WDM-PON frente a GPON y XG-PON

Introducción

La necesidad de mayor ancho de banda para el acceso se cuestiona constantemente. Con el creciente interés en el ancho de banda, impulsado por el consumo de medios (por ejemplo, intercambio de archivos, video de alta definición, juegos, etc.) y la explosión de la banda ancha móvil, la pregunta podría ser "¿Cuál será la próxima tecnología de acceso por fibra?".

Dos tecnologías destacan en la industria: XG-PON (también conocida como 10GPON, como continuación de GPON y/o EPON) y WDM-PON (que se beneficia del dominio de la longitud de onda). Este tutorial comparará estas tecnologías en función de su rendimiento, coste y consumo de energía. En este momento, es interesante analizar WDM-PON y GPON, por un lado, donde WDM-PON se basa en canales CWDM y GbE en cada longitud de onda, y WDM-PON y XG-PON, por otro, donde WDM-PON se basa nuevamente en CWDM, pero cada longitud de onda transporta un canal 10GbE, al que llamaremos XWDM-PON.

En este tutorial, limitaremos nuestro análisis a una comparación arquitectónica y de satisfacción, ya que una comparación económica está determinada críticamente por las estrategias comerciales e industriales, y es prácticamente imposible que exista un producto comercial y, por otro lado, un método en desarrollo. Sin embargo, incluso sin un cálculo explícito, el factor principal que determina la estructura de precios de WDM-PON y GPON/XG-PON quedará claro. Para realizar una comparación correcta, debemos centrarnos en una única arquitectura WDM-PON; en ambos casos, consideraremos la arquitectura sencilla de las figuras a continuación, donde se utilizan ONT y transmisión unidireccional.

Comparación basada en el rendimiento

Capacidad: GPON versus WDM-PON

La capacidad por usuario de una red WDM-PON se evalúa fácilmente: solo se dedica una longitud de onda a cada usuario final. Generalmente, se transmite una señal GbE en cada longitud de onda, lo que asigna una capacidad de tan solo 1,25 Gbps a cada usuario final. Cabe destacar que la WDM-PON no ofrece ninguna ventaja si una parte de la señal es puramente de radiodifusión (p. ej., IP-TV convencional): la señal de radiodifusión debe replicarse a través del OLT en cada longitud de onda y enviarse de forma independiente a cada usuario. La evaluación de la capacidad de GPON por usuario no es tan sencilla, como se ha visto en la sección dedicada.

Alcance del sistema: XG-PON versus WDM-PON

En el caso de XG-PON, el alcance del sistema se determina por la división. Por ejemplo, para una división de 32 y un presupuesto de enlace de 28 dB, suele equivaler a unos 20 km. Para WDM-PON, el AWG presenta una pérdida mucho menor que el divisor de potencia habitual (50 km parecen alcanzables). Tanto XG-PON como WDM-PON pueden adaptarse a escenarios de largo alcance mediante la introducción de extensores de alcance de medio alcance:

1. Para XG-PON, se pueden utilizar extensores optoeléctricos-ópticos (OEO) o SOA para alcanzar un alcance de hasta 60 km (limitado por el protocolo GPON).
2. WDM-PON en banda C/L con amplificador de fibra dopada con erbio (EDFA) puede alcanzar hasta 100 km.

Utilización de fibra: WDM-PON versus GPON

Dado que en el caso de GPON se puede utilizar transmisión bidireccional, mientras que en nuestro ejemplo WDM-PON se adopta la transmisión unidireccional, la infraestructura de fibra se aprovecha mejor con GPON. La transmisión unidireccional también se puede utilizar en WDM-PON, pero conlleva un coste. De hecho, para lograr una tasa de ramificación suficiente, se necesitan DWDM, por ejemplo, 32 canales con una separación entre canales de 100 GHz. Un posible diseño permite individualizar dos anchos de banda diferentes para su uso en sentido ascendente y descendente. Pueden estar separados por una separación de aproximadamente 800 GHz para evitar interferencias destructivas por reflexiones. De esta manera, se puede lograr una tasa de ramificación de 16.

Sin embargo, el espaciamiento de canal de 100 GHz requiere el uso de láseres DFB refrigerados tanto en la ONU como en la OLT. Este hecho, además del mayor coste del MUX/DeMUX, influye claramente en el precio del sistema. Para solucionar este problema, se ha propuesto el uso de un peine WDM derivado del filtrado de una única fuente de ruido de banda ancha, pero aún no está claro si se consigue una verdadera ventaja en costes.

Presupuesto de enlace óptico: WDM-PON versus GPON

El esquema de transmisión de WDM-PON es muy simple: la atenuación se obtiene por la pérdida del MUX/DeMUX y la propagación de la fibra (considerando conectores, paneles de conexión y otros elementos que pueden perder señal en la infraestructura de acceso). Centrándose en CWDM-PON, la óptica CWDM estándar puede garantizar una potencia de transmisión de 0 dBm, mientras que la sensibilidad del receptor depende del detector utilizado. Utilizando un PIN, la sensibilidad a 1,25 Gbps (suponiendo que se transmite un GbE) podría ser de aproximadamente -18 dBm. Este valor aumenta a aproximadamente -28 dBm utilizando un APD. Suponiendo que se utilizan 16 longitudes de onda, el peor canal experimenta una atenuación de aproximadamente 0,9 dB/km. Añadiendo otras contribuciones junto con un margen del sistema, podemos suponer una pérdida de 1,3 dB/km. Introduciendo estos valores en una evaluación del presupuesto de enlace extremadamente simple, obtenemos 10 km utilizando un PIN en el receptor que contribuyen a 22 km con un APD.

En el caso de GPON, los presupuestos de enlace están estandarizados en varias clases de GPON y, por lo tanto, se informan en la sección de descripción de GPON. En cualquier caso, los presupuestos de potencia de las clases B y C tienen el mismo orden de magnitud que los presupuestos evaluados en el caso de WDM-PON. Desde este punto de vista, no existe una diferencia significativa, ya que era intuitivo que las pérdidas de propagación y división de la fibra no estén fuertemente determinadas por la longitud de onda de la señal en la banda relevante para el acceso a la fibra.

Presupuesto de enlace óptico: XWDM-PON frente a XG-PON1

La estandarización prescribe para XG-PON1 un presupuesto de enlace suficiente para tener un alcance adecuado para GPON B y GPON C. Teniendo en cuenta las pérdidas ligeramente superiores que experimentan las longitudes de onda de XG-PON1 con respecto a la longitud de onda de GPON junto con un conjunto de otras diferencias en la línea de transmisión entre GPON y XG-PON, resulta un presupuesto de 29 y 31 dB, dependiendo de la comparación con GPON B o GPON C.

Consejos : XG-PON1 funciona en 10G de bajada (DS) y dos en 0,5G de subida (US), que es el enfoque actual de los operadores de FSAN (Red de Acceso a Servicios Completos), con una estructura similar a GPON. XG-PON2 funciona en 10G simétrico (a largo plazo).

No existe una prescripción similar para XWDM-PON, y se dispondrá de un presupuesto de potencia real una vez que se fabrique en grandes cantidades el primer producto industrial. Actualmente, los componentes y equipos Ethernet que implementan 10 GbE están diseñados para aplicaciones Ethernet de alta gama, incluso para la red central del operador como backhaul desde las máquinas centrales. Por lo tanto, estos sistemas pueden ofrecer un buen rendimiento de transmisión. Por ejemplo, un XFP de 10 GbE diseñado para los conmutadores ubicados en el núcleo de la red privada de una gran empresa o para los conmutadores Ethernet públicos de la red central metropolitana están equipados con fotodiodos APD y láseres DFB de ancho de línea estrecho, y generalmente garantizan un presupuesto de potencia de entre -30 y -34 dBm.

Cabe destacar que la red XWDM-PON, equipada con interfaces que garantizan un presupuesto de potencia de -32 dBm, puede cubrir un alcance de aproximadamente 25 km. Esto, por supuesto, no es gratuito, ya que debemos recordar que, a diferencia de la XG-PON, que cuenta con un solo transmisor en la OLT, una red XWDM-PON incluye un máximo de 16 transmisores de varios colores.

Comparación basada en aspectos técnicos y de costos

Receptor de modo ráfaga (BMR)

Asignación dinámica de ancho de banda (DBA)

ONT incoloro