Dell 'Oro：50G PON進(jìn)一步邁向部署

  2022年，隨著(zhù)服務(wù)供應商推進(jìn)重大網(wǎng)絡(luò )升級和擴展，全球寬帶支出創(chuàng )歷史新高。這些投資的重點(diǎn)大都集中于擴大商業(yè)和家庭服務(wù)的光纖覆蓋范圍，以最終取代舊的同軸Cable和數字用戶(hù)線(xiàn)（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(guò)單個(gè)OLT端口提供10Gbps帶寬，帶寬由數十名用戶(hù)共享。短期目標是能夠為每個(gè)家庭用戶(hù)提供一致的對稱(chēng)1-5Gbps帶寬。對網(wǎng)速的關(guān)注推動(dòng)了10Gbps技術(shù)的投資大幅增長(cháng)，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(cháng)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(lái)5年為大多數運營(yíng)商提供良好的服務(wù)，但越來(lái)越多市場(chǎng)的運營(yíng)商仍希望確保他們今天在擴展光纖網(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(xiàn)圖，使他們不僅在網(wǎng)速和時(shí)延方面領(lǐng)先于友商，而且還能實(shí)現多個(gè)架構目標，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，通過(guò)多種PON技術(shù)并存簡(jiǎn)化升級路徑，以及提供批發(fā)移動(dòng)回傳服務(wù)等。

  目前，帶寬需求仍在不斷增長(cháng)，據國際電信聯(lián)盟（ITU）估計，2015至2021年，全球帶寬消費以50%的年均復合增長(cháng)率（CAGR）增長(cháng)，從2020年的719 Tbps上升至932 Tbps。隨著(zhù)政府和運營(yíng)商專(zhuān)注于擴展網(wǎng)絡(luò )，以連接更多的家庭和企業(yè)，以及虛擬現實(shí)（VR）和在線(xiàn)游戲等應用的發(fā)展，未來(lái)幾年內帶寬消耗無(wú)疑將繼續加速。

  對于一些面臨激烈競爭的運營(yíng)商來(lái)說(shuō)，25G PON可能是一個(gè)選擇，因為短期內對10Gbps以上帶寬的需求以及通過(guò)單個(gè)ODN滿(mǎn)足家庭和商業(yè)客戶(hù)的需求，迫使他們必須在未來(lái)1-2年內采取行動(dòng)，但會(huì )面臨長(cháng)期演進(jìn)挑戰。

  與此同時(shí)，運營(yíng)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(dòng)了ITU-T的50G PON標準和相應的原型平臺和組件繼續迅速發(fā)展。在定義物理層參數、時(shí)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(yíng)商，包括中國移動(dòng)、中國電信、中國聯(lián)通、Globe、Orange、STC、瑞士電信、西班牙電信、馬來(lái)西亞電信和Turkcell等，已經(jīng)對50G PON原型設備進(jìn)行了早期的實(shí)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(yíng)商目前仍重點(diǎn)著(zhù)眼于推出XGS-PON，但也在關(guān)注50G PON標準化過(guò)程，以便做出相關(guān)正式承諾。

  此外，運營(yíng)商希望確定功率預算要求和色散補償以及數字信號處理器（DSP）的使用不會(huì )改變現有的ODN，因此系統供應商希望產(chǎn)品快速上市，這也推動(dòng)了組件生態(tài)系統的快速發(fā)展。

  最新進(jìn)展

  2022年9月，在ITU-T第15研究小組全體會(huì )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 )上共存的細節達成了共識。此前，GPON和XGS-PON共存一直沒(méi)有定義，這也意味著(zhù)當時(shí)運營(yíng)商在開(kāi)始部署50G PON之前必須將GPON網(wǎng)絡(luò )升級至XGS-PON。

  隨著(zhù)G.9804.1標準在現有的1260-1280和1290-1310頻段中間增加第三個(gè)上行波長(cháng)頻段(1284-1288nm)，50G PON、XGS-PON和GPON現在可以在同一張ODN網(wǎng)絡(luò )上共存。此外，現在還可以使用50G PON+XGS-PON、50G PON+GPON甚至50G PON+XGS-PON+GPON三模共存來(lái)實(shí)現Combo PON部署。

  支持三模共存和Combo PON部署作為補充非常關(guān)鍵，因為運營(yíng)商一再表示，他們不想在向新技術(shù)演進(jìn)時(shí)中斷ODN網(wǎng)絡(luò )。此外，運營(yíng)商預計將通過(guò)使用Combo PON向50G PON過(guò)渡，這樣既利用了局端現有空間，無(wú)需改動(dòng)ODN網(wǎng)絡(luò )，又不需要使用波分復用設備，避免了光功率損耗。

  挑戰依舊

  與如今的10Gbps技術(shù)相比，50G PON在帶寬可用性和時(shí)延方面取得了顯著(zhù)改進(jìn)。然而，它在帶來(lái)好處的同時(shí)也面臨著(zhù)一些挑戰，其中最大的技術(shù)挑戰在物理層。具體來(lái)說(shuō)，50G PON系統所需的光功率預算、色散代價(jià)和碼間干擾（ISI）都存在潛在風(fēng)險。隨著(zhù)帶寬的增加，整體性能通常會(huì )下降，尤其是當現有ODN需支持定義32dB功率預算時(shí)，風(fēng)險更大。數字信號處理（DSP）技術(shù)的使用可以減少或徹底解決這些物理層問(wèn)題。然而，以前的PON技術(shù)并未采用DSP技術(shù)，因此運營(yíng)商希望對該技術(shù)進(jìn)行仔細測試，并確保OLT端口和ONT之間的點(diǎn)對多點(diǎn)通信按預期無(wú)誤進(jìn)行。DSP尤其有助于降低色散和帶寬限制代價(jià)，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(chēng)的，下行提供50G帶寬，上行提供25G或12.5G帶寬。盡管系統供應商正在研究提供一致、對稱(chēng)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(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(chēng)速率帶寬的可能性。顯然，運營(yíng)商更希望盡早使用對稱(chēng)帶寬。但是，在上行技術(shù)和組件實(shí)現標準化并應用于OLT和ONT之前，急劇增長(cháng)的下行帶寬和宣傳網(wǎng)速對用戶(hù)來(lái)說(shuō)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(wàn)美元增長(cháng)至15億美元。隨著(zhù)運營(yíng)商們開(kāi)始推動(dòng)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(cháng)將更加明顯（如圖2）。

  除了能夠預測VR、AR、在線(xiàn)游戲、視頻會(huì )議和8k視頻等消費類(lèi)應用的未來(lái)帶寬增長(cháng)需求之外，50G PON還能幫助運營(yíng)商解決商業(yè)服務(wù)問(wèn)題。具體來(lái)說(shuō)，50G PON允許運營(yíng)商提供四個(gè)10G以太網(wǎng)連接，可分開(kāi)支持多項業(yè)務(wù)。此外，50G PON是部署無(wú)源光局域網(wǎng)（POL）的理想選擇，可支持光纖延伸至桌面。同時(shí)，與傳統點(diǎn)對點(diǎn)以太網(wǎng)架構相比，基于50G PON的POL功耗更低、節省機架空間且無(wú)需專(zhuān)門(mén)散熱。

圖2：全球50G PON設備收入

  同樣，50G PON在公共Wi-Fi熱點(diǎn)和無(wú)線(xiàn)LAN專(zhuān)網(wǎng)回傳中也有應用，隨著(zhù)Wi-Fi 6E和Wi-Fi 7的可用和部署，這兩種回傳場(chǎng)景的帶寬都將大幅增長(cháng)。Wi-Fi 6E允許單個(gè)用戶(hù)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(shí)延和抖動(dòng)，這一點(diǎn)也被納入不斷發(fā)展的50G PON標準。

  最終，隨著(zhù)運營(yíng)商繼續將其家庭、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有望成為一項提供跨網(wǎng)絡(luò )服務(wù)的通用技術(shù)。移動(dòng)中傳和前傳應用、擴展物聯(lián)網(wǎng)設備和服務(wù)、宏蜂窩網(wǎng)絡(luò )批發(fā)光纖接入、固定無(wú)線(xiàn)接入（FWA）節點(diǎn)回傳——上述場(chǎng)景理論上都可以使用50G PON實(shí)現。隨著(zhù)運營(yíng)商不斷將不同網(wǎng)絡(luò )融合到一張共享ODN上，通過(guò)50G PON提供吞吐和服務(wù)，并從中獲益，越來(lái)越多的應用和用例將接踵而至。