64Научно-технические разработки

предыдущая статья | оглавление | в архив | следующая статья



RFoG – новый стандарт оптических сетей


Анна Бителева Теле-Спутник - 10(168) Октябрь 2009 г.


Сегодня вопрос о целесообразности строительства КТВ с глубоким проникновением оптики уже не стоит. Практически все сети, кроме самых мелких, строятся по архитектуре оптика до дома или группы домов, если дома небольшие. И для передачи данных в большинстве случаев организуется параллельная сеть Ethernet, использующая ту же оптическую структуру. Многие операторы, начинавшие с HFC и DOCSIS, для последующего развития предпочли FTTX и параллельный Ethernet.
Такова ситуация в России и большинстве стран СНГ. Но в Западной Европе и Америке основная масса сетей КТВ была построена раньше, когда HFC-сети сильно выигрывали по стоимости перед чисто оптическими. Соответственно, для передачи данных в СКТ повсеместно используется технология DOCSIS.


DOCSIS реализована на Западе на хорошо построенных сетях и с высокой степенью сегментации, она позволяет кабельщикам успешно конкурировать с ADSL-операторами по скоростям, ценам, надежности и удобству услуг. Мультисервисные сети на базе FTTX в Европе, за исключением Скандинавии, пока представлены незначительно. Поэтому бытовой и SOHO-сектор ШПД в Западной Европе в основном поделен между операторами ADSL и КТВ.
В США ситуация несколько другая, в этом же сегменте присутствует крупный мультисервисный оператор Verizon FIOS, использующий технологии PON, преимущественно BPON.1 Он может предложить своим абонентам более выигрышные тарифы, причем привлекательность его предложений растет по мере повышения загрузки абонентами выделенных им каналов. Так как сети PON строятся на базе одной и той же физической топологии, то Verizon без особых сложностей может вводить на своих сетях все более скоростные версии PON — по мере появления потребности в этом увеличении скоростей, а также самих версий. А возможности расширения каналов в гибридных сетях на базе DOCSIS гораздо более ограниченные. То есть в перспективе разрыв с Verizon не в пользу операторов КТВ угрожает многократно увеличиться. Ведущие кабельные операторы США вынуждены были признать этот факт, и в связи с этим встал вопрос о модернизации их сетей. Просто перейти на PON по аналогии с Verizon операторы не готовы, это потребовало бы не только перестройки распределительной сети до архитектуры FTTH, но и смены всего абонентского оборудования и головной системы, включая решения по администрированию и биллингу. Причем системы EPON, наиболее популярные у кабельщиков из-за невысокой цены, хотя и заметно выигрывают у DOCSIS по пропускной способности, но не имеют системы с необходимой функциональностью OAMP. Сегодня рассматриваются варианты симбиоза транспортных возможностей EPON и механизмов администрирования сети, заложенных в DOCSIS и надстроечных стандартах Packet Cable.
Одним словом, развитие кабельного сектора в США ожидается в направлении перехода на оптические сети и постепенного введения технологий PON.
В связи с этим появилась идея создания такой архитектуры оптической сети доступа, которая могла бы заменить сегодняшние HFC-сети без необходимости перемены головного и абонентского оборудования и в то же время давала бы возможность добавления системы PON без перестройки распределительной сети. Стандарт RFoG как раз и должен регламентировать требования к топологии такой сети и оптическому оборудованию, которое в ней используется.

Архитектура сетей RFoG
В определении допустимых схем топологии разработчики исходили из требования совместимости с системами PON. Распределительные сети PON строятся по топологии «дерево», в одном волокне реализованы прямой и обратный каналы передачи данных и канал аналогового ТВ. Одно активное центральное устройство OLT рассчитано на обслуживание 32 абонентских устройств UNT, расположенных на расстоянии до 20 км.
Сеть RFoG также строится с применением волнового уплотнения, но там дополнительно выделены окна для прямого и обратного каналов DOCSIS. Для волнового уплотнения в схему включаются WDM-ремультиплексоры, устанавливаемые на ГС или в хабе.
Разветвление дерева может быть реализовано централизованным или распределенным образом. В RFoG предлагаются три варианта топологии. Первая топология, по существу, «пассивная звезда» (рис. 1). Сигнал, сформированный передатчиком, подается на усилитель, с него — на WDM-ремультиплексор, а затем прямо на ГС сигнал разделяется на 32 луча, которые расходятся к абонентам.
Простейшим в реализации сценарием является второй (рис. 2), при котором тот же делитель размещен рядом с домами абонентов, а ответвляемые линии, напротив, максимально короткие. И третий вариант (рис. 3) — распределенное ответвление. Он самый гибкий, но более затратный в плане расчета пассивов и более сложный для после-дующей модернизации.
Последние два варианта допускают наличие в канале усилителей, размещенных до начала разветвления. В любом случае, расстояние от последнего активного элемента до самого дальнего абонентского узла не должно превышать 20 км. Такая конфигурация пригодна как для передачи КТВ + DOCSIS, так и для передачи PON, который может быть введен по мере необходимости расширения полосы.
Чтобы сигналы КТВ и PON, по крайней мере основных его версий, могли ужиться в одном волокне, для каналов КТВ выбрали следующее волновое распределение. Прямой канал КТВ, объединяющий ТВ и прямой канал DOCSIS, передается на длине волны 1550 нм. ТВ, передаваемое на этом окне, будут принимать и терминалы PON. Сигналам обратного канала DOCSIS выделены две волны. Основная — 1610 нм, но в качестве опции можно использовать и 1310 нм.
Последний вариант немного дешевле основного и предназначен для сегментов, в которых в обозримом будущем не планируется запускать параллельный PON. Надо отметить, что он совместим с разрабатываемым сейчас стандартом 10G-EPON . Этот стандарт использует 1577 нм в прямом и 1270 нм в обратном направлениях. Именно из-за его появления Комитетом по стандартизации была отвергнута длина волны 1590 нм, которая использовалась передатчиками обратного канала в некоторых ранних RFoG-узлах.

Микро-узлы
Микро-узлы стандарта RFoG рассчитаны на индивидуальную установку у каждого абонента и могут быть двух типов. Первый предназначен для обслуживания сети без PON. В большинстве случаев они имеют стандартный приемник и передатчик обратного канала на 1610 нм, который опционально может быть заменен передатчиком на 1310 нм (рис. 4). Эти узлы можно устанавливать у абонентов, которым в обозримом будущем не понадобится добавление сети PON. В узлы второго типа заложена возможность подключения к ним абонентского термина PON (рис. 5).
Отличительной особенностью RFoG-узлов является импульсный режим работы лазеров обратного канала. Большую часть времени они находятся в спящем режиме и включаются только на время передачи от модема.
Переключение из одного режима в другой должно занимать менее 1,6 мкс. Это продиктовано тем, что включение лазера инициируется модемом. Лазер должен успеть включиться за время отправки восьмисимвольного сигнала синхронизации модема, который в самом скоростном режиме DOCSIS 3.0 занимает как раз 1,6 мкс.
Введение импульсного режима в первую очередь связано с тем, что разработчики опасаются взаимных биений сигналов лазеров Optical Beat Intermodulation (OBI). При сложной комбинации частот и модуляций, которые потенциально могут присутствовать в одном волокне RFoG-сети, риск появления OBI плохо предсказуем. Потому разработчики предпочитают застраховаться от возможных проблем, которые могут проявиться при любом изменении конфигурации сети. По мнению специалистов, единственный надежный способ избежать проблем с OBI — с самого начала обеспечить централизованное управление режимом TDA-доступа передатчиков обратного канала к сети.
Одновременно импульсный режим снижает общий уровень шума в обратном канале и зловредное влияние возможных наводок в зашумленном диапазоне. К тому же, выявлять их источник станет гораздо проще. Таким образом, по оптимистичным оценкам экспертов, переход к RFoG позволит ввести в обратном канале модуляцию QAM64 и даже использовать диапазон 5-12 МГц, доселе отрезаемый из-за высокой зашумленности. Наличие широкой незашумленной полосы особенно ценно для внедрения DOCSIS 3.0 c его связкой из четырех каналов. А в данный момент требования RFoG к обратному каналу определяются именно возможностью реализовать там все режимы DOCSIS 3.0.
Верхняя граница прямого канала в RFoG также повышена до 1 ГГц. Таким образом, предполагается, что переход к RFoG даже без введения PON должен дать кабельщикам определенный прирост пропускной способности каналов, особенно в обратном направлении. Ну и, разумеется, переход с HFC на RFoG даст операторам хорошо известные преимущества эксплуатации оптики по сравнению с коаксиалом.

Нерешенные вопросы
Создание максимальной универсальной архитектуры, совместимой не только с сегодняшними, но и с завтрашними технологиями мультисервисной передачи RFoG —довольно проблематичная задача. Первая сложность связана с риском появления OBI.
Для обратного канала эту опасность планируется исключить соблюдением режима TDA. Тем не менее, частотный план, который обеспечит необходимое разнесение по спектру всех потенциально возможных сигналов c учетом их модуляций и WDM-уплотнения, пока окончательно не определен.
Еще один вопрос, который сейчас находится в стадии обсуждения — возможности удлинения линий RFoG за пределы стандартных 20 км. В качестве наиболее очевидного решения рассматривается применения ретрансляторов с усилением прямого канала. Это повысит гибкость и масштабируемость топологии RFoG.
Но самым насущным вопросом является обеспечение требуемого бюджета линии обратного канала. На недавнем семинаре WiSi была приведена следующая калькуляция потерь в нем:
17.0 дБ — сплиттер на 32;
2.4 дБ — потери соединителя в 6 точках (0.4 дБ/соединитель);
0.2 дБ — сварка в 6 точках;
1.5 дБ — для WDM-муфты на 1590 нм (1.4 дБ на 1550 нм);
21.1 дБ — в целом для сплиттеров, сварки, соединителей, WDM;
4.4 дБ — потери в волокне: 20 км х 0.22 дБ/км = 4.4 дБ;
25.5 дБ — суммарные потери в прямом и обратном каналах.
То есть, по достаточно оптимистичным оценкам, бюджет должен составлять около 26 дБ для сигналов ОK, передаваемых в окне 1550 нм, и, соответственно, около 29 дБ при передаче в окне 1310 нм. Надо сказать, что в российских источниках приводятся более значительные потери для сплиттеров на 32 — 20-22 дБ. Но обеспечить даже 26 дБ так, чтобы не пострадало качество передаваемого РЧ-сигнала, достаточно проблематично.
Закладывать высокую мощность в передатчик RFoG-узла нельзя по причинам финансовой нецелесообразности. Сегодня в качестве разумного компромисса рассматривается уровень в +3 dBm.
При уровне потерь в 26 дБ на головной оптический приемник будут приходить сигналы с уровнем -24 dBm (рис. 6). В то же время, сегодняшние оптические приемники смогут работать только с сигналами низких модуляций. Принять сигнал 64QAM и преобразовать его в радиочастотный с требуемым уровнем MER (30 дБ) они в принципе неспособны. Прием 64QAM возможен при входных уровнях не хуже -20 dBm, причем только при оптимальном РЧ-уровне на выходе модема и только для одного канала. В то же время в DOCSIS 3.0 предполагается передача связки из четырех каналов. То есть ясно, что бюджет обратного канал — слабое место системы, не позволяющее реализовать потенциал DOCSIS 3.0.
Одно из возможных решений проблемы предложила компания Alloptic. Она разработала оптические приемники с пониженной спект-ральной плотностью шумового тока. Если у стандартных приемников она составляет 7 пАvГц, то в новых приемниках Alloptic она снижена до 1,5 пАvГц. Снижение шума приемника позволяет повысить выходной MER примерно на 7 дБ (рис 7), расширив возможности работы с модуляции 64QAM.
А компания Cisco предлагает заменить традиционную амплитудную модуляцию сигнала лазера частотной. Потери в линии не влияют на амплитуду частотной модуляции. Поэтому качество принимаемого на GS RF сигнала не зависит от удаленности передающего узла, хотя, разумеется, уровень сигнала должен быть достаточным для детектирования. Это позволило бы решить вопрос с бюджетом и обеспечило бы одинаковые условия приема от разноудаленных узлов. Однако этот метод кажется малореалистичным ввиду отсутствия частотно-модулируемых передатчиков на массовом рынке.

Перспективы
По мнению экспертов, в перспективе RFoG может позволить операторам относительно безболезненно перейти от гибридной к чисто оптической топологии. Но темпы этого перехода, скорее всего, будут невысокими, так как хорошо построенные HFC-сети пока позволяют им сохранять конкурентоспособность в своем секторе. В странах СНГ, где уже несколько лет наблюдается повсеместный переход к оптической архитектуре с параллельным Ethernet, появление отработанных и недорогих решений для RFоG сможет повысить привлекательность PON, особенно для районов с не очень плотной застройкой.
Сегодня над решениями для RFoG в основном работают американские компании. Кроме уже упомянутой Alloptic, оптическое оборудование для RFoG уже предлагают Motorola, Aurora Networks, Commsope, Harmonic и другие. Решение для совместного использования DOCSIS и PON под единой системой администрирования от DOCSIS подготовила компания Hitachi Networks, а Cisco предложила схему масштабирования имеющихся систем DOCSIS с использованием возможностей оптической архитектуры. Оба решения уже описаны в обзоре выставки ANGA Cable 09, опубликованном в июльском номере журнала.
В то же время практика показывает, что технологии, сгенерированные американским рынком, имеют склонность распространяться на Западную Европу, где имеется много кабельных сетей с американским капиталом, и это неизбежно влияет на рыночный расклад в странах СНГ. Таким образом, и технология RFoG, созданная под задачи американских кабельщиков, со временем должна проявить себя и на наших рынках.

Краткая справка по стандартам PON
BPON — Broadband PON (ITU-T G.983.х). Усовершенствованная версия стандарта A-PON, разработанная на основе технологии АТМ (Asynchronous Transfer Mode). Самая распространенная версия этого стандарта позволяет передавать 622 Мбит/с в прямом канале (длина волны —1490 нм) и 155 Мбит/с в обратном (длина волны — 1310 нм). Допускается также добавление ТВ-вещания в окне 1550 нм.
GPON — Gigabit PON (ITU-T G-984.х). Был создан для расширения возможностей BPON. В нем существенно увеличена полоса передачи и расширен арсенал транспортных протоколов. Помимо ATM, в GPON может использоваться TDM (Time Division Multiplexing) и Ethernet, который де-факто наиболее распространен в GPON. Частотное распределение каналов этот стандарт унаследовал от BPON .
Что касается скоростей передачи, то GPON предлагает еще больше вариантов, чем BPON. Наиболее распространенная версия, реализованная на базе Ethernet, обеспечивает скорости 2,488 Гбит/с в прямом канале и 1,2444 ГБит/с в обратном, а самая скоростная дает два симметричных канала по 2,488 Гбит/с.
GPON используется почти исключительно в сетях телко-операторов . Консорциум FSAN, занимающийся этой веткой стандартов PON, разработал для GPON развернутую систему администрирования OAMP, которая позволяет предоставлять на его базе услуги коммерческим организациям.
EPON — Ethernet PON (IEEE.802.3 ah). Как следует из названия, эта технология была разработана на базе Ethernet, у которого с небольшими изменениями позаимствованы форматы кадров и физические интерфейсы. Наиболее распространенная сегодня версия EPON поддерживает 1 Гбит/с в обоих направлениях. В связи с этим его иногда называют GEPON’ом. Более скоростная версия позволяет в прямом направлении передавать 2,5 Гбит/с. Этот стандарт дешевле в реализации, чем GPON, но он не обладает механизмами, необходимыми для предоставления коммерческих услуг, поэтому в основном используется для обслуживания бытового сектора, в том числе операторами КТВ. Пока он рассматривается как первый кандидат на добавление в сети RFoG. Одним из актуальных направлений для сетей RFoG является создание симбиозных решений, сочетающих транспортные возможности EPON c хорошо отработанной ОАМP-системой DOCSIS.
Предполагаются две версии стандарта — ассиметричная 10 Гбит /с /1 Гбит/с и симметричная — по 10 Гбит/с в каждом направлении. Этот стандарт использует отличные от предыдущих оптические окна передачи. Поток прямого направления будет передаваться на длине волны 1577 нм, а обратного — на длине волны 1270 нм. Оборудование для первой версии должно появиться в ближайшее время. Предполагается, что он будет максимально возможно совместим с GEPON.
Надо отметить, что пропускная способность любого PON в принципе может быть увеличена в разы за счет использования волнового уплотнения любого из каналов.


 
Теле-Спутник Октябрь 2009
наверх
 



Уважаемые посетители!
В связи с полной реконструкцией Архива, возможны ситуации, когда текст будет выводиться не полностью или неправильно (отсутсвие статей в некоторых номерах это не ошибка). Если заметите какие-то ошибки, то, пожалуйста, сообщите нам о них. Для связи можете воспользоваться специальной формой:

Номер журнала: *
Страница: *
Дополнительные сведения: *
Желательно четко опишите замеченную проблему - это поможет быстрее ее решить.
Мы не отвечаем на вопросы! Их следует задавать на нашем форуме!
Антиспам: * Нажмите мышкой на синий квадрат:


Поля, помеченные звездочкой (*)
обязательны для заполнения





Новый сайт