अगली पीढ़ी के लिए व्यवहार्य वैकल्पिक एफटीटीएच - डब्ल्यूडीएम-पीओएन

अगली पीढ़ी के FTTH के लिए व्यवहार्य विकल्प - WDM-PON

परिचय
हाल के वर्षों में, ज्यादातर एफटीटीएच की तैनाती उद्योग मानक प्रौद्योगिकियों जैसे कि गीगाबिट ईथरनेट पैसिव ऑप्टिकल नेटवर्क (GEPON) और गीगाबिट PON (GPON) पर आधारित है। इन तैनाती की सफलता से सिस्टम आर्किटेक्चर और इन प्रणालियों को बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले घटकों दोनों में महत्वपूर्ण नवीनता आई है, और निष्क्रिय ऑप्टिकल नेटवर्क की अगली पीढ़ी अनिवार्य रूप से आज की तुलना में कहीं अधिक उन्नत होगी।

PON विकास में सबसे आगे दो अलग-अलग दृष्टिकोण हैं जो अगली पीढ़ी की प्रणालियों के लिए प्रतिस्पर्धा करते दिखाई देते हैं: 10 Gbps PON (10G EPON या 10G GPON), और WDM-PON। प्रत्येक दृष्टिकोण के अपने फायदे और अपने स्वयं के मुद्दे हैं, लेकिन हाल के वर्षों में दोनों नई प्रौद्योगिकियों के साथ प्रगति में तेजी आई है। इस लेख में हम WDM-PON पर ध्यान केंद्रित करेंगे, और कुछ चुनौतियों और नई प्रौद्योगिकियों की जांच करेंगे जो इसे अगली पीढ़ी के प्लेटफार्मों के लिए एक बहुत ही व्यवहार्य प्रतियोगी बना रही हैं। जबकि WDM-PON को कोरिया में पहले ही सफलता मिल चुकी है, GEPON और GPON प्रौद्योगिकियों की तुलना में दुनिया के अन्य हिस्सों में इसके गोद लेने की लागत अपेक्षाकृत धीमी है। ऐसा लगता है कि WDM-PON अगली पीढ़ी के FTTH परिनियोजन के लिए 10G PON और पॉइंट-टू-पॉइंट (P2P) सिस्टम के साथ हेड-टू-हेड प्रतिस्पर्धा करता है।

आर्किटेक्चर
एक WDM-PON नेटवर्क में सिस्टम आर्किटेक्चर एक अधिक पारंपरिक GEPON या GPON सिस्टम से काफी भिन्न नहीं है, हालांकि वास्तव में नेटवर्क कैसे संचालित होता है यह पूरी तरह से अलग है। हालांकि हम इस लेख में सभी तकनीकी विवरणों पर चर्चा नहीं करेंगे, WDM-PON का अंतिम परिणाम प्रत्येक ग्राहक के लिए एक तरंग दैर्ध्य है। यह अधिक पारंपरिक पीओएन आर्किटेक्चर के विपरीत है जहां एक ऑप्टिकल फ़ीड 32 या अधिक उपयोगकर्ताओं के बीच साझा किया जाता है। उस मामले में प्रत्येक घर एक ही तरंग दैर्ध्य पर संचालित होता है, और मुख्य फाइबर पर 1/32 ^एनडी टाइम स्लॉट आवंटित किया जाता है। WDM-PON में प्रत्येक घर को अपनी तरंग दैर्ध्य दिया जाता है और उस तरंगदैर्ध्य पर फाइबर का निरंतर उपयोग होता है। WDM-PON नेटवर्क का एक बहुत ही उच्च-स्तरीय दृश्य नीचे दिए गए चित्र में चित्रित किया गया है।

एक मानक पीओएन प्रणाली में, एक एकल फाइबर केंद्रीय कार्यालय (सीओ) से एक पड़ोस तक चलता है, जिसके बिंदु पर एक निष्क्रिय 1 × 32 फाड़नेवाला 32 अलग-अलग घरों में ऑप्टिकल सिग्नल को विभाजित करता है। वस्तुतः सभी पीओएन प्रौद्योगिकियां द्वि-दिशात्मक (बीडीआई) संचार को सक्षम करने के लिए वेवलेंथ डिवीजन मल्टीप्लेक्सिंग (डब्ल्यूडीएम) के कुछ रूप पर निर्भर करती हैं। उदाहरण के लिए, एक विशिष्ट GPON सिस्टम में, अपस्ट्रीम संचार 1310 एनएम तरंग दैर्ध्य पर चलता है, जबकि डाउनस्ट्रीम यातायात 1490 एनएम पर चलता है। वीडियो ओवरले के लिए 1550 एनएम पर एक तीसरी तरंग दैर्ध्य का उपयोग किया जाता है। तो PON सिस्टम में WDM का उपयोग पहले से ही बहुत सामान्य है। हालाँकि, किसी विशिष्ट GPON या GEPON सिस्टम में सभी ग्राहक समान सामान्य तरंग दैर्ध्य का उपयोग करते हैं। इसका मतलब है कि उन्हें फाइबर इंफ्रास्ट्रक्चर को साझा करना होगा, जो टाइम डिवीजन मल्टीप्लेक्सिंग (टीडीएम) के माध्यम से किया जाता है। उन 32 घरों में से प्रत्येक एक ही फाइबर पर प्रसारित होता है, लेकिन जिस समय वे फाइबर को "कब्जे" करने की अनुमति सीओ को ऑप्टिकल लाइन टर्मिनल (ओएलटी) द्वारा आवंटित की जाती है। जबकि प्रत्येक घर में उपकरण संचारित करने में सक्षम है। 1250 एमबीपीएस से अधिक, यह केवल फाइबर पर अपने आवंटित समय के दौरान ऐसा कर सकता है, और इसलिए यह एक विरासत PON प्रणाली में प्रत्येक ग्राहक के लिए केवल 30 एमबीपीएस की निरंतर डेटा दरों को प्राप्त करने के लिए असामान्य नहीं है।

आम फाइबर साझा करने वाले कई उपयोगकर्ताओं की यह अवधारणा एक एफटीटीएच तैनाती में आवश्यक फाइबर बुनियादी ढांचे को कम करने में मदद करती है। हालांकि, फाइबर का यह साझाकरण ग्राहकों को उच्च डेटा दरों को सीमित करने वाले मुख्य कारकों में से एक है। WDM-PON प्रभावी रूप से उसी फाइबर इंफ्रास्ट्रक्चर का उपयोग करने की अनुमति देता है, जबकि प्रत्येक ग्राहक को उपलब्ध पूर्ण 1250 एमबीपीएस तक पहुंचने की अनुमति देता है। नेटवर्क में कई परिवर्तन हैं जो उस परिवर्तन को सक्षम करने के लिए आवश्यक हैं। पहले की आवश्यकता है कि निष्क्रिय 1 × 32 स्प्लिटर्स को निष्क्रिय 1 × 32 चैनल डिमालीटिप्लेक्सर्स (जैसे एक 32-चैनल डीडब्लूडीएम डेमूक्स) द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, आमतौर पर उपर्युक्त एरेगेड वेवगाइड ग्रेट्स (एडब्ल्यूजी), जैसा कि ऊपर दिए गए चित्र में दिखाया गया है। यह 32 विभिन्न तरंग दैर्ध्य को आम फाइबर के नीचे प्रसारित करने की अनुमति देता है, और फिर प्रत्येक घर को अपनी खुद की तरंग दैर्ध्य आवंटित किया जाता है।

लाभ
अधिक पारंपरिक पीओएन प्रणालियों पर WDM-PON वास्तुकला के कई फायदे हैं।

लागत चुनौती
WDM-PON के साथ मुख्य चुनौती लागत है । चूंकि प्रत्येक ग्राहक को अपनी स्वयं की तरंग दैर्ध्य आवंटित किया जाता है, यह बताता है कि ओएलटी को 32 विभिन्न तरंग दैर्ध्य बनाम एक साझा तरंग दैर्ध्य पर प्रसारित करना होगा जैसा कि अधिक पारंपरिक पीओएन सिस्टम में पाया जाता है। इसी तरह, यह आवश्यक है कि एक लिंक पर 32 घरों में से प्रत्येक एक अलग तरंग दैर्ध्य पर काम करता है यह सुझाव देता है कि प्रत्येक ONT को एक महंगी ट्यून करने योग्य लेजर की आवश्यकता होती है जिसे किसी विशेष घर के लिए सही तरंग दैर्ध्य के लिए ट्यून किया जा सकता है। यह विशेष रूप से प्रारंभिक सेट-अप लागतों में बहुत ही निषेधात्मक होगा, और WDM-PON प्रणालियों के शुरुआती डिजाइन में एक बड़ी बाधा थी।

अधिकांश WDM-PON प्रणालियों में, CO पर एक ब्रॉडबैंड प्रकाश स्रोत OLT ट्रांसमीटरों में एक ब्रॉडबैंड बीज संकेत भेजता है ताकि उनके संचरण को सही तरंग दैर्ध्य पर लॉक किया जा सके क्योंकि उनका डेटा मुख्य फाइबर नीचे प्रेषित होता है। मैदान में 32-चैनल AWG DEMUX में, यह संकेत 32 अलग-अलग फाइबर में विभाजित हो जाता है, प्रत्येक फाइबर में एक तरंग दैर्ध्य जा रहा है। प्रत्येक फाइबर एक अलग ओएनटी की ओर जाता है। इस आर्किटेक्चर को ONT साइट पर कोई ट्यून करने योग्य लेज़रों की आवश्यकता नहीं है, जिससे ONTs की लागत बहुत प्रतिस्पर्धात्मक हो, और वास्तव में कार्यात्मक रूप से अधिक पारंपरिक GPON ONTs के समान है।

लागत चुनौती के लिए R-SOA समाधान
अधिकांश आधुनिक डब्ल्यूडीएम-पीओएन सिस्टम अब लेजर-इंजेक्शन लॉकिंग नामक एक तकनीक पर भरोसा करते हैं, जो अपेक्षाकृत सस्ती फैब्री-पेरोट प्रकार के लेज़रों को लगभग किसी भी वांछित तरंग दैर्ध्य पर संचालित करने की अनुमति देता है। बाहरी रूप से लेजर को रिफ्लेक्टिव सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल एम्पलीफायर (R-SOA) कहा जाता है।

अन्य PON आर्किटेक्चर की तुलना में सबसे बड़ा सिस्टम परिवर्तन OLT पर आता है। WDM-PON OLT अपने GEPON या GPON समकक्षों की तुलना में काफी जटिल है। चूंकि प्रत्येक सब्सक्राइबर को अपने घर में एक पूर्ण तरंग दैर्ध्य का लाभ मिलता है, इसलिए यह भी आवश्यक है कि प्रत्येक ग्राहक के पास ओएलटी में भी अपना समर्पित ट्रान्सीवर हो। एक बार फिर, इंजेक्शन लॉकिंग यह संभव बनाता है। OLT चेसिस में एक ब्रॉडबैंड प्रकाश स्रोत शामिल होता है जो 32-चैनल AWG से होकर गुजरता है, और जिससे OLT में 32 अलग-अलग R-SOAs होते हैं। ये R-SOAs सीधे 1.25 Gbps पर संशोधित होते हैं, प्रत्येक को एक विशेष ग्राहक को आवंटित किया जाता है। यह अपेक्षाकृत उच्च पोन फाइबर संयंत्र का उपयोग करके प्रभावी रूप से एक हाईस्पीड पी 2 पी सिस्टम बनाता है।

जबकि R-SOAs और इंजेक्शन लॉकिंग WDM-PON की लागत को कम करने में मदद करते हैं, इसलिए कोई सवाल नहीं है कि GEPON और GPON नेटवर्क में उपयोग किए जाने वाले मानक घटकों की तुलना में WDM-PON घटक अधिक महंगे रहें। हालाँकि, मौजूदा PON इन्फ्रास्ट्रक्चर में से कोई भी प्रत्येक ग्राहक को लगभग एक ही डेटा दरों की पेशकश नहीं कर सकता है, इसलिए यह तुलना पूरी तरह से उचित नहीं है। वर्तमान में सबसे तुलनीय PON विकल्प अगली पीढ़ी का 10G PON होगा, लेकिन यहां तक कि 10G PON WDM-PON के साथ प्राप्य डेटा दरों से मेल नहीं खा सकता है, क्योंकि 10 Gbps 32 उपयोगकर्ताओं के बीच साझा की जाती है। मूल्य-प्रति-एमबीपीएस आधार पर, डब्ल्यूडीएम-पीओएन संभवतः अगली पीढ़ी के सिस्टम के लिए सबसे सस्ता विकल्प है।

लागत चुनौती के लिए पीएलसी समाधान
WDM-PON सिस्टम की लागत को कम करने के लिए बस मौजूदा घटकों को ट्वीक करना, अगली पीढ़ी के PON समाधानों के साथ WDM-PON को प्रतिस्पर्धी बनाने के लिए पर्याप्त नहीं होगा। इसके लिए पूरी तरह से नई घटक तकनीकों की आवश्यकता थी। आकार को सिकोड़ने और WDM-PON ONTs और OLTs की लागत कम करने के साधन के रूप में अब बहुत सारा ध्यान Planar Lightwave सर्किट (PLC) पर रखा जा रहा है। PON अनुप्रयोगों में PLC प्रौद्योगिकी का उपयोग नया नहीं है।

पीएलसी आधारित अलगानेवाला
वस्तुतः सभी पीओएन सिस्टम अपनी कम लागत, छोटे आकार और सादगी के कारण बाहरी संयंत्र में 1 × 32 पीएलसी विभाजन पर निर्भर करते हैं। इन पैसिव ऑप्टिकल स्प्लिटर्स के लिए तापमान की बहुत व्यापक सीमा पर कोई शक्ति और ओ परदा नहीं होना चाहिए।

पीएलसी-आधारित ट्रांसीवर
पीएलसी-आधारित ट्रांसीवर्स के उपयोग ने ऑप्टिकल चिप पर सभी अपस्ट्रीम और डाउनस्ट्रीम ट्रान्सीवर कार्यक्षमता को ध्वस्त करके GEPON और GPON ONTs की लागत को कम करने में मदद की है। ये पीएलसी निष्क्रिय ऑप्टिकल स्प्लिटर्स की तुलना में बहुत अधिक जटिल हैं, और इसमें डब्ल्यूडीएम फ़िल्टरिंग के साथ-साथ लेजर, डिटेक्टर, एम्पलीफायर्स और कैपेसिटर शामिल हैं, जो सभी हाइब्रिड एक आम पीएलसी सब्सट्रेट पर एकीकृत हैं। पिछले दशक में पीएलसी एकीकरण प्रौद्योगिकी में कई प्रगति ने वास्तव में क्रांति ला दी है कि ऑप्टिकल चिप पर कार्यक्षमता क्या है।

पीएलसी-आधारित AWG
WDM-PON नेटवर्क 1-32 पावर स्प्लिटर के स्थान पर 32-चैनल एटरल AWG के साथ शुरू होता है। 32 अलग-अलग घरों के बीच ऑप्टिकल शक्ति को विभाजित करने के बजाय, एअरलल एडब्ल्यूजी प्रत्येक घर में एक तरंग दैर्ध्य को विभाजित करता है। ये निश्चित रूप से पीएलसी-आधारित घटक भी हैं, और उनके athermal डिजाइन के लिए कोई शक्ति की आवश्यकता नहीं है। यह और्वेलल AWG को एक ही बाहर के बाड़े में 1 × 32 पावर स्प्लिटर को बदलने की अनुमति देता है, ताकि WDM-PON तैनाती में फाइबर इन्फ्रास्ट्रक्चर एक अधिक पारंपरिक पीओएन सिस्टम के समान हो। इन प्रणालियों में उपयोग किए जाने वाले पीएलसी-आधारित AWG महत्वपूर्ण हैं, क्योंकि वे वास्तव में एक साथ तीन कार्य करते हैं:

जबकि किसी भी PON प्रणाली पर इस फाड़नेवाला नोड में PLCs का उपयोग आम है, वास्तव में, एक WDM-PON नेटवर्क के अन्य भागों में PLC का उपयोग तेजी से महत्वपूर्ण है। PLC, ऑल्ट ऑप्टिक्स के आकार को काफी कम कर सकते हैं, जिससे सभी घटकों को एक ही बोर्ड में ले जाया जा सकता है, जिससे WDM-PON OLT मॉड्यूल का घनत्व दोगुना हो जाएगा।

पीएलसी प्रौद्योगिकी कार्यक्षमता को वितरित करने के लिए हाल के वर्षों में परिपक्व हुई है जो पहले इतने छोटे आकार में संभव नहीं थी। WDM-PON अनुप्रयोगों के लिए, मुख्य फोकस 32-चैनल ट्रांसमीटर और रिसीवर घटकों को कॉम्पैक्ट एकीकृत मॉड्यूल में ढहाने पर है जो सभी OLT कार्यक्षमता को एक ही OLT ब्लेड पर फिट करने की अनुमति देता है। पीएलसी प्रौद्योगिकी 32 फोटोडियोड, टीआईए, कैपेसिटर और अन्य उप-घटकों को हाइब्रिड के साथ AWG चिप पर हाइब्रिड एकीकृत करने की अनुमति देती है। यह एक सिलिकॉन चिप पर किया जा सकता है जो केवल दो इंच लंबा होता है। पैकेजिंग और इलेक्ट्रॉनिक्स इस पदचिह्न में जोड़ते हैं, लेकिन अंतिम परिणाम OLT में पोर्ट घनत्व दोगुना है। इसी तरह, पीएलसी आधारित ट्रांसमीटर मॉड्यूल WDM फ़िल्टरिंग के सभी 32 चैनलों के साथ-साथ 32 R-SOA ट्रांसमीटरों और प्रत्येक चैनल के लिए ऑप्टिकल पावर मॉनिटर से मेल खाते हैं। एकीकरण का यह स्तर केवल कुछ साल पहले भी संभव नहीं था, लेकिन अब अगली पीढ़ी के WDM-PON नेटवर्क में से कुछ को 10G PON के साथ लागत और पोर्ट-घनत्व के आधार पर प्रतिस्पर्धा करने में सक्षम बनाता है।

सेवा स्तर के दृष्टिकोण से, 10G PON सहित कोई भी अन्य PON तकनीक, WDM-PON प्रदान करने वाले प्रत्येक घर को एक ही बिटरेट प्रदान नहीं करती है। 1250 एमबीपीएस प्रति-उपयोगकर्ता बैंडविड्थ केवल पी 2 पी सिस्टम के साथ तुलनीय है, लेकिन डब्ल्यूडीएम-पीओएन कम लागत वाले पीबीएस फाइबर प्लांट का लाभ उठाता है। WDM-PON परिनियोजन, लागत और बंदरगाह घनत्व को प्रभावित करने वाली मुख्य चुनौतियाँ अब PLC के आधार पर कम लागत वाले एकीकृत घटकों के माध्यम से संबोधित की जाने लगी हैं।

निष्कर्ष
WDM-PON परिनियोजन के लिए संभवतः सबसे बड़ी शेष चुनौती क्रमशः IEEE और ITU मानकों के समान WDM-PON मानक पर आ रही है, जो GEPON और GPON को कवर करते हैं। जबकि 10G PON समाधान निरंतर महत्वपूर्ण लागत दबाव प्रदान करेगा, WDM-PON के लिए उद्योग मानक अपनाने से विकास के प्रयासों पर ध्यान केंद्रित करने और WDM-PON घटकों की लागत को नीचे लाने में मदद मिलेगी। प्रारंभिक सेटअप लागत और ओएलटी पोर्ट घनत्व में शुरुआती चुनौतियों के रूप में संबोधित किया जाता है, डब्ल्यूडीएम-पीओएन तैनाती में वृद्धि जारी रहेगी। यह 10G PON और अन्य अगली पीढ़ी के FTTH समाधानों के लिए बहुत व्यवहार्य मानकों-आधारित विकल्प प्रस्तुत करेगा।