:Tc成帧子层和Tc适配子层。ITU-T规定了TC成帧子层有两种适配方式:ATM适配和GEM适配。GEM适配即沿用了G983系列标准规范，以ATM帧承载业务;而GEM适配源于ITU-T的G.7041标准中定义的通用成帧规程，它可以承载高层协议如基于分组的IP用PP和Ethernet，或是基于恒定比特的业务。在Ggpon.gtc建议中，动态带宽分配和QoS还沿用了G983.4的思路，将业务分为5种类型，对于不同的业务设置不同的参数，根据参数检测拥塞状态，分配带宽，对ONU进行授权。除DBA、加密控制外，JTU-T在Tc层还定义了一些新的功能，如FEC(前向纠错)、功率控制等。 2.2 GPON的组网方式

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目前GPON主要采用的组网方式有FTTH/O、FTTB+LAN和FTTB+DSL三种。 a）FTTH/O为光纤到户/办公室。光纤进过分光器后直连到用户ONU，一个ONU仅供一个用户使用，带宽高，成本也高，一般针对高端用户和商业用户。

b）FTTB+LAN为光纤到楼，然后通过大容量ONU（称为MDU）将不同业务接入多个用户，因此多个用户共享一个ONU的带宽资源，每人占用带宽较低，成本也低，一般针对中低端住宅和中低端商业用户。

c）FTTB+ADSL为光纤到楼，然后以ADSL的方式将业务接入多个用户，也是多用户共享一个ONU，带宽、成本和客户群都与FTTB+LAN类似。 3 GPON的发展现状和前景 3.1 GPON的发展现状

GPON是基于ITU-TG.984.x标准的新一代无源光网络接入技术，具有高带宽、高效率、多业务统一支持等特点，由于GPON更适合以BPON为主的欧美网络升级，因此该技术获得了欧美主流运营商和设备商的推崇，一些欧美主流运营商正用GPON构建全业务宽带网络，而且从一些全球主流设备商FTTH建设项目的统计中更能体现出来。

目前阿尔卡特朗讯正在参与的全球100多个光纤到户（FTTH）建设项目中，其中85个项目采用了GPON技术，这充分证明了GPON技术已日益被众多全球重要运营商接受并积极实践。

爱立信与全球著名电信运营商合作建设GPON网络，遍布40多个国家和地区。国际上包括at&t、沃达丰、Telefonica、T-COM、SingTel等，适应了网络类型各异，业务需求千变万化情况。

中国移动目前已经大规模部署GPON，主要应用于FTTB+LAN，相对EPON来讲，GPON优势主要体现在带宽和管理上，同样的业务带宽GPON接入的用户更多，部署更为灵活。 电信重组后，随着全业务市场的放开，随着运营商对发展全业务接入技术的提速，EPON已经有达800万线的应用， EPON的大规模使用，让PON技术实现各种业务接入已经不神秘。因为EPON和GPON的组网模式拓扑基本相似，因此EPON的商用也为GPON发展打开了一条便捷通道。最重要的是现在运营商将视角转向了综合建网成本，而GPON的综合建网成本要优于EPON。 3.2 GPON的发展前景