차세대 FTTH - WDM-PON을위한 실행 가능한 대안

차세대 FTTH-WDM-PON을위한 실행 가능한 대안

소개
최근 몇 년 동안 FTTH 배치의 대부분은 기가비트 이더넷 수동 광 네트워크 (GEPON) 및 기가비트 PON (GPON)과 같은 산업 표준 기술을 기반으로했습니다. 이러한 배치의 성공은 시스템 아키텍처와 이러한 시스템을 구축하는 데 사용되는 구성 요소 모두에서 중요한 혁신을 가져 왔으며 차세대 패시브 광 네트워크는 필연적으로 오늘날 일반적으로 배포되는 것보다 훨씬 더 발전 할 것입니다.

PON 개발의 최전선에는 10Gbps PON (10G EPON 또는 10G GPON) 및 WDM-PON 등 차세대 시스템을 겨냥한 두 가지 접근 방식이 있습니다. 각 접근 방식에는 각각 고유 한 장점과 문제점이 있지만 최근 몇 년간 신기술의 발전이 가속화되었습니다. 이 기사에서는 WDM-PON 에 중점을두고 차세대 플랫폼에서 경쟁 우위를 차지할 수있는 도전 과제와 새로운 기술을 검토합니다. WDM-PON은 이미 한국에서 초기 성공을 거두었지만 GEPON 및 GPON 기술에 비해 상대적으로 높은 비용으로 세계 다른 지역에서 채택 속도가 느려지고 있습니다. 이는 WDM-PON이 차세대 FTTH 배치를 위해 10G PON 및 P2P (Point-to-Point) 시스템과 경쟁 할 때 변하는 것 같습니다.

건축물
WDM-PON 네트워크의 시스템 아키텍처는 기존 GEPON 또는 GPON 시스템의 시스템 아키텍처와 크게 다르지 않지만 네트워크 운영 방식은 완전히 다릅니다. 이 기사의 모든 기술적 세부 사항은 다루지 않지만 WDM-PON의 최종 결과는 각 가입자의 파장입니다. 이것은 하나 이상의 광학 피드가 32 명 이상의 사용자가 공유하는보다 전통적인 PON 아키텍처와 반대되는 개념입니다. 이 경우 각 가정은 동일한 파장에서 작동하고 주 섬유에 1/32 시간 슬롯이 할당됩니다. WDM-PON에서 각 가정에는 자체 파장이 할당되며 해당 파장에서 계속해서 광섬유를 사용합니다. WDM-PON 네트워크의 매우 높은 수준의보기가 아래 그림에 나와 있습니다.

표준 PON 시스템에서는 단일 광섬유가 중앙 오피스 (CO)에서 이웃으로 이어지고,이 지점에서 패시브 1x32 스플리터가 광 신호를 32 개의 다른 집으로 나눕니다. 사실상 모든 PON 기술은 BiDi (Bi-Directional) 통신을 가능하게하는 몇 가지 형태의 파장 분할 다중화 (WDM)에 의존합니다. 예를 들어, 일반적인 GPON 시스템에서 업스트림 통신은 1310 nm 파장에서 실행되지만 다운 스트림 트래픽은 1490 nm에서 실행됩니다. 비디오 오버레이에는 1550 nm에서 세 번째 파장이 사용됩니다. 따라서 PON 시스템에서의 WDM 활용은 이미 매우 보편적입니다. 그러나 일반적인 GPON 또는 GEPON 시스템에서는 모든 가입자가 동일한 공통 파장을 사용합니다. 즉, TDM ( Time Division Multiplexing)을 통해 수행되는 광섬유 인프라를 공유해야합니다. 각각의 32 개 가정은 동일한 광섬유를 통해 전송하지만, 광섬유를 "점유"할 수있는 시간은 CO의 OLT ( Optical Line Terminal )에 의해 할당됩니다. 각 가정의 장비는 광섬유에서 할당 된 시간 동안 만 수행 할 수 있으므로 레거시 PON 시스템의 각 가입자가 약 30Mbps의 지속 데이터 속도 만 얻는 것은 흔한 일이 아닙니다.

일반적인 광섬유를 공유하는 많은 사용자 개념은 FTTH 배치에 필요한 광섬유 인프라를 최소화하는 데 도움이됩니다. 그러나이 광섬유 공유는 가입자에게 더 높은 데이터 속도를 제한하는 주요 요인 중 하나입니다. WDM-PON은 각 가입자가 사용 가능한 전체 1250 Mbps에 액세스 할 수 있도록하면서 동일한 광섬유 인프라를 효과적으로 사용할 수있게합니다. 변경을 가능하게하는 데 필요한 네트워크에는 몇 가지 변경 사항이 있습니다. 첫 번째는 패시브 1x32 스플리터 가 수동형 1x32 채널 디멀티플렉서 (예 : 32 채널 DWDM DEMUX), 일반적으로 위 그림에서와 같이 AWG (athermal Arrayed Waveguide Grating)로 대체되어야한다는 것입니다. 이를 통해 32 개의 다른 파장이 공통 광섬유로 전송되도록 허용 한 다음 각 가정에 자체 파장이 할당됩니다.

장점
전통적인 PON 시스템에 비해 WDM-PON 아키텍처에는 몇 가지 장점이 있습니다.

비용 문제
WDM-PON의 주요 과제는 비용 입니다. 각 가입자는 자신의 파장을 할당 받았기 때문에 이것은 OLT가 전통적인 PON 시스템에서 볼 수있는 것처럼 하나의 공유 파장 대 32 개의 다른 파장으로 전송해야 함을 의미합니다. 마찬가지로, 링크상의 32 개 가정은 각각 별도의 파장으로 작동해야 모든 ONT가 특정 가정용 정확한 파장으로 조정할 수있는 값 비싼 튜너 블 레이저가 필요합니다. 이것은 특히 초기 설치 비용에서 매우 비용이 많이 들며 WDM-PON 시스템의 초기 설계에서 주요 장애물이었습니다.

대부분의 WDM-PON 시스템에서 CO의 광대역 광원은 데이터가 주 섬유로 전송 될 때 정확한 파장으로 전송을 잠그기 위해 광대역 시드 신호를 OLT 송신기로 전송합니다. 필드의 32 채널 AWG DEMUX에서이 신호는 32 개의 서로 다른 광섬유로 분할되며 각 광섬유로가는 하나의 파장입니다. 각 섬유는 별도의 ONT로 연결됩니다. 이 아키텍처는 ONT 사이트에서 튜닝 가능한 레이저를 필요로하지 않으므로 ONT는 비용면에서 경쟁력이 있으며 실제 GPON ONT와 기능면에서 매우 유사합니다.

비용 문제에 대한 R-SOA 솔루션
현재의 대부분의 WDM-PON 시스템은 비교적 저렴한 Fabry-Perot 레이저가 원하는 파장에서 작동 할 수있게하는 레이저 주입 잠금 (laser-injection locking)이라는 기술에 의존하고 있습니다. 외부 레이저는 반사 형 반도체 광 증폭기 (R-SOA)라고합니다.

다른 PON 아키텍처에 비해 가장 큰 시스템 변경은 OLT에서 발생합니다. WDM-PON OLT는 GEPON 또는 GPON에 비해 상당히 복잡합니다. 각 가입자는 가정에 전체 파장의 혜택을 얻으므로 각 가입자는 OLT에도 자체의 전용 트랜시버가 있어야합니다. 다시 한번, 주입 잠금은 이것을 가능하게합니다. OLT 섀시에는 32 채널 AWG를 통과하는 광대역 광원이 포함되어있어 OLT에서 32 개의 개별 R-SOA를 종단 처리합니다. 이러한 R-SOA는 1.25Gbps로 직접 변조되며 각 가입자는 특정 가입자에게 할당됩니다. 이것은 상대적으로 저렴한 PON 광섬유 플랜트를 사용하여 효과적으로 고속 P2P 시스템을 만듭니다.

R-SOA 및 주입 잠금은 WDM-PON의 비용을 최소화하는 반면 WDM-PON 구성 요소는 GEPON 및 GPON 네트워크에 사용되는 표준 구성 요소보다 비용이 많이 들지 않습니다. 그러나 기존의 PON 인프라 중 어느 것도 각 가입자에게 거의 동일한 데이터 속도를 제공 할 수 없으므로 이러한 비교는 완전히 공정하지 않습니다. 현재 가장 유사한 PON 대안은 차세대 10G PON이지만 10G PON은 32 명의 사용자가 10Gbps를 공유하므로 WDM-PON에서 얻을 수있는 데이터 속도와 일치 할 수 없습니다. WDM-PON은 Mbps 당 비용 기준으로 차세대 시스템에서 이미 가장 저렴한 옵션입니다.

비용 과제에 대한 PLC 솔루션
WDM-PON 시스템의 비용을 줄이기 위해 기존 구성 요소를 조정하는 것만으로는 WDM-PON이 다른 차세대 PON 솔루션과 경쟁하기에 충분하지 않습니다. 완전히 새로운 구성 요소 기술이 필요했습니다. 현재 WDM-PON ONT 및 OLT의 크기를 줄이고 비용을 줄이기위한 방법으로 Planar Lightwave Circuit (PLC)에 많은 관심이 집중되고 있습니다. PON 어플리케이션에서 PLC 기술을 사용하는 것은 새로운 것이 아닙니다.

PLC 기반 스플리터
사실상 모든 PON 시스템은 저비용, 소형 크기 및 단순성으로 인해 외부 플랜트의 1 × 32 PLC 스플리터 에 의존합니다. 이 수동형 광 분배기 는 매우 넓은 온도 범위에서 전력을 필요로하지 않으며 필요하지 않습니다.

PLC 기반 트랜시버
PLC 기반 송수신기의 사용은 또한 업스트림 및 다운 스트림 트랜시버 기능을 모두 광학 칩에 접목시킴으로써 GEPON 및 GPON ONT의 비용을 절감하는 데 도움이되었습니다. 이 PLC는 수동형 광 스플리터보다 훨씬 복잡하며 일반적인 PLC 기판에 통합 된 모든 하이브리드, 검출기, 증폭기 및 커패시터와 함께 WDM 필터링을 포함합니다. 지난 10 년간 PLC 통합 기술의 많은 발전으로 인해 광학 칩에서 달성 할 수있는 기능이 진정으로 혁신적이었습니다.

PLC 기반 AWG
WDM-PON 네트워크는 1 × 32 전력 분배기를 32 채널 무작위 AWG로 대체함으로써 시작됩니다. AWG는 32 개의 서로 다른 가정에서 광 전력을 분배하는 대신 하나의 파장을 각 가정으로 분배합니다. 물론 이것은 PLC 기반의 구성 요소이기도하며,이 회로 디자인은 아무런 힘이 필요 없습니다. 이를 통해 열없는 AWG가 동일한 외부 인클로저에있는 1x32 전력 분배기를 대체 할 수 있으므로 WDM-PON 배치의 광섬유 인프라가 기존의 PON 시스템의 광섬유 인프라와 동일합니다. 이러한 시스템에서 사용되는 PLC 기반 AWG는 실제로 다음 세 가지 기능을 동시에 수행하기 때문에 중요합니다.

모든 PON 시스템에서이 스플리터 노드에서 PLC를 사용하는 것이 일반적이지만 실제로 WDM-PON 네트워크의 다른 부분에서 PLC를 사용하는 것이 점차 중요 해지고 있습니다. PLC는 OLT 광학계의 크기를 크게 줄여 모든 구성 요소를 단일 보드로 옮길 수있어 WDM-PON OLT 모듈의 밀도를 두 배로 높입니다.

PLC 기술은 이전에 그렇게 작은 크기에서는 불가능했던 기능을 제공하기 위해 최근 몇 년 동안 성숙 해 왔습니다. WDM-PON 어플리케이션의 경우 32 채널 송신기 및 수신기 구성 요소를 단일 통합 모듈로 축소하여 모든 OLT 기능을 단일 OLT 블레이드에 맞출 수 있습니다. PLC 기술은 32 개의 포토 다이오드, TIA, 커패시터 및 기타 하위 구성 요소를 매우 높은 수율로 AWG 칩에 하이브리드 통합 할 수 있습니다. 이것은 약 2 인치 길이의 실리콘 칩에서 수행 할 수 있습니다. 포장 및 전자 장치가이 공간에 더해 지지만, 최종 결과는 OLT의 포트 밀도의 두 배입니다. 마찬가지로 PLC 기반 송신기 모듈은 32 개의 R-SOA 송신기와 함께 32 개 채널의 WDM 필터링과 각 채널의 일치하는 광 전력 모니터를 결합합니다. 이 수준의 통합은 불과 몇 년 전만해도 실현 가능하지 않았지만 이제는 차세대 WDM-PON 네트워크 중 일부가 10G PON과 비용 및 포트 밀도를 기반으로 경쟁 할 수있게되었습니다.

서비스 수준 관점에서 볼 때 10G PON을 비롯한 다른 PON 기술은 WDM-PON이 제공 할 수있는 각 가정에 동일한 비트 전송률을 제공하지 않습니다. 사용자 당 1250 Mbps 대역폭은 P2P 시스템과 비교할 만하지만 WDM-PON은 저렴한 PON 파이버 플랜트를 활용합니다. 비용 및 포트 밀도와 같은 WDM-PON 배치에 영향을 미치는 주요 과제는 이제 PLC 기반의 저렴한 통합 구성 요소를 통해 해결되기 시작했습니다.

결론
아마도 WDM-PON 배치에 대한 최대 과제는 GEPON 및 GPON을 각각 다루는 IEEE 및 ITU 표준과 유사한 WDM-PON 표준에 도달하는 것입니다. 10G PON 솔루션은 계속해서 상당한 비용 압박을 가할 것이지만 WDM-PON에 대한 산업 표준 채택은 개발 노력에 집중하고 WDM-PON 구성 요소의 비용을 낮추는 데 도움이됩니다. 초기 설정 비용 및 OLT 포트 밀도의 초기 문제가 해결됨에 따라 WDM-PON 배치가 계속 증가 할 것입니다. 이것은 10G PON 및 기타 차세대 FTTH 솔루션에 대한 매우 실용적인 표준 기반 대안을 제시합니다.