技术干货：“千兆宽带”提升的，其实不仅仅是带宽！

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。

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）。

图2：PON系统中的物理设备

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EPON vs 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。

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。

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。

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.