50G PON應(yīng)用展望

  隨著千兆光網(wǎng)絡(luò)的逐步建設(shè)和普及，基于10G PON技術(shù)的千兆光接入網(wǎng)部署速度加快。10G PON網(wǎng)絡(luò)具備更高帶寬、融合共存、平滑升級(jí)等特點(diǎn)，同時(shí)具備向下一代PON可持續(xù)演進(jìn)的能力。在下一代PON技術(shù)布局上，業(yè)界已經(jīng)普遍認(rèn)可將下一代光接入網(wǎng)帶寬提升至50Gbps。ITU/FSAN在考慮了家庭用戶、企業(yè)用戶、移動(dòng)前傳/后傳等場(chǎng)景需求情況下，形成了對(duì)下一代PON的技術(shù)需求，聚焦單通道速率為50Gbps的50G PON技術(shù)。

  50G PON技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展

  2018年，ITU/FSAN啟動(dòng)了基于單波長(zhǎng)50G PON標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，命名為G.HSP（G.Higher Speed PON）。

  2019年，50G PON的總體需求G.9804.1發(fā)布，明確了單波長(zhǎng)TDM PON架構(gòu)，以及上下行速率組合，此外，50G PON需要滿足與10G PON以及存量ODN的共存平滑演進(jìn)。

  2021年，ITU-T 50G PON系列標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布，系列標(biāo)準(zhǔn)包括：總體需求標(biāo)準(zhǔn)修訂G.9804.1 Amd1、通用協(xié)議層標(biāo)準(zhǔn)G.9804.2，以及物理層標(biāo)準(zhǔn)G.9804.3。這標(biāo)志著50G PON已經(jīng)完成基礎(chǔ)功能的標(biāo)準(zhǔn)化，為下一步的產(chǎn)品研發(fā)和解決方案落地驗(yàn)證奠定了基礎(chǔ)。

  50G PON技術(shù)特點(diǎn)

  50G PON采用單纖雙向傳輸，下行TDM時(shí)分復(fù)用，上行TDMA時(shí)分多址接入，實(shí)現(xiàn)OLT和ONU之間的點(diǎn)到多點(diǎn)通信。其關(guān)鍵技術(shù)包括波長(zhǎng)選擇、線路編碼、線路速率、FEC糾錯(cuò)技術(shù)、Common TC（Transmission Convergence）技術(shù)、PHY層器件等方面。50G PON標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)于10G PON提供4倍以上的接入帶寬、更好的業(yè)務(wù)支持能力（大帶寬、低時(shí)延、低抖動(dòng)）、網(wǎng)絡(luò)保護(hù)/安全，以及支持10G PON的共存和平滑演進(jìn)，并盡可能兼容已有的ODN網(wǎng)絡(luò)。

  · 線路速率

  ITU-T已經(jīng)明確50G-PON速率要求，支持對(duì)稱、非對(duì)稱不同速率組合；下行1個(gè)速率，上行速率有4種線路速率可選。

  · FEC糾錯(cuò)技術(shù)

  50G PON線路速率提高后，接收機(jī)靈敏度下降，需要提高收發(fā)機(jī)性能才能重用已經(jīng)大量部署的ODN網(wǎng)絡(luò)。為了降低高速光器件指標(biāo)要求，50G PON引入LDPC（Low Density Parity Check，低密度奇偶校驗(yàn)）編解碼方案進(jìn)行FEC的前向糾錯(cuò)。

  · Common TC技術(shù)

  為了更好地支持低時(shí)延，50G PON主要通過(guò)專用激活波長(zhǎng)（DAW）、CoDBA和減小分配周期等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)低時(shí)延。通過(guò)專用激活波長(zhǎng)技術(shù)，避免了在50G PON上行波長(zhǎng)上開(kāi)放安靜窗口，取消了因安靜窗口帶來(lái)的時(shí)延；CoDBA協(xié)作DBA，OLT通過(guò)上層設(shè)備獲知ONU的上行業(yè)務(wù)發(fā)送需求，提前將帶寬分配給ONU，使得業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在ONU的緩存時(shí)間盡量少；每個(gè)T-CONT在125μs周期內(nèi)可以配置多個(gè)突發(fā)幀，減小ONU獲得帶寬分配的時(shí)間間隔，從而降低業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在ONU的緩存時(shí)間。

  · PHY層器件

  50G PON PHY層器件主要包括光發(fā)射組件、光接收組件、激光器驅(qū)動(dòng)器LDD，突發(fā)TIA以及時(shí)鐘恢復(fù)芯片CDR等關(guān)鍵光電器件。OLT光發(fā)射器件可采用EML（Electro-absorption Modulated Laser）、集成SOA（Semiconductor Optical Amplifier）EML器件等，光接收器件可采用APD（Avalanche Photodiode）、集成SOA PIN器件，ONU驅(qū)動(dòng)器需要支持突發(fā)功能，接收不需要突發(fā)時(shí)鐘恢復(fù)BCDR，OLT接收需要突發(fā)模式的時(shí)鐘恢復(fù)。高速光信號(hào)的傳輸損傷需要采用專用的DSP進(jìn)行補(bǔ)償恢復(fù)。

  50G PON應(yīng)用場(chǎng)景

  50G PON是接入網(wǎng)能力的全面提升，實(shí)現(xiàn)了大帶寬、低時(shí)延保障和通道化能力的全面提升，是面向多應(yīng)用場(chǎng)景、具備差異化承載能力的新型接入底座（見(jiàn)圖1）。

  · 家庭超高寬帶業(yè)務(wù)接入

  家庭業(yè)務(wù)流量持續(xù)增長(zhǎng)，同時(shí)用戶更加追求業(yè)務(wù)體驗(yàn)，對(duì)寬帶業(yè)務(wù)接入的帶寬、時(shí)延都提出了更高的要求；云VR、云辦公、在線游戲、在線教育及智慧家庭等業(yè)務(wù)層出不窮，如云VR/游戲，追求沉浸式業(yè)務(wù)體驗(yàn)，是典型的大帶寬（200Mbps~4Gbps）、低時(shí)延（10~5ms）業(yè)務(wù)，50G PON提出的多種低時(shí)延解決方案，能夠滿足此類(lèi)業(yè)務(wù)的需求。

  · 高質(zhì)量的企業(yè)/園區(qū)信息化建設(shè)

  50G PON可以提供接近50Gbps的接入帶寬，可以廣泛用于企業(yè)專線接入、園區(qū)網(wǎng)/校園網(wǎng)的信息化建設(shè)，構(gòu)建一根光纖、一個(gè)網(wǎng)絡(luò)即可滿足所有業(yè)務(wù)接入需求。50G PON具備增強(qiáng)的低時(shí)延、通道化保障能力，可以為企業(yè)、工業(yè)智能化領(lǐng)域提供低時(shí)延、確定性的接入網(wǎng)絡(luò)能力，助力企業(yè)信息化轉(zhuǎn)型。

  · 移動(dòng)承載/Wi-Fi回傳的新選擇

  50G PON移動(dòng)承載（基站的回傳、中傳）在功耗、尺寸、成本方面具備優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)100μs時(shí)延，滿足移動(dòng)對(duì)回傳網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)指標(biāo)要求。隨著Wi-Fi 6的普及，Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)由百兆向千兆覆蓋快速演進(jìn)，新一代Wi-Fi 7也將很快進(jìn)入商用，帶寬及性能得到進(jìn)一步的提升。Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，對(duì)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的回傳接入也提出更高的要求，50G PON的大帶寬，可以提供接近50Gbps的對(duì)稱帶寬，契合Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)高速回傳的需求。

圖1   50G PON應(yīng)用全場(chǎng)景

  隨著50G PON系列標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)鏈也在逐漸成熟。中興通訊在2022年發(fā)布了業(yè)界首款支持50G PON和Wi-Fi 7的ONU原型機(jī)。未來(lái)在國(guó)家大力推動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)新基建的大背景下，50G PON將會(huì)在全業(yè)務(wù)場(chǎng)景中得到廣泛應(yīng)用，成為數(shù)字經(jīng)濟(jì)的新底座。

  作者：中興通訊 陳偉