Último progreso de la tecnología 50G PON (Passive Optical Network) en 2021

 

El 23 de abril de 2021, en la reunión general del 50.º grupo de investigación de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU-T SG15), se adoptó oficialmente el estándar internacional 15G PON, lo que indica que 50G PON ha completado la estandarización de las funciones básicas. 50G TDM PON es la tecnología PON de nueva generación después de 10G PON. Se espera que 50G PON se ponga en uso comercial en 2023.

La historia de la tecnología PON (Passive Optical Network)

 

10G PON se divide en 10G Ethernet PON (EPON) y 10G Gigabit PON (GPON). En 2006, el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) 802.3av comenzó a estudiar y formular el estándar 10G EPON. En septiembre de 2009, IEEE 802.3av lanzó oficialmente el estándar 10G EPON. Desde 2008, la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT-T) comenzó a desarrollar estándares para las tecnologías GPON de próxima generación, a saber, NG-PON1 y NG-PON2. NG-PON1 generalmente se refiere a XG-PON1 (UIT-T G.987), con velocidades de enlace descendente y ascendente de 10 Gb/s y 2.5 Gb/s, respectivamente. Antes de que NG-PON2 (ITU-T G.989) esté disponible comercialmente, ITU-T formuló el estándar XGS-PON para GPON 10G simétrico (ITU-T G.9807.1) de acuerdo con la demanda del mercado de velocidades de enlace descendente y ascendente simétrico de 10 GB/s y el plan para la evolución de la tecnología PON, el estándar fue revisado y aprobado por ITU-T en junio de 2016.

La evolución de la tecnología después de 10G PON se refleja principalmente en la mejora de la calificación, que se puede lograr al admitir velocidades de 25G / 50G o superiores con una sola longitud de onda, o 40G / 80G / 100G con apilamiento de varias longitudes de onda. NG-PON2 adopta un esquema de tecnología de multiplexación por división de longitud de onda y división de tiempo (TWDM), que admite 4 × 10 Gb / so más longitudes de onda apiladas con WDM. Sin embargo, la mayoría de los operadores no admitieron el estándar NG-PON2 después de su desarrollo y, además, los dispositivos ópticos con longitudes de onda múltiples ajustables no se han reducido a un costo comercialmente disponible.

 

En la actualidad, la cadena industrial de 10G PON ha madurado, principalmente en chips, estándares y módulos ópticos: en términos de chips, los chips SOC simétricos / asimétricos 10G EPON y 10G GPON han sido ASIC; fabricantes de equipos de 8 puertos, 16 puertos 0G GPON y 10G EPON placa única con capacidad de envío a escala. En términos de estándares, el 10G GPON asimétrico 10G / 2.5G de la UIT comenzó a comercializarse en 2012; simétrico 10G GPON 10G / 10G 2016 congelación estándar y comercialización en 2017. El 10G EPON 10G / 10G o 10G / 1G simétrico / asimétrico de IEEE comenzó a comercializarse en 2012. En términos de módulos ópticos, el PR / PRX10 simétrico y asimétrico de 30G EPON es el principal enviado producto y se ha comercializado a gran escala; 10G GPON simétrico y asimétrico N1 / N2a / N2 y Combo Class B + / C + se pueden enviar a gran escala.

Además, se entiende que el 50G TDM PON y 10GPON Las actualizaciones de evolución de coexistencia utilizan tecnología de coexistencia de división de longitud de onda. La capacidad de las dos generaciones de sistemas PON no se afecta entre sí. Es compatible con la actualización sin problemas mediante la sustitución de ONU. Los métodos de implementación se pueden dividir en dos esquemas: MPM de modo dual (componente de combinación de ondas incorporado) y combinación de ondas externas. 

 

Las tecnologías centrales de 50G PON

 

La PON 50G de próxima generación se desarrollará principalmente en dos direcciones: mejorando la tasa de longitud de onda única o aumentando la tasa total a través de multiplexación de longitud de onda múltiple. El consenso de la industria es que el ancho de banda de la red de acceso óptico de próxima generación aumentará a 50 Gbps. Cómo lograr esa actualización de ancho de banda de manera simple y eficiente se ha convertido en un tema candente en la investigación de PON.

Selección de longitud de onda

Actualmente, 50G PON solo puede usar una pequeña porción de longitudes de onda en la banda O, que no son suficientes. El UIT-T ha decidido algunas longitudes de onda y todavía está discutiendo las otras longitudes de onda.

Codificación de línea

El UIT-T había considerado varios esquemas de codificación de línea para 50G PON, incluidos PAM-4, modulación duobinaria y código NRZ. diferente a SFP GPON, el 50G PON finalmente decidió adoptar el código NRZ que tiene el rendimiento de recepción de señal más alto, porque el sistema PON requiere un presupuesto de potencia óptica muy alto.

Velocidad de línea

El UIT-T ha dejado claro el requisito de velocidad de 50G PON y admite una combinación de velocidades simétricas y asimétricas, con una velocidad descendente y cuatro velocidades ascendentes disponibles.

FEC

El aumento de la velocidad de línea de 50G PON reduce la sensibilidad del receptor. Para reutilizar los considerables recursos ODN, se debe mejorar el rendimiento del receptor. Para reducir los requisitos de la especificación para componentes ópticos, 50G PON utiliza el esquema LDPC para FEC.

Convergencia de transmisión común 

50G PON implementa bajas latencias principalmente a través de DAW, CO-DBA y acortando el intervalo de asignación de ancho de banda.

GRAJILLA: Una DAW puede ser una longitud de onda recién definida para 50G PON o una implementada para un sistema PON que precede a 50G PON. Puede ser una longitud de onda ascendente independiente o un par de longitudes de onda ascendente y descendente. La tecnología DAW evita abrir una ventana silenciosa en la longitud de onda ascendente, eliminando así el retraso causado por la ventana silenciosa.
CO-DBA: La OLT aprende sobre el requisito de transmisión del servicio ascendente de la ONU a través del equipo ascendente y luego asigna el ancho de banda a la ONU por adelantado. Este mecanismo reduce tanto como sea posible el tiempo durante el cual los datos del servicio se almacenan en caché en la ONU.
Acortando el intervalo de asignación de ancho de banda: El intervalo entre asignaciones de ancho de banda para la ONU se reduce, reduciendo así el tiempo de caché de datos de servicio en la ONU. Cada T-CONT admite un máximo de 16 cuadros de ráfaga en un período de 125 us.

Componentes PHY

Los componentes PHY de 50G PON incluyen principalmente dispositivos optoelectrónicos clave como módulos transmisores ópticos, módulos receptores ópticos, controladores de dispositivos láser (LDD), TIA en modo ráfaga y chips de recuperación de datos de reloj (CDR). El OLT puede utilizar EML o componentes SOA-EML integrados como módulo transmisor y APD o componentes SOA-PIN integrados como módulo receptor. La ONU se diferencia del OLT en que el controlador de la ONU debe admitir la función de ráfaga y que el receptor de la ONU no requiere la función CDR en modo de ráfaga. Los experimentos y simulaciones en la industria muestran que, al usar un transmisor EML 50G y un receptor APD, 50G PON puede alcanzar una tasa de longitud de onda única de 50Gbps.

 

Hay tres modos de coexistencia de 50G PON y PON tradicional, a saber:

• 50GPONcoexiste con XG (S)

• 50GPONcoexiste con EPON 10G

• 50G/ 10G / 1GPON convivencia de tres generaciones

 

Para el escenario de aplicación de 50G PON, se agrega principalmente la precuela móvil 5G. Al mismo tiempo, también agrega requisitos de demora para los servicios de realidad virtual. Las líneas de enlace ascendente y descendente de 50G PON adoptan la codificación NRZ, considerando principalmente la necesidad de soportar un presupuesto de potencia óptica de 32dB y una mayor sensibilidad.

En términos de longitud de onda:

 

Módulos transceptores ópticos para 50G PON

 

El módulo PON es un módulo óptico de alto rendimiento utilizado en el sistema PON, que utiliza diferentes longitudes de onda para enviar y recibir señales entre OLT (terminal de línea óptica) y ONT (terminal de red óptica).

Los protocolos de transmisión del módulo óptico PON son APON (ATM PON), BPON (Broadband Passive Optical Network), EPON y GPON, que se utilizan ampliamente en la actualidad.

 

Características del módulo óptico PON:

-Puede evitar la interferencia electromagnética y la influencia de los rayos de equipos externos

-Reduce la tasa de fallas de la línea y del equipo externo, mejora la confiabilidad del sistema y reduce los costos de mantenimiento.

 

Los transceptores EPON más comunes en el mercado actual son:

EPON OLT PX20 + / PX20 + + / PX20 + + + y 10G EPON ONU SFP +. Estos módulos ópticos son aplicables a unidades de red óptica (ONU) y terminales de línea óptica (OLT). La distancia de transmisión de Transceptor 10G EPON OLT es de 20 km, con interfaz SC monomodo y es compatible con DDM.

 

Los transceptores GPON SFP comunes en el mercado hoy en día son:

GPON OLT Clase B +, GPON OLT Clase C +, GPON OLT Clase C + +. Al comparar los módulos ópticos GPON OLT clase B + / C + / C + +, la principal diferencia radica en la potencia de transmisión y la sensibilidad de recepción.

Aunque el transceptor GPON tiene un mejor rendimiento que el transceptor EPON, el módulo óptico EPON tiene más ventajas en costo. Tienen sus propias ventajas y desventajas y pueden coexistir y complementarse entre sí.

En la actualidad, Avago, MACOM, Oclaro, Renesas y otras empresas tienen láseres 25G NRZ maduros, que se pueden utilizar para 25G PON. Sin embargo, el transceptor 50G PON aún se encuentra en la etapa de investigación y desarrollo. Algunas empresas han desarrollado módulos ópticos que se pueden utilizar para 50G PON basados ​​en el empaquetado QSFP-DD800 y QSFP112. Otros han desarrollado 50G OLT por WDM y 50G ONU por SFP28 empaquetados basados ​​en empaquetamiento CFP2 y esquema dual 25G.

Finalmente, con respecto al pronóstico del tiempo de implementación de 50G PON, dado que el tiempo de implementación de cada generación de PON es de aproximadamente 7-8 años, se espera que el despliegue de 50G PON aparezca alrededor de 2023-2025.