Tendenze di sviluppo e percorso evolutivo dei moduli PON

Essendo la tecnologia di accesso ottico più matura e ampiamente implementata nel campo dell'accesso a banda larga, PON (Portable Optical Network) ha attraversato molteplici generazioni di evoluzione, con il suo componente principale, il modulo ottico PON, che rappresenta un componente chiave. Il modulo PON esegue la conversione fotoelettrica tra l'OLT (Optical Line Terminal) e l'ONU (Optical Network Unit), consentendo la trasmissione ad alta velocità sul lato di accesso tramite comunicazione uplink e downlink a lunghezze d'onda specifiche. Con la crescita continua della domanda di banda larga gigabit, internet industriale e servizi di fronthaul wireless, i moduli ottici PON si stanno evolvendo verso velocità più elevate, maggiore integrazione e maggiore intelligenza. Questo articolo ti guiderà nella comprensione di che cos'è un transceiver PON, delle sue tendenze di sviluppo e del suo percorso evolutivo.

Che cos'è un modulo PON

In parole semplici, un modulo PON è un ricetrasmettitore ottico distribuito su un OLT e una ONU per trasmettere e ricevere segnali ottici. Attraverso la trasmissione uplink e downlink a diverse lunghezze d'onda, forma la base di una rete di accesso a banda larga insieme all'ODN. Le sue funzioni principali includono: modulazione, amplificazione e controllo della lunghezza d'onda sul trasmettitore; rilevamento fotoelettrico e recupero del segnale sul ricevitore; e recupero del clock, FEC e controllo a bassa latenza necessari per collegamenti ad alta velocità.

A differenza dei moduli ottici per data center, Moduli PON operare in un ambiente più complesso:

Innanzitutto, devono garantire un elevato budget di potenza ottica nelle reti passive. In secondo luogo, devono funzionare stabilmente in condizioni di elevato splitting e trasmissione a lunga distanza. Allo stesso tempo, i transceiver PON devono essere compatibili con diverse generazioni di sistemi PON e, a causa dell'implementazione su larga scala richiesta dagli operatori, il loro costo deve essere il più basso possibile. In altre parole, i moduli PON non devono solo essere economici, ma anche offrire prestazioni elevate e compatibilità flessibile.

L'evoluzione dei moduli PON

Guardando all'intera storia dello sviluppo della tecnologia PON, la sua evoluzione ha seguito un percorso chiaro: maggiore larghezza di banda, minore latenza e costi inferiori, mantenendo al contempo la compatibilità con le reti esistenti. Attualmente, la tecnologia PON presenta chiare divisioni generazionali, da 1G PON a 10G PON. Ora, con il 50G PON che entra nella fase commerciale e i futuri 100/200G PON, mostra una chiara tendenza allo sviluppo generazionale della velocità.

Attualmente, 10G PON è molto maturo ed è stato implementato su larga scala nella banda larga domestica, nei livelli di accesso aziendali e nelle reti convergenti fisso-mobile. Ciò include XG PON, XGS PON e 10G EPON, che raggiungono velocità di downlink di 10Gbps e forniscono capacità di splitting ottico più potenti, ponendo solide basi per l'accesso gigabit.

Con il sistema standard ITU-T G.9804.x ormai in gran parte completo, 50G PON è stata ufficialmente identificata come la tecnologia PON di nuova generazione dominante. La sua velocità di downlink a lunghezza d'onda singola può raggiungere 50Gbps, mentre l'uplink supporta più combinazioni di 12.5G/25G/50Gbps. Spinta dalle esigenze di servizi a bassa latenza e di supporto multi-servizio presso punti di accesso a 10 Gigabit, la tecnologia 50G PON viene implementata su larga scala in progetti pilota.

Secondo le tendenze evolutive, dopo il PON 50G, l'attenzione si sta gradualmente spostando verso sistemi PON ad altissima velocità con singola lunghezza d'onda a 100G o persino 200G. Considerando i colli di bottiglia delle tecnologie tradizionali di modulazione diretta/rilevamento diretto, il futuro PON 200G potrebbe introdurre tecnologie coerenti o dispositivi optoelettronici ad alta velocità più avanzati, offrendo spazio per l'evoluzione a lungo termine.

Da PON autonomo a PON combinato multimodale

Il componente più costoso in Rete PON la costruzione non riguarda il modulo ottico, ma l'ODN (Optical Distribution Network). Questa parte è interrata e si trova nelle abitazioni degli utenti, pertanto gli operatori non possono semplicemente smantellarla e ricostruirla per aumentare la velocità. Di conseguenza, il principio fondamentale dell'evoluzione della PON è garantire la compatibilità della nuova PON con l'ODN esistente. Ciò rende la compatibilità una delle priorità principali nella progettazione dei moduli PON. Utilizzando il multiplexing a divisione di lunghezza d'onda e integrando più generazioni di BOSA, i moduli PON a velocità diverse possono operare sulla stessa ODN. Durante le implementazioni 10G PON, vengono comunemente utilizzati moduli combo GPON + XG(S) PON. Questi moduli combinano due set di sistemi di trasmissione e ricezione in un'unica unità, consentendo sia alle reti legacy sia a quelle nuove di funzionare contemporaneamente. Permette un aggiornamento più fluido e contribuisce a ridurre il costo dell'upgrade per la migrazione a una rete PON a velocità superiore.

Con l'introduzione di 50G-PON, il settore si sta spostando verso una soluzione di coesistenza tri-mode GPON + 10G PON + 50G PON. Attualmente, alcuni produttori hanno realizzato moduli ottici combo tri-mode 50G PON e hanno iniziato a esplorare moduli tri-mode miniaturizzati basati sull'architettura SFP per soddisfare i requisiti di implementazione ad alta densità. Tuttavia, tali moduli affrontano sfide quali elevato consumo energetico, elevata pressione di dissipazione del calore e requisiti di integrazione estremamente elevati, e la miniaturizzazione è ancora nella fase delle principali innovazioni tecnologiche.

Tecnologia di comunicazione ottica ad alta velocità che consente alle PON di avanzare verso velocità più elevate

Poiché la velocità a singola lunghezza d'onda dei moduli PON aumenta fino a superare i 50Gbps, la modulazione semplice e i circuiti a bassa complessità dei PON tradizionali non sono più sufficienti per soddisfare i requisiti prestazionali. Pertanto, la tecnologia dei ricetrasmettitori PON deve accelerare l'introduzione di tecnologie chiave mature dal campo della comunicazione ottica ad alta velocità.

Introduzione di DSP e della tecnologia di equalizzazione

50G PON impiega DSP ed equalizzatori ad alta velocità per compensare la larghezza di banda insufficiente dei dispositivi, la dispersione della fibra e gli effetti del rumore, migliorando così la sensibilità del ricevitore e la qualità del segnale. PON è passata da un'architettura tradizionale a bassa complessità all'elaborazione del segnale di livello carrier richiesta per i collegamenti ad alta velocità.

Il meccanismo FEC avanzato migliora il budget di potenza

I codici RS tradizionali non riescono più a soddisfare i requisiti di tasso di errore sui bit dei collegamenti 50G. Pertanto, il sistema utilizza un meccanismo di correzione degli errori in avanti LDPC più potente per fornire un margine di potenza aggiuntivo per ODN ad alto rapporto di suddivisione e ad alta perdita.

Aggiornamento completo dei dispositivi optoelettronici ad alte prestazioni

Per raggiungere una velocità di 50Gbps, i componenti chiave all'interno del modulo PON sono stati aggiornati. Il trasmettitore lato OLT adotta un'architettura EML+SOA per fornire un'elevata potenza di uscita e soddisfare i requisiti del budget di potenza. Sul lato ONU, il trasmettitore tende a utilizzare DML (Digital Microwave Oscillator) ad alta potenza, che può richiedere l'integrazione di un TEC (Digital Transducer) per soddisfare i requisiti di precisione della lunghezza d'onda. Il ricevitore, d'altra parte, adotta ampiamente APD (Active Detector) e sta studiando soluzioni come SOA+PIN (Optical Array of Optical Aspects) per migliorare la sensibilità.

L'integrazione delle tecnologie a bassa latenza

Per applicazioni sensibili alla latenza come il fronthaul 5G e il controllo industriale, 50G PON supporta meccanismi come Dedicated Active Wavelength (DAW) e Cooperative DBA (CO-DBA), riducendo ulteriormente la latenza e il jitter dal protocollo al livello del dispositivo.

Conclusione

In sintesi, la tendenza di sviluppo dei moduli PON si concentra su una larghezza di banda più elevata, capacità di coesistenza più solide e un'integrazione tecnologica più complessa, costruendo gradualmente le basi per le reti di accesso future. In futuro, i transceiver PON continueranno a svolgere un ruolo cruciale nella realizzazione di reti di accesso chiave e comuni, come la banda larga ad alta velocità, l'internet industriale e il fronthaul wireless.