一旦科学插上幻想的翅膀，它就能赢得胜利。—法拉第（M.Faraday）
一、EPON系统
EPON和APON的主要区别是，在EPON中，根据IEEE802.3以太网协议，传送的是可变长度的数据包，最长可为1526个字节；而在APON中，根据ATM协议的规定，传送的是包含48个字节的净荷和5字节信头的53字节的固定长度信元。IP要求将待传数据分割成可变长度的数据包，最长可为65535个字节。与此相反，以太网适合携带IP业务，与ATM相比，极大地减少了开销。
鉴于EPON技术已经获得大规模的成功部署，IEEE工作组开发的802.3av标准最重要的要求是和现有部署的EPON网络实现后向兼容及平滑升级，并与以太网速率10倍增长的步长相适配。为此，802.3av标准进行了多方面的考虑。
1）10Gbit/sEPON提供两种应用模式，充分满足不同客户的需求：一种是非对称模式（10Gbit/s下行/1Gbit/s上行），另一种是对称模式（10Gbit/s下行/10Gbit/s上行）。
2）10Gbit/s EPON绝大部分继承了1Gbit/s EPON的标准，仅针对10Gbit/s的应用、EPON的MPCP（IEEE802.3）以及PMD层进行了扩展。在业务互通、管理与控制方面，与1Gbit/sEPON兼容，如图11.4.1所示，下行采用双波长波分，上行采用双速率突发模式接收技术，通过TDMA机制协调1Gbit/s和10Gbit/sONU共存。10Gbit/sEPON的ONU与1Gbit/sEPON的ONU在同一ODN下实现了良好共存，有效地保护了运营商的投资。
图11.4.1 10Gbit/sEPON与1Gbit/sEPON系统共存兼容与波长分配示意图
3）采用一系列技术措施提高性价比，且为长距离与大分光比的应用打下了坚实的基础。10Gbit/sEPON采用64B/66B线路编码，效率高达97%；前向纠错功能采用RS（255、223）多进制编码，可以使光功率预算相对于没有FEC增加5~6dB。
由于以太网技术的固有机制，不提供端到端的包延时、包丢失率以及带宽控制能力，因此难以支持实时业务的服务质量。要确保实时语音和IP视频业务，在一个传输平台上以与ATM和SDH的QoS相同的性能分送到每个用户，GPON则是一个最好的选择。
二、GPON系统
APON标准复杂、成本高，在传输以太网和IP数据业务时效率低，以及在ATM层上适配和提供业务复杂。而EPON存在两大致命的缺陷，即带宽利用率低和难以支持以太网之外的实时业务。因此，全业务接入网（FSAN）组织开始考虑制定一种融合APON和EPON的优点，克服其缺点的新的PON，那就是GPON。GPON具有吉比特高速率，92%的带宽利用率和支持多业务透明传输的能力，同时能够保证服务质量和级别，提供电信级的网络监测和业务管理。本节就介绍GPON接入的有关技术问题。
1. GPON系统参考结构
图11.4.2表示当前GPON系统的参考结构，GPON主要由光线路终端（OLT）、光分配网（ODN）和光网络单元（ONU）三部分组成。OLT位于接入网局端，它的位置可以就在局内本地交换机的接口处，也可以是在野外的远端模块，为接入网提供网络侧与核心网的接口，并通过一个或多个ODN与用户侧的ONU通信。OLT与ONU是主从关系，OLT控制各ODN，执行实时监控，管理和维护整个无源光网络。
图11.4.2 GPON系统参考结构
ODN是一个连接OLT和ONU的无源设备，它的主要功能是完成光信号和功率的分配任务。GPON采用单纤双向传输，上/下行光信号采用波分复用汇合/分开。下行使用1480~1500nm波段（XG-PON1，使用1575~1580nm波段），上行使用1260~1360nm波段（XG-PON1，使用1260~1280nm波段）。同时，GPON的ODN光分路器的性能也提高到可支持1∶128分路比。
ONU为光接入网提供直接或者远端的用户侧接口。ONU终结ODN光纤，处理光信号并为若干用户提供业务接口。
在GPON中，光接口的结构如图11.2.2所示。在G.984.2中，给出了GPON系统不同上下行速率时的4个光接口的要求，以及在S/R参考点对发射机的要求和在R/S参考点对接收机的要求。GPON和APON的标准基本一致。
根据系统对衰减/色散特性的要求，可以选择多纵模（MLM）激光器或单纵模（SLM）激光器。应该指出，并不要求都用SLM激光器，只要能够满足系统性能的要求，就可以用MLM器件取代SLM器件。但是，XG-PON1（10Gbit/sPON）只考虑使用单纵模激光器。
2. GPON和EPON的比较
下面将从带宽利用率、成本、多业务支持、OAM功能等多方面对EPON和GPON进行详细的比较。
（1） 带宽利用率
一方面，EPON使用8B/10B编码，其本身就引入了20%的带宽损失，1.25Gbit/s的线路速率在处理协议本身之前实际上就只有1Gbit/s了。GPON使用扰码作线路码，只改变码，不增加码，所以没有带宽损失；另一方面，EPON封装的总开销约为调度开销总和的34.4%，而GPON在同样的包长分布模型下，得到GPON的封装开销约为13.7%。
（2） 成本
从单比特成本来讲，GPON的成本要低于EPON。但如果从目前的整体成本来讲，则反之。影响成本的因素在于技术复杂度、规模产量以及市场应用规模等各个方面，特别是产量基本决定了产品的成本。
（3） 多业务支持
EPON对TDM支持能力相对比较差，容易引起QoS的问题。而GPON特有的封装形式，使其能很好地支持ATM业务和IP业务，做到了真正的全业务。APON、EPON、GPON承载业务能力的比较如图11.4.3所示。
图11.4.3 APON、EPON、GPON承载业务能力的比较
（4） OAM功能
从标准上看，GPON标准定义的OAM信息比EPON的丰富。
3. GPON较EPON的优势
通过上面对GPON和EPON主要特征以及具体各项指标的比较，可以发现GPON具有以下优势。
（1） 灵活配置上/下行速率
GPON技术支持的速率配置有7种方式。对FTTH和FTTC应用，可采用非对称配置；对于FTTB和FTTO应用，可采用对称配置。由于高速光突发发射和突发接收器件价格昂贵，且随速率上升显著增加，因此这种灵活的配置可使运营商有效控制光接入网的建设成本。
（2） 高效承载IP业务
GEM帧的净荷区范围为0~4095字节，解决了APON中ATM信元带来的承载IP业务效率低的弊病；而以太网MAC帧中净负荷区的范围仅为46~1500字节，因此GPON对于IP业务的承载能力是相当强的。
（3） 支持实时业务能力
GPON所采用的125μs周期的帧结构能对TDM语音业务提供直接支持，无论是低速的E1，还是高速的STM-1，都能以它们的原有格式传输，这极大地减少了执行语音业务的时延及抖动。
（4） 支持更远的接入距离
针对FTTB开发的GPON系统，其OLT到ONU的最远逻辑接入距离可以达到60km以上，而EPON则只有20km。
（5） 更高的带宽有效性
EPON的带宽有效性为70%；而GPON则高达92%。
（6） 更多的分路比数量
EPON支持的分路比为32；而GPON则高达64或128。
（7） 运行、管理、维护和指配功能强大
GPON借鉴APON中PLOAM信元的概念，实现全面的运行维护管理功能，使GPON作为宽带综合接入的解决方案可运营性非常好。
三、 WDM-PON系统
目前的PON技术主要有APON、EPON和GPON，它们都是TDM-PON。APON承载效率低，在ATM层上适配和提供业务复杂。EPON存在两大致命的缺陷，即带宽利用率低和难以支持以太网之外的业务，特别是承载话音/TDM业务时会引起QoS问题。GPON虽然能克服上述的缺点，但上下行均工作在单一波长，各用户通过时分的方式进行数据传输。这种在单一波长上为每用户分配时隙的机制，既限制了每用户的可用带宽，又大大浪费了光纤自身的可用带宽，不能满足不断出现的宽带网络应用业务的需求。在这种背景下，人们就提出了WDM-PON的技术构想。WDM-PON能克服上面所述的各种PON缺点。近年来，由于WDM器件价格的不断下降，WDM-PON技术本身不断完善，WDM-PON接入网应用到通信网络中已成为可能。相信随着时间的推移，将WDM技术引入接入网将是下一代接入网发展的必然趋势。
WDM-PON有三种方案：第一种是每个ONU分配一对波长，分别用于上行和下行传输，从而提供了OLT到各ONU固定的虚拟点对点双向连接；第二种是ONU采用可调谐激光器，根据需要为ONU动态分配波长，各ONU能够共享波长，网络具有可重构性；第三种是采用无色ONU，即ONU无光源方案。
四、 WDM/TDM混合PON
生命的长短用时间计算；人生的价值用贡献衡量。 —裴多菲（匈牙利诗人）
即使完善地解决了ONU的波长控制问题，但是由于WDM-PON的高损耗及串扰，光环回和光谱分割WDMA技术仍然受到很大的使用限制。在WDM-PON和PS-PON之间有一种折衷的方案，那就是下行传输采用WDM-PON，上行传输采用功率分配（PS）的TDMA-PON，如图11.4.4 所示。这种方案称为WDM/TDM混合无源光网络，它结合了波分复用无源光网络和时分复用无源光网络的优点，非常适合从时分无源光网络到波分无源光网络过渡的部署。这种混合网络实际上在网络容量和实现成本两个方面进行了折衷，既具有TDM-PON中无源光功率分配所带来的优点，又具有WDM-PON波长路由选择所带来的优点，实现了相对较低的用户成本，并在维持较高用户使用带宽的前提下，增加了网络容量扩展的弹性。
图11.4.4是一种双纤结构，下行是1550nm的DWDM，用AWG波长路由器（WGR）对各个用户波长解复用，然后分别馈送各波长信号到相应的ONU。上行采用1310nm的TDMA，所以OLT接收机要采用突发模式光接收机。
图11.4. 4 WDM/TDM混合无源光网络
因为混合PON采用专用的下行波长及共享的上行带宽波长，它特别适用于满足住宅区对非对称带宽的要求。另外，下行使用波长路由，不仅解决了PS-PON的私密问题，而且还可以采用光时域反射仪（OTDR）来远程定位分支光纤的故障状况。从光层角度看，混合PON的ONU和TDM/TDMA PS-PON的ONU没有任何区别。在OLT侧，用一个突发模式接收机取代波分解复用器和接收机阵列即可。
WDM-PON与PS-PON的技术比较
与TDM-PON相比，WDM-PON系统具有以下的一些优点。
1） WDM-PON系统的信息安全性好，在TDM-PON系统中，由于下行数据采用广播式发送给与此相连接的所有ONU，为了信息安全，必须对下行信号进行加密，这在G.983.1建议中已经作了规定，尽管如此，它的保密性也不如单独使用一个接收波长的WDM-PON系统。
2） OLT由于是多波长发射和接收，工作速率与ONU的数目无关，可与ONU的工作速率相同。
3） 电路实现相对较简单，因为不需要难度很大的高速突发光接收机。
4） 波分复用/解复用器的插入损耗要比光分配器的小，在激光器输出功率相等的情况下，传输距离更远，网络覆盖范围更大。
WDM-PON可以视作PON的最终形态，但在近期还很难大规模应用。主要原因是缺乏国际标准，设备商投入较少，各种器件（如芯片、光模块）还不够成熟，成本也偏高，世界范围内能提供商用WDM-PON系统的设备制造商也屈指可数。但随着WDM-PON相关研究的逐渐活跃，国际标准化组织也开始考虑WDM-PON的标准化工作。
WDM-PON既具有点对点系统的大部分优点，又能享受点对多点系统的光纤增益。但如果将WDM-PON同已建成的点对点系统或PS-PON系统比较，就会发现由于昂贵的WDM器件、串扰及损耗所致的性能降低，以及复杂性等因素，WDM-PON的这些优点难以体现。关键在于成本，不管是单用户成本或是单波长成本，对于住宅或者中小型公司的接入，WDM-PON在未来数年内都显得成本偏高。这点对上行方向尤为如此。用TDMA替代WDMA会使WDM-PON看起来更加现实，如果WDM-PON在近几年商用的话，混合PON可能会是其第一个优选方案。
