Yeni Nesil FTTH İçin Uygun Alternatif - WDM-PON
Giriş
Son yıllarda, FTTH dağıtımlarının çoğu Gigabit Ethernet Pasif Optik Ağı (GEPON) ve Gigabit PON (GPON) gibi endüstri standardı teknolojilere dayanmaktadır. Bu dağıtımların başarısı, hem sistem mimarisinde hem de bu sistemleri inşa etmek için kullanılan bileşenlerde önemli yeniliklere yol açtı ve gelecek nesil pasif optik ağların kaçınılmaz olarak, bugün tipik olarak kullanılanlardan çok daha ileri düzeyde olacaklar.
PON gelişiminin ön saflarında, yeni nesil sistemler için rekabet eden iki ayrı yaklaşım var: 10 Gbps PON (10G EPON veya 10G GPON) ve WDM-PON. Her yaklaşımın kendine özgü avantajları ve kendi sorunları vardır, ancak her iki yeni teknolojideki ilerleme son yıllarda hızlanmıştır. Bu yazıda WDM-PON'a odaklanacağız ve onu gelecek nesil platformlar için çok uygun bir rakip haline getiren bazı zorlukları ve yeni teknolojileri inceleyeceğiz. WDM-PON, Kore'de zaten erken başarıya ulaşmış olsa da, GEPON ve GPON teknolojilerine kıyasla, dünyanın diğer bölgelerinde benimsenmesi nispeten yüksek maliyetlerle yavaşladı. WDM-PON, yeni nesil FTTH dağıtımları için 10G PON ve Noktadan Noktaya (P2P) sistemleriyle başa baş rekabet ettiği için değişiyor gibi görünüyor.
Mimari
Bir WDM-PON ağındaki sistem mimarisi, ağın tam olarak nasıl çalıştığı tamamen farklı olsa da, daha geleneksel bir GEPON veya GPON sisteminden önemli ölçüde farklı değildir. Bu makaledeki tüm teknik detayları tartışmayacak olsak da, WDM-PON'un sonucu her abone için bir dalga boyu. Bu, bir optik beslemenin 32 veya daha fazla kullanıcı arasında paylaşıldığı daha geleneksel PON mimarilerine aykırıdır. Bu durumda, her ev aynı dalga boyunda çalışır ve ana fiber üzerinde 1/32. WDM-PON'da her eve kendi dalga boyu atanır ve fiberin bu dalga boyunda sürekli kullanımı vardır. Bir WDM-PON ağının çok yüksek bir görünümü aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.
Standart bir PON sisteminde, merkez ofisten (CO) bir mahalleye tek bir fiber geçiyor, bu noktada pasif 1 × 32 ayırıcı optik sinyali 32 farklı eve böler. Neredeyse tüm PON teknolojileri, Çift Yönlü (BiDi) iletişimi sağlamak için bir tür Dalga Boyu Bölmeli Çoğullama (WDM) yöntemine güvenir. Örneğin, tipik bir GPON sisteminde, yukarı akış iletişim 1310 nm dalga boyunda, aşağı akış trafik 1490 nm'de çalışır. Video yerleşimi için 1550 nm'de üçüncü bir dalga boyu kullanılır. Bu yüzden PON sistemlerinde WDM kullanımı zaten çok yaygın. Ancak, tipik bir GPON veya GEPON sisteminde, tüm aboneler aynı ortak dalga boylarını kullanır. Bu, Time Division Multiplexing (TDM) aracılığıyla yapılan fiber altyapısını paylaşmak zorunda oldukları anlamına gelir. Bu 32 evden her biri, aynı fiber üzerinden iletir, ancak fiberleri “işgal etmeleri” için izin verilen süre, CO'daki Optik Hat Terminali (OLT) tarafından tahsis edilir. 1250 Mbps'nin üzerinde, yalnızca fiberde ayrılan süre boyunca bunu yapabilir ve bu nedenle eski bir PON sisteminde her abone için yalnızca yaklaşık 30 Mbps'lik sürekli veri hızları elde etmek nadir değildir.
Ortak bir fiber paylaşan birçok kullanıcı kavramı, bir FTTH dağıtımında gereken fiber altyapısını en aza indirmeye yardımcı olur. Ancak, bu fiber paylaşımı, abonelere daha yüksek veri oranlarını sınırlayan temel faktörlerden biridir. WDM-PON, etkin bir şekilde aynı fiber altyapının kullanılmasına izin verirken, her abonenin kendilerine sunulan tam 1250 Mbps'ye erişmesine izin verir. Bu değişikliği mümkün kılmak için ağda yapılması gereken birkaç değişiklik var. Birincisi, pasif 1 × 32 ayırıcıların , yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi pasif 1 × 32 kanallı demultiplekserler (örneğin 32 kanallı bir DWDM DEMUX), tipik olarak atermal Arrayed Waveguide Gratings (AWG'ler) ile değiştirilmesini gerektirir. Bu, ortak elyaftan 32 farklı dalga boyunun iletilmesine izin verir ve daha sonra her eve kendi dalga boyunu tahsis eder.
Avantajları
WDM-PON mimarisinin daha geleneksel PON sistemlerine göre birçok avantajı vardır.
İlk olarak, WDM-PON ağının bant genişliği her abone tarafından kullanılabilir.
İkincisi, WDM-PON ağları daha iyi güvenlik ve ölçeklenebilirlik sağlar, çünkü her ev yalnızca kendi dalga boyunu alır.
Üçüncüsü, WDM-PON’daki MAC katmanı basitleştirilmiştir, çünkü WDM-PON, OLT ve ONT arasında Noktadan Noktaya (P2P) bağlantılar sağlar ve bu belgede bulunan Noktadan Noktaya (P2MP) ortam erişim denetleyicileri gerektirmez. diğer PON ağları.
Son olarak, bir WDM-PON ağındaki her dalga boyu etkili bir şekilde P2P bağlantısıdır ve her bir bağlantının maksimum esneklik ve büyüdükçe ödediğiniz kadar yükseltmeler için farklı bir hız ve protokol çalıştırmasına izin verir.
Maliyet Mücadelesi
WDM-PON ile en büyük zorluk maliyettir . Her abone kendi dalga boyuna atandığından, bu, OLT'nin daha geleneksel PON sistemlerinde bulunan paylaşılan bir dalga boyuna karşı 32 farklı dalga boyunda iletmesi gerektiğini göstermektedir. Aynı şekilde, bir bağlantıdaki 32 evin her birinin ayrı bir dalga boyunda çalışmasını gerektirir, bu da her ONT'nin belirli bir ev için doğru dalga boyuna ayarlanabilen pahalı bir ayarlanabilir lazer gerektirdiğini gösterir. Bu, özellikle başlangıç kurulum maliyetlerinde maliyeti engelleyici olabilir ve WDM-PON sistemlerinin erken tasarımında büyük bir engel oluşturuyordu.
Çoğu WDM-PON sisteminde, CO'daki bir geniş bant ışık kaynağı, verileri ana fiberden iletilirken iletimlerini doğru dalga boyuna kilitlemek için OLT vericilerine geniş bantlı bir tohum sinyali gönderir. Alandaki 32 kanallı AWG DEMUX'da bu sinyal, her bir lif için bir dalga boyu olacak şekilde 32 farklı fibere bölünür. Her lif ayrı bir ONT'ye yol açar. Bu mimari, ONT sahasında ayarlanabilen hiçbir lazer gerektirmez, bu da ONT’leri maliyet açısından oldukça rekabetçi kılar ve aslında işlevsel olarak daha geleneksel GPON ONT’lerine çok benzer.
Maliyet Zorluğuna R-SOA Çözümü
Günümüzde çoğu WDM-PON sistemi, nispeten ucuz Fabry-Perot tipi lazerlerin neredeyse istenen herhangi bir dalga boyunda çalışmasını sağlayan, lazer enjeksiyon kilitleme adı verilen bir tekniğe dayanmaktadır. Dışarıdan lazer, Yansıtıcı Yarı İletken Optik Amplifikatör (R-SOA) olarak adlandırılır.
Diğer PON mimarilerine göre en büyük sistem değişikliği OLT'de geliyor. Bir WDM-PON OLT, GEPON veya GPON meslektaşlarına kıyasla oldukça karmaşık. Her abone evlerinde tam bir dalga boyundan faydalandığından, bu aynı zamanda her abonenin de OLT'de kendi özel alıcı-vericisine sahip olmasını gerektirir. Bir kez daha, enjeksiyon kilitleme bunu mümkün kılar. OLT kasası, 32 kanallı bir AWG'den geçen geniş bantlı bir ışık kaynağı içerir ve böylece OLT'deki 32 ayrı R-SOA'dan her birini tohumlar. Bu R-SOA'lar, her biri belirli bir aboneye tahsis edilen 1.25 Gbps'de doğrudan modüle edilir. Bu, nispeten ucuz bir PON elyaf tesisi kullanarak etkili bir şekilde yüksek hızlı P2P sistemi yaratır.
R-SOA'lar ve enjeksiyon kilitlemesi WDM-PON'un maliyetlerini en aza indirmeye yardımcı olurken, WDM-PON bileşenlerinin GEPON ve GPON ağlarında kullanılan standart bileşenlerden daha pahalı kaldığı konusunda hiçbir soru yoktur. Bununla birlikte, mevcut PON altyapılarının hiçbiri her bir abone için neredeyse aynı veri oranlarını sunamadığından, bu karşılaştırma tamamen adil değil. Şu anda en karşılaştırılabilir PON alternatifi yeni nesil 10G PON olacaktır, ancak 10G PON bile WDM-PON ile elde edilebilecek veri hızlarıyla eşleşemez, çünkü 10 Gbps 32 kullanıcı arasında paylaşılır. Mbps başına maliyet temelinde, WDM-PON, belki de yeni nesil sistemler için belki de en ucuz seçenek.
Maliyet Zorluğuna PLC Çözümü
WDM-PON sistemlerinin maliyetlerini düşürmek için mevcut bileşenlerin kolayca ayarlanması, WDM-PON'un diğer yeni nesil PON çözümleriyle rekabet edebilmesi için yeterli olmayacaktır. Tamamen yeni bileşen teknolojileri gerektiriyordu. Şimdi, boyut küçültme ve WDM-PON ONT'lerin ve OLT'lerin maliyetlerini düşürmenin bir yolu olarak Planar Lightwave Devresi (PLC) üzerinde yoğunlaşılmaktadır. PLC teknolojisinin PON uygulamalarında kullanımı yeni değildir.
PLC tabanlı Dağıtıcı
Neredeyse tüm PON sistemleri düşük maliyetli, küçük boyutlu ve basit olmaları nedeniyle dış tesisteki 1 × 32 PLC ayırıcılara güveniyor. Bu Pasif Optik Bölücüler güç gerektirmez ve çok geniş bir sıcaklık aralığında çalışabilir.
PLC tabanlı Telsiz
PLC tabanlı alıcı-vericilerin kullanılması, tüm yukarı ve aşağı alıcı-verici işlevselliklerini bir optik çip üzerine daraltarak GEPON ve GPON ONT'lerin maliyetlerini düşürmeye yardımcı oldu. Bu PLC'ler pasif optik ayırıcılardan çok daha karmaşıktır ve hepsi ortak bir PLC alt tabakasına entegre edilmiş hibrit olan lazerler, dedektörler, amplifikatörler ve kapasitörler ile birlikte WDM filtreleme içerir. PLC entegrasyon teknolojisindeki son on yılda pek çok gelişme, bir optik çipte hangi işlevselliğin elde edilebileceği konusunda gerçekten devrim yarattı.
PLC tabanlı AWG
WDM-PON ağları, 1 × 32 güç ayırıcıyı 32 kanallı athermal AWG ile değiştirerek başlar. Optik gücü 32 farklı ev arasında bölmek yerine, atermal AWG her eve bir dalga boyu böler. Bunlar elbette aynı zamanda PLC tabanlı bileşenlerdir ve atemal tasarımları güç gerektirmez. Bu, atermal AWG'nin aynı dış muhafazadaki 1 x 32 güç ayırıcısını değiştirmesini sağlar, böylece bir WDM-PON dağıtımındaki fiber altyapısı daha geleneksel bir PON sistemindeki ile aynıdır. Bu sistemlerde kullanılan PLC tabanlı AWG'ler önemlidir, çünkü aslında aynı anda üç işlevi yerine getirirler:
Öncelikle, OLT'den tek bir lif alırlar ve 32 kullanıcının her birine bir dalga boyu göndermek için onu kısaltırlar.
İkincisi, bu aynı işlev, lazeri bu 32 ONT'nin her birinde tohumlayarak her birini uygun dalga boyuna kilitler.
Üçüncüsü, bir C-bandı AWG'nin L-bandında eşit derecede iyi çalışacak şekilde tasarlanabileceği ve aynı AWG'nin 32 kullanıcıdan tüm yukarı akış trafiğini almasına ve aynı ortak elyaf üzerine çarpmasına izin verdiği ortaya çıktı. OLT. Ve bu bir atermal AWG olduğundan, tüm bu fonksiyonlar pasif bir şekilde modüle gitmeden gerçekleşir.
Herhangi bir PON sisteminde bu ayırıcı düğümde PLC'lerin kullanımı yaygın olsa da, aslında norm olarak, bir WDM-PON ağının diğer bölümlerinde PLC'lerin kullanımı gittikçe önem kazanmaktadır. PLC'ler, tüm bileşenlerin tek bir karta taşınmasına izin vererek, OLT optiklerinin boyutunu önemli ölçüde daraltabilir ve WDM-PON OLT modüllerinin yoğunluğunu etkin bir şekilde iki katına çıkarabilir.
PLC teknolojisi son yıllarda bu kadar küçük boyutta mümkün olmayan işlevsellik sunmak için olgunlaştı. WDM-PON uygulamaları için ana odak, 32 kanallı verici ve alıcı bileşenlerinin tüm OLT işlevselliğinin tek bir OLT bıçağına sığmasını sağlayan kompakt entegre modüllere çökmesidir. PLC teknolojisi, 32 fotodiyot, TIA, kapasitör ve diğer alt bileşenlerin AWG çipine çok yüksek verim sağlayan hibrit bir şekilde entegre olmasını sağlar. Bu, yalnızca yaklaşık iki inç uzunluğunda bir silikon yonga üzerinde yapılabilir. Paketleme ve elektronikler bu ayakizine katkıda bulunuyor, ancak sonuçta OLT'daki bağlantı noktası yoğunluğu iki katına çıkıyor. Benzer şekilde, PLC tabanlı verici modülleri, 32 R-SOA vericisiyle birlikte 32 kanal WDM filtresinin tümünü ve her kanal için eşleşen optik güç monitörlerini birleştirir. Bu entegrasyon seviyesi sadece birkaç yıl önce bile mümkün değildi, fakat şimdi yeni nesil WDM-PON ağlarının bir kısmının 10G PON ile maliyet ve liman yoğunluğu temelinde rekabet etmesini sağlıyor.
Hizmet düzeyi açısından bakıldığında, 10G PON dahil diğer hiçbir PON teknolojisi, WDM-PON'un sağlayabileceği her eve aynı bit hızını sunmaz. Kullanıcı başına 1250 Mb / sn bant genişliği yalnızca P2P sistemleriyle karşılaştırılabilir, ancak WDM-PON daha düşük maliyetli bir PON elyaf tesisi kullanmaktadır. WDM-PON dağıtımlarını, yani maliyet ve liman yoğunluğunu etkileyen ana zorluklar, şimdi PLC'lere dayanan düşük maliyetli tümleşik bileşenler ile ele alınmaya başlandı.
Sonuç
Belki de WDM-PON dağıtımlarına kalan en büyük zorluk, sırasıyla GEPON ve GPON'u kapsayan IEEE ve ITU standartlarına benzer bir WDM-PON standardına ulaşmaktır. 10G PON çözümleri devam eden önemli maliyet baskıları sağlarken, WDM-PON için bir endüstri standardının benimsenmesi geliştirme çabalarına odaklanmaya ve WDM-PON bileşenlerinin maliyetlerini düşürmeye yardımcı olacaktır. İlk kurulum maliyetlerindeki erken zorluklar ve OLT port yoğunlukları ele alındığından, WDM-PON dağıtımları artmaya devam edecek. Bu, 10G PON ve diğer yeni nesil FTTH çözümlerine uygulanabilir standartlara dayalı bir alternatif sunacaktır.
