Optické technológie
Optické prístupové siete - Koncept PON

PON je v podstate dvojcestný systém bod-viac bodov [1], [47]. Zostupný dátový signál vzniká v centrálnom bode s jedným vysielačom. Pasívne optické väzobné prvky rozdeľujú tento signál medzi výstupné vlákna, ktoré distribuujú rovnaký signál ku všetkým zákazníkom. Prijímač pri zákazníckom konci vyberá iba dáta smerované k tomuto terminálu a odloží dáta smerované k ostatným používateľom. Dátový tok je teda z vysielača rozdelený medzi používateľov. Každý zákaznícky terminál má vlastný vysielač, z ktorého sa môžu vysielať vzostupné signály do centrálneho distribučného bodu. Vzostupný prenos môže ísť cez rovnaké vlákna ako zostupný prenos alebo cez rozdielne vlákna. Pretože všetky signály idú späť k prijímaču, rozdielne časové intervaly sú pridelené k vysielačom pri každom účastníckom terminále, takže tieto medzi sebou neinterferujú. Napájací kábel prenáša optické signály medzi ústredňou a rozdeľovačom, ktorý umožňuje množstvu ONT byť pripojenými k rovnakému napájaciemu vláknu. ONT je požadovaný pre každého účastníka a poskytuje spojenia pre rozdielne služby.

Pretože jedna sieť FTTx zvyčajne poskytuje službu najviac 32 účastníkom, mnohé takéto siete sú obvykle požadované pre obsluhu komunity. Existujú rozdielne architektúry pre pripojenie účastníkov k PON. Najjednoduchšia používa jeden rozdeľovač, ale tiež môžu byť použité viaceré rozdeľovače.

## Optické terminály

Centrálny distribučný terminál slúži ako centrálny riadiaci prvok pre pasívnu optickú sieť a poskytuje rozhranie s vonkajším svetom. Viacero takýchto terminálov môže byť zhromaždených v jednej lokalite, pričom každý bude slúžiť svojej vlastnej skupine účastníckych terminálov. Štandard FSAN nazýva tento riadiaci prvok a vysielač spoločne ako optický linkový terminál OLT. Terminály pri účastníckom konci sú nazývané optické sieťové terminály ONT a poskytujú rozhranie medzi sieťou a účastníckym vybavením. Straty spôsobené rozdelením signálov limitujú jeden OLT na obsluhu maximálne 32 ONT.

## Prenos v zostupnom smere

Štandardná PON pracuje na 2 alebo 3 vlnových dĺžkach. OLT zahŕňa laser vysielajúci zostupný signál na 1550 nm, ktorý naviaže viac ako 1 mW výkonu do výstupného vlákna. Každá bunka alebo paket v zostupnom signáli nesie adresu jeho cieľového terminálu. Pasívne rozdeľovače rozdeľujú svetlo medzi všetky terminály, ale každý terminál číta na základe adresy iba tie pakety, ktoré sú preň adresované. Zostupný dátový prenos tiež poskytuje časovacie signály potrebné na riadenie vzostupného prenosu. OLT môžu používať relatívne drahé 1550nm vysielače, pretože PON požaduje iba 1 takýto vysielač. PON však požaduje oveľa viac ONT, takže tieto musia mať relatívne lacné vysielače a musia pracovať v menej riadenom prostredí zákazníckeho uzla. Toto viedlo k voľbe lacnejších 1310nm vysielačov pre vzostupné kanály. Štandard FSAN umožňuje využívať aj tretí kanál na vlnovej dĺžke 1490 nm.

V ústredni, tiež nazývanej hlavný koniec siete PSTN a internetových služieb, sú rozhrania k optickej distribučnej sieti ODN cez optický linkový terminál OLT. Dĺžka vlny 1490 nm pre zostupný smer a 1310 nm pre vzostupný sú použité pre prenos dát a hlasu. Signály obrazových služieb sú konvertované na optický formát pri dĺžke vlny 1550 nm optickým vysielačom obrazových signálov. Vlnové dĺžky 1550 nm a 1490 nm sú kombinované vlnovým multeplexovaním WDM (Wavelength-Division Multiplexing) väzobným prvkom a prenášané v zostupnom smere spolu. Doteraz neexistovali plány pre videoprenos vo vzostupnom smere. Tri vlnové dĺžky prenášajú teda rozdielne informácie súčasne a rôznymi smermi cez rovnaké vlákno. Prenosové rýchlosti závisia od zvolených aplikácií, prideľovanie prenosovej kapacity ku každému terminálu je riadené softvérovo a dynamicky, takže môže byť zmenená kedykoľvek v prípade potreby.

## Prenos vo vzostupnom smere

Pri prenose vo vzostupnom smere ide o sieť PON typu viac bodov-bod. Pre zabránenie kolízií dát z rozdielnych signálov ONT prichádzajúcich k rozdeľovaču v rovnakom čase, je použitý prístup TDMA. TDMA môže posielať zhluky dát z každého ONT späť k OLT v konkrétnom, špecifickom čase. Každý prenosový časový interval ONT je pridelený pomocou OLT tak, že pakety z rozdielnych ONT nekolidujú s ostatnými. Prenos vo vzostupnom smere ide cez sieť vlákien, ktoré sú kombinované s pasívnymi väzobnými prvkami, takže všetky vysielače posielajú ich signály k jednému prijímaču v OLT. Aby tieto signály medzi sebou neinterferovali, PON používa protokol TDMA, ktorý prideľuje rozdielne časové intervaly pre každý ONT.

Každý účastnícky terminál sa zapína a vysiela signály vo vzostupnom smere počas jemu prideleného časového intervalu, potom sa vypne a začína vysielať nasledujúci terminál. Riadiaci softvér prideľuje tieto časové intervaly a zostupný prenos poskytuje časovacie signály pre synchronizovanie prenosu vo vzostupnom smere všetkých účastníckych terminálov.

## Vláknová architektúra

Všetky PON používajú jednomódové vlákna so signálmi rozdelenými v rozdeľovačoch. Rozmiestnenie a počet rozdeľovačov závisí od návrhu systému - 1x8, 1x4 a 1x8, atď. Rozdeľovače sú čisto pasívne zariadenia, ktoré nepožadujú elektrický príkon, takže môžu byť umiestnené v spojkách alebo skriniach ľubovoľne medzi distribučným centrom a účastníkmi. Štandard FSAN poskytuje možnosť jednovláknových a dvojvláknových systémov, pričom každý má vlastné prednosti.

Jednovlákonový systém znižuje náklady na vlákna prenosom signálov v oboch smeroch cez rovnaké vlákno. Nutnosťou je potreba použitia optiky WDM na oboch koncoch systému. Dvojvláknový systém sa vyhýba prídavným nákladom a zložitosti optiky WDM, využíva schopnosť venovať jedno vlákno pre zostupnú distribúciu analógových videosignálov pre káblovú TV a druhé vlákno venované pre digitálny prenos hlasu, dát a digitálneho videosignálu.

## Architektúra FTTx

Technológia PON môže byť zahrnutá vo všetkých architektúrach typu FTTx, ktoré ponúkajú mechanizmus pre umožnenie dostatočnej šírky pásma siete pre poskytovanie nových služieb a aplikácií. Sieť PON môže byť spoločná pre všetky tieto architektúry. Otázkou však zostáva len umiestnenie aktívnej elektroniky vo vonkajšom prostredí. Iba pri konfigurácii FTTH/B sú všetky aktívne komponenty mimo vonkajšieho prostredia. Architektúry FTTCab a FTTC požadujú aktívnu elektroniku vo vonkajšom prostredí, umiestnenú v samostatnej skrinke blízko domu alebo pri obrubníku chodníka [2].

Zariadenia pri hlavnom konci alebo ústredni CO sú pripojené k sieti PSTN, spojené s rozhraniami ATM alebo Ethernet, pripojené ku káblovému rozhraniu alebo satelitnému prijímaču. Všetky tieto signály sú potom kombinované pre vstup do jedného vlákna použitím techniky WDM a vysielané ku koncovým používateľom cez pasívny optický rozdeľovač. Rozdeľovací pomer môže byť v rozsahu do 32 používateľov bez použitia aktívnych komponentov v sieti. Signál je potom doručený do domu cez samostatné vlákno. V zakončovacom zariadení je optický signál konvertovaný na elektrický pomocou konvertorov OEC a zároveň OEC rozdeľuje signál do služieb požadovaných koncovým používateľom. Ideálne by OEC mal mať štandardné používateľské rozhrania bez potreby špeciálnych settopboxov. Hlavnými výhodami budúcich architektúr FTTx je predovšetkým to, že sú to pasívne siete bez aktívnych komponentov medzi ústredňou a používateľom, používa sa len jedno vlákno pre koncového používateľa, majú lokálne batériové zálohové zdroje a nízku spotrebu výkonu, sú spoľahlivé, škálovateľné a bezpečné.

## Rozdielne typy architektúry FTTx

Multimediálne a internetovské služby vyžadujú zabezpečenie vyšších bitových rýchlostí (niekoľko Mbit/s) k domom. Aby účastnícke slučky v budúcnosti boli a zostali škálovateľné z hľadiska šírky pásma, káble s optickými vláknami nahrádzajú metalické vodiče všade tam, kde je to možné.

V závislosti od zakončení optického vlákna technológia môže byť známa pod rozdielnymi názvami:

- FTTH (fiber-to-the-home) - ak je vlákno privedené do domácnosti koncového používateľa, kde je taktiež zakončené,
- FTTC (fiber-to-the-curb) – ak je optické vlákno od ústredne privedené k optickému rozdeľovaču a potom k malej skrinke pri chodníku, ktorá je vzdialená asi 200 m od účastníka, kde je signál opäť konvertovaný na elektrický,
- FTTCab (fiber-to-the-cabinet)- ak je vlákno zakončené v „spoločnej skrinke komunity“, kde sú optické signály konvertované na elektrické a sú distribuované ku každému domu cez metalické homogénne vedenie, bezdrôtovo alebo dokonca cez pasívny optický kruh. Vzdialenosť skrinky je okolo 1 km od domov,
- FTTD (fiber-to-the-desk) – ak je vlákno zakončené priamo na stole alebo dokonca v PC.