新一代光纤宽带技术 ——50G PON

上篇文章（链接），小枣君给大家介绍了宽带技术从 ISDN、xDSL 到 10G PON 的发展历程。

今天，我们来聊聊即将到来的新一代光纤宽带技术 ——50G PON。

█ F5G 和 F5G-A

介绍 50G PON 之前，先说说 F5G 和 F5G-A。2020 年 2 月，ETSI（欧洲电信标准化协会）推进了一套以 10G PON FTTR、Wi-Fi 6、200G 光传送 / 汇聚、OXC 等技术为基础的固定通信网络技术体系，并将其命名为 F5G，也就是第五代固网通信技术（The 5th generation Fixednetworks）。F5G 是固网产业界向 5G“抄作业”的产物。它简化了代际命名方式，把一些技术进行打包，方便市场宣传和推广。

老技术，换了新名字

去年以来，整个通信行业都在讨论基于 5G 的半代演进 ——5G-A。固网产业界这边，也依葫芦画瓢，跟着搞了一个 F5G-A，作为 F5G 的小代际演进。去年 11 月，ETSI 正式发布《F5G Advanced Generation Definition（代际定义）》，明确提出了 F5G-A 的代际标准以及关键特征。根据 ETSI 的说法，F5G-A 在 F5G 已有三大特征（eFBB、FFC、GRE）的基础上，又新增了三大特征（GAO、RRL、OSV）。如下图所示：

F5G-A 的六大特征

按设想，F5G-A 可以带来 10 倍带宽、10 倍光纤连接密度、10 倍能效、6 个 9 可靠性、米级精准感知、亚毫秒级时延和 L4 级自治网络等一系列能力提升，能够更好地满足用户的宽带接入需求，进一步实现“Fibre to Everywhere（光联万物）”。

F5G 的后续发布计划（来自 ETSI），也学 3GPP 搞 Release 了。

█ 50G PON 的标准演进

F5G-A 是一个非常重要的演进。而 50G PON，则是这个演进的关键使能技术。接下来，我们看看 50G PON 的标准，是如何诞生的。之前的文章，我们讲到了 10G PON 时代，也就是我们现在的千兆宽带时代。10G 并不是 PON 技术的终点。早在 2012 年左右，业界就一致认为，PON 技术需要向更高速率演进。当时的演进思路有两种，一种是提升单波长速率，另一种是采用多波叠加。IEEE（电气与电子工程师协会）率先采取了行动。他们搞了一个 NG-EPON，在单根光纤上实现 25G 下行和 10/25G 上行，并支持和 10G EPON 兼容。25Gbps，通过多波长叠加和通道绑定技术，可以实现 50Gbps 甚至 100Gbps 速率。2015 年 7 月，IEEE 启动了 25G / 50G / 100G EPON 技术的标准制定，命名为 IEEE 802.3ca。后来，考虑到 100G 难度太高，把它给删掉了，只保留了 25G 和 50G。再看 FSAN（全业务接入网联盟）和 ITU-T（国际电信联盟电信标准分局）这边。XG (S)-PON 标准制定完成之后，FSAN 就很快启动了 NG-PON2 的标准研究（NG-PON1 就是前面的 10G PON，包括 10G GPON 和 10G EPON），想要实现 40G 下行和 40G / 10G 上行。当时，NG-PON2 的主流备选技术方案包括：高速 TDMA-PON、TWDM-PON、OFDM-PON 和 WDM-PON。经过分析和对比，2012 年 4 月，FSAN 确定采用 TWDM-PON 技术，作为 NG-PON2 的实现方案。TWDM，就是 TDM WDM，时分复用 波分复用。TWDM-PON 采用 4/8 波长叠加方式，单波长 10G TDM，可以实现 4×10Gbps 速率。这个方案，被 ITU-T 制定为 G.989.x 系列标准，最终于 2015 年完成。标准完成之后，这个方案却没有什么运营商采纳。因为这种波长叠加的方式，会带来可调谐光器件的高成本，而且，方案的系统成熟度也不够。后来，随着高速率以太网产业链的迅速成熟和规模化应用，N*10G 的这种叠加架构越来越不被看好。业界逐渐坚定了向单波高速率方向发展的决心。也就是说，不要“TDM WDM”，只要“TDM”。搞单波的话，100G 的难度太大，25G 的提升又不明显（没多久又要升级，浪费钱和时间）。那么，最佳选择，当然就是 50G。2018 年 2 月，在中国产业界的联合建议下，ITU-T SG15 Q2 正式对单通道 50G TDM PON 系列标准进行立项，命名为“G.HSP（G.Higher Speed PON）”，计划 2025 年开始具备商用能力。值得一提的是，诺基亚在 25G 上比较执着。在 ITU-T 立项受阻后，他们跑去另立山头，在 2020 年 10 月成立了 25G 对称 PON 多源协议（25GS-PON MSA）。加入的企业也不少，其中不乏 AT&T 等大公司。我们还是说回 50G PON。50G PON 标准立项时，主要包括 4 个部分，如下表所示：2021 年 4 月 23 日，ITU-T SG15 全会通过了 50G PON 的标准，包括：G.9804.1 Amd1（需求）、G.9804.2（通用协议层）、G.9804.3（物理层标准）。为了支持多代 PON 技术共存，ITU-T 还捣鼓了一个 G.9805 标准。综合起来，如下表所示：和刚才那个表是对应的。G.hsp.TWDMpmd/ G.9804.4 是多波，国内不涉及。2021-2023 年，50G PON 标准陆续完成了研究和修订。2023 年，ITU-T SG15 全会通过 G.9804.3 Amd.2，标志着 50G PON 国际标准体系已完成。多代共存标准（G.9805）也在这期间基本完成，为不同代际向 50G-PON 的平滑演进奠定了标准基础。（50G PON 支持 10G EPON 的兼容并存，有利于实现 IEEE 路线和 ITU-T 路线的归一，对产业链有很大好处。尽管 IEEE 还是希望坚持自己的以太网路线，不被“收编”，但作为世界上最大的 PON 市场，中国产业力量的意志难以被违背。归一到 ITU-T 路线，是大势所趋。）为了进一步增强 PON 的能力，还有两个标准在推进中。一个是针对低时延的 G.Sup.PONLatency，另一个是针对切片的 G.Sup.PONSlicing。国内行业标准方面，由 CCSA TC6 负责制定。目前，50G PON 总体、物理层、TC 层等系列行标已发布，测试标准已立项，预计 2024-2025 制定；50G-PON 单模、10G / 50G 双模行标已报批，G / XG (S)/50G 三模预期 2024-2025 制定。

50G PON 国内行标

总而言之，单波 50G PON（50G TDM PON）国际标准和国内行业标准均已基本就绪，为产业链上下游全面推进商用创造了条件。

█ 50G PON 的应用场景

50G PON 带来了万兆的接入速度，那么，大家肯定会问，它的应用场景是什么呢？目前来看，业界对 50G PON 的应用场景定义仍然集中在家庭宽带、中小微企业、园区、工业等场景。家宽的话，主要是满足于 8K（及以上）超高清视频、AR / VR / XR、裸眼 3D 等需求。一般来说，单个 XR 设备的连接带宽不高（380Mbps 左右），10G PON 就够用。采用 50G PON，更多是针对多并发的需求，也就是多人同时使用 XR 设备。例如家里成员多人共同参与 XR 游戏互动。中小微企业，主要是云桌面办公、视频会议、企业云盘等用途。国内现在在推中小微企业数字化赋能专项行动，50G PON 可以成为中小微企业的数字化转型底座。园区场景，例如大型企业、医院、学校、工厂、港口等。学校的话，一个教室里有数十名学生，多人同时使用 VR 教学，会对接入带宽产生需求。医院的场景更加复杂。除了传统的数字病历等以外，大带宽网络还有一些新的应用。例如影像查看和数字阅片。医院的影像设备数据量很大，包括多模态影像、介入式影像等。通过 50G PON 这样的万兆光网，可以有助于医务人员的数据查看和传递。现在运营商们大力推动 FTTR。以后，随着接入带宽的增加，可能会逐渐迈入 FTTD 阶段。D 是 Device，也就是说，光纤会直接接到用户终端（例如台式机、笔记本电脑、家电等）上，彻底消灭网线。再就是工业制造场景，这个场景是目前 50G PON 发展的重点，主要针对数据采集、工业控制、自动化及人机交互等细分场景。这些细分场景对网络的传输时延和安全可靠有着严格要求。在工业领域，50G PON 可能会进一步推动光纤从日常办公网络走向生产管理网络和生产现场网络，并最终走向机器内部连接。它会带来 FTTR 向 FTTM 的转变。M 是 Machine，也就是机器。它和刚才说的 FTTD 有些类似。现在，还提出 FTTThing 的说法，光纤到万物。除了上述场景之外，将 50G PON 用于 5G 小基站的回传承载，也成为一个选项（FTTCell，光纤到基站）。如果允许 1:64 的分光比，8 口 50G PON 线卡就可以支持 512 个 5G 小基站。如果按单口 40Gbps，每个 5G 小基站 1Gbps，那就意味着，50G PON 单口可以满足 40 个 5G 小基站的回传需求。对于一般的楼宇室内覆盖来说，足够了。

█50G PON 的商用进展

近年来，国内运营商已经针对 50G PON 技术进行了一些试点工作。2023 年 3 月 27 日，中国电信研究院在江苏永鼎光电子完成了行业首个 50G-PON 工业应用试点，率先采用了 50G-PON / XG-PON 双模全光技术，验证了 50G-PON 在工业 AOI（Automated Optical Inspection，自动光学检测）质检和工厂数字化管理业务场景。2023 年 11 月，中国移动在江苏南京现网成功完成了全球首个对称 50G PON 固移接入应用示范。北京联通完成 F5G-A 50G PON 创新应用验证。北京电信完成试点工程验证。2024 年 3 月，上海电信率先建成了 F5G-A 全球首个基于 50G-PON 的“万兆云宽带示范小区”，实现了万兆接入终端按需即刻使用，可以提供 3D 光感知、3D / XR 云直播、极致云交互等一系列应用。2024-2025 年，50G PON 将进入商用起步阶段。根据初步预测，大概在 2027 年左右，50G PON 才会进入大规模商用的阶段。到 2030 年，会达到一个高峰。根据 Omdia 的预测，2024 至 2028 年期间，50G PON 端口出货量将保持每年 200% 的复合年增长率，并在 2028 年成为主流宽带技术。Dell'Oro Group 也预测，从 2023 年到 2027 年，50G PON 设备总收入将从不到 300 万美元增长至 15 亿美元。顺带说一下，50G-PON 的下一代，也就是 B50G-PON（超 50G PON）的 ITU-T 标准 G.VHSP.sup（VHSP=Very High Speed PON），在 2022 年 9 月已经立项了，目前处于早期推进阶段。

█ 最后的话

好啦，以上就是关于 50G PON 的基本介绍。50G PON（F5G-A）的发展，离不开用户需求的带动。目前看来，50G PON 和 5G 一样，缺乏令人信服的爆款应用场景，也谈不上是非常刚需的技术。相比 5G，50G PON 的最大优势在于成本。尽管它的成本会明显高于 10G PON，但比 5G 还是要低得多。通过和 Wi-Fi 7 进行搭配，50G PON 更容易为用户提供低成本、高速率、低时延的互联网接入能力，更容易被市场所接受。50G PON 到底能不能崛起，就让时间来告诉我们答案吧。下一期，我们来讲讲 50G PON 的关键技术，包括兼容并存方案、波长方案，以及光模块技术创新等。敬请期待！参考资料：1、《高速 PON 和 FTTR 国际标准进展》，刘德坤，华为；2、《50G-PON 技术白皮书》，中兴；3、《中国联通 50G PON 园区类应用场景白皮书》，中国联通；4、《50G-PON 技术和应用白皮书》，中国电信；5、《50G PON 助力宽带网络从千兆迈向万兆》，刘谦，信通院；6、《50G PON 发展筑基万兆光网》，张德朝，中国移动；7、《50G PON 技术发展与演进探讨》，张德智，中国电信；8、《50G-PON 关键技术与应用需求分析》，邵岩，中国联通；9、《50G PON，开启万兆接入新篇章》，吴颖，中兴通讯；10、ITU-T、IEEE 官网及相关标准文件。本文来自微信公众号：鲜枣课堂 （ID：xzclasscom），作者：小枣君

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