ITU-T超高速无源光网络技术进展：面向2030年的200Gb/s对称容量演进路径分析

《Journal of Optical Communications and Networking》：Progress of Very High Speed PON in ITU-T [Invited]

本文针对未来光纤接入网络面临的容量瓶颈问题，系统梳理了ITU-T在50G-PON之后开展的超高速无源光网络（VHSP）研究进展。研究人员通过分析200Gb/s对称容量需求下的技术候选方案（IMDD/相干/混合架构），评估了其在ODN兼容性、多代共存和光纤传感集成等关键维度的可行性，为2030年标准制定奠定了理论基础，对下一代光接入网演进具有重要指导意义。

　　

随着4K/8K超高清视频、工业互联网、5G/6G前传/回传等新兴业务爆发式增长，全球光纤接入网络正面临前所未有的容量压力。尽管基于强度调制直接检测（IMDD）技术的50G-PON标准已完成制定并进入早期商用阶段，但面对2030年可能出现的200Gb/s对称带宽需求，现有技术方案在色散容限、功率预算和频谱效率等方面已接近物理极限。更棘手的是，运营商要求新一代系统必须兼容已部署的光分配网络（ODN），支持与GPON、XGS-PON等多代技术波长共存，这为技术选型带来了严峻挑战。

在此背景下，ITU-T SG15/Q2工作组于2022年启动超高速无源光网络（VHSP）的探索性研究，旨在通过系统性评估不同技术路径的可行性，为2030年左右的标准化工作提供科学依据。本研究论文《Progress of Very High Speed PON in ITU-T》发表于《Journal of Optical Communications and Networking》，全面总结了VHSP在系统需求、技术候选方案、传输性能评估等方面的最新进展，揭示了光接入网络向更高容量、更智能化和多功能化演进的可能路径。

研究人员主要采用三种关键技术方法开展评估：首先通过解析链路预算模型量化不同ODN等级（32-35dB）下的功率边际需求；其次利用数值仿真分析色散（CD）/偏振模色散（PMD）和非线性效应（拉曼耗尽、SPM）对120GBd高速信号的影响；最后结合400ZR相干模块等商用器件测试数据，验证技术方案在实际环境中的适用性。所有分析均基于FSAN收集的运营商部署场景需求，并重点考察了六类多代PON共存场景的可行性。

系统需求分析

研究团队通过FSAN与ETSI F5G组织的需求调研，明确了VHSP需实现200Gb/s对称业务容量（对应约240Gb/s线路速率）的核心目标。关键要求包括：支持20-30km传输距离与最高35dB损耗预算，通过波长叠加实现与GPON/XGS-PON/50G-PON等六类共存场景的兼容，并具备承载住宅、企业、移动前传/回传等融合业务的能力。特别值得注意的是，分布式光纤传感（DFOS）功能被列为可选需求，这意味着VHSP可能首次将光纤基础设施转变为通信与传感一体化的多功能平台。

技术候选方案比较

IMDD方案延续现有PON技术路线，采用双波长NRZ-OOK调制实现200Gb/s容量。仿真显示，120GBd信号在标准单模光纤（SSMF）中传输时，色散容限限制其工作波长需紧邻1310nm零色散点（1290-1330nm范围），但这会与GPON上行波段冲突。若采用"黄色方案"（1364-1370nm/1332-1338nm），虽可避免频谱冲突，但需应对更高光纤损耗和色散。此外，高发射功率（>+12.5dBm/通道）可能引起对共存系统的拉曼耗尽效应，实测显示对XGS-PON波段可能产生超过1dB的功率损耗。

相干PON（CPON） 方案利用DP-QPSK等调制格式，单波长即可实现200Gb/s传输，且具有高接收灵敏度（-32dBm级）和强色散容限（支持2400ps/nm）。这使其可灵活选择工作波段，避免与现有PON系统频谱冲突。但挑战在于ONU侧模块成本、功耗以及突发模式相干接收的实时DSP收敛能力。研究显示，通过简化接收机结构（如偏振分集外差接收方案）可能降低实现复杂度。

混合架构尝试平衡性能与成本，采用ONU侧IMDD发射+OLT侧相干接收的组合。这种非对称设计将复杂功能集中于共享的OLT设备，符合PON系统"终端简化"的设计哲学。初步研究证实该架构可提升上行链路预算，但需要解决OLT接收机对突发IM信号的高速时钟恢复等关键技术问题。

光纤传感集成潜力

研究指出VHSP与DFOS的融合可衍生智能ODN监控、第三方传感服务等新功能。相干系统因高灵敏度特性更适于实现分布式声学传感（DAS）等高级应用，而IMDD系统可通过DSP技术实现基础的光纤故障检测。两种集成模式（带内/带外传感）各具优势，但都需要解决传感信号与通信业务间的干扰隔离问题。

研究结论与意义

通过系统性评估，研究确认IMDD、CPON和混合架构均具备实现VHSP核心指标的可行性，但各有显著权衡：IMDD方案成本较低但受限于频谱资源和色散容限；CPON性能优越但ONU实现复杂度高；混合架构则试图取长补短。G.suppl.VHSP补充文件的首版协议（2025年10月）标志着技术评估取得阶段性共识，为2027-2028年启动正式标准制定奠定了基础。

这项研究的重要意义在于首次在标准框架内系统论证了200Gb/s PON的技术实现路径，将光接入网络的代际演进从单纯的带宽提升扩展到智能传感、确定性时延等新维度。其研究成果不仅为ITU-T标准制定提供了关键技术依据，更通过FSAN、ETSI F5G等组织的协同，推动了全球运营商对下一代PON演进方向的共识形成，对构建2030年面向万物智联的光纤基础设施具有里程碑意义。