中興：2020年50G-PON技術白皮書（19頁）.pdf

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1、 50G-PON 技術白皮書 中興通訊版權所有未經許可不得擴散 第 1 頁 目錄 1 PON 技術回顧和 50G-PON 展望.3 1.1 PON 技術發展史回顧.3 1.2 50G-PON 標準發展.4 1.3 向 50G-PON 的演進.5 2 50G-PON 需求分析.5 2.1 承載能力要求.6 2.2 PON 共存需求.6 2.3 業務支持需求.7 2.4 保護需求.8 2.5 安全需求.8 3 50G-PON 關鍵技術分析.9 3.1 波長選擇.9 3.2 線路編碼.10 3.3 線路速率選擇.10 3.4 FEC 糾錯技術.11 3.5 Common TC 技術.11 3.6 5

2、0G-PON PHY 層器件.12 3.7 50G-PON 和 10G PON 技術比較.13 3.8 50G-PON 待研究方向探討.13 4 50G-PON 應用場景分析.14 4.1 家庭超寬帶接入.14 4.2 園區確定性網絡.15 4.2.1 遠程醫療.16 4.2.2 電網繼電器保護.16 4.2.3 廠礦井下通訊.16 4.2.4 工業智能制造.17 5 總結.17 50G-PON 技術白皮書 第 2 頁 中興通訊版權所有未經許可不得擴散 圖目錄 圖 1-1 PON 技術演進趨勢示意圖.4 圖 1-2 50G-PON 標準進展情況.4 圖 1-3 50G-PON 平滑演進升級.5

3、 圖 2-1 通過獨立的 CEx 設備使 XG(S)-PON 和 50G-PON 共存.7 圖 2-2 通過 Combo PON 方式使 XG(S)-PON 和 50G-PON 共存.7 圖 2-3 Type B 保護 1:1 冗余.8 圖 2-4 Type C 保護 1+1 冗余.8 圖 3-1 單波 50G-PON 系統架構圖.9 圖 3-2 50G-PON 波長規劃.10 圖 4-1 千兆到家部署示意圖.14 圖 4-2 吞吐量關系計算公式.15 表目錄 表 1-1 PON 技術演進.3 表 3-1 50G-PON 波長方案.10 表 3-2 PON 關鍵技術對比分析.13 表 4-1

4、VR 業務對帶寬和時延的需求.15 50G-PON 技術白皮書 中興通訊版權所有未經許可不得擴散 第 3 頁 1 PON 技術回顧和 50G-PON 展望 1.1 PON 技術發展史回顧 PON 技術是一種基于無源 ODN 的寬帶接入技術，上下行傳輸波長獨立，數據時分復用。PON網絡采用 P2MP 點到多點拓撲，一個 PON 口可以接多個 ONU，有效節省局端資源。連接 OLT 和ONU 的 ODN 網絡采用純光介質，全程無源，避免了電磁干擾，環境適應性強，易于擴展和升級。PON 技術已經大規模應用，并具有高帶寬、高可靠性、多業務承載和低成本等優點。在 PON 技術的發展歷程中，標準組織 FS

5、AN/ITU-T 和 IEEE 起到了巨大的推動作用。PON 技術起源于早期的 APON/BPON，商用 PON 技術歷經 3 代發展，GPON 和 EPON 已經大規模商用部署。目前 10G-EPON 和 XG(S)-PON 設備已經成熟并步入大規模商用窗口期。表 1-1 PON 技術演進 技術體系 下行速率 IEEE ITU-T 第一代 GPON/EPON 2.5G/1.25Gbps EPON(IEEE 802.3ah)GPON(ITU-T G.984)第二代 10G PON 10Gbps 10G-EPON(IEEE 802.3av)XG-PON(ITU-T G.987)XGS-PON(I

6、TU-T G.9807)第三代 50G-PON 25G/50Gbps 25G/50G-EPON(IEEE 802.3ca)50G-PON(ITU-T G.9804)第一代 GPON/EPON 技術可以為用戶提供百兆帶寬接入能力，逐步替換原有銅線接入技術。第二代 10G PON 可以為用戶提供 300Mbps-1Gbps 帶寬，滿足 4K/8K 視頻業務規模應用，以及VR/AR 業務的前期導入。面向未來 1G 以上帶寬需求業務如極致 AR、政企接入、5G Fronthaul/Backhaul 等，并對 PON 技術的帶寬和延遲提出更高要求。10G PON 之后的下一代 PON 技術發展趨勢主要有

7、兩種方向：方向一是提高單波長速率；方向二是多波長復用提高總速率。業界普遍認可將下一代光接入網容量提升至 50Gbps，因此如何簡單、高效地實現系統容量升級成為目前 PON 領域研究的熱點。IEEE 和 ITU-T 就是基于這個思路來研究 PON 技術的后續演進，并在積極推動中。IEEE 率先啟動了下一代 PON 技術的標準制定，在單根光纖上支持 25Gbps 下行速率，同時上行支持 10Gbps 或 25Gbps 速率，并支持和 10G-EPON 的兼容。對于 50Gbps 帶寬需求，采用多波長疊加技術和通道綁定技術提供 2 個 25Gbps 通道，實現 50Gbps 速率。ITU-T 以 G

8、.Sup64 后 10G PON 技術研究報告為基礎，考慮了家庭用戶、企業用戶、移動回50G-PON 技術白皮書 第 4 頁 中興通訊版權所有未經許可不得擴散 傳和前傳等需求，并逐步形成了對于下一代 PON 的需求，聚焦單通道速率為 50Gbps 的 50G-PON技術。圖 1-1 PON 技術演進趨勢示意圖 1.2 50G-PON 標準發展 FSAN 組織在完成 10G GPON 標準 XG-PON 的制定之后，啟動了下一代 PON 的技術研究。首先基于 10Gbps 速率的波長疊加，在 2011 年啟動 NG-PON2 的標準研究，2015 年完成標準制定。但受限于可調諧光器件的高成本和系

9、統的成熟度，導致 NG-PON2 商用部署進展緩慢，未來應用存疑，并有可能被跳過。ITU-T 同時開展了后續演進技術的研究，啟動了下一代高速 PON 技術白皮書，調研下一代高速 PON 接入的各種技術可能性。相比多波長復用方案，單波長 50G-PON 更有潛力成為 10G PON之后的下一代光接入網主流行業標準。2018 年，FSAN/ITU-T 啟動了基于單波長 50G-PON 的標準制定工作，命名為“G.HSP：G.Higher Speed PON”，該標準預計可能于 2022 年發布，并預計 2025 年將開始逐步商用，而在此時間點前，10G PON 將仍然是業界主流技術并得到大規模商用

10、部署。圖 1-2 50G-PON 標準進展情況 圍繞單波長 50G-PON 的相關研究工作也已經展開。50G-PON 上下行均工作在 O 波段，不支持與 GPON 和 XG(S)-PON 同時共存，FEC 選用 LDPC 糾錯算法。為了更好地支持低時延，50G-PON 技術引入了專用激活波長(DAW)、CoDBA 等技術。采用專用激活波長技術，ONU 在專用波長進行注冊激活，業務波長不再分配安靜窗口，可以減小因注冊開窗而帶來的傳輸時延。CoDBA 50G-PON 技術白皮書 中興通訊版權所有未經許可不得擴散 第 5 頁 是指在承載無線業務時，通過基站與 OLT 協調，OLT 為 ONU 分配好

11、帶寬授權，移動終端數據到達 ONU 時正好是 PON 系統 DBA 的授權時間，數據無需等待直接轉發，可以降低帶寬調度帶來的時延。1.3 向 50G-PON 的演進 目前 10G PON 已進入批量部署階段。未來，隨著更高帶寬的家庭寬帶接入、政企接入需求的大量普及，50G-PON 將是有線寬帶接入下一階段的部署趨勢。為實現 10G PON 到 50G-PON 的平滑演進，滿足不同業務的組網需求，10G PON 和 50G-PON 將長期共存。為節約機房部署空間，降低光接入設備能耗，有效利用現網的 ODN 資源和降低運營商的網絡建設成本，局端設備采用多制式共存的光收發合一模塊是目前已被驗證的最有

12、效手段，如 GPON 和 10G PON 共存 Combo PON 光模塊。根據網絡平滑演進，節約機房部署空間以及高效利用 ODN 資源的系列要求，有必要開展 50G-PON 和 10G PON 業務共存驗證和測試。圖 1-3 50G-PON 平滑演進升級 2 50G-PON 需求分析 接入帶寬需求不斷攀升，要求接入網容量持續提升，未來 510 年光接入網的發展目標是將每50G-PON 技術白皮書 第 6 頁 中興通訊版權所有未經許可不得擴散 戶接入速率提升至 110Gbps。此外隨著 5G 的全面部署，出現 5G 小站等新場景，與光纖直連方案相比，基于 PON 架構的 5G 前傳可大幅節省主

13、干光纖。為此，固網及 5G 移動接入網均有對超10G 光接入技術實現方案的潛在需求。10G PON 已處于規模部署階段，市場需關注并布局下一代技術，從而滿足網絡演進需求。10G PON 后續演進需要：帶寬提升四倍以上，支持 10G PON 平滑演進，并兼容現網 ODN。50G-PON 是 ITU-T 制定的 10G PON 之后的下一代 PON 標準，單波長支持上下行 50Gbps速率，帶寬提升 5 倍。沿用 TDM PON 的機制，可與 10G PON 共存，并支持現網已部署的 ODN基礎設施。同時考慮到智能新業務的特性，在低時延、切片、節能和可靠性上進行了擴展。滿足 10G PON 的后續

14、平滑演進，在考慮成本的同時面向多場景的綜合接入需求。50G-PON 總體要求已經發布，針對承載能力、共存需求、業務支持、保護和安全等方面都進行了規定。2.1 承載能力要求 所有打算在已建立的基于分光器的 PON 基礎設施上運行的 50G-PON 系統應：在下行和上行方向，每個波長信道的對稱標稱速率為 50Gbps，以確保支持至少 40Gbps的最大業務速率。每個波長信道的非對稱標稱速率組合,下行為 50 Gbps，上行為 25 Gbps。通過 TDMA 在同一波長信道上同時支持具有不同上行標稱速率組合選項的 ONU。支持使用 ITU-T G.652 和 ITU-T G.657 中描述的光纖類型

15、。在由光纖、連接器、分光器和可選波長選擇設備組成的 ODN 上運行。對于基于 TDMA 的系統，應該支持：最大光纖覆蓋距離 60 公里。最大差分光纖距離達 40 公里。支持最小 1:256 的分光比。2.2 PON 共存需求 對于 50-GPON 技術的共存需求如下：支持傳統 PON 和 50G-PON 技術在同一根光纖上共存。應避免或盡量減少未升級的 ONU 服務中斷。50G-PON 支持和兼容傳統 PON 業務?，F網向 50G-PON 的演進，可以考慮兩步遷移到 50G-PON：包括從 GPON 到 XG(S)-PON，再從 XG(S)-PON 到 50G-PON 的兩步遷移方式。這需要在

16、開始向 50G-PON 升級之前，將待升級 50G-PON 技術白皮書 中興通訊版權所有未經許可不得擴散 第 7 頁 PON 口下的 GPON 遷移到 XG(S)-PON，從 GPON 遷移到 XG(S)-PON。重新使用 GPON 波長窗口，使 50G-PON 技術與 XG(S)-PON 共存，可以實現兩步全遷移。這種情況下，兩種 PON 技術在任何時候都存在雙重共存。為了使 XG(S)-PON 與 50G-PON 同時工作，網絡中應包括 WDM 功能，可以是獨立的設備CEx，也可以采用 50G-PON Combo PON 光模塊，如圖 2-1 和圖 2-2 所示。圖 2-1 通過獨立的 C

17、Ex 設備使 XG(S)-PON 和 50G-PON 共存 圖 2-2 通過 Combo PON 方式使 XG(S)-PON 和 50G-PON 共存 2.3 業務支持需求 50G-PON 系統以其高質量的服務質量和高比特率的能力，全面支持面向家庭用戶、企業用戶等應用的多種業務需求。此外，50G-PON 系統可以獲得更好的時延和抖動性能。50G-PON 系統必須支持傳統業務，如使用仿真的 POTS 和 T1/E1、高速專用線（有幀和無幀）以及新興的分組業務。必須支持最大為 9000 字節的以太網數據包。對于移動回程業務（尤其是 5G 業務），應支持時間傳遞（如早期 ITU-T G.984、IT

18、U-T G.987、ITU-T G.989、ITU-T G.9807 系列支持）和低傳輸延遲時間。為了支持無線傳輸需求，包括基于 OTDOA 的定位服務，50G-PON 系統中的 ONU 應該保持ToD 同步到指定的精度。精確的規格在 ITU-T G.8273.2 中為約 100ns。50G-PON 技術白皮書 第 8 頁 中興通訊版權所有未經許可不得擴散 2.4 保護需求 50G-PON 的保護在支持企業應用和家庭高價值用戶應用方面將變得更加重要，尤其是在多業務共存場景中。需要端到端的保護機制，以避免在光纖或設備發生故障時可能對數千甚至數萬個用戶造成的服務中斷。保護方式可以采用 Type B

19、 或 Type C 保護。采用 Type B 型保護時，則 OLT 和饋線光纖受到保護，如圖 2-5 所示。圖 2-3 Type B 保護 1:1 冗余 采用 Type C 保護時，即全雙工系統（1+1 模型），ONU 有兩個固定收發器，如圖 2-6 所示。因此，通過切換到備用 OLT 時，可以在任何時候從故障中進行恢復。圖 2-4 Type C 保護 1+1 冗余 2.5 安全需求 與傳統的 PON 系統一樣，50G-PON 是一種基于共享介質的系統，同一 PON 上的所有 ONU都接收完整的數據。因此，必須采取措施避免冒充/欺騙等手段。為了防止冒充/欺騙，身份驗證機制必須標準化。50G-P

20、ON 系統需要實現這些機制，而機制的 50G-PON 技術白皮書 中興通訊版權所有未經許可不得擴散 第 9 頁 激活必須由操作者決定動態控制。包括但不限于：認證用于 ONU 注冊處理的 ONU 序列號和/或注冊 ID?；?IEEE 802.1x 的客戶端設備（CPE）認證。需要強大的身份驗證機制。當使用節能功能時，從“休眠”模式恢復時，還需要一種低復雜性但安全的身份驗證方法。為了防止在 ONU 處被檢測，所有下行方向的單播數據都應使用一種強大且特性良好的算法進行加密，例如高級加密標準（AES）。50G-PON 還應提供啟動加密通信所必需的可靠密鑰交換機制，50G-PON 系統必須支持上行加密

21、和相關的密鑰交換，以及運行時控制上行加密的方法。3 50G-PON 關鍵技術分析 單波 50G-PON 定位在接入網的中心機房（Central Office），向上連接業務網絡，向下通過各種類型 ONU 用戶側接口接入用戶，系統支持點對多點拓撲，同時支持視頻、數據、語音等業務。與 GPON、10G PON 一樣，單波長 50G-PON 利用波分復用實現單纖雙向傳輸，下行采用 TDM時分復用，上行采用 TDMA 時分多址接入，實現 OLT 和 ONU 之間點到多點通信。圖 3-1 單波 50G-PON 系統架構圖 3.1 波長選擇 PON 系統經過了幾代發展，不同標準采用不同的波長，目前光接入網

22、波長資源越來越緊張。而且光接入網面向廣大用戶，不同用戶需求不一，導致現網多代系統同時存在。50G-PON 目前可用波長只有 O 波段一小段可用波長。不夠 50G-PON 系統使用。ITU-T 標準組織經過多次討論，目前已經明確 50G-PON 不會與 GPON 和 10G PON 同時共存。另外速率提高到 50G-PON 之后，為了能夠重用已部署的 ODN 網絡，需要實現高靈敏度接收50G-PON 技術白皮書 第 10 頁 中興通訊版權所有未經許可不得擴散 機，前置放大器是一種有效提升接收機靈敏度的方案。但是放大器存在 ASE 帶外噪聲，影響接收機性能，為此需要增加光濾波器，而且濾波器波長要與

23、發射機波長匹配。為了降低濾波器設計，避免使用可調濾波器，需要將發射機波長收窄到一定范圍，所以 50G-PON 需要有一種窄波長的波長方案。具體波長可選方案標準仍在討論，圖 3-2 和表 3-1 是目前已經確定的幾種波長選擇。圖 3-2 50G-PON 波長規劃 表 3-1 50G-PON 波長方案 條目 US0-wide 1260-1280nm US1-wide 1290-1310nm US0-narrow 1268-1272nm US1-narrow 1298-1302nm 10G 上行 確定 確定 討論中 討論中 25G 上行 確定 確定 討論中 確定 50G 上行 未討論 未討論 討論中

24、 討論中 3.2 線路編碼 ITU-T 標準在最初討論時，考慮過 PAM4、雙二進制和 NRZ 等幾種線路編碼。因為 PON 系統功率預算要求很高，標準最終選擇了接收性能最好的 NRZ 編碼。3.3 線路速率選擇 ITU-T已經明確50G-PON速率要求，支持對稱、非對稱不同速率組合。下行速率49.7664Gbps；上行速率有 9.95328Gbps、12.4416Gbps、24.8832Gbps 和 49.7664Gbps 四種線路速率可選。其中9.95328Gbps和12.4416Gbps速率相差不大，預計將主要采用12.4416Gbps、24.8832Gbps和 49.7664Gbps

25、三種。50G-PON 技術白皮書 中興通訊版權所有未經許可不得擴散 第 11 頁 3.4 FEC 糾錯技術 50G-PON 線路速率提高后，接收機靈敏度下降，需要提高收發機性能才能重用已經大量部署的 ODN 網絡。為了降低高速光器件指標要求，50G-PON 參考 IEEE NG-EPON 引入LDPC(17280,14592)（低密度奇偶校驗，LOW Density Parity Check）編解碼方案進行 FEC 前向糾錯，編碼效率約 84.84%。相比 10G PON RS（255,221）編碼可以將糾前誤碼率降低到 10-2，接收靈敏度提高 2dB 左右。LDPC 算法根據輸出數據是否經

26、過判決又分為硬值輸入和軟值輸入。硬值數據是信號經過均衡判決后的 01 比特序列輸入 LDPC 解碼器進行解碼。軟值輸入的是未經過判決的原始數據，可以得到輸入信號的對數似然比(LLR)，從而提高糾錯性能。軟值輸入需要緊跟在均衡器之后，而且需要ADC 對原始信號進行數字化采樣。3.5 Common TC 技術 50G-PON 支持 PON-MFH（Mobile Fronthaul）應用場景，即基于 PON 的 5G 移動前傳，在該場景中 OLT 和 ONU 提供 CU 和 DU 之間的業務傳輸，要求 50G-PON 支持低時延。50G-PON 主要通過以下技術來實現低時延：專用激活波長（DAW）、

27、協作 DBA（CO-DBA）、減小分配周期。專用激活波長：可以是新定義的波長，也可以是 50G-PON 之前部署的 PON 系統波長，例如 10G PON 波長、GPON 波長。專用激活波長可以是一個單獨的上行波長，此時專用激活波長和 50G-PON 下行波長配合完成激活過程，包括發現 ONU 和測距 ONU，并通過計算獲得 50G-PON 上下行波長上的測距結果。專用激活波長也可以是一對上下行波長，此時專用激活波長單獨完成激活過程，包括發現 ONU 和測距 ONU，并通過計算獲得 50G-PON 上下行波長上的測距結果。通過專用激活波長技術，避免了在 50G-PON 上行波長上開放安靜窗口，

28、成功取消了因安靜窗口帶來的時延。協作 DBA：OLT 通過上游設備 CU 獲知 ONU 的上行業務發送需求，提前將帶寬分配給ONU，使得業務數據在 ONU 的緩存時間盡量少。減小分配周期：降低 ONU 獲得帶寬分配的時間間隔，從而降低業務數據在 ONU 的緩存時間。每個 T-CONT 在 125us 周期內可以最多分配 16 次，即在 125us 周期內最多發送16 個 burst。為了實現超 50Gbps 的速率傳輸，可以通過多個通道的通道綁定技術來實現。在通道綁定中，發送側業務數據包被分割為若干個數據單元，針對每個數據單元，選擇在多個通道中發送時間最早的通道上發送，如果有多個發送時間最早的

29、通道，則選擇通道編號最小的通道，50G-PON 技術白皮書 第 12 頁 中興通訊版權所有未經許可不得擴散 按照該規則直到所有數據單元發送完畢。接收側，每一次接收數據單元中，在多個通道中接收時間最早的通道上接收一個數據單元，如果有多個接收時間最早的通道，則選擇通道編號最小的通道，按照該規則直到將所有數據單元接收完畢，將各數據單元按照接收順序組裝成業務數據包。另外，通道綁定中的多個通道，由于其波長不同等原因，數據單元在各通道上的傳輸時延不一樣，在多個通道上傳輸的數據單元，到達接收側的順序可能與發送側的順序不一樣，因此需要數據單元順序恢復技術，目前標準暫未確定具體技術。其中一種可能的技術是下行方向

30、各通道上同步發送 PSBd，并設置統一的時間參考點，數據單元的發送順序和接收順序都以該參考點為準，上行方向類似；另一種可能技術是，發送方確定各通道數據單元發送的相對位置關系，并在數據幀中標明該相對位置關系，接收方根據這些相對位置關系恢復數據單元順序。3.6 50G-PON PHY 層器件 PHY 層器件是 PON 系統需要解決的關鍵技術問題之一，滿足 PON 系統性能需求的光收發器件是最核心的 PHY 器件。隨著 PON 速率的提升，為避免工作在 C 波段引入過高色散代價，同時避免與 GPON、XG（S）-PON、TWDM-PON 等系統波長沖突，ITU-T G.9804 單波長 50G-PO

31、N標準中，上、下行波長規劃定義在光纖色散系數較低的 O 波段。50G-PON PHY 層器件主要包括光發射組件，光接收組件，激光器驅動器 LDD，突發 TIA 以及時鐘恢復芯片 CDR（其中，上行接收方向需要突發時鐘恢復 BCDR）等關鍵光電器件。OLT 光發射組件光器件可采用 EML，集成 SOA EML 器件等，OLT 光接收組件光器件可采用 APD，集成SOA PIN 器件等。ONU 與 OLT 類似，與 OLT 的不同之處則在于，ONU 驅動器需要支持突發功能，接收不需要突發時鐘恢復 BCDR，25Gbps/10Gbps 等上行速率等級 ONU 光發射組件光器件還可采用 DML 器件。

32、當前業界核心光電器件尚未成熟，仍處于光器件方案和指標需求定義標準討論中，尚無適用于50G-PON OLT 和 ONU 的 PHY 層光電器件。業界主流廠家的實驗和仿真結果表明，50G-PON 采用 50G EML 發射機器件，25G APD 接收機器件有望獲取單波 50Gbps 速率。雖然業界已有 50G EML 光器件產品，但目前器件主要用于以太網 400GE 光模塊，發射光功率較低（芯片級出光功率4-5dBm），消光比較低（4dB），用于 50G-PON 指標有待進一步提升。而且缺少 50G-PON 下行 1342nm 波長的 50G EML。25G APD 產業鏈基本成熟，已商用于以太網

33、 50G ER，100G/200G ER4 等光模塊。50G APD 僅有極少廠家可提供小批量樣品。關鍵電器件方面，LDD 和下行接收連續 TIA 可重用數據通信產品的產業鏈器件，而上行突發激光器驅動器 LDD 缺少專用芯片，突發TIA 器件以及突發時鐘恢復芯片尚無可用器件。50G-PON 技術白皮書 中興通訊版權所有未經許可不得擴散 第 13 頁 3.7 50G-PON 和 10G PON 技術比較 50G-PON 和 10G PON 的關鍵技術比較如表 3-2：表 3-2 PON 關鍵技術對比分析 技術項 50G-PON 10G PON 線路速率（下行）49.7664Gbps 9.9532

34、8Gbps 線路速率（上行）9.95328Gbps、12.4416Gbps、24.8832Gbps 和 49.7664Gbps 2.48832、9.95328Gbps 線路編碼 NRZ NRZ FEC LDPC(17280,14592)RS(248,216)安靜窗口 支持 DAW 上開放 僅在工作波長上開放 CO-DBA 支持 不支持 每 T-CONT 每 125us 最大突發幀 16 4 同一 ODN 共存 與 10G PON 共存 與 GPON 共存 通道綁定 支持 TC 層通道綁定 支持業務層通道綁定 切片 支持 不支持 3.8 50G-PON 待研究方向探討 目前 50G-PON 部分

35、相關技術內容已經確定，部分內容和方向尚待進一步研究和明確，以下兩個方向可能是后續的關注重點：PON 網絡未來支持多運營商或業務的獨享帶寬等需求，支持硬切片是一個重要特性，這個特性將支持 PON 的下行調度能夠實現剛性管道的建立，將對于現有的 PON 協議框架產生影響，如果 50G-PON 支持這個特性，如何兼容如 XG(S)-PON 等已部署的網絡，標準方案還需進一步的探討。為了滿足 10Gbps/25Gbps/50Gbps 不同速率共存的物理層、光模塊設計，50G-PON 的上行光功率預算較為緊張，通過 LDPC 來提升糾錯能力等機制引入的時延要求和性能、成本的矛盾也是亟待解決的問題。50G

36、-PON 技術白皮書 第 14 頁 中興通訊版權所有未經許可不得擴散 4 50G-PON 應用場景分析 4.1 家庭超寬帶接入 50G-PON 應用于家庭寬帶接入場景時，主要為家庭客戶提供高速上網、視頻和語音服務。為滿足不斷增長的固網帶寬需求，特別是 4K/8K、AR、Cloud VR，典型帶寬需求為 1G5Gbps 每戶，接入網需要更大的帶寬，PON 技術需要不斷演進。表 4-3 PON 關鍵技術對比分析 VR 視頻 商用時間 全視角帶寬 FOV 帶寬 RTT 時延 丟包率 入門 2 年 120M 48M 20ms 2.410-5 體驗 35 年 630M 155M 20ms 110-6 極

37、致 610 年 4.4G 1.1G 10ms 110-6 下圖以千兆到家為例，分析 10G PON,50G-PON 端口的用戶帶寬收斂比?？梢钥闯?50G-PON可以提供更大的收斂比，為用戶提供更大的帶寬通道、無損壓縮以及極致的用戶體驗。圖 4-1 千兆到家部署示意圖 10G PON:10G/64（分光）/1G=1:6 50G-PON:50G/64（分光）/1G=1:1 按照 64 用戶計算 PON 口下行帶寬需求，考慮實裝率 50%,并發率 70%，實際端口帶寬需求為：64*50%*70%*1G=22G。通過計算，用 50G-PON 承載可以滿足更高實裝率和并發率需求。50G-PON 技術白

38、皮書 中興通訊版權所有未經許可不得擴散 第 15 頁 另外家寬業務的高帶寬和低延時要求主要取決于8K 高清視頻/AR/Cloud VR業務的高吞吐量和低延時需求。參考中國電信低時延光網絡技術白皮書，按照下圖 4-3 公式中，TCP 吞吐量受限于三個因素：帶寬 BW、往返時延 RTT 和丟包率。假設帶寬足夠，且良好的網絡質量可以不考慮丟包率的話，則時延成為決定性因素。如果時延過大，客戶體驗帶寬無法提升，此時僅提高帶寬無法解決問題，形象的稱之為“帶寬黑洞”。圖 4-2 吞吐量關系計算公式)1,(minRTTMSSRTTCWNDBW吞吐量 假設帶寬（BW）為 10Gbps，單向時延 10ms（往返時

39、延 RTT 為 20ms），根據上述公式，TCP 協議的最大吞吐量只有 26.3Mbps，遠低于網絡帶寬。業界通常認為 4K/8K 高清視頻等實時大通量業務的吞吐量需要達到實際碼流速率的 1.5 倍，才能保證業務質量。因此 4K 高清視頻的吞吐量需求為 3045Mbps，按照上述公式計算，所能容忍的最大往返時延 RTT 為 1217ms。VR 對用戶帶寬更高，超過 1G，用戶體驗提升需要更低延遲 5ms(RTT 延時)。表 4-1 VR 業務對帶寬和時延的需求 Standard Pre-VR Entry-Level VR Advanced VR Ultimate VR 視頻分辨率 3840*1

40、920 7680*3840 11520*5760 23040*11520 強交互VR 業務 碼率 18Mbps 60Mbps(3D)390Mbps 680Mbps 帶寬需求 50Mbps 200Mbps(3D)1.40Gbps 3.36Gbps RTT 10ms 10ms 5ms 5ms 丟包率 1.00E-6 1.00E-6 1.00E-6 1.00E-6 參考上述帶寬和時延需求，50G-PON 技術針對家寬高清電視 4K/8K 業務能夠有效提高帶寬，并通過低延時技術降低接入設備的時延性能，從而降低整網的 RTT 延時，最終能極大提高視頻業務的吞吐量并進而提升用戶體驗。而且如果 50G-PO

41、N 系統轉發延時小于 1ms，基本能夠滿足嚴苛的 Cloud VR 多種等級的業務要求。4.2 園區確定性網絡 信息通信技術向各行各業融合滲透，行業數字化加速轉型升級。面向行業用戶的工業網絡對網50G-PON 技術白皮書 第 16 頁 中興通訊版權所有未經許可不得擴散 絡承載的需求差異較大，例如工廠、港口、園區、醫院等場景，在覆蓋、時延、帶寬、安全可靠性等確定性方面有著更高的要求。確定性傳輸提供在端到端網絡上運行的低延遲、低延遲變化（抖動）和極低損耗的保證交付。確定性傳輸通常期望極值，其主要目標是保證這些參數的上限。確定性網絡的關鍵參數包括確定性延遲、確定性帶寬和確定性丟包。確定性網絡的更多參

42、數包括周期性關鍵控制數據流、最大端到端延時、高可用性等，這些參數與工業互聯網高度相關。4.2.1 遠程醫療 隨著醫用機器人的發展，預計醫生和護士會與不同領域的專業醫用機器人進行合作，完成醫療過程。操作指令通過網絡正向鏈路發送至手術臺，手術現場的高清圖像和信號通過反向鏈路發送至遠程醫務人員。由不同醫務人員簽發的指令應實時傳送到現場機器人，不能傳送得太早或太晚（要求低抖動）。在這種遠程手術場景下，為確保順利完成手術，患者與醫生之間的端到端通信延遲必須小于 50 毫秒，且抖動必須小于 200s。4.2.2 電網繼電器保護 在電源線的各端放置繼電器保護裝置，通過網絡向對端發送等量電流，將本地電流與從對

43、端接收的電流進行比較。如果兩個電流的差值小于限值，則表示線路無故障。否則，表示線路發生故障。由于兩端的繼電器保護裝置之間沒有時間同步，因此有必要使用 RTT/2 的時間測量兩端之間的單向延遲，并作為依據進行相應的操作。為保證繼電器保護系統的精度，兩方向之間的單向時延應小于 200ms，抖動應小于 50s?，F在，中繼保護裝置通過無線或有線電信裝置傳輸，因此對傳輸網的低延遲和抖動提出嚴格要求。4.2.3 廠礦井下通訊 廠礦井下下通訊面臨的主要問題有：1、信號覆蓋問題：考慮無線信號抗干擾，穿透力、覆蓋范圍。2、信號傳輸穩定性：工作面終端設備多，環境復雜，傳輸線纜部署，可靠性等。通過 50G-PON

44、組建的全光網可以延伸到井下的各個終端，提供穩定的信號傳輸。這些終端類型可以包括傳感器信息采集、視頻監控、人員通訊、遠程控制等。井下通訊的確定性要求，帶寬為30M-100Mbps；延時為 30ms-100ms。50G-PON 技術白皮書 中興通訊版權所有未經許可不得擴散 第 17 頁 4.2.4 工業智能制造 智能制造場景對網絡性能在數據采集、工業控制、自動化及人機交互等場景對網絡的傳輸時延和安全可靠有著嚴格要求，通信保障需達到毫秒級端到端時延和接近 100%的可靠性。傳統工業網絡本身存在的局限，使其難以滿足多樣化的場景需求。工業網絡之前是各種工業總線，后續演進為工業以太網，但仍存在成本高、部署

45、時間長、部署不方便或無法部署、網絡互通性差、故障排查困難等問題，無法滿足未來個性化定制對于生產線高度靈活性的要求。傳統窄帶工業網絡無法支持高密度的工業終端接入以及高并發、大數據量的通信。即使部分工業園區切換到工業以太網設備，其最大上行帶寬一般不超過 10Gbps，對于超大型工業園區，也不會超過 40Gbps。而面向下一代的 50G-PON 技術就可以提供比 40Gbps 網絡更大的接入帶寬，在帶寬方面優勢明顯。工業 PON 設備在工業互聯網體系架構中處于車間級網絡位置，通過工業級接入網關（ONU）設備實現光網絡到設備層的連接，通過光分配網絡實現工業設備數據、生產數據等到匯聚網關（OLT）的集中

46、構成工業 POL 方案，最終通過匯聚網關（OLT）與企業 IT 網絡的對接，從而實現企業融合組網及工業數據的可靠有效傳輸。確定性指標包含延時和抖動等參數，特別是抖動需求對工控網絡非常重要，業內工業以太網交換機可以實現 1us。確定性時延指標需要根據業務需求確定，比如典型目標要求：1ms+/-20us。下一代 50G-PON 技術同時支持確定性轉發技術如 TSN，DetNet 等技術，可以保證工業數據在園區可靠、確定性轉發。5 總結 經過多年的發展和商業應用，基于光纖、無源和點到多點等特征的 PON 技術以其相對于雙絞線/同軸電纜的比較優勢，獲得了業界的極大認可并取得了成功。PON 技術正在向三

47、個方向發展：應用領域拓展 全光接入:FTTH 是 PON 的傳統領域，正在從 GPON 升級到 10G PON，給家庭提供千兆到家帶寬。全光家庭：從千兆到家向千兆在家演進，光纖組建家庭全光網絡，讓每個房間可以部署高頻、高帶寬 Wi-Fi 6 無線接入。全光園區：POL 技術替代傳統以太網交換機組建全光園區網絡，實現光纖到會議室、光纖到攝像頭、光纖到辦公位、光纖到機器等。帶寬品質提升 GPON 已經商用 10 來年,FTTH 網絡正在從 GPON 向 10G PON 升級,從 GPON 到 10G 50G-PON 技術白皮書 第 18 頁 中興通訊版權所有未經許可不得擴散 PON 帶寬提升了 4

48、 倍，有理由相信比 10G PON 帶寬提升 5 倍的 50G-PON 是 10G PON的下一代 PON 技術。新形勢下給人類生活習慣帶來了很大的變化，家庭的在線教育、家庭辦公高品質需求業務成為剛需，對 FTTH 網絡和全光家庭網絡提出了更高品質保障需求；而全光園區的拓展應用，對網絡品質有更高要求，保證園區生產、辦公活動的高效率。人工智能網絡 無論是 FTTH 光接入網、還是深入千家萬戶的全光家庭網絡、支撐園區生產活動的全光園區網，人工智能是提升網絡品質的重要手段：AI 網絡運維：網絡內生 AI，能自動故障預警、故障定位、甚至恢復。AI 網絡優化：網絡內生 AI，能自動適應提升網絡業務保證。50G-PON 正在研究的內容包括：5 倍于 10G-PON 的帶寬、確定性、內生人工智能所需的度量等,這些新技術和特性的引入將會讓 50G-PON 產生質的飛躍，很好的地滿足上述 PON 技術的三個發展方向需求。