XGS-PON

Was ist XGS-PON?

XGS-PON ist ein aktualisierter Standard für Passive Optische Netze (PON), der die höhere symmetrische Datenübertragung bei 10 Gbit/s unterstützt und zu der Normenfamilie des gigabitfähigen PON oder G-PON gehört G-PON ist die Abkürzung von Gigabit-PON bzw. 1-Gigabit-PON. Das „X“ in XGS steht für die Zahl „10“ und der Buchstabe „S“ für „symmetrisch“. „XGS-PON“ bedeutet also „10 Gigabit Symmetrisches PON“. Eine frühere, nicht für symmetrische Übertragungen geeignete Version des 10-Gigabit-PON (XG-PON) war im Upstream auf 2,5 Gbit/s beschränkt. 

Die PON-Technologie geht bis auf die 1990er-Jahre zurück und hat sich über mehrere Ausführungen mit unterschiedlichen Wellenlängen, Datenraten und Komponenten immer weiter entwickelt und verbessert. Gemeinsam ist allen PON-Netzen, dass die Glasfaser und ihre aufteilenden und kombinierenden Elemente „passiv“, also ohne eigene Stromversorgung auskommen. Es gibt keine aktiven Elemente, wie optische Verstärker, die eine Stromversorgung benötigen würden. Da Streaming, HD, 5G und andere neue Technologien immer mehr Bandbreite fordern, ist die Entwicklung von XGS-PON und ähnlichen Standards unverzichtbar.  

Die simultane Übertragung im Upstream und Downstream über die gleiche Glasfaser erfolgt mithilfe des Wellenlängen-Multiplexverfahrens (WDM). Diese Technologie erlaubt dem XGS-PON-Netz, im Upstream eine andere Wellenlänge (Farbe) des Lichtes zur Übertragung zu verwenden als im Downstream.

Standardisierung von XGS-PON

Die standardisierte Bereitstellung und der standardisierte Betrieb von PON-Netzen wurde erst möglich, als die International Telecommunication Union (ITU) diese Technologie erstmals für die G-PON-Netze und das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) sie für seine Normen für Ethernet-PON-Netze (EPON) festgelegt haben. Der neue XGS-PON-Standard wurde 2016 als Empfehlung ITU-T G.9807.1 veröffentlicht. 

Er definiert XGS-PON als ein 10-Gigabit-fähiges (10G) symmetrisches passives optisches Netz für Wohnungen, Büros, Mobile Backhaul und andere Anwendungen. Um einen umfassenden Standard für diese symmetrische 10G-Weiterentwicklung des G-PON zu schaffen, griff man auf Elemente des älteren XG-PON-Standards für die physikalische Schicht zurück. Das heißt, XG-PON und XGS-PON können die gleichen optischen Transceiver verwenden. Die Standards der Protokollschicht wurden in der Empfehlung ITU-T G.989.3 ebenfalls für den NG-PON2-Standard genutzt. 

Wellenlängen von XGS-PON 

Obgleich die Glasfaser und die Datenformatierung für die XGS-PON-Technologie mit dem ursprünglichen G-PON-Standard identisch sind, wurden die Wellenlängen verschoben. XGS-PON nutzt die Wellenlänge von 1577 nm im Downstream und von 1270 nm im Upstream. Der Hauptgrund dafür ist, dass mehrere PON-Dienste auf demselben PON nebeneinander existieren können und ein nahtloses Upgrade / eine nahtlose Migration von Diensten möglich ist, oder dass verschiedene Serviceprovider dasselbe PON verwenden oder unterschiedliche Servicelevels anbieten können (z. B. für Privatanwender).  Obgleich sich die XGS-PON-Wellenlängen von den anderen Standards, wie G-PON und NG-PON2, unterscheiden, unterstützt das PON-Übertragungsfenster von 1260 nm bis 1650 nm die gleichzeitige Übertragung von G-PON, XGS-PON und NG-PON2 über das gleiche Glasfasernetz. Da XGS-PON als Aktualisierung des XG-PON-Standards entwickelt wurde, um eine symmetrische Übertragung zu ermöglichen, nutzen beide Verfahren im Upstream und Downstream ausnahmsweise die gleichen Wellenlängen. Heute entscheiden sich die meisten Netzbetreiber, die 10G-Dienste bereitstellen möchten, für XGS-PON.

Messung der Wellenlängen im XGS-PON-Netz

Die Weiterentwicklung der PON-Netze hat Verbesserungen und Anpassungen der Mess- und Prüftechnik für PON-Netze erforderlich gemacht. Obwohl traditionelle Glasfaser-Messtechniken wie OTDRs, Lichtquellen und Leistungspegelmesser weiter nutzbar sind, ist ihr Leistungsumfang möglicherweise eingeschränkt. So sind Breitband-Pegelmesser beispielsweise nicht in der Lage, den Downstream-Pegel zu messen, wenn mehr als eine Wellenlänge vorhanden ist. Das ist aber der Fall, wenn TV-Video (RF Video Overlay) oder mehrere PON-Dienste, wie G-PON und XGS-PON, nebeneinander über das gleiche PON übertragen werden. Die Downstream-Wellenlängen werden kontinuierlich übertragen, sodass sich deren Messung vereinfacht. Da der physische Upstream-Pfad eines PON-Netzes jedoch mehrfach genutzt wird, muss für die Übertragung der Wellenlängen in diese Richtung das Zeitmultiplexverfahren (TDM) zur Anwendung kommen, was einen diskontinuierlichen (burstartigen) Upstream-Verkehr zur Folge hat. Zudem antwortet und sendet der optische Netzabschluss (ONT) beim Kunden nur dann, wenn er zuerst die Downstream-Wellenlänge empfangen kann. Um den Upstream-Pegel messen zu können, ist man also auf einen Tester angewiesen, der sowohl Messungen im Burst-Modus als auch den Betrieb im Durchgangsmodus ermöglicht.

Hier sind spezielle PON-Leistungspegelmesser von Vorteil, da sie vielfältige Optionen bieten, um zu prüfen, ob die Einkoppelleistung im Upstream und Downstream die vorgegebenen Spezifikationen einhält. Nur so kann man sich sicher sein, dass die optische Einfügedämpfung die für das System geltenden Grenzwerte nicht überschreitet und die Anforderungen des Standards erfüllt. Da die XGS-PON-Technologie für die Übetragung verschiedene Wellenlängen nutzt, muss die Messtechnik zudem in der Lage sein, die jeweils zu testende Wellenlänge herauszufiltern. Die PON-Leistungspegelmesser von VIAVI messen die Wellenlängen und führen alle benötigten PON-Tests aus, da sie wellenlängenselektive Messungen ermöglichen. Einige Modelle erlauben sogar Messungen im Durchgangsmodus und bieten sich daher für die Aktivierung von PON-Diensten und die Fehlerdiagnose in sich in Betrieb befindlichen Netzen an.

Selektiver Leistungspegelmesser SmartPocket OLP-37

Der RFoG- und G-/XGS-PON-Leistungspegelmesser SmartPocket OLP-37 gehört zu den Produkten, die speziell für PON-Anwendungen entwickelt wurden, bei denen RF Video Overlay oder sowohl G-PON- als auch XGS-PON-Dienste nebeneinander übertragen werden. Mit seiner bedienerfreundlichen Benutzeroberfläche erlaubt er, Tests auf Tastendruck auszuführen. Die intuitive Bedienung gewährleistet, dass der gewählte PON-Standard bzw. die betreffende Downstream-Wellenlänge korrekt gemessen wird, während sich das robuste und kompakte Design für den Feldeinsatz anbietet.

SmartPocket OLP-37 RFoG and PON Power Meter

PON-Leistungspegelmesser SmartClass Fiber OLP-87

Aufgrund der symmetrischen Übertragung sind kombinierte Tests im Downstream und Upstream für die Aktivierung, Fehlerdiagnose und Wartung im PON-Netz zu empfehlen. Der PON-Leistungspegelmesser SmartClass Fiber OLP-87 wurde speziell für simultane Upstream-/Downstream-Messungen an B-/E-/G-PON-Diensten, einschließlich für XGS-PON, 10G EPON und NG-PON2, entwickelt. Hierbei handelt es sich um einen modernen und vielseitigen wellenlängenselektiven Pegelmesser, der sowohl den Durchgangsmodus als auch den Burst-Modus im Upstream unterstützt. Damit ist er in der Lage, mehrere Upstream-/Downstream-Wellenlängen simultan zu messen. Die integrierte Faserendflächenprüfung erlaubt, die Stirnflächen der Glasfasern schnell und mühelos zu kontrollieren und zu zertifizieren. Die Prüfberichte lassen sich bequem und zuverlässig im Gerät speichern.

SmartClass Fiber OLP-87 PON Power Meter

Unterschiede zwischen XGS-PON und NG-PON2

Der Standard NG-PON2 wird gelegentlich als die nächste logische Entwicklungsstufe angesehen, um die Kapazität der Dienste und Netze weiter zu steigern. Aber dieses größere Leistungspotenzial stellt die Netzbetreiber auch vor erhebliche Herausforderungen. NG-PON2 nutzt ein kombiniertes Zeit- und Wellenlängenmultiplex-Verfahren (TWDM), um vier und mehr simultane 10G-Übertragungen über die gleiche Glasfaser zu ermöglichen, sodass insgesamt eine symmetrische Kapazität von 40 Gbit/s zur Verfügung steht. Diese Technologie unterscheidet sich wesentlich von XGS-PON, das wie seine G-PON-Vorgänger, feste Upstream- und Downstream-Wellenlängen nutzt. Während NG-PON2 ein beeindruckendes Bandbreitenpotenzial bietet, erfordert diese Technologie an beiden Enden der Leitung mehrere fest eingestellte oder durchstimmbare optische Module. Das hat höhere Bereitstellungskosten zur Folge, weil diese Komponenten für XGS-PON nicht benötigt werden.

Da das TWDM-Verfahren variable Wellenlängen zulässt, überlappen sich die Upstream- und Downstream-Wellenlängenbereiche von NG-PON2 nicht mit den festen Wellenlängen von XGS-PON und G-PON. Dieser Unterschied erlaubt, NG-PON2-Dienste über bestehende G-PON-/XGS-PON-Installationen zu übertragen. Sowohl NG-PON2 als auch XGS-PON nutzen im Downstream höhere/längere Wellenlängen (>1550 nm), die bei Makrobiegungen stärker mit Leistungsverlusten reagieren.

OLT im XGS-PON

Alle PON-Standards, auch XGS-PON, nehmen den beim Serviceprovider installierten optischen Leitungsabschluss (OLT, Optical Line Termination) als Ausgangspunkt. Der OLT ist die aktive (netzbetriebene) Hardware, die die Daten vom Serviceprovider umwandelt und überträgt sowie das Multiplexing des optischen Netzabschlusses (ONT, Optical Network Termination) am kundenseitigen Ende des Netzes koordiniert. Bei XGS-PON sendet der OLT an alle ONTs im Netz die gleichen Daten, da in Downstream-Richtung passive optische Splitter die Verteilung übernehmen. Es bleibt dem ONT überlassen, zu ermitteln, welche Daten für ihn als Empfänger gedacht sind. Virtualisierte OLTs können so programmiert werden, dass sie den Netzverkehr über mehrere PON-Technologien, wie XGS-PON und NG-PON2, übertragen. Da dafür die gleiche Hardware genutzt wird, erhöht sich die Anwendungsflexibilität. Da der OLT unterschiedliche Teilungsverhältnisse erlaubt, unterstützt ein einzelner XGS-PON OLT mehrere optische Verteilnetze (ODN, Optical Distribution Network) im PON.

SFP-Module im XGS-PON

SFP-Module sind während des Betriebs (hot-swappable) auswechselbare, miniaturisierte Transceiver, die an den SFP-Port eines Netzwerk-Switches angeschlossen sind, der elektrische in optische Signale (und umgekehrt) der gewählten Wellenlänge umwandelt. SFP-Module für die XGS-PON-Übertragung müssen 10 Gbit/s und über einen integrierten WDM-Koppler die gleichzeitige Übertragung von Upstream(Tx)- und Downstream(Rx)-Signalen ermöglichen. Trotz der sehr kleinen Abmessungen sind diese Module mit modernster Elektronik ausgestattet, um einen stabilen Ausgangspegel der Upstream-Übertragung zu gewährleisten.

ONT im XGS-PON 

Über einzelne oder kaskadierte optische Splitter kann die Downstream-Wellenlänge des OLT aufgeteilt werden, um bis zu 128 Endgeräte (ONT) zu versorgen. Das IEEE, das die entsprechenden Normen für E-PON und 10G-EPON erarbeitet hat, bezeichnet den ONT als ONU (Optical Network Unit). 

Jüngere Innovationen im Gehäuse-, Optik- und Chip-Design haben die Kosten für den 10G-ONT auf ein Niveau gesenkt, das sich dem des 1G-ONT annähert. Mit der weiteren Verbreitung von XGS-PON wird die Produktion steigender Gerätestückzahlen, die zusätzliche Einsparungen ermöglicht, die Preise weiter sinken lassen. Zudem sind die neuen ONT-Generationen für XGS-PON weitaus flexibler einsetzbar, sodass FTTH-, Business- und 5G-Anwendungen immer häufiger die gleiche Hardware nutzen können. 

Die symmetrische Übertragung bei 10 Gbit/s und die kompatible Architektur von XGS-PON haben diese Technologie auf Jahre hinaus zu einer praktikablen Option für Highspeed-Daten, -Sprache und -Internet werden lassen. Da Dienste wie Videokonferenzen, Gaming und Cloud-Speicherung heute stärker genutzt werden, spielt die Upstream-Übertragungsgeschwindigkeit eine immer größere Rolle. 

Andere Anwendungen, wie 5G-Front/Midhaul, profitieren ebenfalls von den Leistungs- und Effizienzvorteilen symmetrischer XGS-PON-Netze. Da XGS-PON über die gleichen Glasfasern wie G-PON und ohne Änderungen an der passiven Infrastruktur übertragen wird sowie höhere Teilungsverhältnisse nutzen kann, bietet sich diese Technologie logischerweise für den kostengünstigen Ausbau der Netze an. Möglicherweise setzt die Einführung von NG-PON2 ebenfalls neue Maßstäbe für die Datenrate und die Bandbreite, wenn es gelingt, die höheren Anforderungen an die optische Dämpfung und die durchstimmbaren Transceiver zu erfüllen. 

Mit ihrer Einfachheit und Abwärtskompatibilität haben sich die passiven optischen Netze (PON) seit mehr als 20 Jahren bewährt. XGS-PON baut auf diesem Erbe auf und bietet neue und beispiellose Leistungsvorteile.  

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