一文读懂！50G-PON发展现状和应用前景

下一代PON技术，即50G-PON技术，是实现万兆光网的关键技术，其发展现状和应用前景备受关注。相比10G-PON，50G-PON的带宽增长近5倍，参考历史经验，这符合每代际PON容量增加4~5倍的发展规律，这样的容量增长也能够满足创新业务对网络带宽发展的需求。50G-PON将成为赋能企业办公、园区生产制造、智慧家庭、数字城市等领域的光接入网技术。根据PON技术发展历史，相邻代际的光接入技术部署时间间隔为7～8年，在产业和政策的助推下，50G-PON技术日趋成熟、主体标准日益完善，预计将在2025年前后实现商用。

01

50G-PON几个关键技术问题取得进展

功率预算 50G-PON需要利用现有PON网络的ODN，实现N1（29dB）、C+(32dB）等级的功率预算，支持至少20km的光纤传输距离。50G-PON线路速率相比10G-PON提升5倍，而随着传输速率的提高，链路色散代价也增大，50G-PON色散容限只有10G-PON的1/25。此外，有研究表明，线路速率提高，光发射机的发射功率随之增大，会产生非线性效应，因此对系统设计提出新的挑战。为了满足50G-PON系统的功率预算，需要在发送端增强光信号发送功率，同时在接收端提高器件接收灵敏度，多种技术结合方可实现链路功率预算。在系统发射端，根据ITU-T标准，为满足C+（32dB）等级的功率预算，克服色散对系统的影响，OLT侧发送光功率需要≥8.5dBm。OLT发射端可以增加半导体光放大器（SOA）结构的电吸收调制激光器（EML）芯片数量，参考D（35dB）等级XGS-PON相似的OLT发射端结构，通过采用集成SOA的EML激光器，提供超过10dBm的发射功率。在ONU侧，其上行波长在光纤零色散波长区（US1）或负色散区（US2）附近。其中，US3的窄波长波段选项是在ITU-T的G.9804.3 Amd1修订标准中引入的，这个波长带位于GPON和XGS-PON波段之间，允许PON系统的三代共存，如图1所示。图1 50G-PON波长规划相比OLT侧，ONU侧能够采用更简单的光器件，如采用直接调制激光器（DML），以进一步降低终端成本。但根据ITU-T标准要求，对称速率50G-PON系统ONU侧发射功率接近7dBm，如采用低成本DML方案，ONU侧需要配置高功率DML激光器。此外，如ONU上行波长在US3的窄波长带（1286±2nm），为确保上行波长稳定并性能最优，光模块内需要增加TEC以实现模块内部温度控制较优的稳定性。在系统接收端，50G-PON采用高性能光探测器，以进一步提高接收灵敏度，实现链路功率预算指标。目前业界倾向于在接收端采用APD探测器，并研究通过优化APD材料体系（如采用Ge/Si等）提高接本较高，尚未有成熟的产品。为进一步提高链路光功率预算，50G-PON系统收灵敏度，当前25G APD已较为成熟，但50G APD产业链仍未完善，处于样品阶段。此外，也有研究人员采用“PIN+SOA”组合的方案提高接收灵敏度，目前PIN产业链能够满足50Gbit/s带宽需求，但与SOA集成的方案工艺复杂且成的上下行FEC采用低密度奇偶校验（LDPC）码，替代之前PON系统采用的里德-所罗门（RS）码。在下行方向，FEC对于所有ONU强制开启；在上行方向，FEC默认开启，并可由OLT控制关闭。目前，业界为提升50G-PON功率预算，在系统收发侧采用多项关键技术，包括引入SOA、采用高灵敏度APD、部署LDPC FEC等，并已在实验室对系统N1和C+等级功率预算进行了验证，取得显著进展。但仍需完善核心光电器件（如50G DML、50G APD、BM-DRV、BM-TIA等）产业链，提高光电器件产品的性能，以形成规模、降低成本。此外，50G-PON将采用高功率器件，这也将进一步提高系统功耗和对散热效率的要求，系统性能有待研究并优化。多代共存 多代共存是运营商非常关注的50G-PON系统关键技术能力。目前，GPON系列和EPON系列光接入网已大量部署，而支持多代共存的50G-PON系统能够在网关侧设备无需改动的情况下升级局端设备，降低运营商机房空间占用率，节省现网投资。目前支持多代共存的50G-PON，上行波长方案已收敛至1286nm±2nm，能够支持GPON系列三代共存和EPON系列两代共存。其中，GPON系列支持G/XG(S)/50GPON三代共存；EPON系列由于早期部分ONU激光器频宽较宽（1260nm—1360nm），与50G-PON上行波长冲突，因此，目前支持两代共存，三代共存方案仍在研究中。在共存实现方式上，运营商多采用内置合波（即在50G-PON光模块内集成MPM合分波组件）的方式。多代共存时，50G-PON上行波长（1284nm—1288nm）与GPON上行波长（1290nm—1330nm）仅间隔2nm区间，需要实现30dB高隔离度，对内置的合分波器件要求极高，对光模块封装方式也有很高要求，需要模块厂商优化光模块的结构设计，提升工艺水平。在业界持续攻关下，目前已有器件厂商研制出高隔离度的合分波器件产品，并在系统方面也取得进展，业界已相继完成50G-PON系统三代共存能力验证和三代共存速率验证，取得预期成效。但在共存方面仍有难关需业界攻克，如多代共存使用的高性能合分波器件、模块选择性较少等，供应链也有待完善；同时，支持三代共存的50G-PON光模块需要内置“3发3收”六向合波的MPM器件，而多模光模块如何实现小型化，以进一步提高系统密度并降低功耗也是一大难点。此外，目前用于验证多模50G-PON系统的商用测试工具仍不完备，如商用支持多模50G-PON系统测试的光功率计仍然缺失，影响系统精度验证，需加快研发进度。多速率突发接收 ITU-T标准确定了三种50G-PON系统上行速率，分别是12.5Gbit/s、25Gbit/s和50Gbit/s。这意味着PON系统需要在不同的上行速率的ONU之间动态接收，满足不同用户或应用场景的需求。50G-PON首次引入数字信号处理器（DSP）均衡技术，动态补偿不同速率和位置的ONU在接入系统时所受到线路损伤的差异。此外，有研究表明，部署DSP能够降低系统对光器件带宽的要求，在ONU侧部署使用25G光器件和DSP，能够补偿色散对下行链路的影响以实现系统的链路预算。ITU也在制定50G-PON标准时提出评估发射机的新指标TDEC（发射机和色散眼图闭合），用于关注背靠背及长距离传输后线路损伤导致的功率裕量损失，尤其关注采用均衡后的信号眼图闭合现象。TDEC、ER与灵敏度指标综合评估，能够使制造商更加灵活地选择系统配置。DSP的部署对实现50G-PON系统多速率突发接收起到关键作用。参考国内50G-PON产业发展，50G-PON系统上行速率已收敛到25Gbit/s（非对称）和50Gbit/s（对称）双速率。为了提升系统性能，在OLT侧，通过引入DSP技术，实现了对多速率上行突发信号的动态均衡。在ONU侧，通过引入轻量化的DSP，降低了器件带宽的限制，并能够有效地补偿下行色散等因素对链路造成的影响，提高系统功率预算。当前，50G-PON系统的DSP产业链借鉴了数通产业链的技术产品，但OLT侧的DSP需要支持多模突发时钟恢复和突发动态均衡等功能，目前高性能DSP产品的可获得性仍然不足，这对设备厂家的自主研发能力提出了挑战。此外，随着DSP的加入，系统的成熟度以及可能带来的成本、功耗影响也需要进一步评估。

02

主体标准制定工作基本完成

现网试点持续开展

主体标准制定工作基本完成，现网试点持续开展在国际上，ITU-T SG15的光纤接入网络光系统研究组（Q2）早在2016年便启动了后10G-PON项目研究，其研究项目ITU-T G.Sup64于2018年完成并发布，研究了后10G-PON的各种可行性路线及其关键技术。2018年的ITU-T SG15会议经过多次讨论，最终确定将50G-PON作为下一代PON系统代际技术，并建立新的G.HSP（G.Higher Speed PON）系列标准项目，体系内主要技术标准包括G.9804.1面向网络基本需求、G.9804.2面向TC协议层、G.9804.3面向物理层。系列标准第一版（包括需求标准及修订G.9804.1Amd1、通用协议层标准G.9804.2及物理层标准G.9804.3）于2019年4月在ITU-T SG15全会上正式通过，标志着50G-PON的基础功能完成标准化。此后，系列标准的完善工作持续开展，截至2024年4月，50G-PON系列已增补需求补充、物理层对称指标、协议层以及共存等相关标准，并陆续完成发布。至此，50G-PON的国际标准研制主体工作已基本完成。在国内，中国通信标准化协会（CCSA）的TC6工作组也早在2017年便开展了下一代PON的技术研究工作，并于2020年开始50G-PON系列标准研制。截至2024年4月，50G-PON系列行业标准（包括总体、物理层、TC层等）已在TC6WG2完成并发布。在模块器件方面，50G单模、10G/50G双模光模块的行业标准已在TC6WG4完成报批，三模光模块[G/XG(S)/50G]标准已立项，处于征求意见稿编制阶段。此外，CCSA TC615WG全光垂直行业工作组也立项“50G-PON垂直行业应用技术研究”的课题，探索50G-PON可率先应用赋能的垂直行业领域。国际和国内50G-PON主体标准的完成为产业链上下游全面推进50G-PON商用创造了条件。全球众多运营商也积极开展50G-PON技术验证，中国电信、中国移动、中国联通、瑞士电信、法国电信等30多家运营商相继开展50G-PON试点。在国内，三大运营商自2021年起便积极通过试点验证50G-PON的各个发展阶段，我国50G-PON现网试点情况如图2所示。图2 我国50G-PON现网试点情况

03

需求驱动、政策推动

宽带网络向万兆挺进

“十四五”规划明确提出要推广升级千兆光网。截至2023年底，我国千兆网络加速普及，千兆及以上宽带用户达1.63亿户，占总用户数的25.7%。在网络建设方面，我国已建设具备千兆网络服务能力的10G-PON端口数达到2302万个，千兆光网具备覆盖超过5亿户家庭的能力。千兆光网的快速发展带动产业链持续繁荣，并进一步推动家庭及行业应用的创新发展，沉浸式家庭应用开始涌现，智慧城市和智慧园区加速创新，用户体验要求和对网络的需求同步提升。以沉浸式“裸眼3D”为例，84视点的4K分辨率压缩数据流需要2.7Gbit/s的吞吐量，如视点分辨率提升至8K，则网络带宽将大于10Gbit/s。应用创新、更优的用户体验需求推动宽带网络向万兆光网迈进。50G-PON作为万兆光网的关键驱动技术，可以为每个接入点提供超过10Gbit/s的超高带宽、实现微秒级的系统传输时延和抖动、支持至少为1:64的物理最大分路比，并可以重用现有的ODN基础设施，与现有PON网络共存。50G-PON的新特性使它能够用于承载FTTX各类场景服务，满足创新应用（如虚拟现实、增强现实等沉浸式应用）的网络需求和用户体验要求，还将为物联网、大数据、云计算、AI等技术的发展提供坚实的网络基础，赋能行业应用创新，引领万物的光纤互联，因而具有广阔的应用前景。根据Omdia预测，新兴应用不断涌现将推动新一代PON网络的需求不断增长，促使50G-PON在2030年前保持高速发展，预计2024—2029年，亚洲地区50G-PON OLT端口出货量年复合增长率将达到90%，50G-PON投资占比逐年增高。我国政府也高度重视万兆光网的发展，多次提出加大以50G-PON为代表的万兆光网研发力度。目前，已有多地政府出台具体措施助推万兆光网发展。北京于2023年9月发布《“光网之都，万兆之城”行动计划（2023—2025年）》，计划到2025年成为以万兆光网为基础的网络能力领先、创新应用领先、前沿示范领先的“全光万兆”样板城市。上海市于2024年5月启动“‘光耀申城’万兆启航行动计划（2024—2025年）”，目标是到2025年建成万兆光网基础设施体系，同时明确了50G-PON端口发展规模，并计划在新建住宅、商务楼宇以及产业园区全面部署50G-PON。50G-PON作为万兆光网的关键驱动技术，能够满足不断增长的网络应用需求。未来其应用将不仅围绕家庭超宽带业务接入，还将围绕垂直行业的不同领域赋能企业数字化转型。此外，50G-PON的部署还将带动光通信产业模块、器件、设备、管理方式的全面升级，促进整个光通信产业链的技术革新和发展，创造新的市场机遇。目前，50G-PON的功率预算、多代共存、多速率突发接收等几项关键技术已取得显著进展，产业界正在加速完善核心光电器件产业链，深入优化系统性能，为后续的规模商用部署提供完备的技术支撑，预计50G-PON将在2025年前后迎来商用部署，光接入网将进入万兆时代。*本文刊载于《通信世界》总第947期 2024年7月10日 第13期 原文标题：50G-PON发展现状和应用前景分析 END

无人驾驶“下一城”在哪？

上天！中国移动成立星地融合技术研究所

“萝卜”跑的快不快，要看背后的网络强不强

作者：中国信息通信研究院 曹小波 刘谦责编/版式：盖贝贝

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AI+6G时代浪潮下，光通信行业将迎来哪些机会？

在《2024年国务院政府工作报告》中，提出大力推进现代化产业体系建设，加快发展新质生产力。5G通信、数据中心作为“新基建”的重要基础设施之一，随着产业政策的逐步落地以及未来国家对科技产业更多的政策支持，配套的光通信行业也将迎来广阔的发展空间。

那么光通信是什么呢？光通信是一种以光波作为传输媒介的通信方式，相对于电通信，光通信在大容量、长距离传输方面有着明显的优势。随着新一轮科技产业的变革发展，各领域对信息通信网络的依赖不断增强，夯实5G、数据中心、算力网络、千兆光网等信息基础设施成为国际共识，光通信技术已成为国际高科技知识产权竞争的焦点和制高点。根据赛迪顾问预测，2025年中国光通信市场规模达1750亿元，对应2022~2025年年均复合增长率为12%。根据中商产业研究院数据，2022年光通信行业中，光纤光缆市场占比达37%，其次为网络运营服务，再次为光网络设备，占比达26%。

光通信产业链上游主要核心零部件包括光芯片、光组件、电芯片，中游包括光器件、光模块和光纤光缆，下游按应用场景分为电信市场和数据通信市场。在光通信产业的产业链中，话语权较强的集中在上游和下游两端，上游芯片厂商和下游客户较为强势，处于中游的光模块厂商的成本控制水平决定了其整体盈利能力。

其中上游零部件中光芯片分为有源光芯片和无源光芯片，有源光芯片包括激光器芯片和探测器芯片等，无源光芯片包括波分复用芯片、光耦合器等。主要厂商有源杰科技、长光华芯、仕佳光子、光迅科技、华工科技等。

光组件包括陶瓷套管/插芯、光收发接口组件等，主要厂商有天孚通信、光库科技、太辰光、腾景科技等。

电芯片包括LD driver、TIA等，主要以海外进口为主。

在中游零部件中，光器件根据是否需要电源划分为有源光器件和无源光器件，其中有源光器件包括激光器、探测器、光放大器、光调制器、光收发次模块等，无源光器件包括光隔离器、光分离器、光开关、光纤连接器、光耦合器等。主要厂商有天孚通信、光迅科技、华工科技、太辰光、博创科技等。

光模块包括数通光模块和电信光模块，产品有100G、200G、400G、800G、1.6T等。主要厂商有中际旭创、新易盛、光迅科技、华工科技、博创科技、联特科技、剑桥科技等。

光纤光缆包括光纤预制棒、通信光纤、通信光缆、特种光缆等，主要厂商有中天科技、亨通光电、长飞光纤等。

在下游应用场景中，电信市场包括通信设备商和终端电信运营商，其中通信设备商包括中兴通讯、烽火通信等，终端电信运营商包括三大运营商等。

数据通信市场包括云厂商和服务器，其中云厂商包括阿里云、腾讯云、华为云、百度云等，服务器包括工业富联、浪潮信息等。

那么光通信具体是如何实现的呢？在技术上，由于接收端设备智能识别电信号，无法直接对接收到的光信号进行识别，因此就需要借助一个能完成电光转换和光电转换的器件，就是光模块。

其工作原理是：在发送接口输入一定码率的电信号，经过内部的驱动芯片驱动芯片处理后由驱动半导体激光器（LD）或者发光二极管（LED）发射出相应速率的调制光信号，通过光纤传输后，接收接口再把光信号由光探测二极管转换成电信号，并经过前置放大器后输出相应码率的电信号。在构成上，光模块由光器件、光接口及功能电路构成，其中光器件包括光发射器件（含激光器）和光接收器件（含光探测器）。

那么光模块的市场空间有多大呢？根据Yole Intelligence数据，2023年全球光模块市场规模为109亿美元，预计2029年将达到224亿美元，2023~2029年年均复合增长率为11%。同时由于英伟达大量AI基础设施订单和数据中心网络升级到800G，2024年收入增长率有望达到27%。

光模块的未来发展方向如何呢？由于算力发展呈指数级增长，所需的电力也非常庞大。2021年我国数据中心耗电量为2166亿千瓦时，约为三峡电站同期年发电量1036.49亿千瓦时的2倍；2022年，我国数据中心耗电量达到2700亿千瓦时，占全社会用电量的3%左右。根据中国能源报统计，预计2025年该比重将接近5%。因此当下光模块技术正朝着低功耗、高带宽的方向发展，目前光模块行业技术演进的方向包括：

（1）LPO方案。LPO采用线性驱动技术代替传统数字信号处理DSP和时钟数据回复CDR，主要优势在于降功耗和低延迟，但由于拿掉DSP后会导致系统误码率提升，通信距离缩短，因此LPO技术只适合用于短距离的应用场景，例如数据中心机到交换机的连接等。

那么LPO的市场规模有多大呢？根据LightCounting数据，预计LPO光模块出货量从2023年的1.31万件增长到2028年的418万件，年均复合增长率高达217%。预计800G及以上速率LPO光模块出货量占比从2023年的3%增长到2028年的19%。

（2）CPO方案。CPO是指将光引擎和开关芯片封装在一起的电光集成，而不是使用可插拔的光模块格式。这种方法通过缩短光学引擎和开关芯片之间的距离，可以在引擎和芯片之间更快地传输电信号。优势在于尺寸小、功耗低、效率高。但是CPO目前处于产业化初期，在技术路径、采用紧迫性、商业模式等方面面临很多挑战。其中采用紧迫性是指，在3.2T光模块时代，对CPO外形尺寸的需求相对较高，然而在当前1.6T时代，可插拔光模块已经提供了成熟的主流解决方案，配置为8*200G，有效满足了行业需求，因此缺乏对更高速CPO解决方案的紧迫性可能会减缓CPO的采用速度。

那么CPO的市场规模有多大呢？根据LightCounting2022年12月的报告，AI对网络速率

的需求是目前的10倍以上，在这个背景下，CPO有望将现有可插拔光模块架构的功耗降低50%，将有效解决高速高密度互联传输场景。Yole报告数据显示，2022年CPO市场产生的收入约为3800万美元，预计2033年将达到26亿美元，2022~2033年年均复合增长率为46%。

（3）硅光技术。硅光子技术是基于硅和硅基衬底材料，利用现有CMOS用以进行光器件开发和集成的新技术。硅光子技术的核心理念是“以光代电”，即采用激光束代替电子信号传输数据，将光学器件与电子元件整合在一个独立的微芯片中，提升芯片之间的连接速度。

那么硅光技术的市场空间有多大呢？根据Yole数据，2022年硅基光电子芯片规模约

6800万美元，预计2028年市场规模将增长至6亿美元以上，2022~2028年年均复合增长率为44%。

最后我们再来看看光通信行业的估值情况，截至2024年6月26日，光通信板块PE—TTM（剔除负值）为28.04，处于近5年44.71%分位，近10年35.03%分位，同时从图中我们可以看出，光通信板块指数和恒业市盈率百分位呈现出高度正相关的关系，因此光通信板块目前总体上偏低估。

最后我们再来比较一下光通信行业细分领域的公司估值情况，从图中我们可以看出，一些龙头公司如天孚通信、中际旭创、新易盛、工业富联等的市盈率和市净率百分位均处于较高位，但是从PEG的角度来看，这些公司除了工业富联之外，PEG甚至不到0.5，而工业富联的PEG也只有1左右，所以我们从行业增速的角度来看，目前光通信相关公司的估值仍然偏低。同时我们还看到一些小市值的公司的市盈率和市净率百分位普遍偏低，同时从业绩增速来看，今年是很多小公司业绩增速扭亏甚至大幅增长的一年，而且明年依然能够维持高增速，因此我们觉得光通信行业整体估值仍然偏低，在AI时代的浪潮下，未来依然大有可为。

吕长顺（凯恩斯） 证书编号：A0150619070003。【以上内容仅代表个人观点，不构成买卖依据，股市有风险，投资需谨慎】

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