新一代光纖寬頻技術 ——50G PON

上篇文章（連結），小棗君向大家介紹了寬頻技術從 ISDN、xDSL 到 10G PON 的發展歷程。

今天，我們來聊聊即將到來的新一代光纖寬頻技術 ——50G PON。

█ F5G 和 F5G-A

介紹 50G PON 之前，先來談談 F5G 和 F5G-A。 2020 年2 月，ETSI（歐洲電信標準化協會）推進了一套以10G PON FTTR、Wi-Fi 6、200G 光傳送/ 匯聚、OXC 等技術為基礎的固定通訊網路技術體系，並將其命名為F5G，也就是第五代固網通訊技術（The 5th generation Fixednetworks）。 F5G 是固網產業界向 5G「抄作業」的產物。它簡化了代際命名方式，把一些技術打包，方便市場宣傳和推廣。 去年以來，整個通訊產業都在討論基於 5G 的半代演進 ——5G-A。固網產業界這邊，也依葫蘆畫瓢，跟著搞了一個 F5G-A，作為 F5G 的小世代演進。 去年 11 月，ETSI 正式發布《F5G Advanced Generation Definition（世代定義）》，明確提出了 F5G-A 的世代標準以及關鍵特徵。 根據 ETSI 的說法，F5G-A 在 F5G 已有三大特徵（eFBB、FFC、GRE）的基礎上，又新增了三大特徵（GAO、RRL、OSV）。如下圖所示：依設想，F5G-A 可以帶來10 倍頻寬、10 倍光纖連接密度、10 倍能效、 6 個9 可靠性、米級精準感知、亞毫秒級延遲和L4 級自治網路等一系列能力提升，能夠更好地滿足用戶的寬頻存取需求，進一步實現「Fibre to Everywhere（光聯萬物） 」。

█ 50G PON 的標準演進

F5G-A 是一個非常重要的演進。而 50G PON，則是這個演進的關鍵使能技術。 接下來，我們來看看 50G PON 的標準，是如何誕生的。 之前的文章，我們講到了 10G PON 時代，也就是我們現在的千兆寬頻時代。 10G 並不是 PON 技術的終點。早在 2012 年左右，業界就一致認為，PON 技術需要向更高速率演進。 當時的演進思路有兩種，一種是提升單波長速率，另一種是採用多波疊加。 IEEE（電機與電子工程師協會）率先採取了行動。他們搞了一個 NG-EPON，在單根光纖上實現 25G 下行和 10/25G 上行，並支援和 10G EPON 相容。 25Gbps，透過多波長疊加和通道綁定技術，可以實現 50Gbps 甚至 100Gbps 速率。 2015 年 7 月，IEEE 啟動了 25G / 50G / 100G EPON 技術的標準制定，命名為 IEEE 802.3ca。後來，考慮到 100G 難度太高，把它給刪掉了，只保留了 25G 和 50G。 再看 FSAN（全業務接入網聯盟）和 ITU-T（國際電信聯盟電信標準分局）這邊。 XG (S)-PON 標準制定完成之後，FSAN 很快就啟動了NG-PON2 的標準研究（NG-PON1 就是前面的10G PON，包括10G GPON 和10G EPON），想要實現40G 下行和40G / 10G 上行。 當時，NG-PON2 的主流替代技術方案包括：高速 TDMA-PON、TWDM-PON、OFDM-PON 和 WDM-PON。 經過分析與對比，2012 年 4 月，FSAN 確定採用 TWDM-PON 技術，作為 NG-PON2 的實作方案。 TWDM，就是 TDM WDM，時分複用 波分複用。 TWDM-PON 採用 4/8 波長疊加方式，單波長 10G TDM，可達到 4×10Gbps 速率。 這個方案，被 ITU-T 制定為 G.989.x 系列標準，最終在 2015 年完成。 標準完成之後，這個方案卻沒有什麼業者採納。因為這種波長疊加的方式，會帶來可調諧光元件的高成本，而且，方案的系統成熟度也不夠。 後來，隨著高速率乙太網路產業鏈的快速成熟和規模化應用，N*10G 的這種疊加架構越來越不被看好。業界逐漸堅定了向單波高速率方向發展的決心。也就是說，不要“TDM WDM”，只要“TDM”。 搞單波的話，100G 的難度太大，25G 的提升又不明顯（沒多久又要升級，浪費錢和時間）。那麼，最佳選擇，當然就是 50G。 2018 年2 月，在中國產業界的聯合建議下，ITU-T SG15 Q2 正式對單通道50G TDM PON 系列標準進行立項，命名為「G.HSP（G.Higher Speed PON）”，計畫2025 年開始具備商用能力。 值得一提的是，諾基亞在 25G 上比較執著。在 ITU-T 立項受阻後，他們跑去另立山頭，在 2020 年 10 月成立了 25G 對稱 PON 多源協定（25GS-PON MSA）。加入的企業也不少，其中不乏 AT&T 等大公司。 我們還是說回 50G PON。 50G PON 標準立項時，主要包括4 個部分，如下表所示：2021 年4 月23 日，ITU-T SG15 全會通過了50G PON 的標準，包括： G.9804.1 Amd1（需求）、G.9804.2（通用協定層）、G.9804.3（物理層標準）。 為了支援多代 PON 技術共存，ITU-T 也搗鼓了一個 G.9805 標準。 綜合起來，如下表所示：和剛才那個表是對應的。 G.hsp.TWDMpmd/ G.9804.4 是多波，國內不涉及。 2021-2023 年，50G PON 標準陸續完成了研究和修訂。 2023 年，ITU-T SG15 全會通過 G.9804.3 Amd.2，標誌著 50G PON 國際標準體系已完成。 多代共存標準（G.9805）也在這段期間基本完成，為不同世代向 50G-PON 的平滑演進奠定了標準基礎。 （50G PON 支援10G EPON 的兼容並存，有利於實現IEEE 路線和ITU-T 路線的歸一，對產業鏈有很大好處。儘管IEEE 還是希望堅持自己的以太網路線，不被“收編”，但作為世界上最大的PON 市場，中國產業力量的意志難以被違背。在推進中。一個是針對低時延的 G.Sup.PONLatency，另一個是針對切片的 G.Sup.PONSlicing。 國內產業標準方面，由 CCSA TC6 負責制定。 目前，50G PON 總體、實體層、TC 層等系列行標已發布，測試標準已立項，預計2024-2025 制定；50G-PON 單模、10G / 50G 雙模行標已報批，G / XG (S)/50G 三模預期2024-2025 制定。 50G PON 國內行標總而言之，單波50G PON（50G TDM PON）國際標準和國內產業標準均已基本就緒，為產業鏈上下游全面推進商用創造了條件。 50G PON 帶來了萬兆的存取速度，那麼，大家一定會問，它的應用場景是什麼呢？ 目前來看，業界對 50G PON 的應用場景定義仍集中在家庭寬頻、中小微型企業、園區、工業等場景。

家寬的話，主要是滿足於 8K（以上）超高清影片、AR / VR / XR、裸眼 3D 等需求。

一般來說，單一 XR 裝置的連線頻寬不高（380Mbps 左右），10G PON 就夠用。採用 50G PON，更多是針對多同時的需求，也就是多人同時使用 XR 裝置。例如家中成員多人共同參與 XR 遊戲互動。 中小微型企業，主要是雲端桌面辦公室、視訊會議、企業雲端盤等用途。國內現在在推中小微型企業數位化賦能專案行動，50G PON 可以成為中小微型企業的數位轉型底座。 園區場景，例如大型企業、醫院、學校、工廠、港口等。 學校的話，一個教室裡有數十名學生，多人同時使用 VR 教學，會對接入頻寬產生需求。 醫院的場景更加複雜。除了傳統的數位病歷等以外，大頻寬網路還有一些新的應用。 例如影像檢視和數位閱片。醫院的影像設備資料量很大，包括多模態影像、介入影像等。透過 50G PON 這樣的萬兆光網，可以有助於醫護人員的資料檢視和傳遞。 現在營運商們大力推動 FTTR。以後，隨著存取頻寬的增加，可能會逐漸邁入 FTTD 階段。 D 是 Device，也就是說，光纖會直接接到使用者終端（例如桌上型電腦、筆記型電腦、家電等）上，徹底消滅網路線。 再就是工業製造場景，這個場景是目前 50G PON 發展的重點，主要針對資料收集、工業控制、自動化及人機互動等細分場景。這些細分場景對網路的傳輸延遲和安全可靠有著嚴格要求。 在工業領域，50G PON 可能會進一步推動光纖從日常辦公室網絡走向生產管理網絡和生產現場網絡，並最終走向機器內部連接。 它會帶來 FTTR 向 FTTM 的轉變。 M 是 Machine，也就是機器。它和剛才說的 FTTD 有些類似。現在，也提出 FTTThing 的說法，光纖到萬物。 除了上述場景之外，將 50G PON 用於 5G 小型基地台的回傳承載，也成為一個選項（FTTCell，光纖到基地台）。 如果允許 1:64 的分光比，8 口 50G PON 線卡就可以支援 512 個 5G 小型基地台。如果按單口 40Gbps，每個 5G 小基地台 1Gbps，那就意味著，50G PON 單口可以滿足 40 個 5G 小型基地台的回傳需求。對於一般的樓宇室內覆蓋來說，足夠了。

█50G PON 的商用進度

近年來，國內業者已經針對 50G PON 技術進行了一些試點工作。 2023 年3 月27 日，中國電信研究院在江蘇永鼎光電子完成了業界首個50G-PON 工業應用試點，率先採用了50G-PON / XG-PON 雙模全光技術，驗證了50G -PON 在工業AOI（Automated Optical Inspection，自動光學檢測）質檢和工廠數位化管理業務場景。 2023 年 11 月，中國移動在江蘇南京現網成功完成了全球首個對稱 50G PON 固移接入應用示範。北京聯通完成 F5G-A 50G PON 創新應用驗證。北京電信完成試辦工程驗證。 2024 年3 月，上海電信率先建成了F5G-A 全球首個基於50G-PON 的“萬兆雲寬頻示範小區”，實現了萬兆接入終端按需即刻使用，可以提供3D 光感知、3D / XR 雲端直播、極致雲端互動等一系列應用程式。 2024-2025 年，50G PON 將進入商用起步階段。根據初步預測，大概在 2027 年左右，50G PON 才會進入大規模商用的階段。到 2030 年，會達到一個高峰。 根據 Omdia 的預測，2024 年至 2028 年期間，50G PON 連接埠出貨量將維持每年 200% 的複合年增長率，並在 2028 年成為主流寬頻技術。 Dell'Oro Group 也預測，從 2023 年到 2027 年，50G PON 設備總收入將從不到 300 萬美元成長至 15 億美元。 順帶說一下，50G-PON 的下一代，也就是B50G-PON（超50G PON）的ITU-T 標準G.VHSP.sup（VHSP=Very High Speed PON），在2022 年9 月已經立項了，目前處於早期推進階段。

█ 最後的話

好啦，以上就是關於 50G PON 的基本介紹。 50G PON（F5G-A）的發展，離不開使用者需求的帶動。目前看來，50G PON 和 5G 一樣，缺乏令人信服的爆款應用場景，也談不上是非常剛需的技術。 比較 5G，50G PON 的最大優勢在於成本。儘管它的成本會明顯高於 10G PON，但比 5G 還是要低得多。透過和 Wi-Fi 7 進行搭配，50G PON 更容易為用戶提供低成本、高速率、低延遲的網路存取能力，更容易被市場所接受。 50G PON 到底能不能崛起，就讓時間來告訴我們答案。 下一期，我們來講講 50G PON 的關鍵技術，包括相容並存方案、波長方案，以及光模組技術創新等。敬請期待！ 參考資料：1、《高速PON 與FTTR 國際標準進展》，劉德坤，華為；2、《50G-PON 科技白皮書》，中興；3、《中國聯通50G PON園區類應用場景白皮書》，中國聯通；4、《50G-PON 技術與應用白皮書》，中國電信；5、《50G PON 輔助寬頻網路從千兆邁向萬兆》，劉謙，信通院；6、《50G PON 發展築基萬兆光網》，張德朝，中國移動；7、《50G PON 技術發展與演進探討》，張德智，中國電信；8、 《50G-PON 關鍵技術與應用需求分析》，邵岩，中國聯通；9、《50G PON，開啟萬兆接入新篇章》，吳穎，中興通訊；10、ITU-T 、IEEE 官網及相關標準文件。 本文來自微信公眾號：鮮棗課堂 （ID：xzclasscom），作者：小棗君

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