Dell 'Oro：50G PON進一步邁向部署

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

  網(wǎng)絡升級主要包括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。短期目標是能夠為每個家庭用戶提供一致的對稱1-5Gbps帶寬。對網(wǎng)速的關注推動了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設備收入

  雖然這些技術(shù)能在未來5年為大多數(shù)運營商提供良好的服務，但越來越多市場的運營商仍希望確保他們今天在擴展光纖網(wǎng)絡和光分配網(wǎng)絡（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)速和時延方面領先于友商，而且還能實現(xiàn)多個架構(gòu)目標，包括使用相同的技術(shù)和ODN提供家庭和企業(yè)服務，合并接入和匯聚網(wǎng)絡以減少網(wǎng)絡平臺的總數(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，2015至2021年，全球帶寬消費以50%的年均復合增長率（CAGR）增長，從2020年的719 Tbps上升至932 Tbps。隨著政府和運營商專注于擴展網(wǎng)絡，以連接更多的家庭和企業(yè)，以及虛擬現(xiàn)實（VR）和在線游戲等應用的發(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營商來說，25G PON可能是一個選擇，因為短期內(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，但會面臨長期演進挑戰(zhàn)。

  與此同時，運營商和設備供應商希望加快產(chǎn)品的可用性，以便它們能夠接受任何新技術(shù)所需的嚴格測試和認證，這推動了ITU-T的50G PON標準和相應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。

  主流運營商，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原型設備進行了早期的實驗室測試，或者將這項技術(shù)作為他們的下一步選擇。其他運營商目前仍重點著眼于推出XGS-PON，但也在關注50G PON標準化過程，以便做出相關正式承諾。

  此外，運營商希望確定功率預算要求和色散補償以及數(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演進的一些重大步驟。其中最重要的一點是就ITU定義的全部三種PON技術(shù)（50G PON、XGS-PON和GPON）在單張ODN網(wǎng)絡上共存的細節(jié)達成了共識。此前，GPON和XGS-PON共存一直沒有定義，這也意味著當時運營商在開始部署50G PON之前必須將GPON網(wǎng)絡升級至XGS-PON。

  隨著G.9804.1標準在現(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三模共存來實現(xiàn)Combo PON部署。

  支持三模共存和Combo PON部署作為補充非常關鍵，因為運營商一再表示，他們不想在向新技術(shù)演進時中斷ODN網(wǎng)絡。此外，運營商預計將通過使用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，又不需要使用波分復用設備，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。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)所需的光功率預算、色散代價和碼間干擾（ISI）都存在潛在風險。隨著帶寬的增加，整體性能通常會下降，尤其是當現(xiàn)有ODN需支持定義32dB功率預算時，風險更大。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)，因此運營商希望對該技術(shù)進行仔細測試，并確保OLT端口和ONT之間的點對多點通信按預期無誤進行。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)使用半導體光放大器（SOA）和基于FPGA的DSP交付了一些原型機，但實際上ITU-T第15研究小組早在2022年9月就同意進一步研究提供對稱速率帶寬的可能性。顯然，運營商更希望盡早使用對稱帶寬。但是，在上行技術(shù)和組件實現(xiàn)標準化并應用于OLT和ONT之前，急劇增長的下行帶寬和宣傳網(wǎng)速對用戶來說應該已經(jīng)綽綽有余了。

  機遇不斷

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

  除了能夠預測VR、AR、在線游戲、視頻會議和8k視頻等消費類應用的未來帶寬增長需求之外，50G PON還能幫助運營商解決商業(yè)服務問題。具體來說，50G PON允許運營商提供四個10G以太網(wǎng)連接，可分開支持多項業(yè)務。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)點對點以太網(wǎng)架構(gòu)相比，基于50G PON的POL功耗更低、節(jié)省機架空間且無需專門散熱。

圖2：全球50G PON設備收入

  同樣，50G PON在公共Wi-Fi熱點和無線LAN專網(wǎng)回傳中也有應用，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)速率達到9.6Gbps，而Wi-Fi 7則將吞吐量翻了四倍，達到近40Gbps。此外，Wi-Fi 7標準定義了極低的時延和抖動，這一點也被納入不斷發(fā)展的50G PON標準。

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