10G+ 수동형 광 네트워크
수동형 광 네트워크(PON) 시스템은 xDSL 또는 기타 Copper 연결 기술의 한계를 뛰어넘어, 고객에게 기가비트급 및 멀티 기가비트 광 브로드밴드 서비스를 제공하는 데 있어 가장 널리 사용되는 기술입니다.
20년 이상 광통신 기반 브로드밴드 서비스를 지원하는 여러 기술 표준이 있었습니다. 이 기간 동안 이러한 시스템의 성능은 기가비트 미만의 속도에서 기가비트급 시스템으로, 그리고 이제는 10기가비트 수준의 시스템 및 그 이상으로 발전했습니다.
DZS는 이처럼 업계 최고 수준의 성능 및 소프트웨어를 기반으로 하는 유연성 그리고 신흥 표준을 지원할 수 있는 확장 가능한 설계와 함께, 오늘날 상업적으로 성공한 수동형 광 네트워크 기술을 구현하는 다양한 솔루션과 플랫폼을 제공합니다.
왜 수동형 광 네트워크인가?
멀티 기가비트 광통신 성능
광 브로드밴드는 Copper 기반 기술의 물리적 한계를 초월하여 메타버스 시대에 알맞은 저지연 고성능 브로드밴드 네트워킹을 제공합니다.
비용 효율적인 보급형 광 브로드밴드
단일 광통신 양방향 수동형 네트워크 기술로 비용, 복잡성과 장비 및 인프라 설치 시간이 최소화됩니다.
미래로 가는 길
수동형 광 네트워크 기술의 지속적인 발전으로 더욱 다양한 고성능 옵션이 제공되며, 기존의 광 네트워크를 향후 오랫동안 사용할 수 있습니다.
기가비트 수동형 광 네트워크 - G.984
2003년에 개발되어 2004년부터 사용된 기가비트 수동형 광 네트워크(GPON)는 오늘날 주된 패킷 기반의 광 브로드밴드 네트워크 기술로 자리잡았습니다. ITU-T G.984 계열 사양은 이 기술의 일반 특성, 물리적(PMD) 레이어, 전송 컨버전스(TC) 레이어 및 운영 측면을 정의합니다.
기가비트 수동형 광 네트워크는 여러 수동형 광 네트워크(PON) 시스템과 마찬가지로, 파장 분할 다중화 기술을 사용하여 업스트림 신호와 다운스트림 신호를 한 가닥의 광섬유 네트워크에서 결합합니다. 이러한 네트워크는 서비스 사업자 현장의 액세스 집중 장치(광 회선 단말(OLT))에서부터 각 가입자 측 분계 기기(광 네트워크 단말기(ONT))까지 연결됩니다.
이러한 작업은 특수 양방향 광 트랜시버를 사용하여 수행됩니다. 특수 양방향 광 트랜시버는 트래픽의 업스트림 방향과 다운스트림 방향에 상응하는 여러 파장을 동시에 송수신할 수 있습니다. 기가비트 수동형 광 네트워크의 경우에는 1490nm의 다운스트림 파장이 광 회선 단말에서 광 네트워크 단말로 전송되며, 광 네트워크 단말에서 광 회선 단말로 전송되는 업스트림 파장은 1310nm입니다. 각 채널에서는 특정 중심 파장의 지정 공차가 전송 레이저의 주파수 안정성과 스펙트럼 선폭 편차를 수용합니다. 사양 기준으로는 상하 최대 50nm의 편차가 허용되나, 실제로는 지정 파장 기준으로 상하 10~20nm의 편차가 발생할 수 있습니다.
기가비트 수동형 광 네트워크의 최대 다운스트림 비트레이트 속도는 2.488Gbps이며, 일반적인 사용에서 업스트림 속도는 1.244Gbps입니다. 따라서 기가비트 수동형 광 네트워크는 고속 인터넷 액세스(HSIA) 및 일반적으로 다운스트림 트래픽 비율이 더 높은 비대칭형 트래픽 패턴이 나타나는 주거용 브로드밴드 애플리케이션에 적합합니다.
기가비트 수동형 광 네트워크를 위한 광 분배망(ODN)은 각 광 회선 단말기나 포트와 최대 64대의 관련 광 네트워크 단말기 간 광통신 연결의 모음입니다. 광 회선 단말 트랜시버의 단일 광통신 인터페이스에서 방출된 빛을 가입자의 광 네트워크 단말기와 연결된 2개, 4개, 8개, 16개, 32개 또는 64개의 포트로 나누는 데에는 보통 평면 광파 회로 기술이 적용된 수동형 광 분할 요소를 사용합니다.
광 분배망은 여러 개의 단말기에 서비스를 제공하는 단일 공유 광 네트워크이며, 따라서 기가비트 수동형 광 네트워크 송신 컨버전스(TC) 레이어는 네트워크 전체에 걸쳐 업스트림 및 다운스트림 대역폭 할당을 제어할 수 있는 기능을 포함하여 규정된 서비스 품질의 개별 가입자 연결을 제공합니다. 이러한 정책은 송신 컨테이너(T-CONT)에 적용되며, 각 컨테이너는 기가비트 수동형 광 네트워크 캡슐화 메서드(GEM) 프레임을 사용하여 패킷 트래픽을 전달하는 각 논리적 연결과 연관되어 있습니다.
XGS-PON - G.9807
2.4Gbps/1.2Gbps 기가비트 수동형 광 네트워크 구현 후 수동형 광 네트워크의 성능을 향상하기 위해 2010년경부터 10기가비트 수동형 광 네트워크 기술이 표준화에 나서기 시작했습니다. 이중 가장 뚜렷한 기술은 ITU-T G.9807 사양군에 의해 정의된 XGS-PON이라는 완전대칭형 10Gbps 양방향 수동형 광 네트워크 서비스입니다.
XGS-PON 구현은 X-GEM 프레임 구조를 사용하는 기가비트 수동형 광 네트워크 유사 기술인 MAC 및 TC 레이어 절차로 계속되고 있습니다. PMD/PHY 레이어는 9.953Gbit/s의 업스트림 및 다운스트림 속도를 사용하여 대칭형 작동으로 연장됩니다.
동일한 광 분배망에서 XGS-PON 및 기가비트 수동형 광 네트워크의 동시 작동을 지원하기 위해 기가비트 수동형 광 네트워크에 할당된 파장과 다른 파장이 사용됩니다. 이를 통해 XGS 광 회선 단말과 광 네트워크 단말을 위한 트래픽 및 기기와 기존 기가비트 수동형 광 네트워크의 광 회선 단말 및 광 네트워크 단말의 ‘공존’이 가능합니다. XGS-PON에 사용되는 다운스트림 파장은 1577nm(기가비트 수동형 광 네트워크의 경우 1490nm)이며, 이에 상응하는 업스트림 파장은 1270nm(기가비트 수동형 광 네트워크의 경우 1310nm)입니다. 이처럼 지정된 파장의 분리는 공존 기술의 필터링을 더욱 간편하게 하며, 동시에 업스트림 및 다운스트림 채널의 개별적인 공차를 허용합니다.
이외에도 XGS-PON의 개선 사항으로는 확대된 신규 전력 등급 2개가 있는데, 광 분배망 위상의 도달 범위를 연장하고 기가비트 수동형 광 네트워크의 분할률 대비 최대 2배의 분할률을 지원합니다. E1 및 E2 확대 전력 등급은 각각 33dB, 35dB의 최대 광 경로 손실을 허용합니다. 이러한 프로비전은 광 분배망당 더 많은 총 가입자를 지원하여 증대된 대역폭을 온전히 활용할 수 있게 합니다(이론적 최대치: 광 회선 단말 포트 1개당 256명).
50G-PON - G.9804
2021년 하반기에는 TDM PON 표준의 ITU 프레임워크에서 XGS-PON을 계승할 신규 기술을 도입하기 위해 최초 사양이 확립되었습니다. 50G-PON을 위한 ITU-T G.9804 표준군은 ‘G.hsp’ 또는 ‘고속 수동형 광 네트워크’로도 알려져 있습니다. 이러한 명칭은 프로젝트 생성 중 사용되었습니다.
50G-PON의 PMD/PHY 레이어 정의는 49.7664Gbps 다운스트림 비트레이트를 사용하며, 12.4416Gbps 또는 24.8832Gbps의 업스트림 비트레이트를 옵션으로 제공합니다. 또한 이 표준은 49.7664Gbps 업스트림 비트레이트의 대칭형 작동으로 예상되지만, 이 모드의 사양과 절차는 아직 미정입니다.
이전 사례와 마찬가지로 50G-PON은 여타 ITU-T TDM PON 표준과 유사한 MAC 및 TC 레이어 절차를 유지합니다. 단, 광 분산의 영향을 완화하고 보다 높은 다운스트림 비트레이트의 실질 신호 대 잡음비(SNR)를 개선하기 위해 순방향 오류 정정(FEC)을 위한 더 높은 성능의 저밀도 패리티 체크(LDPC) 알고리즘이 추가되는 등, 일부 중요한 변경 사항도 있습니다.
50G-PON의 지정 다운스트림 파장은 1342nm이며, 두 가지의 업스트림 파장 옵션이 지원됩니다. 첫 번째 옵션인 1270nm를 선택하면 1310nm의 업스트림 파장을 사용하는 전통적인 기가비트 수동형 광 네트워크 서비스와의 공존이 가능합니다. 두 번째 50G-PON 업스트림 파장 옵션인 1300nm를 선택하면 1270nm의 업스트림 파장을 사용하는 XGS-PON 광 분배망과의 공존이 가능합니다.
현재까지 50G-PON에 대해 확립된 표준의 경우, 시간 분할 멀티플렉싱(TDM) 수동형 광 네트워크 기술에 초점이 맞추어져 있습니다. 시간 분할 멀티플렉싱 수동형 광 네트워크 기술에서는 XGS-PON과 기가비트 수동형 광 네트워크와 마찬가지로 송신 컨버전스(TC) 레이어가 공통의 광 분배망상 기기에 각기 다른 간격으로 대역폭을 할당합니다.
기타 수동형 광 네트워크 기술
또한 50G-PON 표준군에서는 향후 TWDM 수동형 광 네트워크 기능의 추가가 예상됩니다. TWDM 수동형 광 네트워크 기능이 추가되면 여러 추가 파장을 광 분배망에 겹쳐서 총 용량을 선형으로 몇 배나 늘릴 수 있습니다.
50G-PON 기술의 표준화와 상용화 시행은 아직 보류 중이나, 2020년에 25GS-PON MSA Group에 의해 최초로 승인된 25GS PON과 같은 기타 중간 기술의 개발은 계속 이어져 왔습니다. 25GS PON은 XGS-PON의 MAC/TC 레이어 절차를 유지하되, IEEE EPON 표준의 PHY 레이어와 트랜시버 기술을 적용하도록 변형되었습니다.
본문에 명시된 모든 TDM 및 WDM 수동형 광 네트워크 기술은 광 트랜시버 설계에 있어 강도 변조 및 직접 탐지(IM-DD) 기법을 사용합니다. 이러한 기법은 여러 측면에서 처리량, 도달, 유연성 등의 확장 가능성이 본질적으로 제한됩니다. 100Gbps 이상의 속도로 작동하는 더 높은 수준의 수동형 광 네트워크 시스템으로의 발전을 고려하면, 이러한 시스템을 기술적으로 실현하기 위해 고급 변조 기법이나 Coherent 탐지 등, Coherent Optics 및 DWDM 도메인의 기술 적용이 요구될 가능성이 높습니다. 이러한 신흥 기술을 위한 예비 표준 프레임워크가 개발되는 중이며, 이러한 컨셉 중 일부의 초기 기술 시연도 이미 가능합니다.
