PON芯片的发展趋势

PON芯片的发展趋势JagBolaria，LinleyGroup2007-02-0505:47:52《光波通信》06年12/2007年1月无源光网络（PON）的传送带宽可以与VDSL一样甚至更高，同时传输距离远远长于VDSL，可以作为一种提供高速宽带服务的优秀替代产品。但是，芯片组的高造价和复杂性，延缓了PON系统的部署。随着PON市场的成长，供应商开始投资于开发具有更高集成度的芯片。这种集成，伴随尺寸的减小，使得PON设备的每端口价格不断下降，从而进一步激励了这一技术的发展。局端设备趋势由于大多数光线路终端（OLT）采用的上联口是基于IP/MPLS的，供应商都在探索通过使用以太网背板来简化设计并减少成本的方案。这种方案使得原始设备制造商们可以在干线卡上配以低成本的以太网交换芯片来代替更为昂贵的基于ATM交换的板卡。为了支持以太网背板，PON芯片供应商将提供xMII和GMII接口。为了后向兼容性，DSL供应商将继续提供传统的UtopiaLevel2接口给ATM处理器。一方面，在接入网市场流行的超额订购要求局端设备能够对单个业务流进行整形；另一方面，与数据传送混合在一起，无法保障语音和视频服务的可靠性。为了支持不同的服务，线速分类和过滤功能也是必需的。总之，这些功能特性使得提供三重业务、分级的数据带宽（例如，金/银/铜级）和其它业务成为可能。为了支持多协议和业务管理，PON器件一般都集成带有硬件加速器的中央处理器。OLT芯片趋势我们这里讨论的第一类基于PON技术的OLT芯片用于部署EOPN。它们由一个PON控制器、突发模式收发器和一些光学组件组成。这个芯片组将通过连接一个以太网交换芯片构成OLT线路卡再连接到以太网（XAUI）背板。大部分第一代的解决方案都是针对单PON口进行优化的。每个PON连接采用一个PON控制器，该控制器集成了一个相当强大的中央处理器来进行协议互操作并管理控制通道。因此，单端口的线路卡一般不需要另一个网络处理器。然而，用于从多张线路卡汇聚数据的中央干线卡可能需要一个网络处理器进行业务管理。相比EPON控制器，GPON控制器在提高带宽的同时能支持更多种业务。2.5Gbits/sec的数据速率要求GPON控制器比EPON控制器能支持更多的以太网端口，因此也必须相应提高内部状态机和中央处理器的性能。由于原始设备制造商将开发多端口的线路卡，下一代的PON器件将是多端口结构。例如，这种器件可能包含一个4端口GPON控制器和一个用于连接网络处理器的SPI-4.2接口。在多端口架构下，PON控制器的处理能力将完全用于PON层的传输，业务管理将需要另外一个独立的网络处理器来执行。上述因素驱动了对带有低成本、低功耗、高密度线路卡的多端口设备的需求。EPON供应商目前采用0.18微米工艺来控制开发和制造成本。他们可以通过采用0.13微米工艺减小器件尺寸从而减少功耗和成本。减小器件尺寸的0.13微米工艺还可以让PON供货商有可能开发多端口控制器。SPI-4.2接口和更快的中央处理器同样需要更先进的工艺。由于突发模式收发模块用到的混合工艺，它不大可能与PON控制器集成在一起。许多PON供应商也需要依赖第三方来提供突发模式收发器。但由于原始设备供应商们倾向于寻找完整的解决方案，这些PON控制器供应商将需要与收发模块供应商紧密合作，某些情况下，还要捆绑在一起进行开发。CPE趋势用户驻地设备（CPE）包括独立调制解调器和SOHO网关。与调制解调器相比，网关加入了更多功能，比如防火墙/NAT、无线局域网、以太网交换以及语音接口。至少到明年为止，PON将主要作为调制解调器销售，之后，像DSL一样，PON将发展成集成网关，因而将需要集成度更高的处理器。由于其前期在部署上的领先优势，EPON将领先开始向PON集成处理器的迁移。由于最近收购了Passave，PMC-Sierra已定于今年晚些时候发布第一款集成PON处理器。关于GPON，第一步是在2007年开发出供独立调制解调器使用的控制芯片。GPON的集成处理器将晚些出现，也许在2007年或更靠后些。CPE芯片趋势PON芯片组包括一个EPON/GPON控制器、突发模式收发器和其它光学组件。PON控制芯片合并了一个中央处理器和硬件加速器。某些供应商，比如PMC/Passave，已经集成了一个ARM9中央处理器，为诸如web服务和VoIP等网关功能提供了处理能力。尽管多数处理器通过外接DSP来支持语音，集成了语音处理功能的产品减少了成本和功耗，随着基于包的语音传送技术越来越流行，这种产品将取得更多的优势。尽管PON控制器通过集成包存贮器来减少外部器件的数量，它们仍然为那些需要额外的包存储的应用提供一个外部存储器接口。由于越来越高的数据速率，PON控制器提供xMII接口连接外部的PHY或以太网交换芯片，从而提供快速以太网或千兆以太网。PON控制器可能集成一个快速以太网PHY，因为IP（知识产权）供应商已经能提供该项技术了，但是近期不太可能集成千兆以太网PHY，因为这将大幅提高成本和复杂度。除了以太网接口，GPON控制器支持TDM和ATM业务。TDM需要一个外部编解码器，这是另一个涉及混合信号因而更适合处于控制器外部的芯片。不同类型的数据需要桥接到广域网，需要协议互换以及汇聚。这些功能的结合，需要一个比DSL数据调制器或EPON控制器性能更高的中央处理器。突发模式收发器和光学组件需要混合信号技术以及与PON控制器不同的制造工艺。因此，这部分在近几年将不会被集成到PON控制器中。集成的趋势更可能产生一个能提供全部收发功能的器件，包括跨阻抗放大器、限幅放大器、自动增益控制和时钟数据恢复。当前无论是中国还是全球，宽带业务的发展正朝宽带化、业务综合化和网络光纤化发展。随着光纤在长途网、城域网乃至接入网的主干段的大量应用，运营商在接入网络建设中要实现经济有效的发展，就应该将光纤继续向接入网的配线段和引入线部分延伸，从而最终实现F7’TH。经过这些年来的技术演进，点到点的光以太网技术已经成熟，EPON和GPON标准也都已经在2005年完成，符合相关标准的设备正逐步成熟；而且光纤接人的成本随着部署规模的不断扩大正在逐渐降低。因此，宽带业务发展趋势和PON接入的一些技术与经济优势将促进运营商在新建网络和传统接入网络的改造。我们邀请中国电信集团北京研究院副总工程师张成良、中国网通集团公司副总工程师唐雄燕和上海贝尔阿尔卡特接入网事业部高级总监施晓明谈一谈PON发展的相关问题。1.随着光纤传输网络技术发展的不断突破，它如何助力中国电信运营商接入网的新建以及传统和非传统型载波接入网络的改建和扩建?张成良：光纤接入网正越来越受到运营商、设备商，甚至是政府的重视。特别是作为光纤接入最有发展前景的宽带PON技术正面临前所未有的机遇。而EPON与GPObJ各有千秋。EPON是在一些设备商的推动下产生的，旨在将目前最为简单和应用最为广泛的以太网技术与PON系统相结合，以点对多点的方式解决以太网接人问题。GPON是由运营商驱动的解决方案。GPON技术类似于MSTP技术，试PON的演进一-g发展趋势图通过一个平台解决多种信号的传送与QoS问题。唐雄燕：虽然A13SI。巳成为当前的主流宽带接人技术，但如果要提供高清晰度或交互式视频业务，ADSL将无能为力。而光纤接人的带宽潜力是其它接入方式无法比拟的，在接入网环境中用光纤取代铜缆可带来一系列的好处：消除电信网的瓶颈、降低维护费用、易于实现业务融合和提供新业务、提高信息传输质量和通信可靠性、方便系统未来扩容、节省建设投资等等。各大运营商都非常重视光纤接入网的建设，如北京网通(原北京电信)早在20世纪90年代末期就在北京地区新建了100多个用户光缆环，这100多个光缆环覆盖了北京大部分地区，在北京地区基本实现了光纤到大楼本刊记者胡晓女或小区(FTTB／FTTC)。虽然光纤到户(FTTH)是宽带接人的根本解决手段，但现阶段大规模实现FTTH还不经济可行，现阶段主要是实现FTTB／FTTC。对于FTTB／FTTC，可采用的传送技术手段目前以有源光纤接入(包括PDH、ATM、SDH、GE／FE等)为主，但无源光纤接入(PON)由于其良好的性能开始得到应用。而对于FTTH，PON则是最经济有效的技术手段。2.谈到光纤接入技术。无源光网络(PON)如何解决接入网络部分(即最后一公里)的瓶颈问题.实现更高带宽业务的规模部署?张成良：接入网的长远目标是实现光纤到户(FTTH)，本着这样的目标大多数运营商都在积极推进接入网的光纤化进程，目前大城市已基本实现了光纤到小区、光纤到大楼，但受用户需求、成本和业务定位诸多因素的影响，光纤到户的进程一直比较缓慢。虽然近年来比较热门的光接入技术——EPON、GPON受到越来越多的关注，有关EPON、GPON的试验项目正在逐步开展，在一些竞争比较激烈的地区，EPON甚至被运营商用于抢占网吧客户的重要手段，但是实现光纤到户仍需要相当长的一段时间。唐雄燕：随着PON成本的逐步降低，不但在FTTB／FTTC场合‘PON有了一定的应用市场，而且利用PON来实现FTTH在日本等发达国家也取得了很同，各厂商的EPObI／GPObJ设备在E1时钟同步方面存在差异，但均无法容忍E1定时信号上的大幅度噪声，达不到PDH同步接口网络限值要求，但能满足E1业务接口的网络限值要求。EPOtq／GPON设备是否能应用于对定时要求严格的业务如移动基站互连，将取决于目前EPON／GPON上游网络内的同步定时情况。}在带宽管理能力方面，E.PON设备均支持动态带宽分配功能(DBA)，’7342：[SAM支持DBA，可配参数：PIR，CIR。GPON可以针对每个Pot。tID进行带宽的管理分配，可以提供比EPON更精细的管理能力。EPOr＼I／GPObJ设备均能具有限速功能，可采取一定的策略区分业务优先级并实现QoS保证。+EPON／GPON设备具有多业务支持能力，可同时接入IP数据／视频、TDM数据／语音以及CATV视频业务，IP业务的承载效率较高。可支持多种以太网协议，能够基本满足业务开展需求。从成本的角度来看，无论采用何种PON，每用户的主要成本主要取决于ONT和OLT。GPON在作为新技术刚出现时，该标准的ONT和0LT的成本会相对高一些。但是，目前GPON的核心芯片及光器件复杂度和技术指标已经与EPON相近，在相同的设备配置(如业务接口类型等)情况下，设备成本将主要取决于采购数量。根据业内人士预测，从2006年下半年起，随着ONT和0LT器件成本的进一步优化和网络部署的规模化，GPON与E：PON成本将更加接近。宽带光接入网新技术热点1.10Gbit／s的xPON技术EPON主要用于提供高带宽业务接人能力，但其传输速率的有限性对接人HDTV为代表的高带宽业务带来了一定的困难和限制。为此，IEEE提出研究传输速率为10Gbit／s的EPON技术，以适应高分路比条件下的高带宽需求，与1Gbit／sEPOtq类似，IEEE10Gbit／sEPON将重点在物理层乖1]MAC层方面进行标准化工作，其指导思想仍然是在降低10G：EPON技术复杂度和牺牲指标的同时保证其技术和相关模块的可实现性和经济性。当然，业界目前对10Gbit／sEPON的标准化仍然存在争议，原因是lGbit／sEPON目前在全球都没有太大规模的应用，而对于更大带宽10Gbit／sEPON的需求更是遥遥无期，因此对其标准化工作似乎没有太大的必要性。ITU—T内部也有人提出对GPON进行10Gbn／s速率的标准化工作，但遭到了很多代表的反对，原因是业界现实的需求不太迫切。2.WDM—PON目前已经逐步商用化的光接人技术主要是以APON、EPON和GPON为代表的无源光网络(PON)技术，但由于共享上行带宽，因此各ONU获得的上行带宽有限，对于今后HDTV等高带宽业务需求存在困难。针对HDTV等高带宽业务的需求，在接入网中引入波分复用技术(WDM)成为一种很好的解决方法，WDM—PON技术被视为其中较有代表性的一种技术。但目前而言