WDM-PON versus GPON e XG-PON

Introdução

As pessoas questionam constantemente a necessidade de mais largura de banda no acesso. Com o aumento do interesse em largura de banda impulsionado pelo consumo de mídia (por exemplo, compartilhamento de arquivos, vídeo em alta definição, jogos etc.) e a explosão da banda larga móvel, a pergunta que se coloca é: "Qual será a próxima tecnologia de acesso por fibra óptica?".

Duas tecnologias se destacam no setor. São elas: XG-PON (também conhecida como 10GPON, como uma continuação de GPON e/ou EPON) e WDM-PON (que se beneficia do domínio do comprimento de onda). Este tutorial comparará essas tecnologias com base em desempenho, custo e consumo de energia. Neste momento, é interessante verificar o WDM-PON e o GPON de um lado, onde o WDM-PON é baseado em canais CWDM e GbE em cada comprimento de onda, e WDM-PON e XG-PON do outro lado, onde o WDM-PON é baseado novamente em CWDM, mas cada comprimento de onda carrega um canal de 10GbE, que chamaremos de XWDM-PON.

Neste tutorial, limitaremos nossa análise a uma comparação arquitetônica e de satisfação, visto que uma comparação econômica é determinada de forma crítica por estratégias comerciais e industriais, e é totalmente incoerente se, em algum lugar, houver um produto comercial e, do outro, um método em fase de prototipagem. No entanto, mesmo sem um cálculo explícito, o ponto principal que impulsiona a estrutura de preços de WDM-PON e GPON/XG-PON ficará claro. Para realizar a comparação corretamente, precisamos concentrar nossa atenção em uma única arquitetura WDM-PON; em ambos os casos, consideraremos a arquitetura simples das figuras abaixo, onde ONTs e transmissão unidirecional são utilizados.

Comparação baseada no desempenho

Capacidade: GPON versus WDM-PON

A capacidade por usuário de uma WDM-PON é facilmente avaliada: apenas um comprimento de onda é dedicado a cada usuário final. Em geral, um sinal GbE é transmitido em cada comprimento de onda, atribuindo uma capacidade de apenas 1,25 Gbps a cada usuário final. Vale ressaltar que a WDM-PON não apresenta nenhuma vantagem específica se parte do sinal for composta por transmissão pura (por exemplo, IP-TV convencional): o sinal de transmissão precisa ser replicado pela OLT em cada comprimento de onda e enviado independentemente para cada usuário. A avaliação da capacidade GPON por usuário não é tão simples, como vimos na seção dedicada.

Alcance do sistema: XG-PON versus WDM-PON

No caso do XG-PON, o alcance do sistema é determinado pelo split. Por exemplo, para um split de 32 e um orçamento de link de 28 dB, normalmente equivale a cerca de 20 km. Para o WDM-PON, o AWG apresenta perdas muito menores do que o divisor de potência convencional (50 km parecem alcançáveis). Tanto o XG-PON quanto o WDM-PON podem ser adaptados a cenários de longo alcance com a introdução de extensores de alcance de médio alcance:

1. Para XG-PON, extensores opto-elétrico-óptico (OEO) ou SOA podem ser usados para alcançar até 60 km (limitado pelo protocolo GPON).
2. WDM-PON em banda C/L usando amplificador de fibra dopada com érbio (EDFA) pode alcançar até 100 km.

Utilização de fibra: WDM-PON versus GPON

Como a transmissão bidirecional pode ser usada no caso GPON, enquanto em nosso exemplo a transmissão unidirecional WDM-PON é adotada, a infraestrutura de fibra é claramente melhor explorada através do GPON. A transmissão unidirecional pode ser usada em WDM-PON, mas tem um custo. De fato, para atingir uma taxa de ramificação suficiente, o DWDM é necessário, por exemplo, 32 canais com um espaçamento de canal de 100 GHz. Um possível projeto pode individualizar duas larguras de banda diferentes para serem usadas upstream e downstream. Elas podem ser separadas por um intervalo de cerca de 800 GHz para evitar interferência destrutiva de reflexões. Dessa forma, uma taxa de ramificação de 16 pode ser alcançada.

No entanto, o espaçamento de canais de 100 GHz exige o uso de lasers DFB refrigerados tanto na ONU quanto no OLT. Esse fato, além do maior custo do MUX/DeMUX, influencia claramente o preço do sistema. Para lidar com esse problema, foi proposto o uso de um pente WDM derivado da filtragem de uma única fonte de ruído de banda larga, mas ainda não está claro se uma real vantagem de custo é alcançada.

Orçamento de Link Óptico: WDM-PON versus GPON

O esquema de transmissão do WDM-PON é muito simples: a atenuação é dada pela perda do MUX/DeMUX e pela propagação da fibra (levando em consideração conectores, painéis de conexão e outros elementos com perda de sinal que possam estar presentes na infraestrutura de acesso). Com foco no CWDM-PON, a óptica CWDM padrão pode garantir uma potência de transmissão de 0 dBm, enquanto a sensibilidade do receptor depende do detector utilizado. Utilizando um PIN, a sensibilidade a 1,25 Gbps (assumindo que um GbE seja transmitido) pode ser de cerca de -18 dBm. Esse número aumenta para cerca de -28 dBm usando um APD. Assumindo o uso de 16 comprimentos de onda, o pior canal sofre uma atenuação de aproximadamente 0,9 dB/km. Adicionando outras contribuições, juntamente com uma margem do sistema, podemos assumir uma perda de 1,3 dB/km. Inserindo esses números em uma análise de orçamento de link extremamente simples, obtemos 10 km utilizando um PIN no receptor, contribuindo para 22 km com um APD.

No caso de GPON, os orçamentos de link são padronizados em várias classes de GPON e, portanto, são relatados na seção de descrição de GPON. Independentemente disso, os orçamentos de potência das classes B e C têm a mesma ordem de grandeza que os orçamentos avaliados quando se trata de WDM-PON. Não há diferença relevante deste ponto de vista, pois foi intuitivo o fato de que as perdas por propagação e divisão da fibra não são fortemente determinadas pelo comprimento de onda do sinal na banda relevante para o acesso à fibra.

Orçamento de Link Óptico: XWDM-PON versus XG-PON1

A padronização prescreve para o XG-PON1 um orçamento de link suficiente para possuir um alcance adequado para GPON B e GPON C. Levando em conta as perdas ligeiramente maiores experimentadas pelos comprimentos de onda XG-PON1 em relação ao comprimento de onda GPON, juntamente com um conjunto de outras diferenças na linha de transmissão entre GPON e XG-PON, resulta um orçamento de 29 e 31 dB, dependendo da comparação com GPON B ou GPON C.

Dicas : O XG-PON1 funciona a 10G DownStream (DS) e um par de 0,5G UpStream (US), que é o foco atual das operadoras de FSAN (Full Service Access Network), com uma estrutura "semelhante à GPON". O XG-PON2 funciona a 10G simétrico (longo prazo).

Não existe uma prescrição semelhante para XWDM-PON, e um orçamento real de energia estará disponível assim que o primeiro produto industrial for produzido em grandes volumes. Atualmente, os componentes e equipamentos Ethernet que implementam 10GbE são projetados para aplicações Ethernet de alto nível, mesmo que não sejam para a rede central da operadora, como backhaul das máquinas centrais. Portanto, esses sistemas podem fornecer bons desempenhos de transmissão. Por exemplo, um XFP 10GbE criado para os switches localizados no núcleo da rede privada de uma grande empresa ou os switches Ethernet públicos da rede metropolitana central são equipados com fotodiodos APD e lasers DFB de largura de linha estreita, e geralmente garantem um orçamento de energia entre -30 e -34 dBm.

Vale ressaltar que o XWDM-PON equipado com interfaces que garantem um orçamento de potência de -32 dBm pode cobrir um alcance de aproximadamente 25 km. Isso não é gratuito, naturalmente, pois devemos lembrar que, diferentemente do XG-PON, que possui um único transmissor no OLT, um XWDM-PON inclui no máximo 16 transmissores de cores variadas.

Comparação baseada em aspectos técnicos e de custo

Receptor de modo burst (BMR)

Alocação dinâmica de largura de banda (DBA)

ONT incolor