{"id":4342,"date":"2021-06-04T08:00:00","date_gmt":"2021-06-04T12:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.precisionot.com\/?p=4342"},"modified":"2023-06-08T16:24:13","modified_gmt":"2023-06-08T20:24:13","slug":"europaische-zugangsnetze","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.precisionot.com\/de\/european-access-networks\/","title":{"rendered":"Europ\u00e4ische Zugangsnetze: Upgrade von Bandbreite und Geschwindigkeit f\u00fcr 5G und neue Technologien"},"content":{"rendered":"
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Dieser Artikel untersucht einige der technischen Herausforderungen bei der \u00dcberschreitung von 10 Gbit\/s im Zugangsnetz, Vorteile und Einschr\u00e4nkungen von koh\u00e4renten und PAM4-Technologien als L\u00f6sungen f\u00fcr Hochgeschwindigkeitsnetzwerke und wie neue Innovationen im Bereich der PAM4-Technologie Betreiber von Zugangsnetzen zum Erfolg f\u00fchren k\u00f6nnen f\u00fcr das n\u00e4chste Jahrzehnt und dar\u00fcber hinaus.\u00a0<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t
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Einf\u00fchrung<\/strong><\/p>\n

Die europ\u00e4ischen Zugangsnetze \u00e4ndern sich st\u00e4ndig, um den sich \u00e4ndernden Bed\u00fcrfnissen ihrer Endnutzer gerecht zu werden. In den letzten Jahren sind Netzbetreiber von der Verwendung getrennter Netze f\u00fcr ihre Angebote dazu \u00fcbergegangen, mehrere Dienste \u00fcber ein Netz bereitzustellen. Dieser gro\u00df angelegte Trend zur Konvergenz bedeutet, dass die Glasfaserinfrastruktur moderner Zugangsnetze jetzt mehrere Technologien wie Radio Access Networks (RANs), Wi-Fi, Metro Ethernet, Passive Optical Network (PON) und mehr unterst\u00fctzt. <\/span><\/p>\n

Mit der Konvergenz und den wachsenden Anforderungen der Endbenutzer rund um 5G und das IoT steigt die Notwendigkeit, die Geschwindigkeit und Kapazit\u00e4t der europ\u00e4ischen Zugangsnetze zu verbessern. Die EU hat es bereits getan <\/span>700 Millionen Euro zur\u00fcckstellen<\/span><\/span><\/a> um die Forschung und Innovation in der 5G-Technologie zu beschleunigen, die f\u00fcr eine Vielzahl von Anwendungsf\u00e4llen eingesetzt wird. Die Aufr\u00fcstung von Netzwerken ist jedoch eine herausfordernde Angelegenheit. <\/span><\/p>\n

Technische Herausforderungen von Optical Access Networking \u00fcber 10 Gbps<\/span><\/b><\/p>\n

Zugangsnetzwerke unterscheiden sich von Backbone- und Metro-Netzwerken durch zwei Hauptmerkmale:<\/span><\/p>\n

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  1. Eine Vielzahl von Verbindungsl\u00e4ngen, die mehrere Standorte \u00fcber die Infrastruktur au\u00dferhalb des Werks verbinden. Obwohl ein Zugangsnetzwerk Verbindungsl\u00e4ngen von 10 bis 120 km haben kann, erstrecken sich die meisten Verbindungen \u00fcber 40 bis 60 km. <\/span><\/li>\n
  2. Eine gro\u00dfe Anzahl von Verbindungen, die verschiedene Protokolle und Datenraten nutzen. Dies erh\u00f6ht die Komplexit\u00e4t des gesamten Netzwerks. <\/span>
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    Als ob der Betrieb von Zugangsnetzwerken nicht schon komplex w\u00e4re, bringt das Aufr\u00fcsten der Bandbreite \u00fcber 10 Gbit\/s seine eigenen Probleme mit sich. Hier sind die Top 3:  <\/span><\/p>\n

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    1. Budget f\u00fcr optische Verbindungen<\/span><\/b><\/li>\n<\/ol>\n

      Wenn Netzwerkbetreiber 10 G pro Lambda \u00fcberschreiten, werden Budget\u00fcberlegungen f\u00fcr optische Verbindungen von gr\u00f6\u00dfter Bedeutung. Insgesamt muss die Menge an optischer Leistung am Verbindungsempf\u00e4nger \u00fcber der Empfindlichkeit des Empf\u00e4ngers liegen, um erfolgreich eine Verbindung herzustellen. Da Zugangsnetzwerke l\u00e4ngere Entfernungen \u00fcberbr\u00fccken, wird die Abrechnung von Verbindungsbudgets immer komplexer. Obwohl man einem System mit Verst\u00e4rkern wie EDFAs immer eine optische Verst\u00e4rkung hinzuf\u00fcgen kann, f\u00fchrt eine zus\u00e4tzliche Verst\u00e4rkung immer zu einer Erh\u00f6hung des Rauschens.  <\/span><\/p>\n

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      1. Optisches Signal-Rausch-Verh\u00e4ltnis<\/span><\/b><\/li>\n<\/ol>\n

        Nur weil ein Empf\u00e4nger Licht \u00fcber der Empfindlichkeit sieht, bedeutet das nicht, dass Daten erfolgreich \u00fcbertragen werden. Das optische Signal-Rausch-Verh\u00e4ltnis (OSNR) ist das Verh\u00e4ltnis des tats\u00e4chlichen Signalpegels zum Rauschpegel im System. Je kleiner diese Zahl, desto wahrscheinlicher treten Bitfehler bei der \u00dcbertragung auf. Wenn sich Verbindungen zu Modulationsschemata h\u00f6herer Ordnung bewegen, um mehr Bits pro Symbol zu erhalten (dh PAM4 oder QAM), desto besser ist das OSNR, das zum Unterscheiden der Signalpegel ben\u00f6tigt wird. Digitale Signalprozessoren (DSPs) und Forward Error Correction (FEC) k\u00f6nnen verwendet werden, um Bitfehler zu kompensieren, aber sie erh\u00f6hen auch Komplexit\u00e4t, Leistung, Latenz und allgemeine Interoperabilit\u00e4tsbedenken.<\/span><\/p>\n

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        1. Chromatische Dispersion<\/span><\/b><\/li>\n<\/ol>\n

          Bei Netzwerken mit Bandbreiten von 10 Gbit\/s und mehr wirkt sich die chromatische Dispersion negativ auf die Empfindlichkeit des optischen Transceiver-Empf\u00e4ngers aus. Chromatische Dispersion ist ein Effekt auf ein optisches Signal, der bewirkt, dass sich die Impulse ausbreiten, wenn das Signal durch die Faser wandert. In langsameren Signalisierungssystemen bedeutet eine ausreichende Zeit zwischen Symbolen, dass die Ausbreitung kein Problem darstellt. Wenn jedoch die Baudrate zunimmt, bewirkt die Impulsspreizung, dass Symbole einander \u00fcberlappen, was zu einer Intersymbolinterferenz (ISI) f\u00fchrt. <\/span><\/p>\n

          Bei Bandbreiten von 10 Gbit\/s begrenzt die chromatische Dispersion die Netzwerkverbindungen auf ungef\u00e4hr 80 km. Nach 10 Gbit\/s, bei Bandbreitenraten von 25 Gbit\/s und dar\u00fcber beginnt die chromatische Dispersion, die Verbindungsentfernung auf 15 bis 20 km zu begrenzen. Dies erf\u00fcllt nicht die Entfernungsanforderungen der meisten heutigen Zugangsnetze. Obwohl Dispersionskompensationsmodule (DCMs) existieren, f\u00fcgen sie ein h\u00f6heres Ma\u00df an Systemkomplexit\u00e4t hinzu.  <\/span><\/p>\n

          L\u00f6sung f\u00fcr h\u00f6here Bandbreite in Zugangsnetzen<\/span><\/b><\/p>\n

          Koh\u00e4rente und PAM4-Optiken sind attraktive L\u00f6sungen f\u00fcr die Entwicklung von Zugangsnetzen f\u00fcr h\u00f6here Geschwindigkeiten und Bandbreiten (bis zu 400 G und mehr) und bew\u00e4ltigen gleichzeitig die oben genannten Herausforderungen. Jede Technologie hat jedoch ihre eigenen Einschr\u00e4nkungen.<\/span><\/p>\n

          Koh\u00e4rente Optik \u2013 <\/span><\/i><\/strong>Obwohl zugriffszentrierte koh\u00e4rente CFP-, CFP2- und QSFP56-DD\/OSFP-Optiken eine gro\u00dfe Verbindungsreichweite von mehr als 100 km (bis zu Tausenden von km f\u00fcr CFP und CFP2) bei Datenraten von bis zu 400 G erm\u00f6glichen, haben sie h\u00f6here Platz- und Leistungsanforderungen als andere Arten von Transceivern, die innerhalb des Zugangsnetzes eines Betreibers verwendet werden. Infolgedessen erh\u00f6ht die Nutzung koh\u00e4renter Optik m\u00f6glicherweise die Gesamtbetreiberkosten, was eine Herausforderung f\u00fcr Netzwerkbetreiber mit begrenzten Budgets darstellt.<\/span><\/p>\n

          PAM4 \u2013<\/strong> <\/span><\/i>Der PAM4-Standard verwendet vier Amplitudenkan\u00e4le mit jeweils zwei Bits, was die Datenrate verdoppelt und damit doppelt so effizient wie herk\u00f6mmliche Bin\u00e4rmodelle ist. Im Vergleich zu den Platz- und Leistungsanforderungen koh\u00e4renter Optiken nutzt PAM4 Komponenten, die in kleinere, g\u00e4ngigere Formfaktoren wie das QSFP28-Modell passen. Als solches bietet es Netzbetreibern, die es nutzen, erhebliche Kosteneinsparungsvorteile. <\/span><\/p>\n

          Die PAM4-Optik ist jedoch nicht ohne Einschr\u00e4nkungen. Das \u00dcberschreiten von 100 Gbit\/s bei einer optischen Verbindungsreichweite von 5 km erfordert Verst\u00e4rkung, Dispersionskompensation und\/oder Vorw\u00e4rtsfehlerkorrektur (FEC) auf der optischen Leitung. Dies bedeutet die Installation aktiver Ger\u00e4te und einen h\u00f6heren Stromverbrauch, was den Kostenvorteil von PAM4 m\u00f6glicherweise schm\u00e4lert. <\/span><\/p>\n

          Neue Technologien: Anpassung an die Vielfalt der Anwendungsf\u00e4lle in Zugangsnetzen<\/span><\/b><\/p>\n

          Trotz ihrer Nachteile werden sowohl die koh\u00e4rente Optik als auch die PAM4-Technologie eine wichtige Rolle dabei spielen, den Zugang und andere Netzwerke auf 800G und dar\u00fcber hinaus voranzutreiben. Was in der Diskussion jedoch fehlt, ist eine L\u00f6sung, die die gr\u00f6\u00dfere Reichweite und kostspieligere Natur der koh\u00e4renten Optik und die kosteng\u00fcnstige, aber eingeschr\u00e4nkte Reichweite der verf\u00fcgbaren PAM4-L\u00f6sungen l\u00f6sen kann.  <\/span><\/p>\n

          Moderne Zugangsnetze bedienen viele verschiedene Arten von Strukturen, von Mobilfunkmasten, Unternehmensgeb\u00e4uden und Mehrfamilienh\u00e4usern (MDUs) bis hin zu Rechenzentren, Aggregationsstandorten, Schulen und Sportstadien. Der neue Trend in der Zugangsvernetzung konzentriert sich auf die Daten\u00fcbertragung \u00fcber k\u00fcrzere Entfernungen, oft weniger als 40 km. Extrem niedrige Latenzanforderungen f\u00fcgen dem Zugangsnetz auch eine neue und interessante Dimension hinzu, insbesondere wenn die 5G-Einf\u00fchrungen fortgesetzt werden. <\/span><\/p>\n

          Es wird schnell klar, dass Zugangsnetzbetreiber eine L\u00f6sung ben\u00f6tigen, die die folgenden drei Anforderungen erf\u00fcllt:<\/span><\/p>\n

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              1. \n

                Erm\u00f6glicht 100G DWDM, sodass Betreiber \u00fcber die Geschwindigkeit und Kapazit\u00e4t verf\u00fcgen, die sie ben\u00f6tigen, um aktuelle und zuk\u00fcnftige Endbenutzeranforderungen zu erf\u00fcllen<\/span><\/p>\n<\/li>\n

              2. \n

                Nutzt einen gemeinsamen Transceiver-Formfaktor wie QSFP28 f\u00fcr nahtlose Interoperabilit\u00e4t und Kosteneinsparungen<\/span><\/p>\n<\/li>\n

              3. \n

                Erm\u00f6glicht die Daten\u00fcbertragung in einer angemessenen Entfernung von 40 km ohne etwas zu verlangen<\/i><\/b> externe Transportger\u00e4te, Verst\u00e4rker, Filter usw.<\/span><\/span><\/p><\/li><\/ol><\/li><\/ol><\/li><\/ol>\n

                Fazit<\/span><\/b><\/p>\n

                Zu Beginn des Jahres 2021 ist eines klar \u2013 die Zukunft des optischen Zugangsnetzes in Europa ist rosig. Da die Regierungen weiterhin in 5G-Rollouts investieren und einzelne Netzbetreiber um Positionen ringen, versch\u00e4rft sich der Trend zur Konvergenz und der Bedarf an h\u00f6heren Geschwindigkeiten und Bandbreiten nur noch. Hersteller optischer Netzwerkger\u00e4te spielen eine wichtige Rolle bei der Verwirklichung der Netzwerke der Zukunft. Obwohl vorhandene koh\u00e4rente und PAM4-L\u00f6sungen den Betreibern helfen, die Herausforderungen des Bandbreiten-Upgrades bis zu einem gewissen Grad zu bew\u00e4ltigen, gibt es noch Raum f\u00fcr Verbesserungen. Gl\u00fccklicherweise ist diese Zeit gekommen, und die europ\u00e4ischen Netzbetreiber k\u00f6nnen sich auf eine mutige Zukunft freuen, wenn sie daran arbeiten, die Anforderungen ihrer Endbenutzer zu erf\u00fcllen. <\/span><\/p>\n

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