Último progresso da tecnologia 50G PON (Passive Optical Network) em 2021

 

Em 23 de abril de 2021, o padrão internacional de 50G PON era offaprovado oficialmente na assembleia geral do 15º grupo de investigação da União Internacional das Telecomunicações (ITU-T SG15), o que indica que o 50G PON concluiu a normalização das funções básicas. O 50G TDM PON é a tecnologia PON de nova geração após 10G PON. Espera-se que 50G PON seja colocado em uso comercial em 2023.

A história da tecnologia PON (Passive Optical Network)

 

10G PON é dividido em 10G Ethernet PON (EPON) e 10G Gigabit PON (GPON). Em 2006, o Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos (IEEE) 802.3av começou a estudar e formular o padrão 10G EPON. Em setembro de 2009, IEEE 802.3av offPadrão 10G EPON lançado oficialmente. Desde 2008, a International Telecommunication Union Telecommunication Standards (ITU-T) começou a desenvolver padrões para tecnologias GPON de próxima geração, nomeadamente NG-PON1 e NG-PON2. NG-PON1 geralmente se refere a XG-PON1 (ITU-T G.987), com taxas de downlink e uplink de 10 Gb / se 2.5 Gb / s, respectivamente. Antes de NG-PON2 (ITU-T G.989) estar comercialmente disponível, ITU-T formulou o padrão XGS-PON para 10G GPON simétrico (ITU-T G.9807.1) de acordo com a demanda do mercado para downlink simétrico e uplink 10 GB / s taxas e o plano de evolução da tecnologia PON, a norma foi revisada e aprovada pelo ITU-T em junho de 2016.

A evolução da tecnologia após 10G PON se reflete principalmente na atualização de classificação, que pode ser alcançada suportando taxas de 25G / 50G ou mais altas com um único comprimento de onda, ou 40G / 80G / 100G com empilhamento de vários comprimentos de onda. NG-PON2 adota um esquema de tecnologia de multiplexação por divisão de comprimento de onda e divisão de tempo (TWDM), suportando 4 × 10 Gb / s ou mais comprimentos de onda empilhados com WDM. No entanto, o padrão NG-PON2 não foi suportado pela maioria dos operadores depois que foi desenvolvido e, além disso, os dispositivos ópticos com vários comprimentos de onda ajustáveis ​​não foram reduzidos a um custo disponível comercialmente.

 

Atualmente, a cadeia da indústria de 10G PON amadureceu, principalmente em chips, padrões e módulos ópticos: em termos de chips, chips 10G EPON e 10G GPON simétricos / assimétricos SOC foram ASIC; fabricantes de equipamentos placa única 8G GPON e 16G EPON de 0 portas, 10 portas com capacidade de remessa de escala. Em termos de padrões, o 10G GPON assimétrico 10G / 2.5G da ITU começou a ser comercializado em 2012; simétrico 10G GPON 10G / 10G 2016 padrão de congelamento e comercialização em 2017. O 10G EPON 10G / 10G ou 10G / 1G simétrico / assimétrico do IEEE começou a comercialização em 2012. Em termos de módulos ópticos, 10G EPON simétrico e assimétrico PR / PRX30 é o principal enviado produto e tem sido comercializado em grande escala; 10G GPON simétrico e assimétrico N1 / N2a / N2 e Combo Classe B + / C + podem ser enviados em grande escala.

Além disso, entende-se que o 50G TDM PON e PON 10G as atualizações de evolução de coexistência estão usando tecnologia de coexistência de divisão de comprimento de onda. A capacidade das duas gerações de sistemas PON não afeta uma à outra. Ele oferece suporte a uma atualização suave, substituindo a ONU. Os métodos de implementação podem ser divididos em dois esquemas: MPM dual-mode (componente de combinação de onda embutido) e combinação de onda externa. 

 

As principais tecnologias de 50G PON

 

A próxima geração de 50G PON se desenvolverá principalmente em duas direções: melhorando a taxa de comprimento de onda único ou aumentando a taxa total por meio da multiplexação de vários comprimentos de onda. O consenso da indústria é que a largura de banda da rede de acesso óptico de próxima geração aumentará para 50 Gbps. Como obter essa atualização de largura de banda de maneira simples e eficiente tornou-se um assunto em alta na pesquisa da PON.

Seleção de comprimento de onda

Atualmente, 50G PON só pode usar uma pequena porção de comprimentos de onda na banda O, que não são suficientes. O ITU-T decidiu alguns comprimentos de onda e ainda está discutindo os outros comprimentos de onda.

Codificação de linha

O ITU-T considerou uma série de esquemas de codificação de linha para 50G PON, incluindo PAM-4, modulação duobinária e código NRZ. diferente GPON SFP, o PON 50G finalmente decidiu adotar o código NRZ que tem o desempenho de recepção de sinal mais alto, porque o sistema PON requer um orçamento de potência óptica muito alto.

Taxa de linha

O ITU-T deixou claro o requisito de taxa de 50G PON e oferece suporte a uma combinação de taxas simétricas e assimétricas, com uma taxa downstream e quatro taxas upstream disponíveis.

FEC

O aumento na taxa de linha de 50G PON reduz a sensibilidade do receptor. Para reutilizar os consideráveis ​​recursos ODN, o desempenho do receptor deve ser melhorado. Para diminuir os requisitos da especificação para componentes ópticos, o 50G PON usa o esquema LDPC para FEC.

Convergência de transmissão comum 

O 50G PON implementa baixas latências principalmente por meio de DAW, CO-DBA e encurtando o intervalo de alocação de largura de banda.

DAW: Uma DAW pode ser um comprimento de onda recém-definido para 50G PON ou implantado para um sistema PON anterior a 50G PON. Pode ser um comprimento de onda upstream independente ou um par de comprimentos de onda upstream e downstream. A tecnologia DAW evita abrir uma janela silenciosa no comprimento de onda upstream, eliminando assim o atraso causado pela janela silenciosa.
CO-DBA: A OLT aprende sobre o requisito de transmissão do serviço upstream da ONU por meio do equipamento upstream e, a seguir, aloca a largura de banda para a ONU com antecedência. Este mecanismo reduz ao máximo o tempo que os dados do serviço ficam em cache na ONU.
Encurtando o intervalo de alocação de largura de banda: O intervalo entre as alocações de largura de banda para a ONU é reduzido, reduzindo assim o tempo de cache de dados do serviço na ONU. Cada T-CONT suporta um máximo de 16 quadros de burst em um período de 125 us.

Componentes PHY

Os componentes PHY do 50G PON incluem principalmente dispositivos optoeletrônicos importantes, como módulos de transmissor óptico, módulos de receptor óptico, drivers de dispositivo a laser (LDDs), TIAs de modo intermitente e chips de recuperação de dados de relógio (CDR). O OLT pode usar componentes EML ou SOA-EML integrados como o módulo transmissor e APD ou componentes SOA-PIN integrados como módulo receptor. A ONU difere da OLT no sentido de que o driver da ONU precisa suportar a função burst e o receptor da ONU não requer o recurso de CDR de modo burst. Experimentos e simulações na indústria mostram que, usando um transmissor 50G EML e um receptor APD, o 50G PON pode atingir uma taxa de comprimento de onda único de 50 Gbps.

 

Existem três modos de coexistência de 50G PON e PON tradicional, a saber:

• 50GPONcoexiste com XG (S)

• 50GPONcoexiste com 10G EPON

• 50G/ 10G / 1GPON coexistência de três gerações

 

Para o cenário de aplicação de 50G PON, a prequela móvel 5G é principalmente adicionada. Ao mesmo tempo, também adiciona requisitos de atraso para serviços de RV. As linhas de uplink e downlink de 50G PON adotam a codificação NRZ, principalmente considerando a necessidade de suportar orçamento de potência óptica de 32dB e maior sensibilidade.

Em termos de comprimento de onda:

 

Módulos transceptores ópticos para 50G PON

 

O módulo PON é um módulo óptico de alto desempenho usado no sistema PON, que usa diferentes comprimentos de onda para enviar e receber sinais entre OLT (terminal de linha óptica) e ONT (terminal de rede óptica).

Os protocolos de transmissão do módulo óptico PON são APON (ATM PON), BPON (Broadband Passive Optical Network), EPON e GPON, amplamente utilizados atualmente.

 

Características do módulo óptico PON:

- Pode evitar a interferência eletromagnética e a influência de raios de equipamentos externos

-Reduz a taxa de falha da linha e do equipamento externo, melhora a confiabilidade do sistema e reduz os custos de manutenção.

 

Os transceptores EPON comuns no mercado hoje são:

EPON OLT PX20 + / PX20 + + / PX20 + + + e 10G EPON ONU SFP +. Esses módulos óticos são aplicáveis ​​a unidades de rede ótica (ONU) e terminais de linha ótica (OLT). A distância de transmissão de Transceptor 10G EPON OLT é de 20km, com modo único, interface SC e suporta DDM.

 

Os transceptores GPON SFP comuns no mercado hoje são:

GPON OLT Classe B +, GPON OLT Classe C +, GPON OLT Classe C + +. Comparando os módulos ópticos GPON OLT classe B + / C + / C + +, a principal diferença está na potência de transmissão e na sensibilidade de recepção.

Embora o transceptor GPON tenha melhor desempenho do que o transceptor EPON, o módulo óptico EPON tem mais vantagens no custo. Eles têm suas próprias vantagens e desvantagens e podem coexistir e se complementar.

No momento, Avago, MACOM, Oclaro, Renesas e outras empresas têm lasers NRZ 25G maduros, que podem ser usados ​​para PON 25G. No entanto, o transceptor 50G PON ainda está em fase de pesquisa e desenvolvimento. Algumas empresas desenvolveram módulos ópticos que podem ser usados ​​para 50G PON com base no pacote QSFP-DD800 e QSFP112. Outros desenvolveram 50G OLT pela WDM e 50G ONU pela embalagem SFP28 com base na embalagem CFP2 e esquema duplo 25G.

Por fim, em relação à previsão de tempo de implantação do 50G PON, uma vez que o tempo de implantação de cada geração de PON é de cerca de 7 a 8 anos, a implantação do 50G PON deverá ocorrer por volta de 2023-2025.