9 вещей, которые вы когда-либо хотели знать о 10G GPON и 10G EPON

Популярность и развертывание 5G или Wi-Fi 6 поставили огромную проблему для PON, основной технологии для поддержки корпоративных и домашних сетей. Однако 10G PON вступает в свой век в технологиях FTTH (Fiber To The Home) и FTTB (Fiber To The Building). В этой статье представлена ​​эволюция технологии 10G PON, обсуждается стандарт 10G PON и анализируются ключевые технологии компонента 10G PON.

 

1. Что такое PON, 10G ЭПОН и 10G GPON

PON означает пассивную оптическую сеть, обозначающую оптическую распределительную сеть (ODN) между OLT (терминал оптической линии) и ONU (блок оптической сети) без какого-либо активного электронного оборудования. Сеть PON использует двунаправленную оптоволоконную сеть доступа с двухточечной архитектурой и состоит из оптического линейного терминала (OLT) на стороне сети, оптическую распределительную сеть (ODN) и оптический сетевой блок (ONU) на внешних сторонах (подписчик или клиенты). 

 

Технология PON для широкополосного подключения в сети доступа к домам, многоквартирным домам, также известным как FTTx (Fiber-to-the-x))

 

Δ Рисунок 1 Схема топологии сети PON

 

10G ЭПОН представляет собой тип пассивной оптической сети, соответствующей стандарту передачи Ethernet 10 Гбит / с, предусмотренному IEEE 802.3av. Эта стандартная версия поддерживает две конфигурации: одна симметричная, работающая со скоростью передачи данных 10 Гбит / с в обоих направлениях, а другая асимметричная, работающая на скорости 10 Гбит / с в нисходящем направлении (от поставщика к клиенту), и 1 Гбит / с в восходящем направлении. По сравнению с 10G GPON, 10G EPON имеет более высокую расщепляющую способность с коэффициентом расщепления 1: 128 и может обслуживать больше пользователей.

 

10G-PON (также известный как XG-PON) - это стандарт компьютерных сетей 2010 года для каналов передачи данных. Есть одна конфигурация для 10G-PON с асимметричной полосой пропускания восходящего и нисходящего каналов (восходящий канал 2.5 Гбит / с, нисходящий канал 10Gбит / с). Начиная с центрального offКак и ожидалось, одна прядь одномодового оптического волокна проходит к пассивному оптическому разделителю рядом с внешней средой, где устройства разделения разделяют оптическую мощность на несколько отдельных путей к абоненту или клиенту.

 

2. Фон 10G PON рынок

В первые дни ЭПОН и GPON были приняты операторами связи по всему миру, включая японскую NTT, южнокорейскую KT, китайскую China Telecom (CT) и China Unicom (UT) в Азиатско-Тихоокеанском регионе. Учитывая время и стоимость, операторы сначала применяют ЭПОН, более зрелая технология для строительства дома из волокна. Среди них Япония построила большее количество ЭПОН сетей, использующих оптоволоконную сеть до дома (FTTH) в качестве основной проводной сети широкополосного доступа. В настоящее время у NTT более 18 миллионов пользователей, и компания Taiwan Chunghwa Telecom начала внедрять ЭПОН оборудование в 2007 году. 

Это подчеркивает архитектуру типичной пассивной оптической сети.

 

Δ Рисунок 2 Схема применения сети PON

 

3. Эволюция 10G ЭПОН & 10G GPON

GPON это стандартная технология PON, продвигаемая Департаментом стандартизации электросвязи Международного союза электросвязи (ITU-T). С улучшением GPON спецификации и растущая зрелость оборудования, операторы связи в Европе и США решили принять GPON технологии, такие как Verizon в США, France Telecom (FT), British Telecom (BT), Deutsche Telekom (такие крупные игроки, как DT) и Telecom Italia (TI). За исключением China Mobile, операторы электросвязи в Китае, такие как China Telecom и China Unicom, также создают GPON сетей.


Несмотря на то, GPON имеет короткую историю, он развивается быстрыми темпами и, как ожидается, превзойдет ЭПОН из-за его особенности такие как более высокая скорость и стандартизация. Согласно опросу исследовательской компании Ovum, GPON терминал оптической линии (OLT) отгрузки превысил ЭПОН стать мейнстримом pon технологии в 2012 году.


МСЭ-Т работает с ФСАН (Полнофункциональная сеть доступа) организация по разработке стандартов для GPON и NG-PON (PON нового поколения). МСЭ-Т последовательно выпустил G.987 серия стандартных документов для XG-PON(10-гигабитная пассивная оптическая сеть) с 2010 по 2012 год. Стандарт IEEE 802.3av для 10G ЭПОН был запущен Институтом электротехники и электроники (IEEE) в 2009 году.

 


 

Δ Рисунок 3 Дорожная карта PON Standard и его широкомасштабное развертывание

 

Что касается реального строительства сети, то строительство 10GЭПОН растет и ожидается, что cиметьнеизбежно вырастет в ближайшие несколько лет. Он сказал, что China Telecom занимается оптовой торговлей 10G EPON OLT(терминал оптической линии)продукты. Хотя создание XG-PON продвигается медленными темпами, что обусловлено его технологическим развитием и стандартом NG-PON2, сформулированным ITU-T, его массовое развертывание пока началось..

 

4.Стандарт для 10GЭПОН

IEEE 802.3av стандарт для 10GЭПОН и наследует ЭПОН Стандарт IEEE 802.3ah с изменением увеличения скорости передачи. 10G ЭПОН работает со скоростью 10 Гбит / с в нисходящем направлении (от провайдера к заказчику) и 1 Гбит / с или 10Gбит / с в восходящем направлении. На уровне PCS (подуровне физического кодирования) 10Gскорость передачи бит / с основана на двухточечном 10G Стандарт Ethernet с использованием кодирования 64B / 66B и метода кодирования 8B / 10B, например ЭПОН применяется к восходящему потоку 1 Гбит / с. Кодирование с прямым исправлением ошибок (FEC) 10G EPON является обязательной функцией.

 

Две конфигурации скорости передачи для 10G EPON

 

Δ Рис.4 Симметричная и асимметричная конфигурация 10G-EPON

 

Параметр кодирования RS (Рида-Соломона), используемый 10G ЭПОН отличается от ЭПОН потому что в первом увеличена возможность исправления ошибок до 16 байт. 10G-EPO в основном следует за многоточечным управлением Протокол (MPCP) протокол ЭПОН система, ускоряющая зрелость и выход на рынок 10GЭПОН оборудования.10G ЭПОН развивается плавными темпами на основе общего спроса на оптическую распределительную сеть (ODN). Когда ЭПОН и 10GЭПОН созданы совместно, технология мультиплексирования с разделением по длине волны (WDM) применяется в 10GЭПОН фильтровать ЭПОН и 10GЭПОН оптические сигналы на разных длинах волн.

 

5.Стандарт для 10G GPON

 

 2 периода NG-PON

В пересчете на МСЭ-Т, NG-PON прошел два этапа, первый - это NG-PON1, который расширяет GPON стандарт и совместим с существующим ODN, а другой - этап NG-PON2, который свободен от существующего GPON стандарты и сетевые ограничения. XG-PON принадлежит к NG-PON1, и его асимметричная система (восходящий поток 2.5 Гбит / с, нисходящий поток 10Gбит / с) называется XG-PON1, а его симметричная система с восходящим потоком 10Gбит / с и ниже по потоку 10Gбит / с - это XG-PON2, впоследствии также называемый XGS-PON. Однако, учитывая фактические требования к применению, стандартная формулировка XG-PON2 подошла к концу, и XG-PON, для которого впоследствии был предусмотрен стандарт, является асимметричным пассивным устройством. оптический сетевая система называется.


Кроме того, ITU-T расширяет основанный на GPON ОНТ продолжение управленияrol (OMCI), чтобы сформировать новый стандарт OMCI G.988, который служит базовым стандартом ITU-T для управления терминалом оптической сети доступа. XG-PON - это, по сути, усовершенствованная версия G-PON с улучшенными характеристиками на высокой скорости, большим коэффициентом дивергенции и развитием сети для обслуживания большего числа пользователей и предоставления пользователям более высокой пропускной способности.

 

Симметричная и асимметричная конфигурация XG (S) -PON

 

Δ Рис.5 Симметричная и асимметричная конфигурация 10G-GPON

 

● Технические характеристики для 10G GPON

10G GPON(также известный как XG-PON) общие и физические требования определены G.987.1и G.987.2 стандарты. Скорость передачи данных XG-PON составляет 2.5 Гбит / с в восходящем направлении и 10Gбит / с в нисходящем направлении, а линейным кодом является код NRZ (без возврата к нулю). Технология, которая 10G GPON применяется к многозадачной передаче между OLT и оборудование оптического сетевого блока (ONU) такое же, как у GPON. Оба являются режимами множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA) для восходящего потока и TDM для нисходящего потока. Однако коэффициент оптического разделения, поддерживаемый XG-PON, составляет как минимум 1:64, что поддерживает больше ONU, чем GPON.

 

Стандарт уровня конвергенции передачи (TC) XG-PON стандартизирован в G.987.3, в то время как его архитектура уровня XGTC (конвергенция передачи XG-PON) согласуется с архитектурой уровня XG-PON. GPON. Но спецификация технологии XGTC должна быть изменена для нормального функционирования, поскольку увеличивается скорость доступа в Интернет и количество подписчиков. В модифицированном стандарте указано расширение битовой ширины ONU-ID, Port-ID, Alloc-ID и т. Д., Дополнительный PON-ID, увеличение длины кодирования FEC, скремблирования и информации PLOAM (Physical Layer OAM). . Более того, выделение полосы пропускания изменено на слово в качестве единицы; а структура почтового ящика XGEM (метод инкапсуляции XG-PON) также добавляет ширину поля, связанную с шифрованием.

 

6. О сосуществовании с 1G PON

На основе G.987 стандарт, GPON & XG-PON может одновременно работать со скоростью 1 Гбит / с и 10 Гбит / с GPON системы на том же внешнем предприятии через компоненты WDM (мультиплексирование с разделением по длине волны). Аналогичным образом, стандарт 802.3av уделяет большое внимание обеспечению одновременной работы со скоростью 1 Гбит / с и 10 Гбит / с. ЭПОН системы. Чтобы разрешить XG-PON и 10GЭПОН сосуществовать с 1G PON и 1G ЭПОН соответственно, в ODN дизайн должен учитывать эволюцию и сосуществование старой и новой систем; поэтому конструкция оптических компонентов особенно важна.

 

На этом рисунке показано, что типы ONU одновременно поддерживаются различными реализациями OLT.

Δ Рисунок 6 Схема сосуществования GPON и XG-PON

 

Такие проблемы, как обновление скорости нисходящего и восходящего потоков до 10 Гбит / с (гигабит в секунду), как выбрать лазерный источник света, чтобы избежать явления чирика, и как добиться стабильного и сбалансированного выходного светового сигнала при температуре 70 ℃. окружающей среды являются критическими факторами, влияющими на производительность OLT модули оптических приемопередатчиков. Среди них OLTдля приема сигнала потребуются более дорогие импульсные лазеры на оптических сетевых терминалах (ОНТs) для обеспечения скорости передачи в восходящем направлении. На рисунке 1 представлены GPON и сеть сосуществования XG-PON в G.987.

 

7. Распределение длин волн 10G PON

Каждый стандарт передачи использует свой собственный диапазон длин волн. Центральная длина волны восходящего потока 10GЭПОН настроен на 1270 нм и 1310 нм. Учитывая взаимосвязь с существующими ЭПОН, центральная длина волны восходящего потока 1 Гбит / с настроена на 1310 нм, центральная 10Gдлина волны бит / с на 1270 нм и ниже по потоку на 1577 нм. Что касается XG-PON, Центральная длина волны вверх по потоку равна выделено на 1270 нм с нисходящим потоком на 1577 нм, что совпадает с 10G/10G система 10GЭПОН. На рисунке 2 показано распределение длин волн для GPON, XG-PON / 10GЭПОН.

 

 

                            Распределение длин волн для GPON, XG-PON, 10G-EPON в системе ITU-T PON

 

Δ Рисунок 7 Распределение длин волн для GPON, XG-PON, 10GЭПОН

 

8. Оптические устройства 10G PON

ключ Компонентами оборудования PON являются модули оптических приемопередатчиков и микросхемы PON MAC.  Оптический трансивер PON Модуль представляет собой оптический компонент оптической сети, который состоит из лазера, драйвера, усилителя, схемы восстановления данных часов (Clock Data Recovery, CDR), сериализатор / десериализатор (сериализатор / десериализатор, SerDes) и т. д.

 

Микросхема PON MAC - это микросхема обработки данных сигнала PON. PON MAC из 10GЭПОН уже поставляется со специальными интегральными схемами (ASIC), которые в основном представляют собой программируемые вентильные матрицы (FPGA). Но это позволило удовлетворить потребности в функциях и производительности. Что касается XG-PON, который развивается медленно, стандарт G.987 определяет 4 бюджета оптической мощности, которые соответствуют требованиям приложений различных уровней ODN. Эти четыре спецификации показаны на рисунке 3. Среди них максимальные вносимые потери канала составляют 35 дБ класса E2, что указывает на то, что XG-PON предъявляет строгие требования к модулям оптических приемопередатчиков. Следовательно, модули оптических приемопередатчиков XG-PON будут играть важную роль во всей пассивной оптической сети (10GGPON).

 

Бюджет мощности XG-PON по G.987

 

Канал вносимые потери (ДБ)

 

Класс мощности

Класс N1

Класс N2

E1 класс

E2 класс

Мин. Убыток

14dB

16dB

18dB

20dB

Максимальный убыток

29dB

31dB

33dB

35dB

Δ Рисунок 8 Таблица технических характеристик бюджета оптической мощности для 10G-GPON

 

9. Техника оптических приборов в 10G PON

 

 Методы оптического трансивера

В настоящее время большинство продаваемых XG-PON OLT Модули оптических приемопередатчиков относятся к классу N2 с точки зрения вносимых потерь канала (дБ), который делится на N2a и N2b с выходной мощностью +4~+ 8 дБм и +10.5~+ 12.5 дБм соответственно. XG-PON OLT оптические модули работают в диапазоне длин волн от 1575 нм до 1580 нм, в пределах которого лазерный источник света может передавать 20 километров (км). 

 

Fiber Mall XG-PON1 OLT XFP TX-9.95G / RX-2.5G TX-1577nm / RX-1270nm N1 SC DDM оптический трансивер

 

Δ Рисунок 9 Fiber Mall XG-PON OLT Optical Tприемник

 

Лазер с внешней модуляцией (EML) обычно разрабатывается в модуле, чтобы избежать щебета из-за внешней модуляции. Также была разработана технология полупроводниковых внешних модуляторов, используемых с источниками света полупроводниковых лазеров.иметьзначительно улучшился в последние годы. Лазер с внешней модуляцией, сформированный как единое целое с общей подложкой лазера, достиг зрелого уровня производительности и качества с его самым большим преимуществом, заключающимся в небольшом размере и простоте упаковки.

 

 Техники Optical Mодулятор in 10G PON

Под внешней модуляцией лазера понимается изменение параметров при модуляции сигнала. Когда лазер вставляется во внешний модулятор, интенсивность выходного света и другие параметры изменяются за счет использования электрооптического сигнала или разности фаз модулятора. Поскольку лазер работает только в статическом состоянии постоянного тока, внешняя модуляция лазера может уменьшить чирп и улучшить характеристики передачи сигнала. В настоящее время применяются внешние оптические модуляторы для передачи на промежуточные и большие расстояния в 10GСистемы оптической связи бит / с - это в основном модули EAM и MZM. Первый - это сокращение от полупроводникового модулятора электропоглощения, использующего электрооптический эффект, а второй - полупроводниковый модулятор Маха-Цендера (MZM), использующий эффект разности фаз.


EAM на основе Франц-Келдыш Эффект, названный в честь немецкого физика Вальтера Франца и русского физика Леонида Келдыша, использует vOLTвозраст, чтобы модулировать интенсивность света, прикладывает электрическое поле с напряжением обратного смещения для деформации уровня энергии EAM для достижения модуляции света путем поглощения падающего света. В частности, лазерный диод (LD) и EAM выполнены на одной подложке. Такая спроектированная структура имеет преимущества высокой скорости модуляции, низкого напряжения возбуждения.OLTвозраст и небольшой размер, что позволяет интегрировать его с полупроводниковым лазером и снижает стоимость корпуса. Таким образом, этот вид внешнего модулятора света приобрел популярность в реальных приложениях.

Схема 10G EPON OLT и ONU

Δ Рисунок 10 Схема 10G EPON OLT и ONU


Модулятор Маха-Цендера использует изменение разности фаз для достижения оптической модуляции. Метод работает следующим образом: сначала вставленный источник света разделялся на два пути; затем разделенные оптические сигналы повторно интегрируются на выходе; наконец, регулировка фазы будет достигаться за счет внешнего смещения вольтвозраст. Этот режим модуляции может уменьшить параметр ЛЧМ до небольшого значения, приближающегося к нулю, что делает его идеальным для высокоскоростной передачи сигналов на большие расстояния по оптоволокну. Но особого внимания производителей он не привлекает из-за своей дороговизны.

 

 Методы оптического драйвера в 10G PON

Для того, чтобы получить 10GМодули оптических приемопередатчиков бит / с, высокая температура является еще одним ключевым фактором в дополнение к полосе пропускания лазерного диода, чирпу и дисперсии. В первые дни незрелые технологии, применяемые в лазерных диодах и ИС, вызывали серьезные тепловые эффекты, которые не только ухудшали качество лазерных диодов, но и увеличивали шум PD (детектора PIN). Кроме того, слишком высокая температура может уменьшить динамический диапазон оптического приема (динамический диапазон) и сократить расстояние передачи.

 

В настоящее время некоторые из XG-PON OLT модули оптического приемопередатчика - XFP (подключаемый модуль малого форм-фактора 10 Гбит / с), для которых требуется ток возбуждения DFB-LD, а также внешняя модуляция и температурный контроль.роликовая система. Ток смещения, который должен обеспечивать DFB-LD, более чем в три раза превышает ток смещения DML. Как следствие, тепло, накопленное во всем XFP за единицу времени, трудно выделить при комнатной температуре. Как достичь стабильного баланса световых выходных сигналов при температуре окружающей среды 70 ° C, действительно представляет собой серьезную проблему для технологий производителя.

 

Fiber Mall Асимметричный 10GEPON ONU SFP + TX-1.25G / RX-10.3G TX-1310nm / RX-1577nm PR30 SC DDM -40 ° C ~ 85 ° C Оптический трансивер

 

Δ Рисунок 11  Оптический трансивер Fiber Mall 10G EPON ONU

 

 Методы оптического усилителя

Обычно прием сигнала в модулях оптического приемопередатчика осуществляется через оптический приемник с TIA (TransImpedance Amplifier) ​​и ограничивающим усилителем. Оптический трансивер с TIA преобразует полученный оптический сигнал в av.OLTвозрастной сигнал, тогда Транзитный он поступает на ограничительный усилитель, и, наконец, последовательные данные выводятся после усиления ограничительным усилителем.

 

Чтобы улучшить динамическую частотную характеристику в ООН, детектор среднего показания с Автоусиление Cиметьроль(AGC)техника разработана в 10G ЭПОН OLT/ Оптические трансиверы ONU. Тем не мение, GPON оптические трансиверы принимают оптические сигналы в пакетном режиме. Время отклика трансивера на разные ONU составляет менее 256 нс. В этом случае автоматическая регулировка усиления Чтобы удовлетворить требованию 256 нс, необходимо использовать метод с коротким временем отклика. Пиковый детектор с автоматическим регулированием усиленияol - один из методов обработки схемы.

 

Заключение

Поскольку спрос на скорость сети продолжает расти чтобы расти, поэтому новые и более быстрые технологии порождаются существующими стандартами. 10G-PON - это сверхбыстрая возможность следующего поколения для провайдеров G-PON, предназначенная для сосуществования с установленным пользовательским оборудованием G-PON в одной сети. ЭПОН определено IEEE и GPON определены МСЭ, оба охватывают эпоху 10G PON. Текущие основные технологии PON, используемые в FTTH (оптоволокно до дома): ЭПОН и GPONи 10G Технология PON в основном используется в (Волокно в коридор). 

Оставьте комментарий

Наверх