Тенденции развития и эволюционный путь модулей PON

Как наиболее зрелая и широко внедренная технология оптического доступа в области широкополосного доступа, PON (портативная оптическая сеть) прошла через несколько поколений развития, при этом ее ключевой компонент, оптический модуль PON, играет важную роль. Модуль PON выполняет фотоэлектрическое преобразование между OLT (терминалом оптической линии) и ONU (оптическим сетевым устройством), обеспечивая высокоскоростную передачу на стороне доступа посредством восходящей и нисходящей связи на определенных длинах волн. В связи с постоянным ростом спроса на гигабитный широкополосный доступ, промышленный интернет и услуги беспроводной транспортной сети оптические модули PON развиваются в направлении повышения скорости, интеграции и интеллектуальности. Эта статья поможет вам понять, что такое трансивер PON, каковы тенденции его развития и путь его эволюции.

Что такое модуль PON

Проще говоря, PON-модуль — это оптический трансивер, установленный на OLT и ONU для передачи и приема оптических сигналов. Благодаря передаче восходящего и нисходящего потоков на разных длинах волн он вместе с ODN формирует основу сети широкополосного доступа. Его основные функции включают модуляцию, усиление и управление длиной волны на передатчике; фотоэлектрическое детектирование и восстановление сигнала на приемнике; а также восстановление тактовой частоты, FEC и управление низкой задержкой, необходимые для высокоскоростных соединений.

В отличие от оптических модулей центров обработки данных, Модули PON работать в более сложной среде:

Во-первых, им необходимо обеспечить высокий энергетический бюджет оптического сигнала в пассивных сетях. Во-вторых, они должны стабильно работать в условиях высокого коэффициента разветвления и передачи на большие расстояния. Одновременно трансиверы PON должны быть совместимы с разными поколениями систем PON, а из-за необходимости широкомасштабного развертывания операторами их стоимость должна быть как можно ниже. Иными словами, модули PON должны быть не только недорогими, но и обеспечивать высокую производительность и гибкую совместимость.

Эволюция модулей PON

Если взглянуть на всю историю развития технологии PON, её эволюция шла по чёткому пути: увеличение пропускной способности, снижение задержки и стоимости при сохранении совместимости с существующими сетями. В настоящее время технология PON имеет чёткое поколенческое разделение: от 1G PON до 10G PON. Теперь, когда 50G PON выходит на коммерческий этап, а в будущем появятся 100/200G PON, наблюдается явная тенденция к развитию поколений по скорости.

В настоящее время 10G PON является очень зрелой технологией и широко внедрена в домашних широкополосных сетях, на уровнях доступа предприятий и в конвергентных сетях фиксированной и мобильной связи. К ним относятся XG PON, XGS PON и 10G EPON, обеспечивающие скорость нисходящего потока 10 Гбит/с и более мощные возможности оптического разветвления, что создает прочную основу для гигабитного доступа.

Система стандарта ITU-T G.9804.x в основном завершена, и 50G PON официально признана доминирующей технологией PON следующего поколения. Скорость нисходящей линии связи на одной длине волны может достигать 50Gbps, а восходящая линия связи поддерживает несколько комбинаций 12.5G/25G/50Gbps. Благодаря спросу на услуги с низкой задержкой и поддержку нескольких сервисов в точках доступа 10 Gigabit технология 50G PON внедряется в широком масштабе в рамках пилотных проектов.

Согласно эволюционным тенденциям, после 50G PON фокус постепенно смещается к сверхскоростным системам PON с одной длиной волны 100G или даже 200G. Учитывая узкие места традиционных технологий прямой модуляции/прямого детектирования, в будущих системах 200G PON могут применяться когерентные технологии или более совершенные высокоскоростные оптоэлектронные устройства, обеспечивающие возможности для долгосрочной эволюции.

От автономной системы к мультирежимному Combo PON

Самый дорогой компонент в Сеть PON конструкцией является не оптический модуль, а ODN (Optical Distribution Network). Эта часть проложена под землёй и в домах пользователей, поэтому операторы не могут просто демонтировать её и построить заново для повышения скорости. Таким образом, основной принцип развития PON заключается в обеспечении совместимости новой PON с существующей ODN. Это делает совместимость одним из ключевых приоритетов при проектировании модулей PON. Благодаря использованию мультиплексирования с разделением по длине волны и интеграции нескольких поколений BOSA модули PON с разными скоростями могут работать в одной и той же ODN. При развертывании 10G PON обычно используются комбинированные модули GPON + XG(S) PON. Эти модули объединяют два комплекта систем передачи и приема в одном устройстве, позволяя старым и новым сетям работать одновременно. Это обеспечивает более плавную модернизацию и помогает снизить затраты на переход к сети PON с более высокой скоростью.

С внедрением 50G-PON отрасль переходит к трёхрежимному решению сосуществования GPON + 10G PON + 50G PON. В настоящее время некоторые производители уже разработали комбинированные оптические модули 50G PON с поддержкой трёх режимов и начали изучать миниатюризированные трёхрежимные модули на базе архитектуры SFP для удовлетворения требований высокоплотного развертывания. Однако такие модули сталкиваются с такими проблемами, как высокое энергопотребление, повышенная нагрузка на систему теплоотвода и чрезвычайно высокие требования к интеграции, поэтому их миниатюризация всё ещё находится на этапе ключевых технологических прорывов.

Высокоскоростная технология оптической связи, обеспечивающая переход PON на более высокие скорости

Поскольку скорость передачи по одной длине волны модулей PON увеличивается до более чем 50Gbps, простой метод модуляции и схемотехника с низкой сложностью традиционных PON больше не отвечают требованиям к производительности. Поэтому технологии трансиверов PON необходимо ускорить внедрение зрелых ключевых технологий из области высокоскоростной оптической связи.

Введение в технологию DSP и эквализации

50G PON использует DSP и высокоскоростные эквалайзеры для компенсации недостаточной пропускной способности устройств, дисперсии оптического волокна и влияния шума, тем самым повышая чувствительность приёмника и качество сигнала. PON перешёл от традиционной архитектуры с низкой сложностью к обработке сигналов операторского класса, необходимой для высокоскоростных соединений.

Усовершенствованный механизм FEC увеличивает энергетический бюджет

Традиционные коды RS больше не могут соответствовать требованиям к коэффициенту битовых ошибок для линий 50G. Поэтому в системе используется более мощный механизм прямой коррекции ошибок LDPC, обеспечивающий дополнительный запас по мощности для ODN с высоким коэффициентом разветвления и большими потерями.

Комплексная модернизация высокопроизводительных оптоэлектронных устройств

Для достижения скорости 50Gbps ключевые компоненты внутри модуля PON были модернизированы. Передатчик на стороне OLT использует архитектуру EML+SOA для обеспечения высокой выходной мощности и соответствия требованиям к энергетическому бюджету. На стороне ONU в передатчиках обычно применяются мощные DML (Digital Microwave Oscillator), для которых может потребоваться интеграция TEC (Digital Transducer) для обеспечения требуемой точности длины волны. В приемнике, с другой стороны, широко применяется APD (Active Detector), а также исследуются такие решения, как SOA+PIN (Optical Array of Optical Aspects), для повышения чувствительности.

Интеграция технологий с низкой задержкой

Для приложений, чувствительных к задержкам, таких как фронтальная сеть 5G и промышленное управление, 50G PON поддерживает такие механизмы, как выделенная активная длина волны (DAW) и совместная динамическая пропускная способность (CO-DBA), дополнительно снижая задержку и джиттер от уровня протокола до уровня устройства.

Заключение

Подводя итог, можно сказать, что тенденция развития модулей PON ориентирована на более высокую пропускную способность, более сильные возможности сосуществования и более сложную интеграцию технологий, постепенно формируя основу для будущих сетей доступа. В будущем трансиверы PON продолжат играть важную роль в построении ключевых и общих сетей доступа, таких как высокоскоростной широкополосный доступ, промышленный интернет и беспроводной фронтальный транспорт.