次世代FTTHのための実行可能な代替 - WDM-PON
前書き
近年、FTTHの導入のほとんどは、 ギガビットイーサネット受動光ネットワーク （GEPON）やギガビットPON （GPON）などの業界標準テクノロジに基づいています 。 これらの展開の成功は、システムアーキテクチャとこれらのシステムを構築するために使用されるコンポーネントの両方において著しい革新をもたらしており、次世代の受動光ネットワークは必然的に今日展開されるものよりはるかに進歩するでしょう。
PON開発の最前線では、次世代システムと競合すると思われる2つの異なるアプローチがあります。10Gbps PON（10 G EPONまたは10 G GPON）とWDM-PONです。 それぞれのアプローチにはそれぞれ利点と問題がありますが、近年、両方の新技術の進歩が加速しています。 この記事では、 WDM-PONに焦点を当て、次世代プラットフォームで非常に実行可能な競合相手となっているいくつかの課題と新しいテクノロジについて説明します。 WDM-PONはすでに韓国で初期の成功を収めていますが、世界の他の地域での採用はGEPONおよびGPON技術と比較して比較的高いコストのために遅れています。 WDM-PONが次世代のFTTH展開のために10G PONおよびポイントツーポイント（P2P）システムと直接対抗するにつれて、それは変化しているようです。
建築
WDM-PONネットワークのシステムアーキテクチャは、従来のGEPONまたはGPONシステムのシステムアーキテクチャとそれほど変わっていませんが、ネットワークの動作方法はまったく異なります。 この記事では技術的な詳細をすべて説明することはしませんが、WDM-PONの最終結果は各加入者への波長です。 これは、1つの光フィードが32人以上のユーザーで共有される従来のPONアーキテクチャとは対照的です。 その場合、各家庭は同じ波長で動作し、メインファイバの１／３２のタイムスロットに割り当てられる。 ＷＤＭ − ＰＯＮでは、各家庭はそれ自身の波長を割り当てられ、その波長でファイバを継続的に使用する。 下の図に、WDM-PONネットワークの非常に高レベルの図を示します。
標準的なＰＯＮシステムでは、単一のファイバが中央局 （ＣＯ）から近隣まで延び、その点で受動１×３２スプリッタが光信号を３２の異なる家庭に分割する。 事実上すべてのＰＯＮ技術は、双方向（ＢｉＤｉ）通信を可能にするために何らかの形の波長分割多重 （ＷＤＭ）に依存している。 たとえば、一般的なGPONシステムでは、アップストリーム通信は1310 nmの波長で動作し、ダウンストリームトラフィックは1490 nmで動作します。 ビデオオーバーレイには1550 nmの3番目の波長が使用されます。 そのため、PONシステムでのWDMの利用はすでに非常に一般的です。 しかしながら、典型的なＧＰＯＮまたはＧＥＰＯＮシステムでは、すべての加入者はそれらの同じ共通波長を使用する。 これは、ファイバインフラストラクチャを共有する必要があることを意味します。これは、 時分割多重 （TDM）によって行われます。 それらの32の家のそれぞれは同じファイバで送信しますが、それらがファイバを「占有する」ことが許される時間はCOのオプティカルラインターミナル （OLT）によって割り当てられます。 1250 Mbpsを超えると、ファイバに割り当てられた時間内にしか実行できないため、従来のPONシステムの各加入者が約30 Mbpsの持続データレートを達成することは珍しいことではありません。
多くのユーザーが共通のファイバーを共有するというこの概念は、FTTH展開に必要なファイバーインフラストラクチャーを最小限に抑えるのに役立ちます。 しかしながら、このファイバの共有は、より高いデータレートを加入者に制限する主な要因の１つである。 ＷＤＭ − ＰＯＮは、各加入者が利用可能な全１２５０Ｍｂｐｓにアクセスすることを可能にしながら、実質的に同じファイバインフラストラクチャを使用することを可能にする。 その変更を有効にするために必要とされるネットワークへのいくつかの変更があります。 1つ目は、上の図に示すように、パッシブ1×32スプリッタをパッシブ1×32チャネルデマルチプレクサ （32チャネルDWDM DEMUXなど）、通常はアサーマルアレイ導波路回折格子（AWG）に置き換えることです。 これは、３２の異なる波長が共通のファイバを介して送信されることを可能にし、そして各家庭はそれ自身の波長を割り当てられる。
利点
WDM-PONアーキテクチャには、従来のPONシステムよりも優れた点がいくつかあります。
第１に、ＷＤＭ − ＰＯＮネットワークの帯域幅は各加入者に利用可能である。
第二に、各家庭はそれぞれ独自の波長を受信するため、WDM-PONネットワークはより優れたセキュリティとスケーラビリティを提供します。
第３に、ＷＤＭ − ＰＯＮは、ＯＬＴとＯＮＴとの間にポイントツーポイント（Ｐ２Ｐ）接続を提供し、そしてＷＤＭ − ＰＯＮにおけるＭＡＣレイヤは単純化される。他のPONネットワーク
最後に、WDM-PONネットワークの各波長は実質的にP2Pリンクであるため、各リンクは異なる柔軟性と速度で動作し、最大の柔軟性と増加に応じたアップグレードが可能です。
コストの課題
WDM-PONの主な課題はコストです。 各加入者は自分自身の波長を割り当てられているので、これは、より伝統的なＰＯＮシステムに見られるように、１つの共有波長に対してＯＬＴが３２の異なる波長で送信しなければならないことを示唆する。 同様に、リンク上の32の家のそれぞれが別々の波長で動作することを必要とし、これはすべてのONTが特定の家庭用の正しい波長に調整できる高価な波長可変レーザを必要とすることを示唆する。 これは、特に初期設定コストにおいて非常にコストがかかり過ぎるであろうし、そしてＷＤＭ − ＰＯＮシステムの初期の設計における大きなハードルであった。
ほとんどのWDM-PONシステムでは、COのブロードバンド光源がブロードバンドシード信号をOLTトランスミッタに送信し、データがメインファイバを伝送されるときに正しい波長にロックします。 現場の32チャネルAWG DEMUXでは、この信号は32の異なるファイバに分割され、1つの波長が各ファイバに送られます。 各ファイバは別々のONTにつながります。 このアーキテクチャでは、ONTサイトに波長可変レーザを必要としないため、ONTのコスト競争力が非常に高く、実際のところ機能的には従来のGPON ONTと非常によく似ています。
コスト課題に対するR-SOAソリューション
最近のほとんどのWDM-PONシステムは、レーザーインジェクションロッキングと呼ばれる技術を利用しています。これにより、比較的安価なファブリーペロー型レーザーを実質的に任意の波長で動作させることができます。 外部レーザは反射型半導体光増幅器 （Ｒ − ＳＯＡ）と呼ばれる。
他のPONアーキテクチャと比較して最大のシステム変更はOLTにあります。 WDM-PON OLTは、GEPONやGPONのものと比べてかなり複雑です。 各加入者は彼らの家に全波長の恩恵を受けるので、これはまた各加入者が同様にＯＬＴ内にそれら自身の専用トランシーバを有することを必要とする。 繰り返しになりますが、注入ロックはこれを実現可能にします。 ＯＬＴシャーシは、３２チャネルＡＷＧを通過し、それによってＯＬＴ内の３２個の別々のＲ − ＳＯＡの各々をシードする広帯域光源を含む。 これらのR-SOAは1.25 Gbpsで直接変調され、それぞれ特定の加入者に割り当てられています。 これにより、比較的安価なPONファイバプラントを使用して、実質的に高速のP2Pシステムを実現できます。
R-SOAと注入同期はWDM-PONのコストを最小限に抑えるのに役立ちますが、WDM-PONコンポーネントがGEPONおよびGPONネットワークで使用される標準コンポーネントよりも高価なままであることは疑いの余地はありません。 しかし、既存のPONインフラストラクチャでは、各加入者にほぼ同じデータレートを提供できないため、この比較は完全に公平ではありません。 現時点で最も匹敵するPONの代替手段は次世代の10G PONですが、10G PONでさえ32人のユーザ間で共有されるため、WDM-PONで得られるデータレートと一致することはできません。 Mbpsあたりのコストでは、WDM-PONはおそらくすでに次世代システムにとって最も安価なオプションです。
コスト課題に対するPLCソリューション
既存のコンポーネントを調整してWDM-PONシステムのコストを削減するだけでは、WDM-PONを他の次世代PONソリューションと競合させることはできません。 それは全く新しいコンポーネント技術を必要としました。 現在、WDM-PON ONTおよびOLTのサイズを縮小し、コストを削減する手段として、 平面光波回路 （PLC）に多くの焦点が当てられています。 PONアプリケーションでPLCテクノロジを使用することは目新しいことではありません。
PLCベースのスプリッタ
実質的にすべてのPONシステムは、低コスト、小型、そしてシンプルさのために、外部プラントの1×32 PLCスプリッタに依存しています。 これらの受動型光スプリッタは電力を必要とせず、非常に広い温度範囲にわたって動作します。
PLCベースのトランシーバ
PLCベースのトランシーバを使用すると、アップストリームとダウンストリームのすべてのトランシーバ機能を1つの光チップにまとめて、GEPONおよびGPON ONTのコストを削減することもできます。 これらのPLCは、パッシブ光スプリッタよりもはるかに複雑で、レーザー、検出器、増幅器、およびコンデンサと共にWDMフィルタリングを含み、すべて共通のPLC基板上にハイブリッド集積されています。 過去10年間のPLC統合テクノロジの多くの進歩は、光チップでどのような機能を実現できるかに真の革命をもたらしました。
PLCベースのAWG
WDM-PONネットワークは、1×32パワースプリッタを32チャネルアサーマルAWGに置き換えることから始めます。 アサーマルAWGは、32の異なる住宅間で光パワーを分割するのではなく、1つの波長を各住宅に分割します。 これらはもちろんPLCベースのコンポーネントでもあり、それらのアサーマル設計は電力を必要としません。 これにより、アサーマルAWGを同じ外部エンクロージャ内の1×32パワースプリッタに置き換えることができるため、WDM-PON配置のファイバインフラストラクチャはより伝統的なPONシステムのファイバインフラストラクチャと同じになります。 これらのシステムで使用されているPLCベースのAWGは、実際には3つの機能を同時に実行するため、重要です。
まず、OLTから1本のファイバを取り出し、それを逆多重化して32人の各ユーザに1つの波長を送信します。
第二に、これと同じ機能がそれら３２個のＯＮＴの各々にレーザをシードして各々をその適切な波長にロックするように作用する。
第3に、CバンドAWGもLバンドで同等に動作するように設計できることがわかります。これにより、同じAWGが32人のユーザからのアップストリームトラフィックをすべて受信し、同じ共通ファイバに多重化して戻すことができます。 OLT これはアサーマルAWGなので、これらの機能はすべてモジュールに電力を供給することなく受動的に行われます。
任意のＰＯＮシステム上のこのスプリッタノードでのＰＬＣの使用は一般的であるが、実際には標準であるが、ＷＤＭ − ＰＯＮネットワークの他の部分でのＰＬＣの使用はますます重要になっている。 PLCはOLT光学系のサイズを大幅に縮小することができ、すべてのコンポーネントを単一のボードに移動することを可能にし、WDM-PON OLTモジュールの密度を事実上2倍にします。
PLCテクノロジは、このような小さなサイズでは以前は不可能だった機能を提供するために、近年成熟してきました。 WDM-PONアプリケーションの場合、主な焦点は、すべてのOLT機能を単一のOLTブレードに収めることができるコンパクトな統合モジュールに32チャネルのトランスミッタとレシーバのコンポーネントを統合することです。 ＰＬＣ技術は、３２個のフォトダイオード、ＴＩＡ、コンデンサ、および他のサブコンポーネントを非常に高い歩留まりでＡＷＧチップ上にハイブリッド集積することを可能にする。 これは、長さがわずか約2インチのシリコンチップ上で行うことができます。 パッケージングと電子機器がこの設置面積を増やしますが、最終的にはOLTのポート密度が2倍になります。 同様に、PLCベースのトランスミッタモジュールは、32のR-SOAトランスミッタ、および各チャネルに対応する一致する光パワーモニタとともに、32チャネルすべてのWDMフィルタリングを組み合わせます。 このレベルの統合は、ほんの数年前でさえも実現不可能であっただけでなく、次世代のWDM-PONネットワークの一部が10G PONとコストおよびポート密度の観点で競合することを可能にしました。
サービスレベルの観点からすると、10G PONを含む他のPONテクノロジでは、WDM-PONが提供できるのと同じビットレートを各家庭に提供することはできません。 ユーザーあたり1250 Mbpsの帯域幅は、P2Pシステムとのみ同等ですが、WDM-PONは低コストのPONファイバープラントを利用します。 WDM-PONの導入に影響を与えてきた主な課題、すなわちコストとポート密度は、PLCをベースとした低コストの統合コンポーネントを通じて解決され始めています。
結論
WDM-PONを展開する上での最大の課題は、おそらくGEPONとGPONをそれぞれカバーするIEEEおよびITU規格に似たWDM-PON規格に到達することでしょう。 10G PONソリューションは継続的に大きなコスト圧力をかけますが、WDM-PONに業界標準を採用することで開発努力を集中させ、WDM-PONコンポーネントのコストを削減することができます。 初期セットアップコストとOLTポート密度の初期の課題が解決されるにつれて、WDM-PONの導入は増え続けます。 これは、10G PONやその他の次世代FTTHソリューションに代わる、非常に実行可能な標準ベースの代替手段となります。
