10G+ PON
Los sistemas de redes ópticas pasivas (PON) son la opción tecnológica más común cuando se trata de ofrecer a los clientes servicios ópticos de banda ancha gigabit y multigigabit, ya que superan la capacidad de xDSL u otras tecnologías conectadas por cobre.
Desde hace más de 20 años existen diversos estándares tecnológicos que permiten los servicios de banda ancha por fibra. Durante este periodo, la capacidad de estos sistemas ha pasado de velocidades inferiores a gigabit a sistemas de nivel gigabit, y actualmente existen ya sistemas de 10 gigabit y superiores.
DZS proporciona plataformas y una gama de soluciones que actualmente implementan estas tecnologías PON con un rendimiento líder en el sector y una flexibilidad impulsada por el software, con diseños extensibles que están preparados para admitir los nuevos estándares emergentes.
¿Por qué redes ópticas pasivas?
Rendimiento óptico multigigabit
La banda ancha óptica supera los límites físicos de las tecnologías basadas en el cobre y proporciona redes de banda ancha de alta velocidad y baja latencia para la era del metaverso
Banda ancha óptica, rentable y omnipresente
La tecnología de red pasiva bidireccional de una sola fibra minimiza los costes, la complejidad y el tiempo de instalación de los equipos y la infraestructura
Un camino hacia el futuro
La tecnología PON sigue evolucionando y ofrece más opciones para aumentar el rendimiento y la capacidad de las redes ópticas existentes
GPON - G.984
Creadas inicialmente en 2003 y puestas en práctica en 2004, las redes ópticas pasivas con capacidad de gigabit (GPON) se han convertido en la tecnología predominante de las modernas redes ópticas de banda ancha basadas en paquetes. La familia de especificaciones UIT-T G.984 define las características generales, la capa física (PMD), la capa de convergencia de transmisión (TC) y los aspectos operativos de esta tecnología.
Al igual que muchos sistemas de red óptica pasiva (PON), GPON utiliza tecnología WDM para combinar señales ascendentes y descendentes en una red de fibra de un solo hilo que va desde el concentrador de acceso en un emplazamiento del proveedor de servicios (un terminal de línea óptica u “OLT”) hasta cada dispositivo de demarcación del lado del abonado (denominado terminal de red óptica u “ONT”).
Para ello se utilizan transceptores ópticos bidireccionales especializados que pueden transmitir y recibir simultáneamente en diferentes longitudes de onda correspondientes a los sentidos ascendente y descendente del tráfico. En el caso de GPON, la longitud de onda descendente se envía desde un OLT a un ONT a 1490 nm, y la longitud de onda ascendente utilizada desde el ONT al OLT es de 1310 nm. Para cada uno de estos canales, una tolerancia designada alrededor de la longitud de onda central especificada acomoda las variaciones en la anchura de la línea espectral y la estabilidad de frecuencia de los láseres de transmisión – en la práctica esto puede ser una variación de 10-20 nm por encima o por debajo de la longitud de onda designada, aunque la espeficación puede permitir hasta 50 nm de variación a cada lado.
La velocidad máxima de bajada de GPON es de 2,488 Gbps, y la de subida es de 1,244 Gbps, lo que la hace idónea para el acceso a Internet de alta velocidad (HSIA) y aplicaciones residenciales de banda ancha, donde suele haber un patrón de tráfico asimétrico con una mayor proporción de tráfico de bajada.
La red de distribución óptica (ODN) para GPON es un conjunto de conexiones de fibra entre cada dispositivo o puerto OLT y hasta 64 dispositivos ONT asociados. Se utiliza un elemento divisor óptico pasivo -que suele hacer uso de la tecnología PLC- para dividir la luz emitida desde la interfaz de fibra única del transceptor OLT en 2, 4, 8, 16, 32 o 64 puertos que, a su vez, están conectados a los dispositivos ONT que dan servicio a los abonados.
La ODN es una sola red óptica compartida que presta servicio a múltiples terminales, por lo que la capa de convergencia de transmisión (TC) GPON incluye funcionalidades para controlar las asignaciones de ancho de banda ascendente y descendente en toda la red, ofreciendo una calidad de servicio especial para las conexiones individuales de los abonados. Estas políticas se aplican a los llamados contenedores de transmisión (T-CONT), y cada uno de estos contenedores se asocia a su vez con las conexiones lógicas individuales que transportan el tráfico de paquetes utilizando las tramas del método de encapsulación GPON (GEM).
XGS-PON - G.9807
Con el fin de ofrecer un modo de aumentar el rendimiento en las redes ópticas pasivas que sucediera a la implementación de GPON de 2,4 Gbps / 1,2 Gbps, las tecnologías PON de 10 Gigabits empezaron a surgir en las operaciones de normalización en torno a 2010. El más extendido es un servicio PON bidireccional de 10 Gbps totalmente simétrico denominado XGS-PON, definido por la familia de especificaciones UIT-T G.9807.
La implementación de XGS-PON continúa con procedimientos de capa MAC y TC similares a GPON, utilizando la estructura de trama X-GEM. La capa PMD / PHY se amplía al funcionamiento simétrico con velocidades de subida y bajada de 9,953 Gbit/s.
Para permitir el funcionamiento simultáneo de XGS-PON y GPON en la misma ODN, se utiliza un conjunto de longitudes de onda distinto de las asignadas para GPON, lo que permite la “coexistencia” de tráfico y dispositivos para los OLT y ONT XGS con los OLT y ONT GPON existentes. La longitud de onda descendente utilizada en XGS-PON es de 1577 nm, frente a los 1490 nm de GPON, y la longitud de onda ascendente correspondiente es de 1270 nm en lugar de 1310 nm. Esta separación entre las longitudes de onda designadas simplifica el filtrado de las tecnologías coexistentes, al tiempo que permite tolerancias para cada uno de los canales ascendentes y descendentes.
Una mejora adicional de XGS-PON incluye dos nuevas clases de potencia ampliadas que permiten topologías de red de distribución óptica de mayor alcance y con hasta el doble del índice de división utilizada en GPON. Las clases de potencia ampliada E1 y E2 permiten una pérdida máxima del recorrido óptico de 33 dB y 35 dB, respectivamente. Esta disposición posibilita un mayor número total de abonados por ODN para utilizar plenamente el mayor ancho de banda, con un máximo teórico de 256 por puerto OLT.
50G-PON - G.9804
A finales de 2021, se establecieron las especificaciones iniciales para introducir una nueva tecnología que sucediera a XGS-PON en el marco de la UIT de los estándares TDM PON. La familia de estándares UIT-T G.9804 para 50G-PON también se conoce como “G.hsp” o “Higher Speed PON”, denominación utilizada mientras se formulaba el proyecto.
La definición de la capa PMD / PHY para 50G-PON utiliza una tasa de bits descendente de 49,7664 Gbps, y ofrece la opción de una tasa de bits ascendente de 12,4416 Gbps o 24,8832 Gbps. Este estándar también prevé un funcionamiento simétrico con una tasa de bits ascendente de 49,7664 Gbps, pero las especificaciones y procedimientos de este modo aún están por definir.
Al igual que en los casos anteriores, 50G-PON mantiene procedimientos de capa MAC y TC similares a los de otros estándares PON TDM del UIT-T, aunque existen algunos cambios notables; por ejemplo, se añade un algoritmo de comprobación de paridad de baja densidad (LDPC) de mayor rendimiento para la corrección de errores hacia delante (FEC), con el fin de mitigar los efectos de la dispersión óptica y mejorar la relación señal/ruido (SNR) efectiva para la mayor velocidad binaria de bajada.
La longitud de onda de bajada designada para 50G-PON es de 1342 nm, y admite dos opciones de longitud de onda de subida. La primera opción, de 1270 nm, ofrece la coexistencia con los servicios GPON tradicionales, que utilizan una longitud de onda ascendente de 1310 nm. La segunda opción para la longitud de onda ascendente de 50G-PON -1300 nm- permite la coexistencia con las ODN XGS-PON que utilizan la longitud de onda ascendente de 1270 nm.
Los estándares establecidos hasta ahora para 50G-PON se centran en la tecnología PON de multiplexación por división de tiempo (TDM), en la que la asignación de ancho de banda en intervalos individuales para cada dispositivo en una ODN común se implementa mediante la capa de convergencia de transmisión (TC), como en XGS-PON, y GPON.
Otras tecnologías PON
La familia de estándares 50G-PON también prevé la adición de una funcionalidad TWDM PON en el futuro, que podría permitir superponer múltiples longitudes de onda adicionales a una ODN para aumentar su capacidad total de forma lineal varias veces.
Mientras la estandarización y la implantación comercial de la tecnología 50G-PON siguen pendientes, ha avanzado el desarrollo de otras tecnologías provisionales como la 25GS PON, que fue autorizada originalmente a finales de 2020 por el 25GS-PON MSA Group. Esta tecnología mantiene los procedimientos de la capa MAC / TC de XGS-PON, con una modificación para adoptar la capa PHY y la tecnología de transceptores de los estándares IEEE EPON.
Todas las tecnologías TDM y WDM PON destacadas en otras secciones de este texto se basan en técnicas de modulación de intensidad y detección directa (IM-DD) en el diseño de transceptores ópticos, que tienen varias limitaciones fundamentales en la posibilidad de nuevas ampliaciones de rendimiento, alcance, flexibilidad, etc. Para seguir avanzando en los sistemas PON superiores que funcionan a 100 Gbps y más, es probable que sea necesario adoptar tecnología de los ámbitos de la transmisión óptica coherente y la DWDM, incluido el uso de técnicas avanzadas de modulación y/o detección coherente, para que estos sistemas sean técnicamente viables. Actualmente se están desarrollando marcos normativos preliminares para estas tecnologías emergentes y ya son posibles las primeras demostraciones tecnológicas de algunos de estos conceptos.
