50G-PON发展筑基万兆光网.pdf

50G PON发展筑基万兆光网中国移动研究院 张德朝2024年3月21日目录有线宽带总体发展趋势50G PON技术产业进展21随着算力网络的深度推进，千兆光网高速发展，万兆网络初显端倪p 千兆光网网络和用户高速增长，全国千兆用户数占比已达25.7%，千兆信息高速路初具规模p 各地方也在出台相应政策，加速推动万兆宽带网络试商用，支撑新场景新业务的探索与发展 宽带用户数已达6.36亿 千兆用户保持高速增长，已达1.63亿，占比较上年末提高10.1%家庭户均签约带宽456.5Mbps，较2022年提高88.9Mbps 家庭宽带普及率110.2部/百户020406080100120全球中国家庭宽带普及率（部/百户）23.1%01002003004005002022年2023年中国用户平均签约带宽（Mbps）88.9Mbps来源：MIIT of China20235.5%68.8%25.7%202215.6%78.4%6.0%有线宽带用户套餐占比来源：MIIT of China北京、上海、深圳等地相继出台政策，加速推动万兆宽带网络建设：北京到2025年，10G PON端口占比超过80%，FTTR用户占比超过20%，率先开展50G PON等F5G-A万兆光网创新技术试点应用上海2026年初步建成以5G-A和万兆光网为标志的全球双万兆城市，成为全球网速最快、覆盖最全、时延最低的城市之一，率先迈入全球双万兆城市行列深圳力推千兆到户，万兆入企。到2025年，500Mbps及以上宽带用户占比达到80%中国移动有线宽带持续发展p 中国移动作为全球最大固网运营商，有线宽带用户已超3亿，千兆宽带用户覆盖超3.9亿p 21年开始全面转向10G PON系统能力建设，并积极推进50G PON技术和产业发展FTTR智能板智能板网关网关OLT 21年起全面转向10G PON建设 全网OLT具备10G PON能力 演进：持续推动50G PON技术产业成熟 23年首次集采引入智能板 演进：构建网络业务感知能力 23年初步构建基于光层OAM的FTTR总体架构 演进：进一步推进基于光层OAM的网络架构等关键技术攻关和标准化 23年首次集采智能企业网关 演进：逐步加大千兆智能网关占比3亿用户截至2024年1月，固网宽带用户规模截至2023年底，千兆光网覆盖3.9亿用户千兆业务场景需求p 千兆新业务和新场景持续发展，对网络架构及大带宽、低时延、网络切片等网络能力提出更高需求,从而满足不同业务的差异化需求工业制造 普惠医疗 2D显示 3D显示 无交互 全场景强交互 一维/二维传感 三维传感新架构 新需求 大带宽低时延网络切片5G小站回传站型4T4R峰值速率2.8 GbpsPON时延350us时间同步50ns分辨率8KXR带宽200Mbps180Mbps时延20ms10ms高清直播/XR元宇宙 业务3D AOI检测3D SPI质检单ONU带宽6-12Gbps2-3GbpsPON时延1ms1ms业务在线三维阅片远程诊疗单ONU带宽12Gbps1-2GbpsPON时延2ms2ms新业务 新体验 面向算力网络发展打造坚实全光底座p 在骨干网构建基于400G和OXC的新一代光电联动全光网p 在接入网构建50G PON+FTTR协同的新一代光接入网，打造泛在入算光锚点接入省域/区域骨干OTN/OXCOTN/OXC地市20ms时延圈5ms时延圈1ms时延圈400GOTN/OXCOTN/SPNPON+FTTR光网络是算力网络的重要基础和坚实底座以光为锚泛在入算以光为锚泛在入算50G PON+FTTR协同入算采用OTN/SPN接入高等级业务和客户东数西算大动脉东数西算大动脉打造中心节点间全光高速直连链路枢纽节点间带宽向400G演进时延圈时延圈打造骨干20ms、省域/区域5ms、城市1ms三级时延圈网络千兆光接入网技术发展趋势p 千兆光接入网需全面提升光接入网络的带宽、时延和覆盖等网络基础能力，并融合网络感知和网络切片能力，构建面向算网服务的千兆入算光猫点10G PONOLT50G PON1:4/1:8 FTTR从设备FTTR从设备FTTR主设备FTTR从设备FTTR从设备PON光接入网FTTR 全光家庭网络/全光局域网数字家庭中小微企业基于光层OAM的PON+FTTR智能协同设备层管控层50G PON：提升全光接入能力FTTR：千兆无缝覆盖智能协同123l千兆加速普及，10G PON向50G PON技术演进l加速推动50G PON技术产业成熟，实现万兆接入l光纤进一步向下延伸，打造家庭和小微企业全光千兆覆盖的数智化入口lPON的光层OAM机制向下延伸，构建接入网端到端集中管控能力lPON+FTTR协同组网l光+WLAN协同实现WiFi组网可调度lPON+FTTR+X，端到端切片，支持锻造数智新服务目录有线宽带总体发展趋势50G PON技术产业进展2150G PON国际标准进展随着2023年ITU-T SG15全会通过G.9804.3 Amd.2，标志着50G PON国际标准体系已完成，50G PON将进入产业快速发展的新阶段总体要求 已完成G.9804.1,G.9804.1 Amd.1,G.9804.1 Amd.2物理层要求已完成G.9804.3,G.9804.3 Amd.1,G.9804.3 Amd.2协议层要求 已完成G.9804.2,G.9804.2 Amd.1 G.sup.PONslicing G.sup.PONlatency研究低时延PON的应用场景及指标要求研究PON支持低时延及确定性时延的技术方案研究PON切片的应用场景及设备要求研究支持多业务综合承载PON切片技术的DBA实现方案ITU-T国际标准体系50G PON系统新需求带来新挑战p 增强系统要求：50G PON作为下一代光接入网技术体系，除带宽提升外，面向多业务综合承载场景，还需满足低时延和网络切片能力低时延大带宽网络切片 单端口带宽提升4倍以上 下行50Gb/s,上行25/50Gb/s双速率 满足5G小站回传、工业PON等时延敏感场景需求 PON系统时延:10dBm，继续提升入纤光功率无法对应提升输出光功率原因分析：受激布里渊散射(SBS)效应导致光功率反射损耗以及信号眼图劣化低于SBS阈值高于SBS阈值光功率发生反射损耗接收灵敏度劣化(3dB)添加低频包络幅度调制后，反射光功率得到显著抑制实验测得添加5kHz幅度调制后，发射光功率抑制比20dB当调制深度为2%时，接收灵敏度最优采用分离器件搭建传输链路对该方案进行实验室测试验证：线路速率提升5倍理论上灵敏度劣化约7dB50G PON OLT C+发射光功率8.5-14dBm10G PON OLT C+发射光功率5-8dBm50G PON关键技术2：oDSP技术使能上行多速率突发接收下行方向上行方向攻关方向：下行50Gbps为连续信号，ONU侧只需通过轻量化DSP即可实现静态信号的色散均衡主要挑战：1.50G PON上行存在两种速率ONU，不同传输速率和传纤距离的ONU信号带来的损伤大小各异，且上行是突发动态大小光接收2.单一模式的DSP无法针对不同规格ONU信号进行差异化补偿3.OLT侧DSP需要支持动态多模，满足对不同速率ONU信号损伤的动态自适应均衡Clock RecoveryDown-samplingEqualizationFilteringNRZ Receiver DSPMLSEFEC decodingError counting50/50G ONU50G PON OLT50/25G ONU50/25G ONU50/50G ONU10km20kmp 50G PON应用须支持25G和50G两种上行速率，考虑到各个ONU传纤距离不等，DSP需实现对不同上行速率、不同距离ONU信号损伤的快速均衡，以满足32dB功率预算需求Nannan Zhang,Junwei Li,et al.,“MAC-assisted DSP Architecture for 50G TDM-PON Upstream Triple-Rate Reception”,OFC 2024,Paper Tu3I.5.主要挑战：50G PON信号速率提升5倍，高速信号导致光纤色散损伤对信号的影响激增攻关方向：利用来自MAC的突发先验信息辅助DSP内均衡模块的收敛，满足对不同速率ONU信号损伤的动态自适应均衡OLT MACWDMDSP芯片BMTIAAPD50G PON OLT控制信号光模块50G PON关键技术3：多模MPM共存挑战1：六波长WDMGPON短时期内不会全面退网，50G PON部署需考虑三代PON同端口共存，其中OLT侧三模MPM Combo光模块挑战较大挑战2：带外串扰支持三代共存的上行波长选项技术需求：1.支持3组波长的WDM，MPM封装方式的可插拔光模块对器件体积要求较高2.上行相邻波长间隔仅为2nm，对滤波器斜率要求非常高攻关方向：进一步优化上行方向1286nm附近波长隔离度主要挑战：当XG(S)-PON或50G PON ONU激光器在相邻波长有较大噪声分量时，在OLT接收端会导致GPON或50G PON灵敏度严重劣化方案1：在ONU发送端添加filter，过滤掉带外噪声方案2：通过协同DBA控制，使问题10G、50G ONU与小功率GPON ONU三者在时域没有交集当前进展：已实现小型化6波长WDM，但上行方向存在通道间串扰，导致约1dB灵敏度劣化50G PON关键技术4：低时延及网络切片p 从PON网元、PON线路、PON组网三个层面系统性研制PON支持低时延及网络切片方案p 采用单帧多突发和消除静默开窗，平均时延从158us降低至123us(优化22%)；最大时延从443us降低至135us(优化69%)新型网元交换架构：分布式双平面交换架构：分组化交换和通道化交叉 支持新型多边缘组网下行波长上行波长注册专用波长134221300or1270增加第三波长原方案为保证新ONU上线，周期性开窗，在线业务时延存波动无新方案新ONU上线，不影响在线业务时延用于ONU上线注册ONU上线时在信道上打开静默窗口，对在线ONU造成时延和抖动，引入新通道用于上线注册、消除静默开窗DBA控制算法完善，增加时延相关原则，DBA调度同时考虑带宽效率和时延特性 专用注册开窗可降低最大时延250 s（约55%）最大时延降低约31%，平均时延降低约22%网络切片架构消除静默开窗单帧多突发50G PON关键技术5：光接入网智能化接入对象类型多样业务结构多样端到端质量体验保障终端类型：计算机、PAD、AP、手机、物联网终端终端数量：10倍以上增长业务类型：4K直播、云VR、在线办公家庭内多业务混跑，不同业务对网络性能要求差异大千兆时代用户对业务体验要求更高，对端到端网络与业务质量提出更高要求感知业务、感知网络光接入网直接面向用户和业务，随着用户消费升级，更丰富的接入对象、更高的业务体验以及多种异构技术的协同对光接入网智能化提出需求多技术异构网络协同接入网管控技术:OMC+RMSPON+FTTR向用户延伸Wi-Fi技术终端FTTR主设备OLTFTTR从设备ONUOMCRMS50G PON关键技术5：光接入网智能化基于光层OAM的50G PON+FTTR协同架构打造新一代智能光接入网感知能力：在OLT部署智能板，面向PON+FTTR增强业务感知和分析能力采集能力：PON和FTTR支持高精度数据采集OLT部署智能板提供算力，实现计算能力与分析能力下沉OLT作为算力网关完成Wi-Fi调优等技术闭环PON基于TelemetryFTTR基于MQTT/光层OAMOLT PON板智能板光层OAM通道：管、控、数采协同上层数采通道智能协同WiFi调优业务感知切片协同智能运维FTTR MFU.SFUSFUOMC 管理控制分析Telemetry构建以OLT为算力网关的面向客户的算力节点构建接入网智能化数采底座及业务感知底座基于收集的业务KPI与网络KPI构建面向业务的网络调优能力及流量预测精准业务识别，端到端切片协同精准定位接入网故障，端到端运维协同拓展千兆固网智能化模型及应用ONU50G PON产业推进：现网应用示范超千兆业务发展初期2B/2C场景需求预计会先于2H，推进50G PON系统对称兼容非对称速率、三代共存技术的成熟，共同加速50G PON产业化进程，满足商用部署和业务场景发展需求2023年11月，中国移动协同合作伙伴在江苏移动南京现网成功完成了全球首个对称 50G PON 固移接入应用示范协同持续攻关最具挑战的 50G 对称系统关键技术方案，现网示范验证结果符合预期带宽上下行承载业务带宽均突破40Gb/s基于oDSP的上行突发接收方案得到验证芯片50G PON线卡首次采用ASIC芯片系统容量和收发性能大幅提升综合承载功率预算基于网络切片技术差异化保障5G业务单向平均时延200us上下行发射光功率和接收灵敏度指标均全面提升至N1等级5G小站业务需求带宽需求：2T2R-100MHz：单站峰值约900Mb/s时延需求：eMBB场景业务双向时延为10-40ms，uRLLC-3(典型业务：VR)：端到端时延为5-10ms小结p 50G PON作为下一代PON的主流技术，除了带宽提升外，还需围绕低时延和网络切片等维度，构建50G PON综合业务承载能力，丰富光接入网应用场景p 当前50G PON技术产业已取得长足进展，已实现对称50G达到N1等级功率预算，后续希望产业界持续协同开展关键技术攻关，加快核心器件突破，推进技术和产业成熟