Jüngster Fortschritt der 50G PON (Passive Optical Network)-Technologie im Jahr 2021

 

Am 23. April 2021 wurde der internationale Standard von 50G PON offauf der Mitgliederversammlung der 15. Forschungsgruppe der Internationalen Fernmeldeunion (ITU-T SG15) verabschiedet, was darauf hinweist, dass 50G PON die Standardisierung der Grundfunktionen abgeschlossen hat. Das 50G TDM PON ist die PON-Technologie der neuen Generation nach 10G PON. Es wird erwartet, dass 50G PON im Jahr 2023 kommerziell genutzt wird.

Die Geschichte der PON-Technologie (Passive Optical Network)

 

10G PON wird in 10G Ethernet PON (EPON) und 10G Gigabit PON (GPON) unterteilt. Im Jahr 2006 begann das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802.3av mit der Untersuchung und Formulierung des 10G-EPON-Standards. Im September 2009 wurde IEEE 802.3av offoffiziell freigegebener 10G EPON-Standard. Seit 2008 hat die International Telecommunication Union Telecommunication Standards (ITU-T) damit begonnen, Standards für GPON-Technologien der nächsten Generation zu entwickeln, nämlich NG-PON1 und NG-PON2. NG-PON1 bezieht sich normalerweise auf XG-PON1 (ITU-T G.987) mit Downlink- und Uplink-Raten von 10 Gb/s bzw. 2.5 Gb/s. Bevor NG-PON2 (ITU-T G.989) kommerziell erhältlich ist, hat ITU-T den XGS-PON-Standard für symmetrisches 10G GPON (ITU-T G.9807.1) entsprechend der Marktnachfrage nach symmetrischem Downlink und Uplink 10 GB . formuliert / s-Raten und dem Plan für die Entwicklung der PON-Technologie wurde der Standard im Juni 2016 von der ITU-T überprüft und genehmigt.

Die technologische Entwicklung nach 10G PON spiegelt sich hauptsächlich im Rating-Upgrade wider, das durch die Unterstützung von 25G/50G oder höheren Raten mit einer einzigen Wellenlänge oder 40G/80G/100G mit Multi-Wellenlängen-Stacking erreicht werden kann. NG-PON2 verwendet ein Zeit- und Wellenlängen-Multiplexing-(TWDM)-Technologieschema und unterstützt 4×10 Gb/s oder mehr Wellenlängen, die mit WDM gestapelt sind. Der NG-PON2-Standard wurde jedoch nach seiner Entwicklung von den meisten Betreibern nicht unterstützt, und außerdem wurden die optischen Geräte mit einstellbaren mehreren Wellenlängen nicht auf kommerziell verfügbare Kosten gesenkt.

 

Gegenwärtig ist die Industriekette von 10G PON gereift, hauptsächlich in Chips, Standards und optischen Modulen: In Bezug auf Chips waren 10G EPON & 10G GPON symmetrische/asymmetrische SOC-Chips ASIC; Gerätehersteller 8-Port, 16-Port 0G GPON & 10G EPON Single Board mit skalierbarer Versandfähigkeit. In Bezug auf Standards begann die Kommerzialisierung des asymmetrischen 10G GPON 10G/2.5G der ITU im Jahr 2012; symmetrisches 10G GPON 10G/10G 2016 Standardeinfrieren und Kommerzialisierung im Jahr 2017. Das symmetrische/asymmetrische 10G EPON 10G/10G oder 10G/1G von IEEE begann im Jahr 2012 mit der Kommerzialisierung. In Bezug auf optische Module ist 10G EPON symmetrisch & asymmetrisch PR/PRX30 der Mainstream, der ausgeliefert wird Produkt und wurde in großem Maßstab kommerzialisiert; 10G GPON symmetrisch & asymmetrisch N1/N2a/N2 und Combo Class B+/C+ können in großem Umfang versendet werden.

Darüber hinaus versteht es sich, dass das 50G TDM PON und 10G-PON Koexistenz-Evolution-Upgrades verwenden die Wellenlängen-Koexistenz-Technologie. Die Leistungsfähigkeit der beiden Generationen von PON-Systemen beeinflusst sich nicht gegenseitig. Es unterstützt ein reibungsloses Upgrade durch den Austausch von ONU. Die Implementierungsmethoden können in zwei Schemata unterteilt werden: MPM-Dual-Mode (eingebaute Wellenkombinationskomponente) und externe Wellenkombination. 

 

Die Kerntechnologien von 50G PON

 

Das 50G PON der nächsten Generation wird sich hauptsächlich in zwei Richtungen entwickeln: Verbesserung der Einzelwellenlängenrate oder Erhöhung der Gesamtrate durch Multiwellenlängen-Multiplexing. Der Branchenkonsens ist, dass die Bandbreite des optischen Zugangsnetzes der nächsten Generation auf 50 Gbit/s erhöht wird. Wie man dieses Bandbreiten-Upgrade einfach und effizient bewerkstelligen kann, ist zu einem heißen Thema in der PON-Forschung geworden.

Wellenlängenauswahl

Derzeit kann 50G PON nur einen kleinen Teil der Wellenlängen im O-Band nutzen, was nicht ausreicht. Die ITU-T hat sich für einige Wellenlängen entschieden und diskutiert noch über die anderen Wellenlängen.

Leitungscodierung

Die ITU-T hatte eine Reihe von Leitungscodierungsschemata für 50G PON in Betracht gezogen, darunter PAM-4, duobinäre Modulation und NRZ-Code. nicht wie GPON-SFP, entschied sich das 50G PON letztendlich für den NRZ-Code mit der höchsten Signalempfangsleistung, da das PON-System ein sehr hohes optisches Leistungsbudget erfordert.

Leitungsrate

Die ITU-T hat die Ratenanforderung von 50G PON klargestellt und unterstützt eine Kombination aus symmetrischen und asymmetrischen Raten, wobei eine Downstream-Rate und vier Upstream-Raten verfügbar sind.

FEC

Die Erhöhung der Leitungsrate von 50G PON verringert die Empfängerempfindlichkeit. Um die beträchtlichen ODN-Ressourcen wiederzuverwenden, muss die Empfängerleistung verbessert werden. Um die Anforderungen der Spezifikation für optische Komponenten zu senken, verwendet 50G PON das LDPC-Schema für FEC.

Gemeinsame Übertragungskonvergenz 

50G PON implementiert niedrige Latenzen hauptsächlich durch DAW, CO-DBA und die Verkürzung des Bandbreitenzuweisungsintervalls.

DAW: Eine DAW kann eine neu definierte Wellenlänge für 50G PON sein oder eine, die für ein PON-System vor 50G PON bereitgestellt wurde. Es kann eine unabhängige Upstream-Wellenlänge oder ein Paar von Upstream- und Downstream-Wellenlängen sein. Die DAW-Technologie vermeidet das Öffnen eines Ruhefensters auf der Upstream-Wellenlänge, wodurch die durch das Ruhefenster verursachte Verzögerung eliminiert wird.
CO-DBA: Das OLT erfährt von der Upstream-Dienstübertragungsanforderung der ONU durch die Upstream-Ausrüstung und weist dann der ONU im Voraus Bandbreite zu. Dieser Mechanismus reduziert so weit wie möglich die Zeit, für die die Dienstdaten in der ONU zwischengespeichert werden.
Verkürzung des Bandbreitenzuweisungsintervalls: Das Intervall zwischen den Bandbreitenzuweisungen für die ONU wird verkürzt, wodurch die Dienstdaten-Cache-Zeit in der ONU reduziert wird. Jeder T-CONT unterstützt maximal 16 Burst-Frames in einer 125 us-Periode.

PHY-Komponenten

Die PHY-Komponenten von 50G PON umfassen hauptsächlich optoelektronische Schlüsselgeräte wie optische Sendermodule, optische Empfängermodule, Lasergerätetreiber (LDDs), Burst-Mode-TIAs und Clock-Data-Recovery-(CDR)-Chips. Das OLT kann als Sendermodul EML oder integrierte SOA-EML-Komponenten und als Empfängermodul APD oder integrierte SOA-PIN-Komponenten verwenden. Die ONU unterscheidet sich von der OLT dadurch, dass der ONU-Treiber die Burst-Funktion unterstützen muss und der ONU-Empfänger nicht die Burst-Mode-CDR-Funktion benötigt. Experimente und Simulationen in der Industrie zeigen, dass 50G PON durch die Verwendung eines 50G-EML-Senders und eines APD-Empfängers eine Einzelwellenlängenrate von 50Gbps erreichen kann.

 

Es gibt drei Koexistenzmodi von 50G PON und traditionellem PON, nämlich:

• 50G PONkoexistiert mit XG (S)

• 50G PONkoexistiert mit 10G EPON

• 50G/ 10G / 1G PON Drei-Generationen-Zusammenleben

 

Für das Anwendungsszenario von 50G PON wird hauptsächlich 5G Mobile Prequel hinzugefügt. Gleichzeitig werden Verzögerungsanforderungen für VR-Dienste hinzugefügt. Die Uplink- und Downlink-Leitungen von 50G PON verwenden NRZ-Codierung, hauptsächlich unter Berücksichtigung der Notwendigkeit, ein optisches Leistungsbudget von 32 dB und eine höhere Empfindlichkeit zu unterstützen.

In Bezug auf die Wellenlänge:

 

Optische Transceiver-Module für 50G PON

 

Das PON-Modul ist ein optisches Hochleistungsmodul, das im PON-System verwendet wird und unterschiedliche Wellenlängen verwendet, um Signale zwischen OLT (optisches Leitungsterminal) und ONT (optisches Netzwerkterminal) zu senden und zu empfangen.

Die Übertragungsprotokolle des optischen PON-Moduls sind APON (ATM PON), BPON (Broadband Passive Optical Network), EPON und GPON, die derzeit weit verbreitet sind.

 

Merkmale des optischen PON-Moduls:

-Kann elektromagnetische Störungen und Blitzeinfluss von externen Geräten vermeiden

-Reduziert die Ausfallrate von Leitungen und externen Geräten, verbessert die Systemzuverlässigkeit und reduziert die Wartungskosten.

 

Die gängigsten EPON-Transceiver auf dem heutigen Markt sind:

EPON OLT PX20 + / PX20 + + / PX20 + + + und 10G EPON ONU SFP +. Diese optischen Module sind auf optische Netzwerkeinheiten (ONU) und optische Leitungsterminals (OLT) anwendbar. Die Übertragungsdistanz von 10G EPON OLT-Transceiver ist 20 km, mit Single-Mode, SC-Schnittstelle und unterstützt DDM.

 

Die gängigsten GPON SFP-Transceiver auf dem heutigen Markt sind:

GPON OLT Klasse B +, GPON OLT Klasse C + , GPON OLT Klasse C + +. Beim Vergleich der optischen Module der GPON OLT Klasse B + / C + / C + + liegt der Hauptunterschied in der Sendeleistung und Empfangsempfindlichkeit.

Obwohl der GPON-Transceiver eine bessere Leistung als der EPON-Transceiver aufweist, hat das optische EPON-Modul mehr Kostenvorteile. Sie haben ihre eigenen Vor- und Nachteile und können nebeneinander existieren und sich gegenseitig ergänzen.

Derzeit verfügen Avago, MACOM, Oclaro, Renesas und andere Unternehmen über ausgereifte 25G NRZ-Laser, die für 25G PON verwendet werden können. Der 50G-PON-Transceiver befindet sich jedoch noch im Forschungs- und Entwicklungsstadium. Einige Unternehmen haben optische Module entwickelt, die für 50G PON basierend auf QSFP-DD800- und QSFP112-Packaging verwendet werden können. Andere haben 50G OLT by WDM und 50G ONU by SFP28 Packaging basierend auf CFP2-Packaging und dualem 25G-Schema entwickelt.

Schließlich wird in Bezug auf die 50G-PON-Bereitstellungszeitprognose erwartet, dass die Bereitstellung von 7G-PON um 8-50 erfolgen wird, da die Bereitstellungszeit jeder PON-Generation etwa 2023-2025 Jahre beträgt.