黃旭陽(yáng)，羅智明，唐慧敏

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣東有限公司廣州分公司，廣東 廣州 510000）

隨著行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、寬帶普及率的提高和寬帶提速的深入，千兆業(yè)務(wù)及應(yīng)用場(chǎng)景不斷豐富，千兆光網(wǎng)絡(luò)從消費(fèi)領(lǐng)域向垂直行業(yè)領(lǐng)域延伸，千行百業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型對(duì)光接入網(wǎng)絡(luò)提出了更多的需求和更高的要求。大視頻是網(wǎng)絡(luò)流量增長(zhǎng)的重要驅(qū)動(dòng)力：在千兆時(shí)代，4K/8K/VR以及端到端千兆的需求涌現(xiàn)；時(shí)代迎來(lái)了新挑戰(zhàn)，疫情改變了生活，線下活動(dòng)線上化，在線會(huì)議、在線教育、在線娛樂(lè)等方面要求網(wǎng)絡(luò)帶寬、時(shí)延、穩(wěn)定性全方位提升；工業(yè)制造、行業(yè)數(shù)字化、5G小基站等新場(chǎng)景也要求低時(shí)延、確定性、高可靠性。千兆寬帶時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，超百兆帶寬已成為用戶套餐主流，數(shù)字化服務(wù)的連接基礎(chǔ)進(jìn)一步增強(qiáng)。千兆光接入網(wǎng)作為“連接+算力+能力”的第一跳入口，需全面提升光接入網(wǎng)絡(luò)的帶寬、時(shí)延和確定性等網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)能力，并融合網(wǎng)絡(luò)感知和網(wǎng)絡(luò)切片能力，支撐面向服務(wù)的差異化承載[1]。50G PON技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)成熟為此提供了重要的方案，起到了重要的作用。

1 50G PON技術(shù)簡(jiǎn)介

50G PON是下一代光接入網(wǎng)系統(tǒng)，除帶寬能力提升外，多場(chǎng)景綜合承載需求對(duì)系統(tǒng)時(shí)延和時(shí)間同步能力提出新的要求。

1.1 50G PON系統(tǒng)要求

一是單端口帶寬提升4倍以上，主控板交換能力大幅提升；二是兼容現(xiàn)網(wǎng)ODN功率預(yù)算，上下行滿足Class C+ 32 dB功率預(yù)算要求；三是要支持承載差異化業(yè)務(wù)的PON切片，保障不同類型業(yè)務(wù)的帶寬時(shí)延等指標(biāo)；四是支持PON低時(shí)延能力，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)雙向時(shí)延小于300 μs；五是支持高精度時(shí)間同步，滿足5G小站承載場(chǎng)景同步指標(biāo)要求。

1.2 50G PON物理層關(guān)鍵技術(shù)及進(jìn)展

50G PON相比10G PON物理層速率提升了5倍，需要進(jìn)一步提升收發(fā)端高速光電器件性能，以滿足兼容現(xiàn)網(wǎng)ODN 32 dB功率預(yù)算需求。50G PON物理層技術(shù)結(jié)構(gòu)如圖1所示。在光發(fā)射組件（TOSA）方面，標(biāo)準(zhǔn)要求的入纖功率為8.5～14 dBm。傳統(tǒng)的EML使用O波段電吸收調(diào)制器，受限于材料特性，輸出光功率僅能達(dá)到約5 dBm。而利用EML+SOA的方式，在傳統(tǒng)EML小信號(hào)后集成SOA外置光放大器，能夠提升入纖功率[2]，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，入纖功率可達(dá)到+11 dBm。

圖1 50G PON物理層技術(shù)

在光接收組件（ROSA）方面，標(biāo)準(zhǔn)要求50 Gbps速率下接收靈敏度達(dá)到-24 dBm。這對(duì)于傳統(tǒng)的InP光電探測(cè)器，靈敏度挑戰(zhàn)較大，而采用鍺硅APD，可有效提升增益帶寬積，由實(shí)驗(yàn)測(cè)50 Gbps信號(hào)下接收靈敏度達(dá)到-24.5 dBm。此外，也可采用SOA+PIN的方案，采用SOA預(yù)放大技術(shù)匹配PIN接收，并加入帶通濾波器過(guò)濾ASE噪聲，該方案需額外引入TEC溫控裝置。

1.3 50G PON協(xié)議層關(guān)鍵技術(shù)

50G PON系統(tǒng)主要通過(guò)單幀多突發(fā)和專用注冊(cè)開窗技術(shù)來(lái)降低時(shí)延，單幀多突發(fā)技術(shù)增加了時(shí)延相關(guān)原則。DBA調(diào)度同時(shí)考慮帶寬效率和時(shí)延特性，其增加了單幀內(nèi)突發(fā)數(shù)目，可顯著降低時(shí)延。在單幀4突發(fā)時(shí)，背靠背平均時(shí)延可降低約50%，但吞吐量下降明顯[3]。專用注冊(cè)開窗技術(shù)引入了新波長(zhǎng)用于上線注冊(cè)，在ONU上線時(shí)在信道上打開注冊(cè)窗口，對(duì)在線ONU造成時(shí)延和抖動(dòng)。此技術(shù)方案通過(guò)注冊(cè)專用波長(zhǎng)，即增加了第三波長(zhǎng)用于ONU上線注冊(cè)，使得在新ONU上線時(shí)不影響在線業(yè)務(wù)時(shí)延[4]。帶外開窗可降低抖動(dòng)約230 μs（約為65%～84%），抖動(dòng)改善明顯且與突發(fā)數(shù)量無(wú)關(guān)。

2 50G PON技術(shù)在應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)分析

相比10G PON，50G PON技術(shù)不僅可以提升5倍的帶寬速率，還可以有效滿足5G、Cloud VR等創(chuàng)新性業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延、時(shí)鐘同步的嚴(yán)苛要求，被業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)組織、運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備商等上下游產(chǎn)業(yè)認(rèn)為是下一代P ON技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[5]。

3 50G PON設(shè)備測(cè)試分析

測(cè)試中，在同一OLT PON接口下連接n個(gè)（4個(gè)以上）ONU，其中一個(gè)ONU支路使用10 km光纖，主干光纖為10 km光纖通過(guò)測(cè)試儀雙向轉(zhuǎn)發(fā)大流量，測(cè)試最大不丟包的轉(zhuǎn)發(fā)能力，業(yè)務(wù)流1 500字節(jié)。測(cè)試結(jié)果表明，在PON口下行L1速率吞吐量能夠達(dá)到40 Gbps以上，上行L1速率吞吐量能夠達(dá)到18 Gbps/35 Gbps以上，其吞吐量有著明顯的優(yōu)勢(shì)。時(shí)延性能的測(cè)試采用單幀多BURST低時(shí)延方式測(cè)試，其中單幀多BURST技術(shù)定義參考ITU-T G.987/G.9807，使用背靠背系統(tǒng)測(cè)試，驗(yàn)證了OLT在使用單幀多BURST技術(shù)情況下，上行時(shí)延顯著降低。在50G PON與10G GPON共平臺(tái)的情況下，10G PON和50G PON ONU工作均正常，上下行業(yè)務(wù)流也均轉(zhuǎn)發(fā)正常；50G PON和10G PON ONU均注冊(cè)成功，業(yè)務(wù)正常，驗(yàn)證了50G PON機(jī)框與10G GPON共平臺(tái)的能力強(qiáng)。50G GPON與10G GPON通過(guò)MPM方式共存測(cè)試組網(wǎng)如圖2所示。

圖2 50G GPON與10G GPON通過(guò)MPM方式共存測(cè)試組網(wǎng)

對(duì)50G PON樣機(jī)的測(cè)試分析直觀地體現(xiàn)出了50G PON設(shè)備的性能優(yōu)勢(shì)。50G PON設(shè)備PON口的轉(zhuǎn)發(fā)能力強(qiáng)，吞吐量高，時(shí)延顯著降低，并且50G PON機(jī)框與10G GPON共平臺(tái)的能力優(yōu)。

4 50G PON承載5G小站回傳現(xiàn)網(wǎng)分析

4.1 FTTH與5G業(yè)務(wù)在同一PON端口下共存測(cè)試

在測(cè)試方案中，使用網(wǎng)絡(luò)分析儀構(gòu)造背景流擁塞PON口，先測(cè)5G業(yè)務(wù)時(shí)延，再測(cè)FTTH時(shí)延。FTTH與5G業(yè)務(wù)在同一PON端口下共存測(cè)試組網(wǎng)，如圖3所示。在整體測(cè)試中，首先確保全部5G終端進(jìn)行正常上網(wǎng)操作，進(jìn)而使用網(wǎng)絡(luò)分析儀向其中一個(gè)ONU雙向發(fā)流，然后提升網(wǎng)絡(luò)分析儀打流流量，使PON口造成擁塞，此時(shí)查看5G終端上下行速率及時(shí)延、FTTH鏈路時(shí)延和丟包情況。結(jié)果表明，5G終端可以正常上網(wǎng)，5G業(yè)務(wù)正常，F(xiàn)TTH業(yè)務(wù)出現(xiàn)丟包和時(shí)延異常。由此可以看出，50G GPON QoS功能能夠優(yōu)先保障5G業(yè)務(wù)。

圖3 FTTH與5G業(yè)務(wù)在同一PON端口下共存測(cè)試組網(wǎng)

4.2 語(yǔ)音測(cè)試、視頻點(diǎn)播測(cè)試、上傳/下載速率測(cè)試分析

該測(cè)試驗(yàn)證了PON + 5G小站回傳場(chǎng)景下的語(yǔ)音通話能力、視頻點(diǎn)播能力以及單個(gè)PON端口下的終端轉(zhuǎn)發(fā)性能，測(cè)試組網(wǎng)如圖4所示，前置條件包括的DBA和線路模板已經(jīng)添加，ONU都已經(jīng)添加上線；配置小站及核心網(wǎng)，無(wú)線終端注冊(cè)上線；對(duì)測(cè)速服務(wù)器和測(cè)試終端之間任何節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)帶寬不做任何限制。在以上前置條件下，通過(guò)兩個(gè)5G終端之間撥號(hào)通話進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，兩個(gè)終端能通話，語(yǔ)言質(zhì)量正常，同時(shí)，使用5G終端點(diǎn)播平臺(tái)的視頻，視頻點(diǎn)播均無(wú)卡頓。觀察多個(gè)終端同時(shí)測(cè)速，下行速率總和超過(guò)4 Gbps（實(shí)際測(cè)試速率取決于基站能力以及網(wǎng)絡(luò)帶寬）。

圖4 測(cè)試組網(wǎng)

可以看出，在50G PON承載5G小站回傳場(chǎng)景中，終端轉(zhuǎn)發(fā)性能強(qiáng)、速率高，語(yǔ)音通話能力和視頻點(diǎn)播能力佳、質(zhì)量高，并且其QoS功能優(yōu)先保障5G業(yè)務(wù)。

5 50G PON新特性承載的現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)

在某城市區(qū)域率先完成50G PON新特性承載的現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)，結(jié)果顯示，50 G PON系統(tǒng)方案可充分滿足未來(lái)8K、XR等多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景。通過(guò)在現(xiàn)網(wǎng)搭建端到端“50G PON +SPN”實(shí)驗(yàn)局，重點(diǎn)測(cè)試下一代智能光接入網(wǎng)的大帶寬、低時(shí)延等能力。50G PON實(shí)現(xiàn)了下行全速50 Gbps的線路速率、約為41 Gbps的業(yè)務(wù)傳輸速率、約為80 μs的上行平均時(shí)延，業(yè)務(wù)傳輸速率是當(dāng)前XG-PON的4倍以上，業(yè)務(wù)上行時(shí)延降低了50%以上。50G PON技術(shù)指標(biāo)對(duì)光模塊的發(fā)送功率、接收敏感度和處理性能提出了極為嚴(yán)格的要求，而測(cè)試中的50G PON樣機(jī)創(chuàng)新地采用摻餌材料、多層反射吸收光子和高速ODSP等手段實(shí)現(xiàn)了該技術(shù)領(lǐng)域的突破。此外，50G PON系統(tǒng)可以完全平滑復(fù)用GPON/XG-PON網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的ODN基礎(chǔ)設(shè)施，最大程度地保護(hù)運(yùn)營(yíng)商在光纖基礎(chǔ)設(shè)施上的投資。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合運(yùn)營(yíng)商及行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展特征，對(duì)50G PON承載特性、相關(guān)技術(shù)和應(yīng)用進(jìn)行了分析，并在此基礎(chǔ)上分析具體的50G PON現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)情況。50G PON技術(shù)作為下一代的光接入網(wǎng)系統(tǒng)，相比10G PON其物理層速率提升了5倍，并通過(guò)單幀多突發(fā)和專用注冊(cè)開窗技術(shù)來(lái)降低時(shí)延，50G PON技術(shù)實(shí)現(xiàn)的大帶寬、低時(shí)延等新特性完全可以滿足未來(lái)8K、XR、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、行業(yè)數(shù)字化等新型業(yè)務(wù)場(chǎng)景對(duì)網(wǎng)絡(luò)接入能力的要求，可以適應(yīng)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用發(fā)展的需要，為實(shí)現(xiàn)萬(wàn)兆入戶做好技術(shù)儲(chǔ)備并積累重要經(jīng)驗(yàn)?！?/p>