作者：赵峻
随着互联网的持续快速发展，视频会议、实时游戏、IPTV等高带宽应用不断涌现，尤其是HDTV等视频业务，对网络接入带宽提出了更高的要求。基于铜线的接入网络已经捉襟见肘，而光纤接入方式则以其巨大的带宽优势逐渐获得全球各大运营商的青睐，尤其是无源光网络（PON）技术，以其纯介质网络特性获得越来越广泛的认可及部署。
但是，PON拥有一个庞大的技术族群，谁将成为下一代光接入网的主流技术？
TDMA-PON恐怕难当重任
从1998年ITU-T发布基于ATM的无源光网络（APON）技术以来，ITU-T和IEEE又先后发布了宽带无源光网络（BPON）、基于以太网的无源光网络（EPON）和G比特接入能力的无源光网络（GPON）等一系列技术标准，可以看出，PON技术的开发主线一直沿着基于TDMA的带宽共享方式发展。
TDMA-PON技术在上行方向采用时分多址技术，由于各ONU到OLT之间的距离不等，为了避免多个ONU设备发送的数据在OLT接收器上发生冲突，因此必须引入测距技术和突发控制技术；同时，为了保证OLT能够正确地接收来自各ONU的突发数据信号，还需要引入实现快速光检测的突发光接收器件，以及能够快速恢复时钟信号的突发时钟数据恢复（BCDR）器件。
虽然TDMA-PON具有成本较低的优点，但在扩展更高带宽时，基于电的高速突发接收技术实现起来十分困难，不仅需要增加复杂的带宽管理算法，同时也在时钟同步、快速光信号检测方面，对半导体和光电子行业提出了苛刻的要求。
此外，TDMA-PON技术还存在不少问题：网络体系安全性脆弱，很容易受到“流氓”ONT的干扰而全部中断，只有在用户“循规蹈矩”时才能可靠运行；相对于独享网络，共享式网络的信息安全性比较差，需要投入相当大的精力开发安全算法；光纤断纤定位困难，光网络故障定位设备OTDR不能直接使用。
因此，对安全性要求较高的商业客户，普遍选择基于网络独享的P2P技术（如FE、GE、10GE、SDH），只有那些对安全性要求不是很高，又要求提供高带宽、高QoS的多业务的高价值用户，才会选择TDMA-PON技术。
可见，目前流行的TDMA-PON，由于技术和安全性等方面存在的诸多缺陷， 基于TDMA的PON技术无法在下一代光接入网络中继续占据主导地位
新的PON技术层出不穷
无源光网络技术在最近几年得到了飞速发展，除了TDMA-PON之外，按照上行方向多址接入技术进行划分，已经派生出更多更新的PON技术。
- WDMA-PON（波分多址无源光网络，简称WDM-PON）：上行方向采用CWDM或DWDM技术，每个用户独享一个波长的带宽，以ITU-T规定的0.8nm为例，用户最大可用带宽可以达到100G；尽管各ONU到OLT之间的距离不等，但由于波长之间严格正交，因此不需要引入复杂的上行带宽控制协议和时钟同步技术。在WDMA-PON方式下，用户独享一个波长资源，但由于波长资源有限，而且波长资源分配方案复杂，因此难于实现大容量用户的灵活接入。
- OCDMA-PON（光码分多址无源光网络）：上行方向采用光码分多址技术，每个用户分配一个码字，用户数据在OLT通过该指定的码字调制后发送到ONT，ONT采用同样的码字进行数据解调，所有操作均在光域完成，不需要复杂的控制协议和时钟同步技术。由于不同的ONU数据采用不同的码字调制，因此信息的安全性非常高，用户接入方式也很灵活。
- HPON （混合无源光网络，Hybrid PON）：HPON是上面几种PON技术的混合技术，目前特指WDM-PON与TDMA-PON的混合。HON技术在单根光纤上提供成对WDM通道，并且在每对WDM通道上仍然采用TDMA-PON技术接入用户。然而，该技术事实上无法解决运营商和用户关注的安全性、网络升级、用户接入的灵活性等问题，属于一种过渡性技术。
严格来说，WDM-PON并不是一种新技术，贝尔实验室早在1994年的RiteNet项目中就已提出，只是由于光纤和光器件的成本原因而没有获得推广。因此，相对于TDMA-PON技术，WDM-PON技术能够重用目前骨干网络的密集波分技术，因而显得更加成熟。相对来看，OCDMA-PON才是一种新兴技术，但追溯其发展历史，OCDMA-PON与其姊妹技术无线CDMA技术一样，都是从军用逐渐转向民用。由于OCDMA-PON以其出色的网络安全性和信息安全性，必将在未来光接入领域占据重要地位。
此外，目前见诸论文的PON技术还有COF-PON（CDMA over Fiber PON），不是严格意义的OCDMA-PON，其主要工作原理在于发送端直接将采用CDMA技术编码的数据通过光电转换在光纤上传输，在接收端直接电光转换后的数据直接进行CDMA解码。COF-PON，与OCDMA-PON相比，虽然其实现简单，而且传输距离能够比现有的TDMA-PON，甚至欧盟正在研究的XL-PON和PIEMAN的Super-PON更大，但是由于CMDA技术实际上是一种以速率换取MAI性能的扩频技术，所以COF-PON能够提供单用户带宽十分有限——论文报告的最高速率是62.5 Mbps
谁将成为下一代光接入网的选择？
在光接入网络的建设过程中，越来越多的运营商将关注的重点转向贯穿整个网络生存周期的运营支出。由于无源光网络技术没有室外有源设备，是一种典型的纯介质网络，即使其资本支出相对于P2P和铜线接入要高，但还是被运营商认为是未来光接入技术的发展趋势。然而，在下一代光接入技术需求方面，用户和运营商的需求有时并不完全吻合，各自有不同的关键要求，如表1所示。
混合无源光网络能够提供高达512的分支比，但由于单波长采用的仍是TDMA技术，因此网络安全问题和信息安全问题仍未解决。
为了满足运营商和用户的需求，PON技术可以沿着两个方向发展：第一个是单波长大带宽趋势，如10Gbps，这需要整个产业链同步升级，实现难度较大；另一个是网络向多波长发展，从CWDM 16波和DWDM 32波，发展到64波，甚至128波或更多。但是，通道间串扰的瓶颈将直接引发一系列问题，尤其是当波长数目到达某个阀值后，波长数目的线性增加会引起成本的指数级增长。因此单纯的WDM-PON无法在合适的性价比上满足运营商和用户的需求。
由此看来，单纯地采用一种PON技术，很难同时满足运营商和客户的需求。
换个思路，能不能结合某两种或多种PON技术作为NG-OAN的基础技术，满足运营商和客户的需求呢？事实上，WDM-PON + OCDMA-PON（简称W-C-PON）就是一种理想的组合，如图1所示。在这种组合中，WDM技术实现用户的大带宽传输，结合OCDMA灵活、安全以及大容量用户接入的特点，实现最终用户的接入。W-C-PON提供用户所需的随机安全接入，并满足了运营商在单根光纤上接入不少于512个用户的需求。
W-C-PON组合的大部分处理过程都是在光域进行的，关键设备基本上都是无源的，可以作到免维护或少维护，学习曲线良好。而且OTDR技术可以无缝地应用到W-C-PON网络，提供准确的光纤断点定位，进一步简化了网络的维护操作。尽管W-C-PON网络属于P2MP物理体系架构，但它却具有P2P逻辑体系，因此传统的带宽控制方法即可满足运营商对用户带宽的控制需求。
目前OCDMA-PON技术尚处于实验室阶段，但由于它具有向客户提供高带宽的能力，以及灵活的接入能力，因而获得了运营商的广泛认可。事实上，由WDM-PON与OCDMA-PON相结合的NG-OAN 技术（W-C-PON），正是未来有线接入的重要组合方式和发展方向。
综上所述：TDMA-PON在体系上的先天不足，决定了它不能够满足未来发展的需求；WDM-PON技术在波长资源可获得性方面的限制，导致它不能满足高分支比的需求；而W-C-PON组合技术，符合运营商和客户的双重需求，是未来光接入网的演进方向
技术路线
尽管W-C-PON符合运营商和客户的双重需求，代表者未来光接入网的演进方向，但在光电技术发展尚不能保证OCDMA-PON走出实验室、WDM-PON关键器件成本大幅下降的今天，TDMA-PON或者HPON（Hybrid PON）将在一段时间内成为提供FTTH的主流技术。基于以太网的EPON，尤其是通过协议修改增强其安全性和互通性后的EPON，在亚太地区——主要是东亚地区，将在较长时间内占据主导位置；而在欧洲和北美，则由于运营商对GPON的偏爱以及对运营支出降低的持续追求，未来将在一段时间内以HPON（WDM+GPON）为主，但短期以GPON为主。因此，纵观光接入技术的发展，结合现阶段的技术发展水平和对未来发展趋势的基本判断，我们认为光接入技术将沿着图2所示的技术发展路线不断演进。
表1: 运营商和用户的关键要求
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走出下一代光接入网的技术迷局
