PON 모듈의 발전 동향 및 진화 경로

광대역 액세스 분야에서 가장 성숙하고 널리 구축된 광 액세스 기술인 PON (Portable Optical Network)은 여러 세대에 걸친 진화를 거쳤으며, 핵심 구성 요소인 PON 광 모듈이 중요한 구성 요소입니다. PON 모듈은 OLT (Optical Line Terminal)와 ONU (Optical Network Unit) 사이에서 광전 변환을 수행하여, 특정 파장에서 상향 및 하향 통신을 통해 액세스 측에서 고속 전송을 가능하게 합니다. 기가비트 광대역, 산업용 인터넷, 무선 프론트홀 서비스에 대한 수요가 지속적으로 증가함에 따라 PON 광 모듈은 더 높은 속도, 더 높은 통합도, 더 높은 지능화 방향으로 진화하고 있습니다. 이 글에서는 PON 트랜시버가 무엇인지, 개발 동향과 진화 경로를 이해할 수 있도록 안내합니다.

PON 모듈이란 무엇인가

간단히 말해, PON 모듈은 광 신호를 송수신하기 위해 OLT와 ONU에 배치되는 광 트랜시버입니다. 서로 다른 파장의 업링크 및 다운링크 전송을 통해 ODN과 함께 광대역 액세스 네트워크의 기반을 형성합니다. 핵심 기능에는 송신기에서의 변조, 증폭 및 파장 제어, 수신기에서의 광전 검출 및 신호 복구, 고속 링크에 필요한 클록 복구, FEC 및 저지연 제어가 포함됩니다.

데이터 센터 광 모듈과 달리, PON 모듈 더 복잡한 환경에서 작동합니다:

첫째, 수동 네트워크에서 높은 광 전력 예산을 보장해야 합니다. 둘째, 높은 분기 및 장거리 전송 조건에서도 안정적으로 작동해야 합니다. 동시에 PON 트랜시버는 서로 다른 세대의 PON 시스템과 호환되어야 하며, 사업자가 대규모로 구축해야 하므로 비용은 가능한 한 낮아야 합니다. 즉, PON 모듈은 저렴할 뿐만 아니라 강력한 성능과 유연한 호환성도 제공해야 합니다.

PON 모듈의 진화

PON 기술 개발의 전체 역사를 되돌아보면, 그 진화는 기존 네트워크와의 호환성을 유지하면서 더 높은 대역폭, 더 낮은 지연 시간, 더 낮은 비용이라는 명확한 경로를 따라왔습니다. 현재 PON 기술은 1G PON부터 10G PON까지 명확한 세대 구분을 가지고 있습니다. 이제 50G PON이 상용 단계에 진입하고 향후 100/200G PON으로 나아가면서, 세대별 속도 발전의 분명한 추세를 보여줍니다.

현재 10G PON은 매우 성숙했으며 가정용 광대역, 엔터프라이즈 액세스 계층, 고정-모바일 융합 네트워크에 대규모로 구축되었습니다. 여기에는 XG PON, XGS PON, 10G EPON이 포함되며, 이들은 10Gbps 다운링크 속도를 달성하고 더 강력한 광 분기 기능을 제공하여 기가비트 액세스를 위한 견고한 기반을 마련합니다.

ITU-T G.9804.x 표준 체계가 대체로 완성됨에 따라, 50G PON은 지배적인 차세대 PON 기술로 공식 지정되었습니다. 단일 파장 다운링크 속도는 50Gbps에 도달할 수 있으며, 업링크는 12.5G/25G/50Gbps의 여러 조합을 지원합니다. 10기가비트 액세스 지점에서 저지연 서비스와 다중 서비스 지원에 대한 수요에 힘입어, 50G PON 기술은 파일럿 프로젝트에서 대규모로 배포되고 있습니다.

진화 추세에 따르면 50G PON 이후에는 단일 파장 100G 또는 심지어 200G를 사용하는 초고속 PON 시스템으로 초점이 점차 이동하고 있습니다. 기존 직접 변조/직접 검출 기술의 병목 현상을 고려할 때, 향후 200G PON은 코히어런트 기술 또는 더 발전된 고속 광전자 장치를 도입하여 장기적인 진화를 위한 여지를 제공할 수 있습니다.

독립형에서 멀티모드 콤보 PON으로

가장 비싼 구성 요소는 PON 네트워크 구축 대상은 광 모듈이 아니라 ODN (광 분배망)입니다. 이 부분은 지하와 사용자 가정 내에 설치되어 있어, 통신 사업자가 속도 향상을 위해 간단히 철거하고 재구축할 수 없습니다. 따라서 PON 진화의 핵심 원칙은 새로운 PON과 기존 ODN의 호환성을 보장하는 것입니다. 이로 인해 호환성은 PON 모듈 설계에서 핵심 우선순위 중 하나가 됩니다. 파장 분할 다중화를 사용하고 여러 세대의 BOSA를 통합함으로써, 서로 다른 속도의 PON 모듈이 동일한 ODN에서 작동할 수 있습니다. 10G PON 구축 중에는 GPON + XG(S) PON 콤보 모듈이 일반적으로 사용됩니다. 이러한 모듈은 두 세트의 송신 및 수신 시스템을 하나의 장치로 결합하여 기존 네트워크와 새로운 네트워크가 동시에 운영될 수 있게 합니다. 이를 통해 업그레이드를 더 원활하게 하고 더 빠른 속도의 PON 네트워크로 마이그레이션하는 업그레이드 비용을 줄이는 데 도움이 됩니다.

50G-PON의 도입으로 업계는 GPON + 10G PON + 50G PON의 트라이 모드 공존 솔루션으로 전환하고 있습니다. 현재 일부 제조업체는 50G PON 트라이 모드 콤보 광 모듈을 구현했으며, 고밀도 구축 요구 사항을 충족하기 위해 SFP 아키텍처 기반의 소형화된 트라이 모드 모듈을 모색하기 시작했습니다. 그러나 이러한 모듈은 높은 전력 소비, 높은 방열 부담, 극도로 높은 집적 요구 사항과 같은 과제에 직면해 있으며, 소형화는 아직 핵심 기술적 돌파구를 마련하는 단계에 있습니다.

PON이 더 높은 속도로 발전할 수 있도록 하는 고속 광통신 기술

PON 모듈의 단일 파장 속도가 50Gbps를 초과하도록 증가함에 따라, 기존 PON의 단순 변조 및 저복잡도 회로만으로는 성능 요구 사항을 충족하기에 더 이상 충분하지 않습니다. 따라서 PON 트랜시버 기술은 고속 광통신 분야의 성숙한 핵심 기술 도입을 가속화해야 합니다.

DSP 및 이퀄라이제이션 기술 소개

50G PON은 DSP와 고속 이퀄라이저를 사용하여 부족한 장치 대역폭, 광섬유 분산 및 노이즈 영향을 보상함으로써 수신기 감도와 신호 품질을 향상시킵니다. PON은 기존의 저복잡도 아키텍처에서 고속 링크에 필요한 캐리어급 신호 처리로 전환되었습니다.

고급 FEC 메커니즘으로 전력 예산 개선

기존 RS 코드는 더 이상 50G 링크의 비트 오류율 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 따라서 시스템은 더 강력한 LDPC 순방향 오류 정정 메커니즘을 사용하여 높은 분기 비율, 높은 손실의 ODN에 추가 전력 마진을 제공합니다.

고성능 광전자 장치의 종합 업그레이드

50Gbps 속도를 달성하기 위해 PON 모듈 내 핵심 구성 요소가 업그레이드되었습니다. OLT 측 송신기는 EML+SOA 아키텍처를 채택하여 높은 출력 전력을 제공하고 전력 예산 요구 사항을 충족합니다. ONU 측에서는 송신기가 고출력 DML(Digital Microwave Oscillator)을 사용하는 경향이 있으며, 파장 정확도 요구 사항을 충족하기 위해 TEC(Digital Transducer)의 통합이 필요할 수 있습니다. 한편 수신기는 APD(Active Detector)를 널리 채택하고 있으며, 감도를 향상시키기 위해 SOA+PIN(Optical Array of Optical Aspects)과 같은 솔루션을 연구하고 있습니다.

저지연 기술의 통합

5G 프론트홀 및 산업 제어와 같이 지연 시간에 민감한 애플리케이션의 경우, 50G PON은 Dedicated Active Wavelength (DAW) 및 Cooperative DBA (CO-DBA)와 같은 메커니즘을 지원하여 프로토콜 수준부터 장치 수준까지 지연 시간과 지터를 더욱 줄입니다.

결론

요약하면, PON 모듈의 개발 추세는 더 높은 대역폭, 더 강력한 공존 기능, 더 복잡한 기술 통합에 초점을 맞추며, 미래 액세스 네트워크의 기반을 점진적으로 구축하고 있습니다. 앞으로 PON 트랜시버는 고속 광대역, 산업용 인터넷, 무선 프론트홀과 같은 핵심 및 공통 액세스 네트워크 구축에서 계속 중요한 역할을 할 것입니다.