Neue Generation der Glasfaser-Breitbandtechnologie – 50G PON

Im letzten Artikel (Link) stellte Xiao Zaojun die Entwicklungsgeschichte der Breitbandtechnologie von ISDN, xDSL bis 10G PON vor.

Lassen Sie uns heute über die kommende neue Generation der Glasfaser-Breitbandtechnologie sprechen – 50G PON.

█ F5G und F5G-A

Bevor wir 50G PON vorstellen, sprechen wir über F5G und F5G-A. Im Februar 2020 förderte ETSI (European Telecommunications Standards Institute) ein festes Kommunikationsnetzwerk-Technologiesystem basierend auf 10G PON+FTTR, Wi-Fi 6, 200G optischer Übertragung/Aggregation, OXC und anderen Technologien und nannte es F5G ist die Festnetz-Kommunikationstechnologie der fünften Generation (Festnetze der 5. Generation). F5G ist das Produkt der „Kopierarbeit“ der Festnetzbranche zu 5G. Es vereinfacht die generationsübergreifende Benennungsmethode und bündelt einige Technologien, um Marketing und Werbung zu erleichtern.

Alte Technologie mit neuem Namen

Seit letztem Jahr diskutiert die gesamte Kommunikationsbranche über die Evolution der halben Generation auf Basis von 5G – 5G-A. Auch die Festnetzbranche folgte diesem Beispiel und schuf F5G-A als kleine generationsübergreifende Weiterentwicklung von F5G. Im November letzten Jahres veröffentlichte ETSI offiziell die „F5G Advanced Generation Definition“, die eindeutig die generationsübergreifenden Standards und Schlüsselfunktionen von F5G-A vorschlägt. Laut ETSI fügt F5G-A drei neue Funktionen (GAO, RRL, OSV) zu den bestehenden drei Funktionen von F5G (eFBB, FFC, GRE) hinzu. Wie in der folgenden Abbildung dargestellt:

Sechs Hauptmerkmale von F5G-A

Es ist vorgesehen, dass F5G-A eine zehnfache Bandbreite, eine zehnfache Glasfaserverbindungsdichte, eine zehnfache Energieeffizienz, eine Zuverlässigkeit von sechs Neunen und eine Zähler- Pegelgenaue Erkennung, Latenzzeiten unter einer Millisekunde und ein autonomes L4-Netzwerk können durch eine Reihe von Leistungsverbesserungen den Breitbandzugangsanforderungen der Benutzer besser gerecht werden und „Fibre to Everywhere“ weiter realisieren.

Der Folge-Release-Plan von F5G (von ETSI) folgt ebenfalls dem 3GPP-Release-Ansatz.

█ Die Standardentwicklung von 50G PON

F5G-A ist eine sehr wichtige Entwicklung. 50G PON ist die Schlüsseltechnologie für diese Entwicklung. Als nächstes werfen wir einen Blick darauf, wie der 50G PON-Standard entstand. Im vorherigen Artikel haben wir über die 10G-PON-Ära gesprochen, die unsere aktuelle Gigabit-Breitband-Ära ist. 10G ist nicht das Ende der PON-Technologie. Bereits etwa 2012 war sich die Branche einig, dass die PON-Technologie zu höheren Tarifen weiterentwickelt werden muss. Damals gab es zwei Evolutionsideen: Die eine bestand darin, die Einzelwellenlängenrate zu erhöhen, die andere darin, die Mehrwellenüberlagerung zu verwenden. Das IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) übernahm die Führung. Sie haben einen NG-EPON entwickelt, der 25G-Downlink und 10/25G-Uplink auf einer einzigen Glasfaser implementiert und mit 10G EPON kompatibel ist. 25 Gbit/s, durch Multiwellenlängen-Überlagerung und Channel-Bonding-Technologie können Raten von 50 Gbit/s oder sogar 100 Gbit/s erreicht werden. Im Juli 2015 führte IEEE die Standardformulierung der 25G/50G/100G EPON-Technologie mit dem Namen IEEE 802.3ca ein. Da 100G später zu schwierig war, wurde es gelöscht und nur 25G und 50G beibehalten. Schauen Sie sich FSAN (Full Service Access Network Alliance) und ITU-T (Telecommunication Standards Bureau der International Telecommunication Union) an. Nachdem der XG (S)-PON-Standard formuliert wurde, begann FSAN schnell mit der Standardforschung von NG-PON2 (NG-PON1 ist das vorherige 10G PON, einschließlich 10G GPON und 10G EPON) und wollte 40G Downlink und 40G / 10G erreichen Uplink. Zu den gängigen alternativen technischen Lösungen für NG-PON2 gehörten damals: Hochgeschwindigkeits-TDMA-PON, TWDM-PON, OFDM-PON und WDM-PON. Nach Analyse und Vergleich entschied sich FSAN im April 2012 für die Einführung der TWDM-PON-Technologie als Implementierungslösung für NG-PON2. TWDM ist TDM+WDM, Zeitmultiplex + Wellenlängenmultiplex. TWDM-PON verwendet die 4/8-Wellenlängen-Überlagerungsmethode und 10G-TDM mit einer Wellenlänge, wodurch eine Rate von 4×10 Gbit/s erreicht werden kann. Diese Lösung wurde von ITU-T als G.989.x-Standardreihe formuliert und schließlich im Jahr 2015 fertiggestellt. Nachdem der Standard fertiggestellt war, übernahmen nur wenige Betreiber diese Lösung. Da diese Wellenlängenüberlagerungsmethode hohe Kosten für abstimmbare optische Geräte mit sich bringt und die Systemreife der Lösung nicht ausreicht. Später, mit der schnellen Reife und groß angelegten Anwendung der Hochgeschwindigkeits-Ethernet-Industriekette, wurde die Overlay-Architektur von N*10G zunehmend unbeliebt. Die Industrie hat nach und nach ihre Entschlossenheit gestärkt, sich in Richtung Hochgeschwindigkeit mit einer Wellenlänge zu entwickeln. Mit anderen Worten: kein „TDM+WDM“, nur „TDM“. Wenn es sich um eine einzelne Welle handelt, ist 100G zu schwierig und die Verbesserung von 25G ist nicht offensichtlich (das erneute Upgrade wird nicht lange dauern, was eine Geld- und Zeitverschwendung darstellt). Die beste Wahl ist also natürlich 50G. Im Februar 2018 führte ITU-T SG15 Q2 auf gemeinsamen Vorschlag der chinesischen Industrie offiziell den einkanaligen 50G-TDM-PON-Serienstandard mit dem Namen „G.HSP (G.Higher Speed ​​​​PON)“ ein Plan Es wird im Jahr 2025 im Handel erhältlich sein. Es ist erwähnenswert, dass Nokia bei 25G relativ hartnäckig ist. Nachdem das ITU-T-Projekt blockiert wurde, bewarben sie sich um die Gründung eines weiteren Projekts und gründeten im Oktober 2020 das 25G Symmetric PON Multi-Source Agreement (25GS-PON MSA). Viele Unternehmen sind beigetreten, darunter auch große Unternehmen wie AT&T. Kehren wir zu 50G PON zurück. Als das 50G-PON-Standardprojekt erstellt wurde, umfasste es hauptsächlich 4 Teile, wie in der folgenden Tabelle dargestellt: Am 23. April 2021 verabschiedete die ITU-T SG15-Plenarsitzung den 50G-PON-Standard, einschließlich: G.9804.1 Amd1 (Anforderung), G.9804.2 (allgemeine Protokollschicht), G.9804.3 (Physical Layer Standard). Um die Koexistenz mehrerer Generationen von PON-Technologien zu unterstützen, hat ITU-T auch an einem G.9805-Standard gebastelt. Zusammen, wie in der folgenden Tabelle gezeigt: entspricht der Tabelle gerade. G.hsp.TWDMpmd/ G.9804.4 ist Multi-Wave und kommt in China nicht vor. Von 2021 bis 2023 wurden die 50G-PON-Standards nacheinander untersucht und überarbeitet. Im Jahr 2023 verabschiedete die ITU-T SG15-Plenarsitzung G.9804.3 Amd.2 und markierte damit die Fertigstellung des internationalen Standardsystems 50G PON. Der Multi-Generationen-Koexistenzstandard (G.9805) wurde in diesem Zeitraum ebenfalls im Wesentlichen fertiggestellt und legte eine Standardgrundlage für die reibungslose Entwicklung verschiedener Generationen zu 50G-PON. (50G PON unterstützt die Kompatibilität und Koexistenz von 10G EPON, was der Vereinheitlichung von IEEE-Routen und ITU-T-Routen förderlich ist, was für die Industriekette von großem Nutzen ist. Obwohl IEEE immer noch hofft, an seiner eigenen Ethernet-Route festzuhalten und nicht „integriert“ werden, da es sich um den größten PON-Markt der Welt handelt, ist es schwierig, den Willen der chinesischen Industriemacht zu verletzen. Die Konvergenz zur ITU-T-Linie ist der allgemeine Trend) Um die Fähigkeiten von PON weiter zu verbessern, gibt es zwei Standards in Arbeit. Eine davon ist G.Sup.PONLatency für niedrige Latenz und die andere ist G.Sup.PONSlicing für Slicing. In Bezug auf inländische Industriestandards ist CCSA TC6 für deren Formulierung verantwortlich. Derzeit wurden die 50G-PON-Gesamt-, die physikalische Schicht, die TC-Schicht und andere Serien von Industriestandards veröffentlicht, und die Teststandards wurden festgelegt und werden voraussichtlich in den Jahren 2024-2025 formuliert; 50G-PON-Singlemode und 10G / 50G-Dual-Mode-Industriestandards wurden zur Genehmigung eingereicht, G / XG (S)/50G-Dreimodus-Standards werden voraussichtlich im Zeitraum 2024-2025 formuliert.

Inländischer 50G-PON-Industriestandard

Kurz gesagt, die internationalen Standards und inländischen Industriestandards für 50G-PON mit einer Wellenlänge (50G-TDM-PON) sind grundsätzlich bereit und schaffen die Voraussetzungen für die vor- und nachgelagerte Industriekette, um die kommerzielle Nutzung umfassend zu fördern verwenden.

█ Anwendungsszenarien von 50G PON

50G PON bietet eine Zugriffsgeschwindigkeit von 10G, Sie werden sich also sicherlich fragen: Was sind die Anwendungsszenarien? Derzeit konzentriert sich die Branchendefinition von 50G-PON-Anwendungsszenarien immer noch auf Heim-Breitband, kleine und mittlere Unternehmen, Parks, Industrien und andere Szenarien. Für Heim-Breitband erfüllt es hauptsächlich die Anforderungen von 8K (und höher), Ultra-High-Definition-Video, AR/VR/XR, 3D mit bloßem Auge usw. Im Allgemeinen ist die Verbindungsbandbreite eines einzelnen XR-Geräts nicht hoch (ca. 380 Mbit/s) und 10G PON reicht aus. Der Einsatz von 50G PON ist eher auf Multi-Parallelitätsanforderungen ausgerichtet, also auf die gleichzeitige Nutzung von XR-Geräten durch mehrere Personen. Beispielsweise können mehrere Familienmitglieder gemeinsam an XR-Spielinteraktionen teilnehmen. Kleine, mittlere und Kleinstunternehmen, hauptsächlich für Cloud-Desktop-Büro, Videokonferenzen, Unternehmens-Cloud-Festplatte und andere Zwecke. China fördert jetzt spezielle Maßnahmen, um kleine, mittlere und Kleinstunternehmen im digitalen Bereich zu stärken, und 50G PON kann zur digitalen Transformationsbasis für kleine, mittlere und Kleinstunternehmen werden. Parkszenen wie große Unternehmen, Krankenhäuser, Schulen, Fabriken, Häfen usw. In Schulen gibt es Dutzende von Schülern in einem Klassenzimmer, und mehrere Personen, die gleichzeitig VR-Unterricht nutzen, erzeugen einen Bedarf an Zugangsbandbreite. Die Szene im Krankenhaus ist komplizierter. Zusätzlich zu den traditionellen digitalen Krankenakten bieten Netzwerke mit großer Bandbreite auch einige neue Anwendungen. Zum Beispiel Bildbetrachtung und digitales Lesen. Bildgebungsgeräte in Krankenhäusern verfügen über große Datenmengen, darunter multimodale Bildgebung, interventionelle Bildgebung usw. Über optische 10G-Netzwerke wie 50G PON kann es medizinischem Personal helfen, Daten anzuzeigen und zu übertragen. Betreiber drängen jetzt mit Nachdruck auf FTTR. Mit zunehmender Zugangsbandbreite könnte es in Zukunft schrittweise in die FTTD-Stufe eintreten. D steht für Device, was bedeutet, dass die Glasfaser direkt mit Benutzerterminals (z. B. Desktops, Laptops, Haushaltsgeräten usw.) verbunden wird, wodurch Netzwerkkabel vollständig entfallen. Dann gibt es noch das Szenario der industriellen Fertigung. Dieses Szenario steht derzeit im Mittelpunkt der Entwicklung von 50G PON und zielt hauptsächlich auf segmentierte Szenarien wie Datenerfassung, industrielle Steuerung, Automatisierung und Mensch-Computer-Interaktion ab. Diese unterteilten Szenarien stellen strenge Anforderungen an die Verzögerung der Netzwerkübertragung sowie an Sicherheit und Zuverlässigkeit. Im industriellen Bereich kann 50G PON Glasfasern von täglichen Büronetzwerken über Produktionsmanagementnetzwerke und Produktionsstandortnetzwerke bis hin zu internen Maschinenverbindungen weiter vorantreiben. Es wird die Transformation von FTTR zu FTTM herbeiführen. M ist Maschine, das heißt Maschine. Es ähnelt in gewisser Weise dem gerade erwähnten FTTD. Jetzt ist auch von FTTThing die Rede, Fiber to Everything. Zusätzlich zu den oben genannten Szenarien ist auch die Verwendung von 50G PON als Backhaul-Träger kleiner 5G-Basisstationen eine Option geworden (FTTCell, Glasfaser zur Basisstation). Wenn das Lichtaufteilungsverhältnis von 1:64 zulässig ist, kann die 50G-PON-Linecard mit 8 Ports 512 kleine 5G-Basisstationen unterstützen. Wenn ein einzelner Port 40 Gbit/s und jede kleine 5G-Basisstation 1 Gbit/s hat, bedeutet dies, dass ein einzelner 50G-PON-Port die Backhaul-Anforderungen von 40 kleinen 5G-Basisstationen erfüllen kann. Es reicht für die allgemeine Innenabdeckung in Gebäuden aus.

█Kommerzieller Fortschritt von 50G PON

In den letzten Jahren haben inländische Betreiber einige Pilotarbeiten zur 50G PON-Technologie durchgeführt. Am 27. März 2023 schloss das China Telecom Research Institute das branchenweit erste 50G-PON-Pilotprojekt für industrielle Anwendungen in Jiangsu Yongding Optoelectronics ab und übernahm damit die Führung bei der Einführung der volloptischen Dual-Mode-Technologie 50G-PON/XG-PON und der Verifizierung von 50G-PON In industriellen AOI-Geschäftsszenarien (Automated Optical Inspection, automatische optische Inspektion) Qualitätsprüfung und digitales Fabrikmanagement. Im November 2023 schloss China Mobile die weltweit erste Demonstration einer symmetrischen 50G-PON-Festnetz-Mobilfunkzugangsanwendung in seinem bestehenden Netzwerk in Nanjing, Jiangsu, erfolgreich ab. China Unicom Beijing hat die Verifizierung der innovativen F5G-A 50G PON-Anwendungen abgeschlossen. Beijing Telecom hat die Verifizierung des Pilotprojekts abgeschlossen. Im März 2024 übernahm Shanghai Telecom die Führung beim Aufbau von F5G-A, der weltweit ersten 50G-PON-basierten „10G Cloud Broadband Demonstration Community“, die den sofortigen Einsatz von 10G-Zugangsterminals bei Bedarf ermöglicht und 3D-Lichterkennung bieten kann. 3D / Eine Reihe von Anwendungen wie XR-Cloud-Live-Übertragung und ultimative Cloud-Interaktion. In den Jahren 2024–2025 wird 50G PON in die Anfangsphase der kommerziellen Nutzung eintreten. Nach vorläufigen Prognosen wird 50G PON etwa im Jahr 2027 in die Phase der großflächigen kommerziellen Nutzung eintreten. Bis 2030 wird es einen Höhepunkt erreichen. Laut Omdias Prognose werden 50G-PON-Hafenlieferungen zwischen 2024 und 2028 eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von 200 % pro Jahr aufweisen und im Jahr 2028 zu einer Mainstream-Breitbandtechnologie werden. Dell'Oro Group prognostiziert außerdem, dass der Gesamtumsatz mit 50G-PON-Geräten von 2023 bis 2027 von weniger als 3 Millionen US-Dollar auf 1,5 Milliarden US-Dollar steigen wird. Übrigens wurde die nächste Generation von 50G-PON, der ITU-T-Standard G.VHSP.sup (VHSP=Very High Speed ​​​​PON) oder B50G-PON (Super 50G PON), im September genehmigt 2022. Es befindet sich derzeit in einem frühen Entwicklungsstadium.

█ Abschließende Worte

Okay, das Obige ist die grundlegende Einführung in 50G PON. Die Entwicklung von 50G PON (F5G-A) ist untrennbar mit der Benutzernachfrage verbunden. Derzeit scheint es 50G PON wie 5G an überzeugenden, heiß verkauften Anwendungsszenarien zu mangeln, und es kann nicht gesagt werden, dass es sich um eine dringend benötigte Technologie handelt. Im Vergleich zu 5G sind die Kosten der größte Vorteil von 50G PON. Obwohl die Kosten deutlich höher sein werden als bei 10G PON, werden sie immer noch viel niedriger sein als bei 5G. Durch die Kopplung mit Wi-Fi 7 kann 50G PON Benutzern einfacher kostengünstige, schnelle und latenzarme Internetzugangsfunktionen bieten und so die Akzeptanz auf dem Markt erleichtern. Lassen Sie uns mit der Zeit sagen, ob 50G PON steigen kann. In der nächsten Ausgabe werden wir über die Schlüsseltechnologien von 50G PON sprechen, darunter Kompatibilitäts- und Koexistenzlösungen, Wellenlängenlösungen und Innovationen in der optischen Modultechnologie. Bleiben Sie dran! Referenzmaterialien: 1. „Fortschritte bei internationalen Standards für Hochgeschwindigkeits-PON und FTTR“; 2. „China Unicom 50G PON Campus Application Scenario White Paper“, China China Unicom; 4. „50G-PON Technology and Application White Paper“, China Telecom; 5. „50G PON hilft Breitbandnetzwerken bei der Umstellung von Gigabit auf 10G“, Liu Qian, Academy of Information und Kommunikationstechnologie; 6. „Schaffung der Grundlage für die Entwicklung von 50G PON“ 10 Gigabit Optical Network“, Zhang Decchao, China Mobile; 7. „Diskussion über die Entwicklung und Entwicklung der 50G PON-Technologie“, Zhang Dezhi, China Telekommunikation; 8. „Analyse der 50G-PON-Schlüsseltechnologien“ 9 „50G-PON, Eröffnung eines neuen Kapitels im 10G-Zugang“; T, offizielle IEEE-Websites und zugehörige Standarddokumente. Dieser Artikel stammt vom öffentlichen WeChat-Konto: Xian Zao Classroom (ID: xzclasscom), Autor: Xiao Zaojun

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