光纤是提升带宽、覆盖范围、网络质量、稳定性、可靠性、响应速度以及运营和能源效率等传统铜缆电信接入网络性能的关键催化剂。如今，包括西班牙电信（Telefónica）在内的许多国家的电信运营商正在推出带宽高达100 Mbps的住宅三网融合光纤套餐，并且正在开展速度高达1 Gbps的试点项目。.
千兆无源光网络（GPON）[1]于2004年在ITU-T G.984系列建议书中被标准化，并自2006年起投入商业运营，一直是大多数运营商选择通过光纤提供住宅宽带服务的技术。然而，由于经济危机以及缺乏清晰稳定的监管框架来鼓励投资，GPON在许多国家的部署并未达到预期。.
一项电信技术要想成功，必须适应未来的需求，并与之前的技术兼容。例如，ADSL 就是如此，它已经衍生出一些向下兼容的技术，这些技术在前代技术的基础上进行了改进，例如 ADSL2、ADSL2+ 和 VDSL2 [2]。同样，从 GPON 到新一代 PON 技术（即 NG-PON）也存在多种方案和演进路径。NG-PON 的主要需求是提高 GPON 的带宽和覆盖范围，最大限度地利用从中心局到用户的现有无源光网络 (ODN)，因为其成本约占为用户提供光纤宽带成本的 75% 至 85%。.
在下一代无源光网络（NG-PON）中，区分了XG-PON（NG-PON1）和WDM-PON（NG-PON2）。NG-PON1运行在GPON光网络节点（ODN）上，而NG-PON2则需要进行一些改造。尽管GPON在未来3-5年内很可能成为光纤到户（FTTH）住宅用户的主要接入技术，但业界对这两种技术都表现出了浓厚的兴趣。在此期间，XG-PON1可能用于光纤到楼/光纤到弯（FTTB/C）住宅用户[3]，而XG-PON2则用于企业和移动回传或光纤到塔/基站（FTTT/CS）。换句话说，GPON和NG-PON的部署预计将会共存，具体选择哪种技术取决于运营商的预算、预期投资回报率和投资回收期，以及他们希望提供的应用。.
多家供应商正在研发下一代无源光网络（NG-PON）系统，其中阿尔卡特朗讯、爱立信及其合资企业LG爱立信、华为和中兴通讯是明显的领先者。其他值得关注的供应商包括Adtran、ADVA、Allied Data、Alphion、Calix、ECI、Enablence、富士通、日立、NEC、NSN、摩托罗拉、Tellabs和Zhone。迄今为止，已开展了多项XG-PON试点测试（例如葡萄牙电信和Verizon），甚至还有一些WDM-PON的小规模商业部署（例如Agder、UNET和韩国电信）。这些经验表明，这些前景广阔的技术尚未成熟到足以进行大规模住宅部署，而且其成本远高于GPON。然而，随着光器件成本的降低和互操作性的提高，这些技术，特别是 WDM-PON，由于其相对于其他 PON 技术的显著优势（已在 GigaWAM、Sardana 和 Pieman 等各种研究项目中得到证明），将受到运营商的关注。.
XG
-PON（NG-PON1）将开始部署。它同样采用时分复用（TDM）技术，但线路速度比GPON更高。XG-PON1支持10 Gbps的下行速度（从中心局到用户）和2.5 Gbps的上行速度（从用户到中心局），而XG-PON2支持对称的10 Gbps，相比之下，GPON支持的下行速度为2.5 Gbps，上行速度为1.25 Gbps。XG-PON1是FTTH（光纤到户）中ONT（可选网络单元）的首选技术，而XG-PON2则是FTTB/C（光纤到楼/光纤到户）中MDU（多住户单元）的首选技术。
XG-PON1 标准基于与 GPON 相同的原理（下行光广播、上行 TDMA、用于 ONU 控制和管理的 OMCI 等），并在 ITU-T G.987 和 G.988 建议书中定义，于 2010 年最终确定。除了带宽之外，XG-PON1 与 GPON 的区别还在于波长、光功率预算（29 dB、31 dB 以及 33 和 35 dB）以及安全机制和节能方法方面的新改进 [4]。与 XG-PON1 不同，由于实现 10 Gbps 上行 TDMA 的复杂性，XG-PON2 标准尚未最终确定，预计要到 2012 年才能完成。.
目前存在多种光网络（ODN）架构，允许GPON和XG-PON共存[5]。为了实现这一点，XG-PON使用的波段（如G.987.1所定义）在上行链路和下行链路方向上均与GPON不同，如表1所示。射频视频广播业务的波长范围（1480–1560 nm）则继承自GPON。在光线路终端（OLT）侧，GPON和XG-PON这两个系统通过共存光滤波器（也称为“WDM1”）进行组合。另一方面，光网络单元（ONU）集成了波长阻断滤波器（WBF），如ITU-T G.984.5所规定。使用这些ONU的GPON部署将允许运营商逐步迁移到XG-PON（即逐个客户进行迁移），方法是将客户的GPON光网络终端（ONT）替换为XG-PON1 ONT，而不会中断或影响未迁移客户的服务。.
这些年来，GPON系统的传输距离也得到了显著提升。虽然这些提升尚未在当前的GPON部署中得到体现，但它们将在未来GPON和XG-PON的部署中得到应用。采用B+类光模块的GPON技术，其28 dB的光预算允许在分光比限制为1:16的情况下实现30公里的传输距离。通常情况下，部署中会考虑在20公里范围内使用32-64的分光比。更新的C+类光模块基于更高功率的发射机，并可选配更灵敏的接收机；这使得链路预算可以额外增加4 dB，从而实现更高的分光比或更远的传输距离。使用C+级光模块，分光比为64时，传输距离可达30公里。GPON扩展器在OLT和分光器之间配备PON再生器或有源光放大器，分光比为128时，传输距离可达60公里。ITU-T G.984.6标准定义了多种GPON扩展器的架构和接口，使其成为在农村或偏远地区提供固定宽带的理想选择，从而最大限度地减少运营商所需的交换机数量。.
XG-PON1是PON技术演进的必然下一步。尽管相关标准已经制定完成，并且已经进行了预商用系统试点，但商业部署要到2012年才会开始。这是因为该技术的成本高于GPON（尤其是XG-PON2，其部署预计非常有限），由于标准完善时间较短，互操作性较低，能耗也显著更高，而且GPON可以满足短期和中期带宽需求。然而，得益于ITU-T制定的逐步迁移方案，GPON和XG-PON将在未来几年内共存。.
-
PON（波分复用无源光网络）将成为主流，它采用波分复用（WDM）技术。这意味着每个光网络单元（ONU）接收一个波长（λ）。正交频分复用（OFDM）和码分复用（CDM）等新型调制格式也在NG-PON2、40G TDM-PON、混合TDM-WDM-PON等技术中进行研究；然而，WDM-PON在短期内是最有前景的技术。WDM-PON
所需的技术目前已经成熟，LG爱立信已利用其专有系统实现了小规模的商业部署。因此，要使这些技术适用于大规模部署，还需要进一步推进光器件的标准化并降低成本。 FSAN NGA2 组织已经开始了 WDM-PON 的标准化进程，尽管人们认为它要到 2013 年才能完全标准化，要到 2014-2015 年才能实现成本优化，从而开始大规模的商业部署。
WDM-PON 实际上比其他 PON 技术要简单得多，因为虽然它在物理层面上与 TDM-PON 保持了相同的点对多点架构，但在虚拟层面上，每个 ONU（光网络单元）都拥有专用的带宽。因此，我们可以将每个带宽逻辑地视为一个点对点信道，能够为每个用户提供专用且对称的速率，范围从 100 Mbps 到 10 Gbps。为了在单根光纤上实现无干扰传输，上行和下行方向使用不同的带宽。在 WDM-PON 中，上行和下行带宽可以通过 ONT（光网络终端）分配给用户或 FTTH 企业客户，也可以通过 MDU（多用户单元）由多个 FTTB/C 用户共享。
在接入网中使用 WDM-PON 技术相比 TDM-PON 技术具有显著优势：
- 由于信号无需时分复用，因此可以更轻松地为每个用户提供高且有保障的带宽——可以是不同的、对称的或非对称的、专用的，且不存在任何争用。-
由于比特率透明性以及易于添加或移除信道，因此具有很高的带宽可扩展性。-
由于光损耗更低，因此可以实现更远的传输距离和更高的分路倍数。-
更简化网络管理、运行和维护。-
由于用户之间的流量隔离，因此安全性更高。-
更容易创建具有信号解绑功能的开放式光网络，这使得多个运营商可以共享同一个物理接入网，就像目前基于铜缆的 xDSL 网络一样。-
更低的延迟，这与高带宽相结合，对于 LTE 移动回传等应用至关重要，并且还将改善在线游戏、云计算服务和统一通信等应用的用户体验。
在WDM-PON中，TDM-PON技术的ODN（光网络设计）并未完全保留，至少需要将GPON和XG-PON中使用的分路器/合路器替换为阵列波长光栅（AWG）复用器/解复用器。与分路器一样，AWG也是一种无源器件，可在宽温度范围内工作，因此适合集成到运营商中心局外的街边机柜中。分路器将光信号从中心局复制到所有输出端，并将功率分配给各个用户，而AWG则以极低的损耗将每个波长定向到其对应的ONU（光网络单元）。例如，1:64分路器的损耗约为20 dB，而AWG的损耗仅为8 dB左右。这样，节省下来的光预算可以用于降低光器件的规格，从而降低成本，或者用于提高分路比或传输距离。因此，WDM-PON 无需扩展器即可支持高达 85 公里的距离，使运营商能够整合接入网络中必要的有源设备，并显著减少交换机的数量。.
WDM-PON 的主要挑战在于如何使单个 ONU 能够在不同的 I 线上运行（无色 ONU）。ONU 能够调谐到任何 I 线对于提高制造和物流效率、降低安装成本和复杂性以及提供持续支持至关重要。根据上行链路（ONU 发送的信号）的配置方式，存在多种 WDM-PON 技术可以实现“无色 ONU”[6]：
- 远程预选。这是 LG-Ericsson 采用的解决方案。宽带光源 (BLS) 在 OLT 处远程生成，并经 AWG 滤波后到达 ONU，形成特定波长的光，为 ONU 上的调制器件（RSOA、REAM、IL-FPLD）供电。这是最成熟、最经济的技术，每个 PON 最多可支持 32 个 ONU（即 32 倍分频系数），传输距离可达 40 公里，传输速度可达 1 Gbps。-
复用。每个下行链路的部分能量被复用以调制上行链路，从而消除了与 BLS 相关的成本，并提高了载波质量和频谱效率。这项技术仍需进一步研究，未来每个 PON 最多可支持 96 个 ONU，传输距离可达 50 公里，传输速度可达 2.5 Gbps。-
调谐。这是目前长距离和城域DWDM系统所使用的技术，但目前成本过高，难以普及。在这种情况下，上行链路在ONU本地生成。它是性能最高的技术：每个PON最多可支持96个ONU，传输距离可达85公里，容量高达10 Gbps。
参考文献
[1] “什么是……GPON（千兆无源光网络）”。Ramón Jesús Millán Tejedor，BIT 第 166 期，COIT & AEIT，2007 年 12 月，第 63-67 页。[www.coit.es/publicaciones/bit/bit166/63-67.pdf]。
[2] “什么是 ADSL、ADSL2、ADSL2+ 和 VDSL2？”。Ramón Jesús Millán Tejedor，Monografias.com，第 62 期，2007 年。[http://www.ramonmillan.com/tutoriales/vdsl2.php
]。
[
3] “FTTB 和 VDSL2……铜缆还有很长的使用寿命”。Ramón Jesús Millán Tejedor，DINTEL 安全与信息技术公报，2009 年 3 月 24 日。[www.
]
“技术助力下一代 10G PON 网络”。Allard van der Horst，《Lightwave》，2010 年 4 月，第 17-21 页。[http://online.qmags.com/LW0410/Default.aspx]
[5] “通过下一代固定接入网络塑造宽带的未来”。Michael Gronovius，《Lightwave》，2011 年 9/10 月，第 17-22 页。[http://online.qmags.com/LW0911/Default.aspx
]
[
6] “确保您的光纤接入的未来”。爱立信论文，2011 年 5 月。[archive.ericsson.net/service/internet/picov/get?DocNo=44/28701-FGD101040&Lang=
=EN&HighestFree=Y]。
作者：Ramón Millán / 电信工程师。
