今天這期，我再給大家詳細(xì)說(shuō)說(shuō)50G PON的一些技術(shù)細(xì)節(jié)。我盡量用通俗易懂的方式解釋，相信大家看了一定會(huì)有收獲。

50G PON的技術(shù)指標(biāo)

PON(無(wú)源光網(wǎng)絡(luò))是一個(gè)接入網(wǎng)技術(shù)。它的核心作用，就類似一個(gè)“有線”基站，通過(guò)大量的光纖和分光器，讓海量的家庭和企業(yè)用戶能夠連入運(yùn)營(yíng)商骨干傳輸網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)。

PON網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)

作為PON技術(shù)的最新版本，50G PON比上一代肯定有顯著的性能提升。

首先當(dāng)然是速率帶寬。

50G PON的下行速率，當(dāng)然就是50Gbps(相比上一代提升了5倍)。這是OLT側(cè)單口的速率，經(jīng)過(guò)ODN分光，到用戶這邊，肯定不能承諾是50G。一般來(lái)說(shuō)，說(shuō)是萬(wàn)兆(10Gbps)，問(wèn)題不大。

上行速率方面，ITU定義了12.5G/25G/50G三種速率(本來(lái)還有10G，離12.5G太近，被拋棄了)。

50G上行/50G下行，叫對(duì)稱50G PON。12.5G上行/50G下行、25G上行/50G下行，叫非對(duì)稱50G PON。這個(gè)和以前的叫法習(xí)慣是一樣的。

按照行業(yè)的設(shè)想，12.5G面向家寬(家庭寬帶)用戶，25G面向家寬和政企用戶，50G面向政企用戶。

其實(shí)，業(yè)界現(xiàn)在普遍覺(jué)得12.5G也有點(diǎn)多余，不如直接收斂到25G和50G兩種速率，更加簡(jiǎn)單。

除了速率之外，50G PON還有以下要求：

平均單向延遲不超過(guò)350μs(也有說(shuō)是100μs)，定時(shí)精度不超過(guò)50ppb(十億分之一，也就是納秒級(jí));支持上下行加密使用國(guó)密SM4算法。

時(shí)延對(duì)工業(yè)制造或5G回傳場(chǎng)景會(huì)有意義，對(duì)家庭用戶來(lái)說(shuō)不太敏感。定時(shí)精度也沒(méi)啥意義。加密是安全性的要求，不會(huì)帶來(lái)網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)差異。

50G PON，到底難在哪里?

50G PON，技術(shù)上到底難不難實(shí)現(xiàn)呢?

小棗君可以告訴大家，如果要從運(yùn)營(yíng)商機(jī)房拉一根光纖到你家，提供50Gbps的寬帶，這毫無(wú)難度。

別說(shuō)50G，運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)在搞骨干網(wǎng)升級(jí)，幾千公里的距離，400Gbps速率，都能夠?qū)崿F(xiàn)?，F(xiàn)在的光纖單波帶寬，甚至能達(dá)到1Tbps以上，單根光纖甚至可以實(shí)現(xiàn)120Tbps的速率。

50G PON的挑戰(zhàn)，不在于光通信技術(shù)自身的能力極限，而是在于外部條件限制。

什么條件限制呢?

1.必須利舊現(xiàn)有的ODN網(wǎng)絡(luò)。

50G PON并不是重新建網(wǎng)。過(guò)去這些年，運(yùn)營(yíng)商花了很大的功夫，才給每個(gè)小區(qū)每個(gè)家庭都敷設(shè)了光纖線路。如果再重建一次，投資太大。所以，必須利用現(xiàn)有的ODN網(wǎng)絡(luò)。

這等于說(shuō)，路還是那條路，你車要開(kāi)得更快。

2.必須兼容已有的PON技術(shù)。

這個(gè)更難搞。50G PON并不是一口氣升級(jí)的?，F(xiàn)在大家都在用光纖寬帶，有的是EPON/GPON(1G)，也有的是XG(S)-PON(10G)。都還用得好好的，不可能全部報(bào)廢換新。

升級(jí)必須是無(wú)感知的。也就是運(yùn)營(yíng)商升級(jí)了50G PON，用戶可能都不知道，現(xiàn)有業(yè)務(wù)不能受影響。

這相當(dāng)于，路不僅沒(méi)換，舊的奧拓、大眾還在開(kāi)，你現(xiàn)在要在上面跑法拉利。

3.盡可能利舊現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)鏈。

50G PON和基站一樣，是需要大量采購(gòu)的設(shè)備。產(chǎn)業(yè)鏈的成熟度，對(duì)價(jià)格成本影響很大。所以，它使用的光通信技術(shù)，不是追求多么先進(jìn)，而是最好利舊現(xiàn)有的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈，價(jià)格更重要。

以剛才開(kāi)車的例子，就是你的法拉利最好也用奧拓、大眾的零配件，價(jià)格必須低。

大家都看明白了吧?50G PON，面對(duì)的就是這樣變態(tài)的局面。換句話說(shuō)，是綁著你的手和腿，還讓你跳“科目三”。

50G PON的關(guān)鍵技術(shù)

更變態(tài)的是，50G PON還真的做到了。

盡管產(chǎn)業(yè)鏈上還有一些磕磕絆絆，但目前從技術(shù)實(shí)現(xiàn)的角度，50G PON真的基本做到了剛才提到的那些要求。

接下來(lái)，我們看看它到底是怎么做到的。

先說(shuō)說(shuō)兼容共存的問(wèn)題。50G PON在兼容共存方面可以支持GPON、XG(S)-PON、10G EPON共存演進(jìn)，最大程度地實(shí)現(xiàn)平滑升級(jí)，以此保護(hù)運(yùn)營(yíng)商的投資。

50G PON的兼容共存，包括二代兼容共存和三代兼容共存。

二代兼容共存情況包括多種：· GPON/50G PON

• XG(S)-PON/50G PON
•  10G EPON/50G PON

三代兼容共存情況則是：

• GPON/XG(S)-PON/50G PON

(注：大家會(huì)發(fā)現(xiàn)，好像沒(méi)有帶上1G的EPON，原因待會(huì)再說(shuō)。)

兼容共存的方式分為兩種，一種是內(nèi)置合波(采用MPM多模內(nèi)置合波組件，MPM=Multi PON Model)，一種是外置合波(采用獨(dú)立的CEx合波器，CEx=Coexistence)。

50G PON與XG(S)-PON共存

50G PON與10G EPON共存

50G/10G/1G三代共存

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，既然要通過(guò)一張ODN網(wǎng)，來(lái)傳輸多個(gè)PON系統(tǒng)的信號(hào)，就必須進(jìn)行合波。把多個(gè)不同系統(tǒng)的波，合在一起。

內(nèi)置合波(MPM)，更受歡迎。但是它基于多模合一光模塊，對(duì)光模塊的性能、體積、功耗有一定的要求。

外置合波(CEx)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)更簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是占用更多的設(shè)備空間，以及帶來(lái)更大的功耗。

三代兼容共存還有一個(gè)非常值得關(guān)注的問(wèn)題，那就是工作波長(zhǎng)。

單纖雙向，那么多代的PON系統(tǒng)塞在一根光纖里，到底如何使用波長(zhǎng)，是一個(gè)很麻煩的問(wèn)題。50G PON可供選擇的波長(zhǎng)范圍非常有限，需要確保不和其它老PON系統(tǒng)的波長(zhǎng)發(fā)生沖突。

目前三代兼容共存的波長(zhǎng)情況，如下圖所示

由圖可以看出，50G PON的上行有3個(gè)波段，那是因?yàn)镮TU-T基于不同的共存場(chǎng)景，提供了三個(gè)選項(xiàng)。國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)界目前已經(jīng)基本歸一到1286nm(也就是圖里的藍(lán)色“上行3”)。

如果是這樣的話，50G PON和GPON的上行波長(zhǎng)間隔只有2nm，要實(shí)現(xiàn)30dB隔離度的波分復(fù)用，難度非常大，需要在工藝上進(jìn)行創(chuàng)新解決。

大家可能也會(huì)問(wèn)，為什么要用一個(gè)看上去很窄的窄波長(zhǎng)?

原因稍微有點(diǎn)復(fù)雜。50G PON為了重用已有的ODN網(wǎng)絡(luò)，需要提升接收機(jī)的靈敏度(更好地識(shí)別光信號(hào))。采用前置放大器，會(huì)比較容易實(shí)現(xiàn)。但是，放大器存在ASE帶外噪聲，會(huì)影響接收機(jī)性能。為此，需要增加光濾波器，而且濾波器波長(zhǎng)要與發(fā)射機(jī)波長(zhǎng)匹配。

如果采用寬波長(zhǎng)，濾波器的設(shè)計(jì)就會(huì)變復(fù)雜，用到可調(diào)濾波器，增加成本。因此，才選擇了窄波長(zhǎng)的方案。

前面說(shuō)50G PON無(wú)法和EPON兼容共存，也是和波長(zhǎng)有關(guān)。

現(xiàn)網(wǎng)的EPON存在未收窄(1260~1360nm)和收窄(1290~1330nm)兩種上行波長(zhǎng)。未收窄的話占用了100nm，根本沒(méi)有50G-PON的空間，所以只能作罷。

我們?cè)賮?lái)看看ODN網(wǎng)絡(luò)復(fù)用的問(wèn)題。

ODN是1根光纖變成N根光纖的一張網(wǎng)絡(luò)，而且是無(wú)源(沒(méi)有外部電源進(jìn)行增強(qiáng))的。這相當(dāng)于無(wú)法在傳輸?shù)倪^(guò)程中，進(jìn)行信號(hào)增強(qiáng)。

所以，ODN網(wǎng)絡(luò)是有極限的。覆蓋距離、分光比，都不能無(wú)限增加。不然信號(hào)衰減嚴(yán)重，就無(wú)法正常工作。

業(yè)界對(duì)ODN有相應(yīng)的指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。一般來(lái)說(shuō)，光功率預(yù)算等級(jí)有多種，例如N1級(jí)(29dB)和C+級(jí)(32dB)。后者衰減更大，要求更高。運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)有PON系統(tǒng)的ODN網(wǎng)絡(luò)，兩種都有，所以還是按C+級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)要求。

也就是說(shuō)，50G PON系統(tǒng)，在發(fā)送端進(jìn)行信號(hào)加強(qiáng)(+m Db)，在接收端進(jìn)行敏感度提升(-n dB)，兩者相結(jié)合(m+n)，能夠克服(≥)32dB的差值。

50G PON采用單波長(zhǎng)TDM-PON架構(gòu)，上行TDMA(時(shí)分多址接入)，下行TDM(時(shí)分復(fù)用)。在編碼上，為提升接收靈敏度，選用了糾錯(cuò)能力為1E-2的LDPC FEC碼型。在調(diào)制方式上，考慮到鏈路環(huán)境，也沒(méi)有用復(fù)雜的PAM4之類，而是用了基本的NRZ。

50G PON標(biāo)準(zhǔn)制定時(shí)，并沒(méi)有嚴(yán)格限定廠商們?cè)诠馐瞻l(fā)(光模塊)上具體用什么方案，來(lái)實(shí)現(xiàn)32dB這個(gè)目標(biāo)。各個(gè)廠商自己提光模塊方案，然后進(jìn)行驗(yàn)證。(最后看誰(shuí)的好，再收斂。)

這很考驗(yàn)廠商的技術(shù)水平，在光發(fā)射和光接收方面需要進(jìn)行很多創(chuàng)新改進(jìn)。既要實(shí)現(xiàn)上下行50Gbps的速率，還要應(yīng)對(duì)所帶來(lái)的光纖色散、受激布里淵散射、單幀多突發(fā)等各方面的挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)EML(電吸收調(diào)制激光器)和DML(直接調(diào)制激光器)發(fā)射功率達(dá)不到要求，可以通過(guò)集成SOA(光放大器)提升發(fā)射功率，滿足標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求。未來(lái)新型EML器件如果發(fā)射功率增大且滿足要求，就不需要使用SOA。

在接收端，需要提升接收機(jī)靈敏度，可以采用集成APD(雪崩光電二極管)、SOA光放大器和高靈敏度PIN光探測(cè)器的方式。

50G PON，還開(kāi)始引入DSP(數(shù)字信號(hào)處理)芯片，通過(guò)算法消除高速信號(hào)傳輸中光器件帶寬限制和傳輸色散的影響，改善鏈路功率預(yù)算。

各廠商選擇方案，除了實(shí)現(xiàn)32dB目標(biāo)之外，還要盡可能考慮前面說(shuō)的產(chǎn)業(yè)鏈復(fù)用。如果能利用已有的成熟產(chǎn)業(yè)鏈，那肯定是再好不過(guò)的。

上面小棗君介紹的這一塊內(nèi)容，涉及到光模塊的基本工作原理。

前面小棗君也提到了內(nèi)置合波對(duì)光模塊的要求。50G PON在OLT側(cè)，單線卡支持16個(gè)端口，應(yīng)該是基本要求。這樣的話，可以確保不增加體積占用。從光模塊封裝來(lái)看，小型化的SFP-DD是一個(gè)主流趨勢(shì)。

對(duì)于產(chǎn)業(yè)界來(lái)說(shuō)，50G PON的光模塊，最多需要支持3發(fā)3收等六向合分波，發(fā)射和接收要增強(qiáng)，速率要高，體積還要減小。這個(gè)技術(shù)要求非常高，挑戰(zhàn)非常大。

現(xiàn)有的幾家光通信大廠商，也不是都能輕松搞定的。不過(guò)，50G PON規(guī)模商用是明年，產(chǎn)業(yè)鏈還有時(shí)間。

最后的話

以上小棗君說(shuō)的，主要是滿足速率、兼容并存等方面的基本要求。

事實(shí)上，為了實(shí)現(xiàn)時(shí)延、切片的要求，50G PON還進(jìn)行了很多創(chuàng)新。限于篇幅，就不一一介紹了。如果大家感興趣，我再找機(jī)會(huì)單獨(dú)寫專題。

好了，關(guān)于50G PON的技術(shù)分析，暫時(shí)就寫到這里。感謝大家的耐心閱讀，我們下期再見(jiàn)!