光通信发展的几个热点问题 张成良 中国电信集团北京研究院 2009年10月 无线宽带、 前端的

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1 光通信发展的几个热点问题 张成良 中国电信集团北京研究院 2009年10月 无线宽带、 前端的
相关产品IDC。移动IDC接入很少，互联不是很畅通。 上行、下行控制。 宽带如何发展，两者如何协调发展。

2 全业务经营与统一承载 –多业务接入，传输与数据技术的融合
光通信的发展趋势 IP 流量迅猛增长-高速化 全业务经营与统一承载 –多业务接入，传输与数据技术的融合 光接入发展和业务宽带化

3 目录 1 、40 G WDM 及超高速传输 2、 EPON 的发展与应用 3、 分组传送网发展

4 40Gb/s 系统的业务驱动 目前路由器40Gbs端口互联是40Gs传输需求 业务驱动：P2P、web video 接入速率 业务容量增长：摩尔定律 到2012年全球的IP流量将保持2年翻一番的速度增长，年复合增长率46% 据Cisco公司统计，互联网业务流量前三项之和达到90% Web、 等数据业务流量占20.74% P2P业务流量占51.02% PC访问的Video流量占比18.9% 未来5年，全球移动流量增长率约为25%，驱动:CDMA EV-DO、HSPA及LTE；全球每年新增基站约1000万个。 40G 路由器在2006年就已经出现，传输落后于数据发展

5 宽带接入用户增长（包括全球眼类似的专用终端）： 20-30%/年， 平均流量增长： 20-30%/用户/年 并发用户数增长：5-10%/年
五年后网络容量有多大 宽带接入用户增长（包括全球眼类似的专用终端）： 20-30%/年， 平均流量增长： %/用户/年 并发用户数增长：5-10%/年 经验是：业务量流量的增长速度是 10倍/5年 大胆预测 2014年 平均宽带接入带宽将从目前的2M 增长到 20M 以上 2014年各省出口总带宽是2008年的：10-18倍！

6 100G WDM传输关键技术 40G WDM 系统已经规模使用，2010年会成为主流 调制技术
PDM/DP：偏振复用，降低50% Baud-rate，缺点是偏振导致的BER Fluctuation较明显 (D)QPSK：正交相位调制，降低50% Baud-rate，非线性效应严重 QAM：进一步降低Baud-rate，非线性效应严重，研究阶段 OFDM：有效克服CD、PMD影响，2005/06开始研究 接收技术 平衡接收：DPSK、DQPSK 相干接收：QPSK、QAM、OFDM 高速电信号处理芯片 几乎所有芯片都没有商用解决方案，现有论文和演示基于离线处理 100G WDM系统走向商用的最大技术瓶颈 各种复杂调制技术：从铜线、无线走向光纤 QAM：正交幅度调制 OFDM：正交频分复用 OFDM是一种特殊的多载波通信方案，单个用户的信息流被串/并变换为多个低速率码流，每个码流都用一个子载波发送。OFDM不用带通滤波器来分隔子载波，而是通过快速傅立叶变换（FFT）来选用那些即便混叠也能够保持正交的波形，接收端利用离散傅立叶反变换/离散傅立叶变换（IDFT/DFT）代替多载波调制和解调。由于在OFDM系统中各个子信道的载波相互正交，它们的频谱是相互重叠的，这样不但减小了子载波间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率。OFDM每个载波所使用的调制方法可以不同。各个载波能够根据信道状况的不同选择不同的调制方式，比如BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等等，以频谱利用率和误码率之间的最佳平衡为原则。 6

7 100G WDM 总结 PM-QPSK 是目前最主流调制技术 在OSNR上要实现100G WDM系统 1000公里以上的传输，还需要在FEC 方案、相干接收、软判决等方面有更多的增益，才能满足OSNR的要求。 相干接收需要很强电处理能力，DSP处理能力是相干接收、超强FEC、高速光接收重要支撑，必须取得突破。 100G WDM系统的大规模需求应该在2012年以后，最可能的地区在北美市场。 主流的PM-DQPSK 从40G WDM测试看，受非线性影响很大，无法实现长跨距传输

8 中国电信固定宽带用户数超过5000万，保持持续快速增长
截止09年3月底，中国电信固 定宽带用户数为5303万，占 57%市场份额 DSL用户4526万，约占85％ FTTB+LAN用户767万，约占15％ 年增长均在800万以上，08年 净增900万 中国电信宽带用户发展情况 （万户） （数据来源：中国电信统计月报）

9 光纤＋PON为主 建设模式 07年底中国电信明确了接入网转型及光进铜退的总体思路，提出了向光 纤＋PON为主的建设模式
1、城市新建区域，主要采用基于PON的FTTB和FTTH建设模式 2、 改造区域采用了 FTTN + 内置DSLAM 功能或者AG 2009年3月底，其中PON端口超过 1000万线 铜缆投资大幅度下降 铜缆投资在整个线缆投资的占比由以前的50%以上下降到30%以下 2010年 某些省份新建 PON端口建设容量将超过DSL

10 (1) 新建以 FTTB +内置LAN功能MDU 为主
几个应用特点 (1) 新建以 FTTB +内置LAN功能MDU 为主 (2) 改造场景多选择，FTTN +内置DSLAM、 FTTN+AG 综合接入设备等方式 （3）面向家庭客户为主 （4）基本以同厂商组网为主 （5）FTTH 目前尚少 （6）多场景的系列化ONU设备

11 与EPON建设的问题-语音承载 1、语音接入综合AG、内置IAD ONU、IAD、 家庭网关及SIP终端等方式.
2、近期语音接入以综合AG和ONU内置IAD两种方式为主 3、随着家庭网关和FTTH终端的发展成熟和成本的下降，语音接入将过渡到以家庭网关为主 4、语音IP化并逐步向终端延伸是趋势，原来越接近于家庭， 综合AG/内置语音ONU IAD HG SIP终端 提供业务 窄带语音 语音、数据、视频业务 语音、视频业务 成本 约200元/线 >1000元/线 协议 H.248 H.248或SIP SIP 技术成熟度 成熟 较成熟 成熟中

12 10G EPON技术和标准情况 10G EPON标准IEEE 802.3av于06年9月开始，09年1月发布draft3.0
目前标准主要内容已经确定，将于09年9月发布正式标准 IEEE802.3av 10G EPON标准的主要特点 提供点到多点的光纤接入技术 物理层误码率不大于 10-12 支持下行10Gbps、上行1Gbps非对称和下行10Gbps、上行10Gbps对称两种传输速率，并能兼容现有的1G EPON技术 光功率预算至少支持1:16和1:32 分支比，传输距离最小为10公里 和 20公里 尽可能沿用1G EPON的MAC、MPCP等协议，只改动PHY层

13 10G EPON技术的关键点 光模块 1G EPON光模块采用FP/PIN 激光器，10G EPON需要DFB/APD 激光器/接收器
10G光模块结构复杂、成本高。由于考虑到对1G EPON兼容问题，10G EPON光模块需同时支持1G下行、10G下行和1G/10G上行三个光通道 对称模式10G EPON难度大，如10G突发发送，10G突发接收。目前业界正突破10G上行突发技术 电芯片 目前10G电芯片成本高，如SERDES、Switch等 PON MAC芯片与应用规模有关，规模应用后与1G差不多 目前非对称10G EPON已无核心技术难点，但部分关键器件成本很高 成本（特别是光模块）将成为制约10G EPON（非对称模式）规模商用的最重要的因素

14 FTTH场景下用户数和带宽能力分析 10Gb/s 设N为支持的分光比，所需带宽为： 直播业务：200×8 点播业务: N×8M×60%
话 音：N×200k FTTH网络环境下，最大可提供的分光比为：200×8+N×8M×60%+N×90%×6M+N×200k≦10000M×85% N≦663 取N=512 链路资源85%占有率 1）全部支持高清视频、6M高速上网的情况下，10G EPON支持512分光 时其带宽能力可满足各类业务的发展需求 2）从业务带宽能力角度，可考虑提升光模块性能、支持更大分光比，以 降低FTTH网络部署成本 14

15 （1）FTTH 应用场景，密集住宅下高带宽要求， 需要更大的分光比 （2）现有建设EPON系统的容量升级
10G EPON应用场景 （1）FTTH 应用场景，密集住宅下高带宽要求， 需要更大的分光比 （2）现有建设EPON系统的容量升级 目前建设的是1个EPON系统带512个端口 ，支持一路标清+2M上网业务 可以提高单个 MDU 的接入能力 （3）是否存在其他分光比低 大带宽的需求场景

16 对于解决大容量接入是一个重要的突破，促进了EPON的发展，增大了竞争优势
10G EPON的发展前景 10GE PON 技术上已经没有根本性的难题 终端与OLT的IOT测试还需要时间 对于解决大容量接入是一个重要的突破，促进了EPON的发展，增大了竞争优势 产业链还需要增加更多参与者，ASIC制造商、光模块制造商

17 GPON技术和设备还处于不断发展完善中，成熟性上落后于EPON 1~2年 EPON技术的实施已经解决料PON应用共同面临的问题
目前选择GPON制造商有所减少，但其产业链规模仍较大，许多主流设备商和运营商仍在支持GPON技术 近两年来单地区单厂商GPON设备在国外开始商用 GPON试点是一项重要发展，但结果还需要观察 17

18 CDMA RAN承载的要求 18 2018/11/14 标准 CDMA2000 1x CDMA2000 1x EV-DO Rev 0 Rev A 吞吐量 DL: 153kbps UL: 153kbps DL: 2.4Mbps DL: 3.1Mbps UL: 1.8Mbps 接口类型 E1 E1、STM-1 E1、STM-1、FE 带宽 1～3 E1 2～5 E1 3～6 E1 BSC STM-1/N*E1 MSTP 汇聚层 MSTP 接入层 大量E1支持能力：当前CDMA网络Abis接口大量采用E1端口 低时延、低抖动：当前C网重点为语音业务 高可靠性和保护倒换时间，可用性99.999%，保护倒换时间<50ms MSTP STM-1 N * E1 MSTP N * E1 假设每个基站环有8个节点。 2载3扇时，峰值带宽：8*8*2M=128M； 3载3扇时，峰值带宽：8*9*2M=144M； 4载3扇时，峰值带宽：8*14*2M=224M。 接入环至少应该是622M 假设每个汇聚环有5个节点。 2载3扇时，峰值带宽：5*128M=640M； 3载3扇时，峰值带宽：5*144M=720M； 4载3扇时，峰值带宽：5*224M=1120M。 汇聚环至少应该是2.5G！ E1 N*E1 BTS BTS BTS BTS DOA阶段，带宽需求不会对现有MSTP承载方式产生很大冲击；LTE阶段，带基站带宽50～100M，带宽成为限制因素。 18

19 Simplified architecture, Fewer Delay Demands
LTE/SAE与3G系统比较 No RNC/BSC node equivalent New inter-NodeB connection, X2 X2 traffic < 2% of S1 traffic Pooled CN nodes eNB connected to each node in pool Topology expected to be the same All-IP Fewer delay demands since all radio procedures (e.f.power control, ciphering, link adaptation, ...) are now collapsed into one node –the eNB. For 2G/3G, these procedures had to cross the backhaul between BSC/RNC and RBS. Low X2 traffic since X2 is only used for HO and related signalling to indicate measurement reports. Pooled MME/SGW nodes means each eNB is connected to each MME/SGW node in one CN pool – could be up to 16 connections. Note: There is NO requirement for a meshed network between eNBs (contrary to some ’rumours’). 1）驱动来自对高速数据业务的需求，提高速率降低延迟-〉简化网络架构 2）无线侧单一的节点，实现所有功能 3）电路域消失，分组域流量增加，网元的演进 4）5ms， Simplified architecture, Fewer Delay Demands Ericsson AB 2009 19

20 IP RAN可选承载方案一、二 方案一 方案二 采用基站路由器，3层到边缘 端到端PTN方案 SR CE 城域骨干网 汇聚 骨干 接入
N x E1 SR CE 采用基站路由器，3层到边缘 STM1/N x E1 传统BSC FE 城域骨干网 IP BSC/AN GE FE 方案二 N x E1 STM1/N x E1 传统BSC 端到端PTN方案 汇聚 骨干 接入 FE IP BSC/AN GE PTN N x E1 电路仿真 信道化STM-1 FE EoMPLS GE

21 IP RAN可选承载方案三、四 方案三 BSC 三种方案各有优缺点， 其中PTN 端到端方案多被移动运营商使用
E1 SR CR BSC SR FE 10GE GE GE PTN+路由器 STM-1 GE GE E1 GE BSC STM-1 FE 接入GE环 三种方案各有优缺点， 其中PTN 端到端方案多被移动运营商使用 PTN+路由器 是两个技术流派的一种妥协，最大的问题是无法实现LSP 的端到端，需要进行重新解读

22 PTN:分组技术和SDH技术的融合 PTN是一种以分组作为传送单位，承载电信级以太网业务为主，兼容TDM和ATM等业务的综合传送技术。
MPLS Ethernet QoS管理 多播 伪线 ACL PTN 分组交换 时钟 网络管理 保护倒换 SDH 层网络架构 OAM ACL：连接访问控制 PTN是一种以分组作为传送单位，承载电信级以太网业务为主，兼容TDM和ATM等业务的综合传送技术。

23 IP RAN 的可行性 目前(1X/DOA)关注成熟性和对E1的支持，MSTP方案依旧可行，容量配置应有一定前瞻性； 未来(LTE) 实现移动宽带，数据业务占主导，统计复用能力很重要，必须考虑新的承载技术 无论采用何种承载技术，RAN的需求不变： 电信级的OAM&P； BTS到BSC电路的统一调度管理； 全网的时钟和时间同步； IP RAN 的需求 十分重要，是否取全集涉及到 技术的选择 PTN 是重要的选择之一（已经试点），关键是必须成为统一的接入平台

24 PTN 与路由器的比较 三层功能对于多业务的接入是比较有利的，可以实现多业务 多方向的接入和处理 随着基站数量的增加，很难想象所有的基站都采用路由器并且 启动三层路由 可能的情形是： 即使基站 放置的PTN 多业务接入设备具有路由功能，更多的完成的是静态的连接 目前 PTN 是采用MPLS 来实现以太网有QOS 传输 问题是 多大程度地借鉴 路由器技术 传输与IP 技术的融合是必然趋势，两者应该互相借鉴， PTN 是一个很好尝试

25 可能的网络结构 核心层依然采用 IP/MPLS 技术 在接入层考虑到业务多样性，很难采用一种技术来收集所有的业务，既有高质量的基站信号，也有QOS 较低的上网业务 考虑到路由域的大小，可能的网络结构是一个IP核心网+ 几种不同的接入技术 在组网方面，考虑到多业务承载，在接入层的融合的同时，可能也存在接入技术的多样性 PTN、二层以太网技术都是可能的接入技术 关键点是到底网络的哪一个位置 起三层路由

26 总结 IP 与光传输关系越来越紧密，开始在接入层面出现融合，R入PTN 设备 未来在核心层面也需要融合，主要在控制层面 例如GMPLS 大容量 OTN 交叉设备的引入必要性增大，但需要协同工作 100G WDM 系统引入是必然的，考虑到技术的复杂性，40G WDM 系统仍有一定的生存窗口 EPON技术成熟；GPON尚处于完善中，成熟性落后EPON 1-2年 光纤化接入带来改变的不仅是接入速率，而是话音提供方式、颠覆了百年来电话的提供方式，从来带来城域网络等各方面巨大改变

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