Dell 'Oro：50G PON進(jìn)一步邁向部署

  2022年，隨著服務(wù)供應(yīng)商推進(jìn)重大網(wǎng)絡(luò)升級和擴(kuò)展，全球?qū)拵еС鰟?chuàng)歷史新高。這些投資的重點(diǎn)大都集中于擴(kuò)大商業(yè)和家庭服務(wù)的光纖覆蓋范圍，以最終取代舊的同軸Cable和數(shù)字用戶線（DSL）網(wǎng)絡(luò)。

  網(wǎng)絡(luò)升級主要包括PON技術(shù)方面的投資，可通過單個OLT端口提供10Gbps帶寬，帶寬由數(shù)十名用戶共享。短期目標(biāo)是能夠?yàn)槊總€家庭用戶提供一致的對稱1-5Gbps帶寬。對網(wǎng)速的關(guān)注推動了10Gbps技術(shù)的投資大幅增長，包括10G EPON、XG-PON和XGS-PON。從2020年到2022年，支持10Gbps技術(shù)的OLT平臺和ONT的支出增長了308%（圖1）。

圖1：全球支持10Gbps的PON設(shè)備收入

  雖然這些技術(shù)能在未來5年為大多數(shù)運(yùn)營商提供良好的服務(wù)，但越來越多市場的運(yùn)營商仍希望確保他們今天在擴(kuò)展光纖網(wǎng)絡(luò)和光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN）方面的大量投資能得到回報，并希望能有一張技術(shù)路線圖，使他們不僅在網(wǎng)速和時延方面領(lǐng)先于友商，而且還能實(shí)現(xiàn)多個架構(gòu)目標(biāo)，包括使用相同的技術(shù)和ODN提供家庭和企業(yè)服務(wù)，合并接入和匯聚網(wǎng)絡(luò)以減少網(wǎng)絡(luò)平臺的總數(shù)，通過多種PON技術(shù)并存簡化升級路徑，以及提供批發(fā)移動回傳服務(wù)等。

  目前，帶寬需求仍在不斷增長，據(jù)國際電信聯(lián)盟（ITU）估計(jì)，2015至2021年，全球帶寬消費(fèi)以50%的年均復(fù)合增長率（CAGR）增長，從2020年的719 Tbps上升至932 Tbps。隨著政府和運(yùn)營商專注于擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，以連接更多的家庭和企業(yè)，以及虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和在線游戲等應(yīng)用的發(fā)展，未來幾年內(nèi)帶寬消耗無疑將繼續(xù)加速。

  對于一些面臨激烈競爭的運(yùn)營商來說，25G PON可能是一個選擇，因?yàn)槎唐趦?nèi)對10Gbps以上帶寬的需求以及通過單個ODN滿足家庭和商業(yè)客戶的需求，迫使他們必須在未來1-2年內(nèi)采取行動，但會面臨長期演進(jìn)挑戰(zhàn)。

  與此同時，運(yùn)營商和設(shè)備供應(yīng)商希望加快產(chǎn)品的可用性，以便它們能夠接受任何新技術(shù)所需的嚴(yán)格測試和認(rèn)證，這推動了ITU-T的50G PON標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的原型平臺和組件繼續(xù)迅速發(fā)展。在定義物理層參數(shù)、時延要求和前向糾錯（FEC）等方面，ITU-T已經(jīng)作出了巨大貢獻(xiàn)。

  主流運(yùn)營商，包括中國移動、中國電信、中國聯(lián)通、Globe、Orange、STC、瑞士電信、西班牙電信、馬來西亞電信和Turkcell等，已經(jīng)對50G PON原型設(shè)備進(jìn)行了早期的實(shí)驗(yàn)室測試，或者將這項(xiàng)技術(shù)作為他們的下一步選擇。其他運(yùn)營商目前仍重點(diǎn)著眼于推出XGS-PON，但也在關(guān)注50G PON標(biāo)準(zhǔn)化過程，以便做出相關(guān)正式承諾。

  此外，運(yùn)營商希望確定功率預(yù)算要求和色散補(bǔ)償以及數(shù)字信號處理器（DSP）的使用不會改變現(xiàn)有的ODN，因此系統(tǒng)供應(yīng)商希望產(chǎn)品快速上市，這也推動了組件生態(tài)系統(tǒng)的快速發(fā)展。

  最新進(jìn)展

  2022年9月，在ITU-T第15研究小組全體會議上，宣布了50G PON演進(jìn)的一些重大步驟。其中最重要的一點(diǎn)是就ITU定義的全部三種PON技術(shù)（50G PON、XGS-PON和GPON）在單張ODN網(wǎng)絡(luò)上共存的細(xì)節(jié)達(dá)成了共識。此前，GPON和XGS-PON共存一直沒有定義，這也意味著當(dāng)時運(yùn)營商在開始部署50G PON之前必須將GPON網(wǎng)絡(luò)升級至XGS-PON。

  隨著G.9804.1標(biāo)準(zhǔn)在現(xiàn)有的1260-1280和1290-1310頻段中間增加第三個上行波長頻段(1284-1288nm)，50G PON、XGS-PON和GPON現(xiàn)在可以在同一張ODN網(wǎng)絡(luò)上共存。此外，現(xiàn)在還可以使用50G PON+XGS-PON、50G PON+GPON甚至50G PON+XGS-PON+GPON三模共存來實(shí)現(xiàn)Combo PON部署。

  支持三模共存和Combo PON部署作為補(bǔ)充非常關(guān)鍵，因?yàn)檫\(yùn)營商一再表示，他們不想在向新技術(shù)演進(jìn)時中斷ODN網(wǎng)絡(luò)。此外，運(yùn)營商預(yù)計(jì)將通過使用Combo PON向50G PON過渡，這樣既利用了局端現(xiàn)有空間，無需改動ODN網(wǎng)絡(luò)，又不需要使用波分復(fù)用設(shè)備，避免了光功率損耗。

  挑戰(zhàn)依舊

  與如今的10Gbps技術(shù)相比，50G PON在帶寬可用性和時延方面取得了顯著改進(jìn)。然而，它在帶來好處的同時也面臨著一些挑戰(zhàn)，其中最大的技術(shù)挑戰(zhàn)在物理層。具體來說，50G PON系統(tǒng)所需的光功率預(yù)算、色散代價和碼間干擾（ISI）都存在潛在風(fēng)險。隨著帶寬的增加，整體性能通常會下降，尤其是當(dāng)現(xiàn)有ODN需支持定義32dB功率預(yù)算時，風(fēng)險更大。數(shù)字信號處理（DSP）技術(shù)的使用可以減少或徹底解決這些物理層問題。然而，以前的PON技術(shù)并未采用DSP技術(shù)，因此運(yùn)營商希望對該技術(shù)進(jìn)行仔細(xì)測試，并確保OLT端口和ONT之間的點(diǎn)對多點(diǎn)通信按預(yù)期無誤進(jìn)行。DSP尤其有助于降低色散和帶寬限制代價，并確保更高效地支持低帶寬的GPON和XGS-PON ONT。

  目前，50G原型機(jī)的帶寬是不對稱的，下行提供50G帶寬，上行提供25G或12.5G帶寬。盡管系統(tǒng)供應(yīng)商正在研究提供一致、對稱速率帶寬的最佳選擇，并已經(jīng)使用半導(dǎo)體光放大器（SOA）和基于FPGA的DSP交付了一些原型機(jī)，但實(shí)際上ITU-T第15研究小組早在2022年9月就同意進(jìn)一步研究提供對稱速率帶寬的可能性。顯然，運(yùn)營商更希望盡早使用對稱帶寬。但是，在上行技術(shù)和組件實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化并應(yīng)用于OLT和ONT之前，急劇增長的下行帶寬和宣傳網(wǎng)速對用戶來說應(yīng)該已經(jīng)綽綽有余了。

  機(jī)遇不斷

  盡管處于早期，但Dell'Oro Group認(rèn)為，從2023年到2027年，50G PON設(shè)備總收入將從不到300萬美元增長至15億美元。隨著運(yùn)營商們開始推動其10G PON網(wǎng)絡(luò)向下一代技術(shù)演進(jìn)，從2027年起這一收入增長將更加明顯（如圖2）。

  除了能夠預(yù)測VR、AR、在線游戲、視頻會議和8k視頻等消費(fèi)類應(yīng)用的未來帶寬增長需求之外，50G PON還能幫助運(yùn)營商解決商業(yè)服務(wù)問題。具體來說，50G PON允許運(yùn)營商提供四個10G以太網(wǎng)連接，可分開支持多項(xiàng)業(yè)務(wù)。此外，50G PON是部署無源光局域網(wǎng)（POL）的理想選擇，可支持光纖延伸至桌面。同時，與傳統(tǒng)點(diǎn)對點(diǎn)以太網(wǎng)架構(gòu)相比，基于50G PON的POL功耗更低、節(jié)省機(jī)架空間且無需專門散熱。

圖2：全球50G PON設(shè)備收入

  同樣，50G PON在公共Wi-Fi熱點(diǎn)和無線LAN專網(wǎng)回傳中也有應(yīng)用，隨著Wi-Fi 6E和Wi-Fi 7的可用和部署，這兩種回傳場景的帶寬都將大幅增長。Wi-Fi 6E允許單個用戶突發(fā)速率達(dá)到9.6Gbps，而Wi-Fi 7則將吞吐量翻了四倍，達(dá)到近40Gbps。此外，Wi-Fi 7標(biāo)準(zhǔn)定義了極低的時延和抖動，這一點(diǎn)也被納入不斷發(fā)展的50G PON標(biāo)準(zhǔn)。

  最終，隨著運(yùn)營商繼續(xù)將其家庭、商業(yè)和批發(fā)光纖網(wǎng)絡(luò)融合到一張ODN網(wǎng)絡(luò)上，50G PON有望成為一項(xiàng)提供跨網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的通用技術(shù)。移動中傳和前傳應(yīng)用、擴(kuò)展物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和服務(wù)、宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)批發(fā)光纖接入、固定無線接入（FWA）節(jié)點(diǎn)回傳——上述場景理論上都可以使用50G PON實(shí)現(xiàn)。隨著運(yùn)營商不斷將不同網(wǎng)絡(luò)融合到一張共享ODN上，通過50G PON提供吞吐和服務(wù)，并從中獲益，越來越多的應(yīng)用和用例將接踵而至。