Elujõuline alternatiiv järgmise põlvkonna FTTH - WDM-PON jaoks
Sissejuhatus
Viimastel aastatel on enamik FTTH rakendusi põhinenud tööstusstandarditel põhinevatel tehnoloogiatel nagu Gigabit Ethernet passiivne optiline võrk (GEPON) ja Gigabit PON (GPON). Nende rakenduste edukus on toonud kaasa olulised uuendused nii süsteemi ülesehituses kui ka nende süsteemide ehitamiseks kasutatavate komponentide osas ning järgmise põlvkonna passiivsed optilised võrgud on paratamatult palju arenenumad kui tänapäeval kasutusel olevad.
PON arendamise esirinnas on olnud kaks erinevat lähenemist, mis näivad konkureerivat järgmise põlvkonna süsteemide eest: 10 Gbps PON (10G EPON või 10G GPON) ja WDM-PON. Igal lähenemisviisil on oma eelised ja probleemid, kuid mõlema uue tehnoloogia areng on viimastel aastatel kiirenenud. Käesolevas artiklis keskendume WDM-PONile ning uurime mõningaid väljakutseid ja uusi tehnoloogiaid, mis muudavad selle väga põlvkonna konkurentiks järgmise põlvkonna platvormidele. Kuigi WDM-PONil on Koreas juba edu saavutatud, on selle vastuvõtmist mujal maailmas aeglustanud suhteliselt kõrged kulud võrreldes GEPONi ja GPON tehnoloogiatega. See näib muutuvat, kuna WDM-PON konkureerib 10G PON ja Point-to-Point (P2P) süsteemidega järgmise põlvkonna FTTH kasutuselevõtuks.
Arhitektuur
WDM-PON-võrgu süsteemiarhitektuur ei erine oluliselt traditsioonilisemast GEPON- või GPON-süsteemist, kuigi täpselt see, kuidas võrk toimib, on täiesti erinev. Kuigi me ei aruta kõiki käesoleva artikli tehnilisi üksikasju, on WDM-PONi lõpptulemus iga abonendi lainepikkus. See on vastuolus traditsiooniliste PON-arhitektuuridega, kus üks optiline kanal jagatakse 32 või enama kasutaja vahel. Sellisel juhul töötab iga kodu samal lainepikkusel ja sellele eraldatakse põhikiudale 1/32 nd ajapilu. WDM-PON-iga omistatakse igale kodule oma lainepikkus ja ta kasutab pidevalt kiudaineid sellel lainepikkusel. Alloleval joonisel on kujutatud WDM-PON-võrgu väga kõrgetasemelist vaadet.
Tavalises PON-süsteemis kulgeb keskne kontor (CO) ühest kiust naabruskonnani, kus jagatakse passiivne 1 × 32 splitter optilise signaali 32 erinevaks koduks. Peaaegu kõik PON-tehnoloogiad toetuvad kahesuunalise (BiDi) kommunikatsiooni võimaldamiseks mingi lainepikkuse jaotamise multipleksimisele (WDM). Näiteks tüüpilises GPON-süsteemis töötab ülesvooluühendus lainepikkusel 1310 nm, samas kui allavoolu liiklus toimub 1490 nm juures. Video ülekatteks kasutatakse kolmandat lainepikkust 1550 nm juures. Seega on WDMi kasutamine PON-süsteemides juba väga tavaline. Tavalises GPON- või GEPON-süsteemis kasutavad kõik abonendid neid samu tavalisi lainepikkusi. See tähendab, et nad peavad jagama kiudainfrastruktuuri, mis toimub ajajaotuse multipleksimise (TDM) kaudu. Igaüks neist 32 kodust edastab sama kiudude kaudu, kuid aeg, mil neil lubatakse kiudaineid hõivata, eraldab CO-i optiline liiniterminal (OLT). üle 1250 Mbit / s, võib see seda teha ainult kiu ajal määratud aja jooksul ja seetõttu ei ole aeg-ajalt PON-süsteemi iga abonendi jaoks haruldane, et saavutada ainult püsiv andmeedastuskiirus umbes 30 Mbit / s.
Paljude ühist kiudu jagavate kasutajate kontseptsioon aitab minimeerida FTTH kasutuselevõtuks vajalikku kiudainfrastruktuuri. Kuid see kiudude jagamine on üks peamisi tegureid, mis piiravad abonentidele kõrgemaid andmeedastuskiirusi. WDM-PON võimaldab tõhusalt kasutada sama kiudinfrastruktuuri, võimaldades igal abonendil kasutada neile kättesaadavaid 1250 Mbit / s. Võrgus on mitmeid muudatusi, mis on vajalikud selle muudatuse võimaldamiseks. Esimene nõuab, et passiivsed 1 × 32 jaotajad asendatakse passiivsete 1 × 32 kanaliga demultiplekseritega (nt 32-kanaliline DWDM DEMUX), tüüpiliselt atermaalsed lainejuhi restid (AWG-d), nagu on näidatud joonisel. See võimaldab 32 eri lainepikkust edastada tavalisest kiust alla ja seejärel eraldatakse igale kodule oma lainepikkus.
Eelised
WDM-PON arhitektuuril on mitmeid eeliseid traditsiooniliste PON-süsteemide suhtes.
Esiteks on iga abonendi jaoks saadaval WDM-PON-võrgu ribalaius.
Teiseks, WDM-PON võrgud tagavad parema turvalisuse ja mastaapsuse, kuna iga kodu saab ainult oma lainepikkuse.
Kolmandaks on WDM-PON-i MAC-kiht lihtsustatud, kuna WDM-PON pakub punkt-punkti (P2P) ühendusi OLT-i ja ONT-i vahel ning ei nõua punkt-mitmepunkti (P2MP) meediumile juurdepääsu kontrollereid, mis on leitud muud PON-võrgud.
Lõpuks, iga WDM-PON võrgu lainepikkus on tõhusalt P2P-link, mis võimaldab igal lingil kasutada erinevat kiirust ja protokolli maksimaalse paindlikkuse ja maksma-kui-kasvava versiooniuuenduse jaoks.
Kulude väljakutse
WDM-PONi peamine väljakutse on maksumus . Kuna igale abonendile omistatakse oma lainepikkus, siis see viitab sellele, et OLT peab edastama 32 erineval lainepikkusel ühele ühisele lainepikkusele, mis on leitud traditsioonilisemates PON-süsteemides. Samamoodi nõuab see, et iga 32 linki kodukasutus toimiks eraldi lainepikkusel, mis viitab sellele, et iga ONT vajab kallis häälestatavat laserit, mida saab häälestada konkreetse kodu õige lainepikkusega. See oleks väga kulukas, eriti esialgsete seadistamiskulude puhul, ning see oli suur takistus WDM-PON süsteemide varajase väljatöötamise jaoks.
Enamikus WDM-PON-süsteemides saadab CO-i lairiba-valgusallikas OLT-saatjatele lairiba-seemnesignaali, et lukustada nende edastamine õigele lainepikkusele, kuna nende andmed edastatakse peakiust allapoole. Selle 32-kanalilise AWG DEMUX-i puhul jaguneb see signaal 32 erinevaks kiuks, üks lainepikkus läheb igale kiule. Iga kiud viib eraldi ONT-le. See arhitektuur ei vaja ONT saidil häälestatavaid lasereid, mistõttu ONT-d on väga konkurentsivõimelised ja tegelikult funktsionaalselt väga sarnased traditsiooniliste GPON ONT-dega.
R-SOA lahendus kulude väljakutsele
Enamik tänapäevastest WDM-PON süsteemidest tuginevad nüüd meetodile, mida nimetatakse laser-süstimise lukustamiseks, mis võimaldab suhteliselt odavatel Fabry-Perot-tüüpi laseritel töötada praktiliselt igal soovitud lainepikkusel. Väliselt laserit nimetatakse peegeldavaks pooljuhtide optiliseks võimendiks (R-SOA).
Suurim süsteemimuutus võrreldes teiste PON-arhitektuuridega on OLT-il. WDM-PON OLT on üsna keeruline võrreldes GEPONi või GPONi kolleegidega. Kuna iga abonent saab oma kodule täieliku lainepikkuse eelise, nõuab see ka, et iga abonentil oleks ka oma spetsiaalne transiiver OLT-is. Veelkord võimaldab see sisselülitamise lukustamine seda teha. OLT kere sisaldab lairiba valgusallikat, mis läbib 32-kanalilist AWG-d ja seeläbi külvab iga 32 eraldi R-SOA-d OLT-is. Need R-SOA-d moduleeritakse otseselt 1,25 Gbps juures, igaüks eraldatakse konkreetsele abonendile. See loob tõhusalt suure kiirusega P2P süsteemi, kasutades suhteliselt odavat PON kiudtaime.
Kuigi R-SOA-d ja süstimise lukustamine aitavad vähendada WDM-PON-i kulusid, ei ole kahtlust, et WDM-PON-komponendid jäävad kallimaks kui GEPON- ja GPON-võrkudes kasutatavad standardkomponendid. Siiski ei saa ükski olemasolevatest PON-infrastruktuuridest iga abonendi jaoks pakkuda peaaegu samu andmeedastuskiirusi, nii et see võrdlus ei ole täiesti õiglane. Praegu oleks kõige võrreldavam PON alternatiiv järgmise põlvkonna 10G PON, kuid isegi 10G PON ei suuda WDM-PONiga saadaolevaid andmeedastuskiirusi, kuna see on jagatud 32 kasutaja vahel. Mbps baasil on WDM-PON ehk järgmise põlvkonna süsteemide jaoks kõige odavam variant.
PLC lahendus kulude väljakutsele
Olemasolevate komponentide lihtsalt muutmine WDM-PON süsteemide kulude vähendamiseks ei ole piisav, et muuta WDM-PON konkurentsivõimeliseks teiste järgmise põlvkonna PON-lahendustega. See nõudis täiesti uusi komponenttehnoloogiaid. Nüüd on palju tähelepanu pööratud Planar Lightwave Circuit'ile (PLC), et vähendada WDM-PON ONT-de ja OLT-de suurust ja vähendada kulusid. PLC-tehnoloogia kasutamine PON-rakendustes ei ole uus.
PLC-põhine Splitter
Peaaegu kõik PON-süsteemid tuginevad välistehas 1 × 32 PLC jaoturile nende madala hinna, väikese suuruse ja lihtsuse tõttu. Need passiivsed optilised jaoturid ei vaja väga suurt temperatuuri vahemikku.
PLC-põhine transiiver
PLC-põhiste transiiverite kasutamine on samuti aidanud vähendada GEPONi ja GPON ONT-de kulusid, koondades kogu ülesvoolu ja allavoolu transiiveri funktsionaalsuse optilisele kiibile. Need PLC-d on palju keerulisemad kui passiivsed optilised jaoturid ning sisaldavad WDM-i filtreerimist koos laseritega, detektoritega, võimenditega ja kondensaatoritega, kõik hübriidid on integreeritud ühisele PLC-substraadile. Paljud PLC integratsioonitehnoloogia edusammud viimase kümne aasta jooksul on tõeliselt revolutsiooniliselt muutnud, milline funktsionaalsus on optilisel kiibil saavutatav.
PLC-põhine AWG
WDM-PON-võrgud hakkavad asendama 1 × 32 võimsusjaoturi 32-kanalilise atermilise AWG-ga. Selle asemel, et jagada optilist võimsust 32 erineva kodu vahel, jagab atermaalne AWG ühe lainepikkuse igasse koju. Need on muidugi ka PLC-põhised komponendid ja nende atermaalne disain ei vaja energiat. See võimaldab atermaalsel AWG-l asendada 1 × 32 võimsusjaoturi samas väliskambris, nii et WDM-PONi kasutuses olev kiudainfrastruktuur on identne tavapärasema PON-süsteemiga. Nendes süsteemides kasutatavad PLC-põhised AWG-d on olulised, kuna nad täidavad samaaegselt kolme funktsiooni:
Esiteks võtavad nad ühest kiust OLT-st ja demultipleksivad selle, et saata üks lainepikkus 32 kasutajale.
Teiseks toimib see sama funktsioon laseri töötlemisel kõigis nendes 32 ONT-s, lukustades mõlemad oma sobiva lainepikkusega.
Kolmandaks selgub, et C-riba AWG saab ka L-sagedusribas võrdselt hästi töötada ning see võimaldab sama AWG-l saada kogu ülesvoolu liiklus 32 kasutajalt ja mitmekordistada see samale tavalisele kiule tagasi OLT. Ja kuna tegemist on atermaalse AWG-ga, toimuvad kõik need funktsioonid passiivselt, ilma et moodulile jõuaks.
Kuigi PLC-de kasutamine selles splitterisõlmes mis tahes PON-süsteemis on tavaline, tegelikult on normiks, kasvab üha tähtsam PLC-de kasutamine WDM-PON-võrgu teistes osades. PLC-d võivad oluliselt vähendada OLT-optika suurust, võimaldades kõigil komponentidel liikuda ühele plaadile, kahekordistades WDM-PON OLT moodulite tihedust.
PLC tehnoloogia on viimastel aastatel küpsenud, et pakkuda funktsionaalsust, mis varem ei olnud nii väike. WDM-PON-rakenduste puhul on põhirõhk 32-kanalilise saatja ja vastuvõtja komponentide kokkusurumisel kompaktsetesse integreeritud moodulitesse, mis võimaldab kõigil OLT-funktsioonidel ühele OLT-terale sobida. PLC tehnoloogia võimaldab 32 fotodioodil, TIA-l, kondensaatoril ja muudel alamkomponentidel integreerida väga kõrge saagisega AWG kiibile. Seda saab teha räni kiibil, mis on vaid umbes kaks tolli pikk. Pakend ja elektroonika lisavad sellele jalajäljele, kuid lõpptulemus on kahekordne OLT-i pordi tihedus. Sarnaselt ühendavad PLC-põhised saatjamoodulid kõik 32 WDM-filtri kanalit koos 32 R-SOA-saatjaga ning sobivad optilised võimsuse monitorid iga kanali jaoks. See integratsioonitase ei olnud lihtsalt mõni aasta tagasi teostatav, kuid nüüd võimaldab see mõningate järgmise põlvkonna WDM-PON-võrkude 10G PON-ga konkureerida hinna ja sadama tiheduse alusel.
Teenustaseme vaatenurgast ei paku ükski teine PON-tehnoloogia, sealhulgas 10G PON, igale kodule, mida WDM-PON suudab pakkuda, sama bitikiirust. 1250 Mbit / s kasutajate ribalaius on võrreldav ainult P2P-süsteemidega, kuid WDM-PON kasutab madalama hinnaga PON-kiudtaime. Peamised probleemid, mis on mõjutanud WDM-PONi kasutuselevõttu, nimelt kulusid ja sadama tihedust, hakkavad nüüd lahendama PLC-l põhinevate odavamate integreeritud komponentide kaudu.
Järeldus
Võib-olla on WDM-PONi suurim väljakutse WDM-PON standardile, mis sarnaneb vastavalt IEEE ja ITU standarditele, mis hõlmavad vastavalt GEPONi ja GPONi. Kuigi 10G PON-lahendused pakuvad jätkuvalt märkimisväärset kulude survet, aitab WDM-PON-i tööstusstandardi kasutuselevõtt keskenduda arendustegevusele ja vähendada WDM-PON komponentide kulusid. Kuna algsete seadistamiskulude ja OLT-pordi tiheduse algsed väljakutsed on lahendatud, jätkavad WDM-PON-i kasutuselevõtted jätkuvalt. See on väga elujõuline standardipõhine alternatiiv 10G PONile ja teistele järgmise põlvkonna FTTH lahendustele.
