Analysis of the performances and tolerances of the 2nd generation passive optical networks (NGPON2) for FTTH systems

Abstract

[ENGLISH] In a Fiber to the Home (FTTH) system, the fiber is connected until the household users. A passive optical network (PON) is a particular type of FTTH networks that uses P2MP (point-to-multipoint fiber premises) in which unpowered optical splitters are used to share part of the infrastructure enable a single optical fiber to serve multiple premises. The evolution of PON systems across the years can be associated with the evolution in multiplexing technologies. In the first years with the use of TDM the achieved upstream and downstream aggregate bandwidth was in the order of 155 Mbit/s until 10 GBit/s in XG-PON standard. But with the implementation of WDM the capacities have been increased significantly until get bandwidths of 250 GBit/s and 500 GBit/s using ud-WDM with coherent detection. This new standards use advanced modulation and codification formats. This project will evaluate the new international standard ITU-T G.989 for next generation optical fiber access to the home (FTTH) network operating at 4x 10GBit/s, that uses time multiplexing and dense wavelength multiplexing (TWDM). The key commercial devices for its implementation will be identified and modelled. Next, the access network will be built in a computer simulator, different tests will be run, and the system will be optimized. Tasks: · Study of the state of art of optical access networks comparing different technologies, devices, and architectures. · Analysis of the new international standard ITU-T G.989 to review the optical spectrum management, devices and subsystems proposed. · Use of VPI simulator in order to build an access network architecture and realize different tests, linking it with · MATLAB to analyze the achieved results. · Optimization of the network built.

[CASTELLÀ] En un Sistema de Fibra hasta el hogar (FTTH, Fiber to the Home), la fibra es conectada hasta el hogar de los usuarios. Una red óptica pasiva (PON) es un tipo particular de red redes FTTH que utiliza instalaciones punto a multipunto (P2MP), en las cuales se comparte parte de la infraestructura permitiendo enviar información de múltiples canales a través de una sola fibra. Este trabajo presenta un compendio de los principales conceptos sobre redes de acceso y sistemas PON y algunas de las tecnologías usadas para el desarrollo de los mismos, incluyendo multiplexación por división en el tiempo (TDM, Time Division Multiplexing) y multiplexación por división de la longitud de onda (WDM, Wavelength Division Multiplexing), independientes o en configuración híbrida (TWDM). A partir de aquí se identifican y modelan los dispositivos comerciales clave para su implementación, especificando sus parámetros característicos para cumplir con los requerimientos del nuevo estándar internacional ITU-T G.989 para redes FFTH. Este proyecto evalúa dicho estándar, el cual plantea la implementación de sistemas NG-PON2 a 4x10GBit/s, los cuales usarán una arquitectura híbrida TWDM y transceptores sintonizables, además de garantizar la coexistencia con otros sistemas PON heredados, ubicando el tráfico en downstream y upstream en unas bandas de longitud de onda adecuadas sin solapamiento. El trabajo de análisis se enfoca en la identificación de los dispositivos clave, como trasmisores y filtros ópticos sintonizables para alcanzar los requerimientos mímos especificados. Además se da una primera aproximación al diseño del elemento de coexistencia (CE, Coexistence element) para el soporte de los sistemas PON heredados. Una vez especificados los requerimientos mínimos e identificados los dispositivos clave, se diseña e implementa la red en el simulador VPIphotonicsTM usando láseres de onda continua, moduladores externos de intensidad, multiplexores de longitud de onda y divisores de potencia apropiados. En recepción se usa detección directa con fotodiodos PIN y APD y filtros ópticos sintonizables en la ONU. Una vez completado el diseño, se realizan diferentes test, se analizan los resultados y se optimiza el diseño para dimensionar la red en términos de número de usuarios, alcance, balance de potencias, capacidad de acho de banda, etc.