50G-PON，继10G PON之后的新一代PON技术

Posted 2022-01-04 波分传输_纤亿通

PON技术发展回顾

1.1 早期的窄带PON及BPON：随着ATM/B-ISDN的兴起，宽带第一次成为电信技术发展的重要方向，而带宽潜力巨大的光纤技术也成为信息传输技术的宠儿。因此，在1995年全球7个重要的运营商成立了全业务接入网组织（FSAN），致力于光纤接入网的标准和应用的推进工作。BPON在当时的技术环境下采用了以ATM为内核的设计思路，且限于当时器件水平和价格的因素，PON设备的成本还比较高、光纤接入网的外部配套条件也不成熟，因此BPON仅在北美地区的电信运营商中有一定规模的部署，并未在全球获得广泛的应用。

　　1.2 EPON和GPON：随着ATM技术的衰落和互联网IP技术的迅速兴起，继BPON之后，业界希望开发一种新型的PON系统，取代过时的BPON技术。在这个背景下，IEEE和ITU-T相继在2000年和2001年启动了EPON和GPON的标准化工作，并分别于2004年发布了完成的标准，为今天EPON和GPON在现网中的大量应用奠定了基础。EPON标准由IEEE的EFM（Ethernet in the First Mile）工作组完成，并在2004年9月被IEEE批准为IEEE 802.3ah标准。GPON相关的标准包括G.984.1~G.984.6六个标准，分别涵盖了GPON系统的架构、物理媒质相关层、传输汇聚层、ONU控制管理协议以及对增强的波长使用和距离扩展的规定。GPON标准的设计比较全面地考虑了运营商的业务和运行维护需求，标准体系完备全面，但是内容也相对复杂。

当前EPON和GPON分别可以提供大约1G和2.4G的下行带宽，在FTTH场景下，如果不考虑并发，最大分路比下（32和64）的每个用户可以保证获得大约30 Mbit/s的下行带宽。但在中国现网条件下，运营商大量采用FTTB的方式进行组网，即每个ONU下还连接16~32个用户，最终可能会达到每PON口连接1 000个（32×32）左右的用户。这样每个用户可获得的带宽将无法满足现网提速的需求。

1.3 10G-EPON和XG-PON：IEEE于2006年立项开始制定10 Gbit/s速率的EPON系统的标准IEEE 802.3av。该标准针对10 Gbit/s速率的需求制定了新的EPON物理层规范，并对MAC层规范进行了更新。在该标准中，10G EPON分为2个类型。其一是非对称方式，即下行速率为10 Gbit/s，但上行速率与EPON相同仍然为1 Gbit/s。其二是对称方式，即上下行速率均为10 Gbit/s。

相比来说，由于PON系统的上行传输技术难度较大，因此1G上行10G下行方式的10G EPON系统较为容易实现，目前芯片厂家已经可以提供原型系统。但由于该类系统上下行带宽比达到1∶10，因此能否与实际的用户业务需求的带宽模型相匹配目前存在疑问。

ITU于2008年启动了下一代GPON标准的研究，目前称为XG-PON标准。XG-PON标准ITU-T G.987系列已陆续发布。XG-PON目前规定的物理层速率为非对称方式，即下行速率为10 Gbit/s，上行速率为2.5 Gbit/s。

10G-EPON和XG-PON系统使用同样的波长规划，有利于两者共用部分光器件，扩大产业规模，降低器件成本。两者均规定上行选择1 260~1 280 nm的波长范围，下行选择1 575~1 580 nm的波长范围。下行方向与现有的1 490 nm的EPON或GPOM系统可以采用WDM方式进行波长隔离。上行方向，由于EPON ONU使用的激光器谱宽较宽（1 310+50 nm），与1 260~1 280 nm波长重叠。因此，EPON与10G-EPON的ONU共存在同一ODN时需采用TDMA方式，两者不能同时发射。GPON与XG-PON的ONU可以采用波长隔离，两者互不影响。

下一代PON主流技术方向：50G-PON

业界普遍认可将下一代光接入网带宽提升至50Gbps，因此如何简单、高效地实现系统带宽升级成为PON领域研究的热点。10G PON之后的下一代PON技术发展趋势主要有两个方向：一是提高单波长速率;二是多波长复用提高总速率。IEEE率先启动了10G PON后下一代PON技术的标准制定，单根光纤上支持25Gbps下行速率，同时支持10Gbps/25Gbps上行速率，并支持和10G-EPON的兼容。对于50Gbps带宽需求，采用多波长叠加技术和通道绑定技术提供两个25Gbps通道，实现50Gbps速率。ITU-T/FSAN则考虑了家庭用户、企业用户、移动回传/前传等场景，并逐步形成了对于下一代PON的需求，聚焦单通道速率为50Gbps的50G-PON技术。2018年，ITU-T/FSAN启动了基于单波长50G-PON的标准制定工作，命名为“G.HSP(G.Higher Speed PON)”，预计在2025年开始具备商用能力。而在此时间点前，10G PON将作为业界主流的光接入技术大规模商用部署。

50G-PON的需求包括相对于10G PON提供4倍以上的接入带宽、更好的业务支持能力、网络保护/安全，以及支持10G PON的共存和平滑演进，并尽可能兼容已有ODN网络。50G-PON的上下行波长均工作在O波段，不支持与GPON和10G GPON的同时共存，FEC选用LDPC纠错算法。为了更好地支持低时延，50G-PON技术引入了专用激活波长(DAW)、CoDBA(协作DBA)等技术。采用DAW技术，ONU通过专用波长进行注册激活，业务波长不再分配静默窗口，可以减小因注册开窗而带来的传输时延。采用CoDBA技术数据无需等待直接转发，可以降低带宽调度带来的时延。

10G GPON技术向50G-PON的演进和共存

在网络的演进中，尽可能地利用现网资源与节省升级演进成本，是运营商历来关注的重点。为了实现10G GPON向50G-PON的平滑演进，满足不同业务的组网需求，10G GPON和50G-PON将在一定时间内共存。为节约机房部署空间，降低光接入设备能耗，有效利用现网的ODN资源和降低运营商的网络建设成本，局端设备采用多制式共存的光收发合一模块是目前已被验证的最有效手段，因此在向50G-PON演进的过程中对于技术共存可以考虑两步迁移的方式，首先从GPON演进到10G GPON，然后从10G GPON演进到50G-PON，在兼顾网络演进和成本的同时实现带宽的持续升级。业界正在致力于推进50G-PON技术的标准化工作，同时部分内容和方向尚待进一步研究，如未来支持多运营商或业务的独享带宽需求，以及为了解决50G-PON的上行光功率预算较为紧张而引入的时延要求和性能及成本等。从目前的进展来看，预计2025年左右50G-PON将具备商用部署能力，而在此时间点前，10G PON技术将会大规模部署，并为后续向50G-PON的平滑演进夯实基础。

    一直致力于推动50G-PON的标准化和产业链的持续完善，在PON传输方面，拥有许多成功的案例，自家产品也覆盖了由OLT到ONU设备的所有部分，欢迎广大海内外客户前来洽谈和合作。