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XGS-PON與Wi-Fi 7的異質混合網路優勢
 

【作者: 王冠雄、陳偉鑫】   2022年11月23日 星期三

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被動光纖網路(Passive Optical Network;PON)剛開始是在光纖線路終端(Optical Line Terminal;OLT)以及光網路裝置(Optical Network Unit;ONU)之間,以非同步傳輸模式(Asynchronous Transfer Mode;ATM)的方式來實現APON。


PON網路的主要架構是由OLT、ONU、被動光學元件所組合而成,被動光學元件包括光學組合器(Optical Combiner)以及光學分路器(Optical Splitter),被動光學元件意指無須供電即可以傳輸光訊號。


一般而言,OLT由網路提供者放在中央機房,ONU則是在用戶端附近區域的設備,而在OLT及ONU之間的鏈路就由光學組合器及光學分路器負責進行光訊號傳輸,光學分路器負責廣播光訊號,光學組合器負責組合光訊號。之後以超高速乙太網路(Gigabit Ethernet)為基礎而發展出乙太被動式光纖網路(Ethernet PON;EPON)。


在EPON之後,超高速被動式光纖網路(Gigabit-capable PON;GPON)被提出,GPON的上下行傳輸可用分時多工技術(TDM)、分波多工技術(WDM)、分碼多工技術(CDM)、混合型分時多工與分波多工技術(TWDM)等廣播方式傳輸,使得PON具有寬頻、高覆蓋範圍、高效率等優點。


目前主要的PON技術是GPON和XG-PON,GPON和XG-PON都是上行速率與下行速率不對稱的PON。並且在基於GPON、XG-PON的技術上,又衍伸出XGS-PON技術。XG-PON和XGS-PON都是10G PON,這兩種技術的主要差別是XG-PON是不對稱PON,PON的上/下行速率是2.5G/10G;XGS-PON是對稱PON,所以PON的上/下行速率是10G/10G。


由於寬頻多媒體需求增加,加上即時視訊、寬頻上網的需求增加快速,PON的技術進展隨著寬頻應用的大頻寬需求增加,如表一所示。


表一 PON技術與規格比較(source:作者整理)

 

BPON

GPON

XG-PON

NG-PON2

XGS-PON

標準

ITU-T G.983

ITU-T G.984

ITU-T G.987

ITU-T G.989

ITU-T G.9807.1

速率

(下行/上行)

622M/155M

2.5G/1.25G

10G/2.5G

40G/100G

10G/10G

最大分路比

32

128

256

256

256

Span(Km)

20

20

60

60

60


由表一可以得知,XG-PON和XGS-PON這兩種10G PON的最大差異是XG-PON上行速率由2.5Gbps增加為XGS-PON上行速率10Gbps,這意味著XGS-PON更具有寬頻上網寬頻多媒體應用、即時視訊的技術優勢。如圖一所示為XGS-PON的網路架構圖。



圖一 : XGS-PON的網路架構圖
圖一 : XGS-PON的網路架構圖

XGS-PON與Wi-Fi 7異質混合網路

異質網路(Heterogeneous network)是指在網路中連接兩個以上的不同通訊協定及資料堆疊的網路稱之異質網路。


XGS-PON遵循的是ITU-T G.9807.1規範,Wi-Fi 7遵循的是IEEE 802.11be標準,兩種不同的協定結合在一起,將資料收發鏈路從光纖線路轉變為無線通訊以實現XGS-PON加上Wi-Fi 7的異質網路,結合XGS-PON與Wi-Fi 7的諸多優點以發揮在光纖網路中傳遞的寬頻多媒體、寬頻上網與即時視訊的寬頻資訊能有效傳播到最後一哩,以滿足光纖到府的寬頻資料不會被Wi-Fi所限速。


如圖二所示為XGS-PON加上Wi-Fi 7的異質混合網路組成的FTTx架構圖。



圖二 : XGS-PON加上Wi-Fi 7的異質混合網路組成的FTTx架構圖
圖二 : XGS-PON加上Wi-Fi 7的異質混合網路組成的FTTx架構圖

異質網路的優勢互補

XGS-PON最後一哩(Last Mile)不被限速

如表一所述,GPON的下行速率/上行速率由GPON(2.5Gbps/1.25Gbps)轉變為XG-PON(10Gbps/2.5Gbps),再演進成XGS-PON(10Gbps/10Gbps),若XGS-PON的最後一哩技術是以Wi-Fi為主的無線傳輸架構,若只搭配Wi-Fi 6或Wi-Fi 6E,則從OLT下行鏈路傳送過來的資訊會在最後一哩被限速。


Wi-Fi 6(802.11ax)、Wi-Fi 6E(802.11ax)的最大理論資料率為9.6Gbps,若扣掉訊框表頭(Header)、位址資訊(addressing information)、CRC等非資料本身的前置資訊,實際資料率最多為理論值的六~八成,因此對於目前XGS-PON的上行資料率10Gbps及下行資料率10Gbps而言搭配Wi-Fi 6、Wi-Fi 6E的最後一哩無線傳輸都會被限速,也因此由Wi-Fi 7搭配XGS-PON將是目前以XGS-PON為網路主體的FTTx的最後一哩無線傳輸的最佳選擇。


Wi-Fi 7在理論上其資料率可以達到每個存取點(access point)有30Gbps的資料率,而其理論上的最高資料率可以達到46.4Gbps,因此Wi-Fi 7這樣的資料率速度可以是Wi-Fi 6最高資料率的4.8倍,所以Wi-Fi 7相當適合搭配XGS-PON上行與下行速率10Gbps,而不會使得FTTx的無線使用者在上行或下行資料傳輸被限速。


支援MU-MIMO與多重鏈結

在XGS-PON網路中,最後一哩涵蓋範圍內,因為乙太網路的布線限制以及是否支援用戶裝置可移動性的考量,XGS-PON網路中最後一哩涵蓋的範圍,通常考量的是支援多個無線用戶裝置,因此Wi-Fi 7的16×16 MIMO及多重鏈結這兩個技術優勢,便能完美的支援XGS-PON網路最後一哩之無線多使用者存取的應用。


Wi-Fi 7目前可以支援到16條空間流(16 spatial stream),比起Wi-Fi 6E的空間流上限8 spatial stream而言,Wi-Fi 7的資料傳輸量是Wi-Fi 6的兩倍,因此可以達成上行16 spatial stream與下行16 spatial stream的多使用者Multi-user MIMO傳輸。


Wi-Fi 7的多重鏈結運行(MLO)讓XGS-PON網路最後一哩的無線使用者的無線裝置,能夠組合多個不同頻段的多個不同通道,而變成有效的資料傳輸通道,使得所有可用頻譜資源得以被有效的利用,MLO技術將可以使得頻譜資源被有效利用以及資料傳輸量增加。


如圖三所示,為XGS-PON網路最後一哩之多重鏈結運行的multi-user MIMO架構。



圖三 : 多重鏈結運行的multi-user MIMO架構圖
圖三 : 多重鏈結運行的multi-user MIMO架構圖

Wi-Fi 7的其他技術優勢

事實上,Wi-Fi 7具有其他的技術優勢,使得XGS-PON無法再忽視Wi-Fi 7的眾多優點而繼續沿用Wi-Fi 6或Wi-Fi 6E。Wi-Fi 7具有三頻操作的架構,Wi-Fi 7能比Wi-Fi 6多使用七個額外160MHz通道,也就是具有額外的1200MHz頻寬可以使用;另一方面,Wi-Fi 7遵循IEEE 802.11be規範而具有320MHz通道頻寬(160M+160M),這比Wi-Fi 6/ Wi-Fi 6E只具有160MHz通道頻寬能夠使得Wi-Fi 7有多一倍的PHY層資料率。


綜述以上,在Wi-Fi 7的320MHz通道頻寬及三頻操作下,有額外的1200MHz頻寬可以使用的技術優勢,將能使得XGS-PON網路最後一哩無線使用者能夠在不太需要考慮頻寬限制的情況下,使用高頻寬需求的寬頻多媒體娛樂、即時視訊、寬頻上網的服務。


(本文作者王冠雄1、陳偉鑫2為台灣立訊1網通射頻硬體研發副理、2網通研發總監)


**刊頭圖(source:Simula Research Laboratory)


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