技术干货：“千兆宽带”好在哪？原理是什么？ - OFweek光通讯网

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技术干货：“千兆宽带”好在哪？原理是什么？

2020-09-03 10:44

来源：C114通信网

概述

最近的十几年间，受益于通信技术的发展和运营商在网络基础设施的巨大投入，家庭固网经历了几轮的迭代升级，仅在“带宽”（传输速率）这一个参数上，从最初的64Kbps（ADSL电话线拨号上网），到几兆，几十兆，以及现在已经普遍达到的一两百兆，甚至从2019年下半年起逐渐走向千兆时代。但不为众人所知的是，家庭固网在迭代升级的过程中，除了带宽以外，还有其它几个重要（会显著影响用户体验）的参数也同步进行了优化提升。

本文将重点介绍“千兆宽带”好在哪，并分析“千兆宽带”在时延、抖动、误码率等性能参数上的提升原理。

“千兆宽带”好在哪？

1、家庭宽带接入网长什么样？

PON是英语Passive Optical Network的首字母缩写，译为无源光网络，“无源”指ODN（光分配网络）不含有电源，无需供电，ODN全部由光分路器Splitter（实际上为玻璃器件）组成。

技术干货：“千兆宽带”好在哪？原理是什么？

图1：PON的体系结构［1］

运营商在PON系统建设时，一般在用户数达几千上万户的一个社区，建设一个PON系统，部署一台OLT、几百台光分路器Splitter、一户一台ONU（俗称光猫）。

技术干货：“千兆宽带”好在哪？原理是什么？

图2：PON系统中的物理设备

技术干货：“千兆宽带”好在哪？原理是什么？

图3：分路器Splitter及内部结构［2］

PON系统上下行数据传输在同一根光纤中的不同波长上，单芯“皮光纤”即可实现光纤入户，无需使用双纤芯的光缆。当前主流的PON系统包括GPON和EPON，它们有相同的上下行波长，即中心波长为1310nm和1490nm。而“千兆宽带”普遍采用新一代的是10G－PON系统，它的上下行波长在1270nm和1577nm左右［3］。因此，两代PON系统之间，可以通过波分复用器件共存在同一个ODN上，带宽升级不影响原有业务。正是由于这个原因，运营商在实现小区“千兆宽带”覆盖时，并不需要重新在小区地下管道和楼道弱电井施工，仅需更换OLT上的一两个XG－PON板卡，在几分钟的时间内即可实现“千兆宽带入小区”的建设施工。

图4：千兆小区

值得一提的是，中国移动家庭固网普遍采用GPON进行家庭接入，网上关于GPON与EPON比较的文章已经很多了，笔者不在此赘述，请读者自行百度：详细分析EPONvs GPON哪种更好？由此看来“装千兆宽带，就选中国移动”，还是很有道理的。

下面用某地市的真实网络拓扑图，结束本小节的介绍：

图5：家庭宽带端到端拓扑图

2、传输资源是怎么分的？

在本节开始之前，有一点需要提前说明：家庭宽带不是专线，传输资源是“竞争共享”的。我们平时讲的“我开了100M的宽带”指的是：你家里的宽带“最大可用带宽”是100M，同小区的人都不用网，仅你自己用网时，顶多用到100M的传输速率。很自然地，大家就会问：大家都用网时，我实得带宽是多少？本节就来解答这个疑惑。

以性能相对较好的GPON系统为例， OLT的一个PON端口的下行传输速率是2．5Gbps，上行传输速率为1．25Gbps，分光比最高可达1：128［4］，其中分光比可以简单理解为：有多少ONU（光猫）竞争这下行2．5G和上行1．25G的传输资源。显然，分光比1：N中N越小，用户分得的传输资源越多，实得带宽越大，体验越好。

在“百兆时代”运营商的真实网络中，分光比一般为1：64［4］（第一级分光8＊第二级分光8），户均实得带宽＝2．5Gbps／64＝39Mbps，这是竞争最激烈、最极端时的情况。一般情况下，这64户不可能同时都这么“忙”，一般符合“泊松分布”统计模型，所以实得带宽基本上都能达到签约的百兆。

但正是因为这种“竞争共享”机制，导致用户实得带宽是不稳定的，抖动较大，时延时大时小，误码率也不稳定。对于一些时延敏感型业务，业务体验在晚上8点左右的用网高峰期就会下降。这就是出现“家里的网，白天好好的，晚上8点比较卡”现象的一个重要原因（但这不是全部原因，晚上下班时间，家里和邻居家里的Wi－Fi设备增多，向空间中收发数据量增大，出现严重的Wi－Fi资源竞争，导致Wi－Fi丢包率高，是另一个重要原因，这也就是为什么说中国移动千兆宽带与全家WiFi业务是“黄金搭档”）。

3、“千兆宽带”怎么提升了网络品质？

正如上一节所述，让用户获得更大的实得带宽、减小时延、减小抖动、降低误码率，全面提升网络品质，主要有两个重要途径：1）提高一个PON端口传输容量；2）减小分光比1：N中的N。“千兆宽带”正是围绕这两点，进行了PON系统升级改造。

如在某运营商现网中，有三种支持千兆宽带接入的PON系统，在资管系统以“可接入带宽”进行标识为：1000a／1000b／1000c。

技术干货：“千兆宽带”好在哪？原理是什么？

从上表可以看出，“千兆宽带”一方面提升了OLT系统的传输容量；另一方面限制了OLT单PON口接入客户数，最大只允许6个用户参与资源竞争，并且在接入数超过2个后就会预警扩容。

就拿上一节讨论过的“竞争最激烈、最极端时的情况”为例，仅就“下行带宽”这一个参数而言，“千兆宽带”1000a为10Gbps／64＝156Mbps，较“百兆宽带”（39Mbps，见上一节）提升了400％；“千兆宽带”1000b和1000c为1Gbps／6＝167Mbps，较“百兆宽带”提升了428％。

除此之外，“千兆宽带”在时延、抖动、误码率等性能参数上，较“百兆宽带”有显著提升。从参考文献［5］这个篇SCI论文中的数据（下图）可以看出，误码率BER与单PON口下ONU数成反比，由于“千兆宽带”严格地控制了单PON口接入客户数（即ONU数），“千兆宽带”较“百兆宽带”将成倍地降低误码率，显著减少用户数据“丢包重传”的概率，进而降低用户的时延和抖动，提升游戏等时延敏感型业务的体验。

技术干货：“千兆宽带”好在哪？原理是什么？

图6：接入ONU数与误码率BER的关系［5］

4、“千兆宽带”的黄金搭档

在文章的第二小节提到了空间中Wi－Fi资源竞争导致的Wi－Fi丢包率高，是影响家庭网络体验的一个重要原因，而仅靠“千兆宽带”是无法解决该问题的，还需“千兆宽带”的黄金搭档—中国移动全家WiFi业务。

中国移动全家WiFi通过双千兆路由器，提供有线千兆＋无线（Wi－Fi）千兆的家庭内网覆盖能力，解决千兆到PC、千兆到手机的最后十来米的问题。中国移动全家WiFi业务针对房屋面积、户型、墙体结构和周围Wi－Fi的情况，提供个性化的组网方案设计，同时优化同频干扰和临频干扰的影响，保证用户获得真正的千兆体验。除此之外，随着Wi－Fi6设备的普及，中国移动全家WiFi业务还将提供Wi－Fi网络的差异化服务能力，基于OFDMA信道切片技术，动态为关键用户和应用分配独占的专用子载波资源，根据服务等级将业务调度在不同的Wi－Fi子载波上，从而实现在任何时间上“用户和应用”不必排队等待，不必因竞争Wi－Fi空口资源而丢包，为用户在游戏、云VR期间带去高品质网络体验。

技术干货：“千兆宽带”好在哪？原理是什么？

图7：“千兆宽带”的黄金搭档—中国移动全家WiFi业务

5、“千兆宽带”引领未来

2019年世界移动大会期间，各运营商和设备商达成共识，宣布固定网络向Fifth Generation Fixed Network （F5G）发展演进，2020年2月26日欧洲电信标准协会（ETSI）成立了一个新工作组，专门负责制定第五代固定网络标准（ETSI ISG F5G）。从相关的业界动态可以看出，以10G－PON和Wi－Fi6为技术硬核的“千兆宽带”，符合F5G的演进方向，未来，则可能是50G PON和“全光连接”为技术硬核的“万兆时代”。当前，“千兆宽带”正与5G移动通信协同联动，共同实现网络的体验升级。

综上所述，“千兆宽带”好在哪？它不仅仅好在上下行传输速率的成倍提升，它还好在时延、抖动、误码率等性能参数上的全面优化，非常适用于对家庭宽带有更高品质要求的用户。

参考文献：

［1］ Yadav R． Passive optical network （PON） based converged access network［J］． IEEE／OSA Journal of Optical Communications and Networking， 2012， 4（11）：B124－B130．

［2］ Fibre Optic Splitters

［3］下一代PON 技术，周小平，华为技术有限公司．

［4］ Lee J Y， Hwang I S， Nikoukar A A， et al． Comprehensive performance assessment of bipartition upstream bandwidth assignment schemes in GPON［J］． IEEE／OSA Journal of Optical Communications and Networking， 2013， 5（11）： 1285－1295．

［5］ Yan， Jhih－Heng， et al．＂An experimental demonstration for carrier reused bidirectional PON system with adaptive modulation DDO－OFDM downstream and QPSK upstream signals．＂ Optics express 21．23 （2013）： 28154－28166．

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