Einführung in die 10G PON-Technologie

Obwohl die Standards und die industrielle Kette von 10G EPON und 10G GPON noch nicht ausgereift sind und eine großflächige kommerzielle Nutzung noch in weiter Ferne liegt, haben beide Technologien großes Interesse bei Betreibern geweckt, die Breitbandnetze der nächsten Generation aufbauen. In diesem Dokument werden 10G EPON und 10G EPON aus technischer Sicht erörtert und der Fortschritt ihrer Standardisierung, die damit verbundenen technischen Parameter, die Entwicklung von Glasfasern und die Abschaffung von Kupfer sowie der industrielle Kettenprozess analysiert.

Fortschritte bei der 10G-PON-Standardisierung

Die Standardreife ist eine Voraussetzung für die Beurteilung der Kommerzialisierung einer Technologie. Derzeit arbeiten viele internationale Standardisierungsorganisationen, darunter IEEE, ITU-T, FSAN usw., an der Standardisierung der 10G-EPON- und 10G-GPON-Technologie. Da die 10G-EPON-Technologie früher als die 10G-GPON-Technologie startete, ist der aktuelle Standardisierungsprozess für 10G-EPON etwas schneller als für 10G-GPON.

10G EPON

10G-EPON-Standards werden wie der 1G-EPON-Standard hauptsächlich vom IEEE definiert. Die IEEE-Organisation hat am 12. September 2009 den internationalen 10G-EPON-Standard 802.3av ratifiziert. Dieser Standard konzentriert sich auf die Erforschung der physikalischen Schicht der 10G-EPON-Technologie und folgt dem MPCP-Protokoll des traditionellen 1G-EPON-Standards. Der IEEE-802.3av-Standard erhöht die Upstream- und Downstream-Bandbreite. Um eine störungsfreie und erfolgreiche Migration von 1G-EPON auf 10G-EPON zu gewährleisten, definiert er auch die 10G-EPON-ONU-Standardparameter, die eine Koexistenz mit 1G-EPON-ONU im selben ODN-Netzwerk ermöglichen.

Darüber hinaus unterstützt der IEEE 802.3av-Standard zwei Parameter der physikalischen Schicht. Einer ist der asymmetrische Modus, d. h. 10 G in Downstream-Richtung und 1 G in Upstream-Richtung. Der andere ist der symmetrische Modus, d. h. er arbeitet mit einer Datenrate von 10 G in beide Richtungen. Der asymmetrische Modus gilt als Übergangsform des symmetrischen Musters. In der Anfangsphase wurde der asymmetrische Modus aufgrund geringerer Nachfrage nach Upstream-Bandbreite und begrenzter Kosten eingesetzt. Mit der Entwicklung von Wirtschaft und Technologie wird er sich allmählich zu einem symmetrischen Modus entwickeln.

10G GPON

Gemäß den Studienplänen der ITU-T wird NGPON zwei Standardphasen durchlaufen. Die erste Phase ist XG-PON, das neben GPON existiert und GPON ODN wiederverwendet. Diese Phase umfasst zwei Modelle: asymmetrisches Uplink- und Downlink-XG-PON1 und symmetrisches XG-PON2. Die zweite Phase ist NGA2, in der ein völlig neues ODN aufgebaut wird. Die hochinteressante Wavelength Division Multiplexing – Passive Optical Network (WDM-PON)-Technologie gehört zur zweiten Phase. Sie erreicht die Erweiterung des Zugangsnetzes durch die Verwendung mehrerer Wellenlängen in einer Glasfaser. Bei einigen schwierigen Technologien, wie etwa beim Burst-Modus-CWDM, farblosen ONU-Transceivern und abstimmbaren WDM-Geräten, ist jedoch kein Durchbruch möglich. WDM-PON befindet sich noch in der Erprobungsphase.

Auf der Plenarsitzung der ITU-T SG 15 Ende September 2009 hat die Arbeitsgruppe Q2 offiziell den Text der ersten Phase des NG-PON-Standards vorgestellt, nämlich die Gesamtanforderungen (G.987.1) und die Spezifikationen der physikalischen Schicht (G.987.2) für PON-Systeme der nächsten Generation. Außerdem hat sie ein Programm zur Veröffentlichung relevanter Standards zur Übertragungskonvergenzschicht (G.987.3) und zur Management-Kontrollschnittstelle (G.988) Mitte 2010 erstellt.

Technische Parameter von 10G PON

Sowohl die Protokollsuite IEEE 802.3av als auch ITU-T G.987 haben eine detaillierte Definition der relevanten technischen Parameter von 10G PON, des Physical Layer Index und des optischen Leistungsbudgets erstellt. Aufgrund unterschiedlicher Ausgangspunkte der beiden großen Normungsorganisationen gibt es jedoch auch bei den technischen Indikatoren einige Unterschiede.

10G EPON

Die 10G EPON-Technologie zeichnet sich durch vier Kernpunkte aus:

1. 10G EPON definiert sechs optische Leistungsbudgets im Hinblick auf den asymmetrischen Modus PRX10, PRX20 und PRX30 sowie für den symmetrischen Modus PR10, PR20 und PR30. Diese sechs Modi des optischen Leistungsbudgetmodells können grundsätzlich die Anforderungen des Netzwerkaufbaus der Betreiber erfüllen.

2. Während die Vorwärtskompatibilität mit dem herkömmlichen 1G EPON auf der Multi-Point Control Protocol Layer (MPCP) erreicht wird, erweitert die 10G EPON-Technologie auch den ursprünglichen Nachrichtentyp zur Meldung der Umschaltzeit von optischen Endgeräten (OLT) und ONU, um die Anforderungen des 10G EPON-Systems zu erfüllen.

3.10G EPON verwendet die Kodierungsmethode (255, 223) Forward Error Correction (FEC). Dieser Code kodiert mit der in 1G EPON eingesetzten FEC-Kodierung, sein starker Kodierungsgewinn kann jedoch die geringere Empfindlichkeit des optischen Empfängers kompensieren.

4.10G EPON hat die Uplink- und Downlink-Wellenlänge neu geplant. Der Downlink verwendet eine Wellenlänge von 1268–1280 nm, während der Uplink die ursprüngliche Wellenlänge von 1G EPON – 1575–1580 nm – wiederverwendet. Um Wellenlängenkonflikte zu vermeiden, kann der 10G EPON-Uplink nur das Time Division Multiple Access (TDMA)-Verfahren verwenden.

10G GPON

Der veröffentlichte Standard G.987.1 definierte die allgemeinen technischen Anforderungen und die Systemarchitektur des 10G-GPON-Systems und legte klar fest, dass das 10G-GPON-System die traditionellen Telekommunikationsdienste und alle aufstrebenden Unternehmen vollständig unterstützen und gleichzeitig eine gute Dienstgüte (QoS) sicherstellen sollte. Gleichzeitig gab der Standard an, dass zugehörige Inhalte wie der Algorithmus zur dynamischen Bandbreitenzuweisung (DBA), Energieeinsparung, Authentifizierung und Verschlüsselung von der ursprünglichen 1G-GPON-Technologie übernommen werden sollten. Im Gegensatz dazu konzentrierte sich G.987.2 auf die Standardisierung der Parameter der physikalischen Schicht von 10G-GPON, einschließlich Downlink-Rate, ODN-Leistungsbudget, Aufteilungsverhältnis, Uplink- und Downlink-Wellenlängenbereich und Leitungscodierung usw. Obwohl der Uplink- und Downlink-Wellenlängenbereich von 10G-GPON mit dem von 10G-EPON identisch ist, stehen die Uplink- und Downlink-Wellenlängen nicht im Konflikt mit 1G-GPON. Daher verwenden Uplink und Downlink von 10G-GPON alle das Wellenlängenmultiplexverfahren (WDMA).

Entwicklung der 10G PON-  Industriekette

Eine komplette PON-Industriekette umfasst in der Regel drei Glieder: Chip, optische Module und Ausrüstung. Um die PON-Industriekette zu analysieren, sollten wir den Entwicklungsstand und die Tendenz dieser drei Glieder analysieren. Derzeit erfüllen 10G EPON und 10G GPON noch nicht die Anforderungen groß angelegter kommerzieller Anwendungen. Obwohl einige Gerätehersteller kürzlich 10G EPON- oder 10G GPON-Produkte auf den Markt gebracht haben, befinden sie sich noch in der Testphase und sind für den kommerziellen Einsatz noch nicht zuverlässig genug.

Abschluss

Die 10G- PON-Technologie erfüllt die Anforderungen an hochkapazitive Zugangsnetze, da sie die Datenrate erhöht, ein höheres Split-Verhältnis unterstützt und mehr Teilnehmer abdeckt. Daher wird 10G PON für Telekommunikationsbetreiber sicherlich zur wichtigsten Technologie, um eine nachhaltige Entwicklung von Netzkonstruktionen mit hoher Bandbreite zu erreichen und künftig Kupfer durch Glasfaser zu ersetzen. Vor diesem Hintergrund analysiert diese Arbeit hauptsächlich drei Erwartungen an die 10G-PON-Technologie: die Standardisierung von 10G EPON und 10G GPON (zwei Hauptvarianten von 10G PON), die damit verbundenen technischen Parameter und die Entwicklung der 10G-PON-Industriekette.

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