Elinkelpoinen vaihtoehto seuraavan sukupolven FTTH - WDM-PON
esittely
Viime vuosina useimmat FTTH-asennukset ovat perustuneet alan standarditekniikoihin, kuten Gigabit Ethernet Passiivinen optinen verkko (GEPON) ja Gigabit PON (GPON). Näiden käyttöönottojen onnistuminen on johtanut merkittäviin innovaatioihin sekä järjestelmäarkkitehtuurissa että näiden järjestelmien rakentamiseen käytetyissä komponenteissa, ja seuraavan sukupolven passiiviset optiset verkot ovat väistämättä paljon kehittyneempiä kuin mitä nykyään käytetään.
PON-kehityksen eturintamassa on ollut kaksi erillistä lähestymistapaa, jotka näyttävät kilpailevan seuraavan sukupolven järjestelmistä: 10 Gbps PON (10G EPON tai 10G GPON) ja WDM-PON. Jokaisella lähestymistavalla on omat etunsa ja omat kysymyksensä, mutta molempien uusien teknologioiden edistyminen on kiihtynyt viime vuosina. Tässä artikkelissa keskitymme WDM-PONiin ja tarkastelemme joitakin haasteita ja uusia teknologioita, jotka tekevät siitä erittäin kannattavan kilpailijan seuraavan sukupolven alustoille. Vaikka WDM-PON on jo menestynyt Koreassa, sen käyttöönottoa muualla maailmassa on hidastanut suhteellisen korkeat kustannukset verrattuna GEPON- ja GPON-teknologioihin. Se näyttää muuttuvan, kun WDM-PON kilpailee pään ja pään välillä 10G PON- ja Point-to-Point (P2P) -järjestelmillä seuraavan sukupolven FTTH-käyttöönotolle.
Arkkitehtuuri
WDM-PON-verkon järjestelmäarkkitehtuuri ei poikkea merkittävästi perinteisemmän GEPON- tai GPON-järjestelmän arkkitehtuurista, vaikka se, miten verkko toimii, on täysin erilainen. Vaikka emme käsittele kaikkia tämän artikkelin teknisiä yksityiskohtia, WDM-PON: n lopputulos on jokaisen tilaajan aallonpituus. Tämä on ristiriidassa perinteisten PON-arkkitehtuurien kanssa, joissa yksi optinen syöte jaetaan 32 tai useamman käyttäjän kesken. Tällöin jokainen koti toimii samalla aallonpituudella ja sille on varattu 1/32: n aikaväli pääkuidulle. WDM-PON: ssa jokaiselle kodille on määritetty oma aallonpituus ja sillä on jatkuva kuitujen käyttö kyseisellä aallonpituudella. Alla olevassa kuvassa on esitetty hyvin korkean tason näkymä WDM-PON-verkosta.
Tavallisessa PON-järjestelmässä yksi kuitu kulkee keskusvirastosta (CO) naapuriin, jolloin passiivinen 1 × 32-jakaja jakaa optisen signaalin 32 eri koteihin. Käytännöllisesti katsoen kaikki PON-tekniikat perustuvat jonkinlaiseen WDM- aallonpituuden multipleksointiin , jotta kaksisuuntainen (BiDi) -viestintä olisi mahdollista. Esimerkiksi tyypillisessä GPON-järjestelmässä ylävirran viestintä kulkee 1310 nm: n aallonpituudella, kun taas loppupään liikenne kulkee 1490 nm: ssä. Kolmas aallonpituus 1550 nm: ssä käytetään videoiden peittämiseen. Niinpä WDM: n käyttö PON-järjestelmissä on jo hyvin yleistä. Tyypillisessä GPON- tai GEPON-järjestelmässä kaikki tilaajat käyttävät näitä samoja yhteisiä aallonpituuksia. Tämä tarkoittaa, että niiden on jaettava kuituinfrastruktuuri, joka tapahtuu TDM ( Time Division Multiplexing ) -toiminnolla. Kukin näistä 32 kodeista lähettää saman kuidun, mutta aika, jolloin heillä on lupa "miehittää" kuitua, jakautuu CO: n optisen linjaterminaalin (OLT) kautta. yli 1250 Mbit / s, se voi tehdä niin vain sen aikana, jolloin se on osoitettu kuitulle, ja siksi ei ole harvinaista, että jokainen tilaaja vanhassa PON-järjestelmässä saavuttaa vain noin 30 Mbps: n jatkuvan datanopeuden.
Tämä käsite monista käyttäjistä, joilla on yhteinen kuitu, auttaa minimoimaan FTTH-asennuksessa tarvittavan kuiturakenteen. Kuitujen jakaminen on kuitenkin yksi tärkeimmistä tekijöistä, jotka rajoittavat suurempia datanopeuksia tilaajille. WDM-PON sallii tehokkaasti saman kuidun infrastruktuurin käytön, samalla kun kukin tilaaja voi käyttää heille käytettävissä olevia 1250 Mbps: n koko- naispistettä. Verkossa on useita muutoksia, joita tarvitaan muutoksen mahdollistamiseksi. Ensimmäinen vaatii, että passiiviset 1 x 32 -jakajat korvataan passiivisilla 1 x 32-kanavaisen demultipleksereillä (esim. 32-kanavaisella DWDM DEMUXilla), tyypillisesti atermaalisesti kehitetyillä aaltoputkilevyillä (AWG), kuten yllä olevassa kuvassa esitetään. Tämä sallii 32 eri aallonpituuden välittämisen yhteisen kuidun läpi, ja sitten kullekin koti- alueelle on myönnetty oma aallonpituus.
edut
WDM-PON-arkkitehtuurille on useita etuja perinteisempien PON-järjestelmien suhteen.
Ensinnäkin WDM-PON-verkon kaistanleveys on jokaisen tilaajan käytettävissä.
Toiseksi WDM-PON-verkot tarjoavat paremman turvallisuuden ja skaalautuvuuden, koska jokainen koti saa vain oman aallonpituuden.
Kolmanneksi, WDM-PON: n MAC-kerros on yksinkertaistettu, koska WDM-PON tarjoaa yhteyspisteitä (P2P) OLT: n ja ONT: n välillä, eikä se vaadi Point-to-Multipoint (P2MP) -yhteysohjaimia, jotka löytyvät muut PON-verkot.
Lopuksi, jokainen WDM-PON-verkon aallonpituus on tehokkaasti P2P-linkki, jonka avulla kukin linkki voi ajaa eri nopeutta ja protokollaa mahdollisimman suuren joustavuuden ja pay-as-you-kasvun päivityksiin.
Kustannushaaste
WDM-PON: n tärkein haaste on kustannus . Koska jokaiselle tilaajalle annetaan oma aallonpituus, tämä viittaa siihen, että OLT: n on lähetettävä 32 eri aallonpituudella yhden jaetun aallonpituuden suhteen, kuten perinteisemmissä PON-järjestelmissä on. Samoin se edellyttää, että jokainen linkin 32 kodeista toimii erillisellä aallonpituudella, mikä viittaa siihen, että jokainen ONT vaatii kalliita viritettäviä laseria, joka voidaan virittää oikeaan aallonpituuteen tietylle kotille. Tämä olisi erittäin kustannuksiltaan kohtuutonta etenkin alkuperäisissä kustannuksissa, ja se oli merkittävä este WDM-PON-järjestelmien varhaisessa suunnittelussa.
Useimmissa WDM-PON-järjestelmissä laajakaistainen valonlähde CO: ssa lähettää laajakaistan siemensignaalin OLT-lähettimiin niiden lukituksen lukitsemiseksi oikeaan aallonpituuteen, koska niiden tiedot lähetetään pääkuidusta alaspäin. Kentän 32-kanavaisessa AWG DEMUXissa tämä signaali jaetaan 32 eri kuituun, yksi aallonpituus kulkee kullekin kuitulle. Jokainen kuitu johtaa erilliseen ONT: hen. Tämä arkkitehtuuri ei edellytä viritettäviä lasereita ONT-sivustossa, jolloin ONT: t ovat erittäin kilpailukykyisiä, ja itse asiassa ne ovat hyvin samanlaisia kuin perinteisemmät GPON ONT: t.
R-SOA-ratkaisu kustannushaasteeseen
Useimmat nykyaikaiset WDM-PON-järjestelmät luottavat nyt tekniikkaan, jota kutsutaan laser-injektiolukitukseksi, joka sallii suhteellisen edulliset Fabry-Perot-tyyppiset laserit toimimaan lähes millä tahansa halutulla aallonpituudella. Ulkoista laseria kutsutaan heijastavaksi puolijohdeoptiseksi vahvistimeksi (R-SOA).
Suurin järjestelmän muutos verrattuna muihin PON-arkkitehtuureihin tulee OLT: lle. WDM-PON OLT on melko monimutkainen verrattuna GEPON- tai GPON-vastineisiin. Koska jokainen tilaaja saa täyden aallonpituuden edun kotiinsa, tämä edellyttää myös, että jokaisella tilaajalla on oma dedikoitu lähetin-vastaanotin OLT: ssä. Jälleen kerran ruiskutuslukitus tekee tämän mahdolliseksi. OLT-runkoon kuuluu laajakaistainen valonlähde, joka kulkee 32-kanavaisen AWG: n läpi, ja näin siemenet kukin 32 erillisestä R-SOA: sta OLT: ssä. Nämä R-SOA: t moduloidaan suoraan 1,25 Gbps: n kohdalla, joista kukin allokoidaan tietylle tilaajalle. Tämä luo tehokkaan P2P-järjestelmän, joka on suhteellisen edullinen PON-kuitukasvi.
Vaikka R-SOA: t ja injektiolukitus auttavat minimoimaan WDM-PON: n kustannuksia, ei ole epäilystäkään siitä, että WDM-PON-komponentit pysyvät kalliimpina kuin GEPON- ja GPON-verkoissa käytetyt standardikomponentit. Mikään nykyisistä PON-infrastruktuureista ei kuitenkaan voi tarjota lähes samoja datanopeuksia kullekin tilaajalle, joten tämä vertailu ei ole täysin oikeudenmukainen. Tällä hetkellä vertailukelpoisin PON-vaihtoehto olisi seuraavan sukupolven 10G PON, mutta jopa 10G PON ei pysty vastaamaan WDM-PON-tiedonsiirtonopeuksiin, koska 10 Gbps on jaettu 32 käyttäjän kesken. WDM-PON on kustannus-per-Mbps -periaatteella ehkä jo edullisin vaihtoehto seuraavan sukupolven järjestelmille.
PLC-ratkaisu kustannushaasteeseen
Yksinkertaisesti olemassa olevien komponenttien säätäminen WDM-PON-järjestelmien kustannusten vähentämiseksi ei riitä tekemään WDM-PON: n kilpailukykyiseksi muiden seuraavan sukupolven PON-ratkaisujen kanssa. Se vaati täysin uusia komponenttiteknologioita. Nyt panostetaan Planar Lightwave Circuitiin (PLC) WDM-PON ONT- ja OLT-laitteiden kokoa pienentäväksi ja kustannusten alentamiseksi. PLC-tekniikan käyttö PON-sovelluksissa ei ole uusi.
PLC-pohjainen Splitter
Käytännöllisesti katsoen kaikki PON-järjestelmät perustuvat ulkoiseen laitokseen 1 × 32 PLC-jakajaan niiden alhaisen hinnan, pienen koon ja yksinkertaisuuden vuoksi. Nämä passiiviset optiset jakajat eivät vaadi tehoa ja oireita hyvin laajalla lämpötila-alueella.
PLC-pohjainen lähetinvastaanotin
PLC-pohjaisten lähetinvastaanottimien käyttö on myös auttanut pienentämään GEPON- ja GPON ONT -laitteiden kustannuksia purkamalla kaikki ylä- ja alavirran lähetinvastaanottimen toiminnot optiseen siruun. Nämä PLC: t ovat paljon monimutkaisempia kuin passiiviset optiset jakajat, ja niissä on WDM-suodatus yhdessä laserien, ilmaisimien, vahvistimien ja kondensaattoreiden kanssa, ja kaikki hybridi on integroitu yhteiseen PLC-alustaan. PLC: n integrointiteknologian monet edistykset viime vuosikymmenen aikana ovat todella mullistaneet, mitä toimintoja on saavutettavissa optisella sirulla.
PLC-pohjainen AWG
WDM-PON-verkot alkavat korvaamalla 1 × 32-virranjakajan 32-kanavaisella atermaalilla AWG: llä. Optisen tehon jakamisen sijaan 32 eri kodin välillä atermaalinen AWG jakaa yhden aallonpituuden kullekin kotiin. Nämä ovat tietysti myös PLC-pohjaisia komponentteja, ja niiden atermaalinen muotoilu ei vaadi virtaa. Tämä sallii atermaalisen AWG: n korvata 1 × 32-tehonsuuntaajan samassa ulkokotelossa siten, että WDM-PON-käyttöönotossa oleva kuituinfrastruktuuri on identtinen perinteisemmässä PON-järjestelmässä. Näissä järjestelmissä käytettävät PLC-pohjaiset AWG: t ovat tärkeitä, koska ne suorittavat samanaikaisesti kolme toimintoa:
Ensinnäkin ne ottavat yhden kuidun OLT: stä ja demultipleksoi sen lähettämään yhden aallonpituuden kullekin 32 käyttäjälle.
Toiseksi tämä sama toiminto toimii laserin siementämisessä kullakin näistä 32 ONT: stä, joka lukitsee kukin sen sopivaan aallonpituuteen.
Kolmanneksi käy ilmi, että C-bändi AWG voidaan suunnitella toimimaan yhtä hyvin L-kaistalla, ja tämä mahdollistaa sen, että sama AWG voi vastaanottaa kaikki ylävirran liikenteen 32 käyttäjältä ja multipleksoida sen samalle tavalliselle kuidulle takaisin OLT. Ja koska tämä on atermaalinen AWG, kaikki nämä toiminnot tapahtuvat passiivisesti ilman, että moduuliin tulee virtaa.
Vaikka PLC: iden käyttö tässä jakelusolmussa missä tahansa PON-järjestelmässä on yleinen, itse asiassa normi, PLC: iden käyttö WDM-PON-verkon muissa osissa kasvaa yhä tärkeämmäksi. PLC: t voivat merkittävästi pienentää OLT-optiikan kokoa, jolloin kaikki komponentit voidaan siirtää yhdelle levylle, jolloin WDM-PON OLT -moduulien tiheys kaksinkertaistuu.
PLC-teknologia on kypsynyt viime vuosina toimiakseen, joka ei ollut aiemmin mahdollista niin pienessä koossa. WDM-PON-sovelluksissa pääpaino on 32-kanavaisen lähettimen ja vastaanottimen komponenttien kokoonpanossa kompakteina integroiduiksi moduuleiksi, joiden avulla kaikki OLT-toiminnot sopivat yhteen OLT-terään. PLC-tekniikka mahdollistaa 32 fotodiodin, TIA: n, kondensaattorin ja muiden alikomponenttien yhdistämisen integroituna AWG-siruun, jolla on erittäin korkeat saannot. Tämä voidaan tehdä piikiekolla, joka on vain noin kaksi tuumaa pitkä. Pakkaus ja elektroniikka lisäävät tätä jalanjälkeä, mutta lopputulos on kaksinkertainen OLT: n porttitiheyteen. Vastaavasti PLC-pohjaiset lähetinmoduulit yhdistävät kaikki 32 WDM-suodatuksen kanavaa sekä 32 R-SOA-lähettintä ja vastaavat kanavat. Tämä integraatiotaso ei yksinkertaisesti ollut toteutettavissa vain muutama vuosi sitten, mutta nyt se mahdollistaa joidenkin seuraavan sukupolven WDM-PON-verkkojen kilpailun kustannus- ja portti-tiheyden perusteella 10G PON: lla.
Palvelutason näkökulmasta mikään muu PON-tekniikka, mukaan lukien 10G PON, ei tarjoa samaa bittinopeutta kullekin kotiin, jota WDM-PON voi tarjota. 1250 Mbps käyttäjäkohtainen kaistanleveys on verrattavissa vain P2P-järjestelmiin, mutta WDM-PON hyödyntää halvempaa PON-kuitukasettia. Tärkeimmät haasteet, jotka ovat vaikuttaneet WDM-PON-käyttöönottoihin, nimittäin kustannus- ja porttitiheyteen, alkavat nyt käsitellä PLC: hen perustuvia edullisempia, integroituja komponentteja.
johtopäätös
Ehkä suurin WDM-PON-käyttöönoton haaste on saapumassa WDM-PON-standardiin, joka on samanlainen kuin GEE- ja GPON-standardit kattavat IEEE- ja ITU-standardit. Vaikka 10G PON -ratkaisut tarjoavat edelleen merkittäviä kustannuspaineita, WDM-PON-alan standardin käyttöönotto auttaa kohdentamaan kehitystoimia ja vähentämään WDM-PON-komponenttien kustannuksia. Koska alkuvaiheen asennuskustannusten ja OLT-porttitiheyteen liittyvät varhaiset haasteet käsitellään, WDM-PON-käyttöönotto jatkuu edelleen. Tämä on erittäin elinkelpoinen standardipohjainen vaihtoehto 10G PON: lle ja muille seuraavan sukupolven FTTH-ratkaisuille.
