Passive Optical Network

Grundidee und Bedeutung

Passive Optische Netze (PON; englisch Passive Optical Networks) sind optische Zugangsnetze zwischen Vermittlungsstelle und Kundenstandort. Im Verteilnetz bestehen sie ausschließlich aus passiven optischen Bauelementen. Anders als ein Active Optical Network benötigen sie dort keine eigene Stromversorgung und haben keine Switching-Funktionalität.

PON werden unter anderem für Fiber To The Home (FTTH, „Glasfaser bis zum Kunden“) eingesetzt. Eine Glasfaser wird dabei bis zur Vermittlungsstelle geteilt: Die Bandbreite einer Faser, aktuell 2,5 oder 10 Gbit/s, wird dynamisch auf deren Teilnehmer verteilt. PON sind eine Grundlage für bandbreitenstarke Zugangsnetze sowie für Highspeed-Internet und multimediale Dienste wie TV Broadcast und Video-on-Demand.

Gegenüber kupferbasierten Breitbandtechnologien wie ADSL/VDSL ermöglicht die Signalübertragung über Glasfaser wesentlich höhere Bandbreiten von bis zu 10 Gbit/s über größere Distanzen von bis zu 10 km. Glasfaser hat eine deutlich geringere Dämpfung und ist resistent gegen elektromagnetische Einflüsse und Überspannungen.

Komponenten und Signalweg

Ein PON besteht aus drei wesentlichen Komponenten:

• OLT (Optical Line Termination, „optischer Leitungsabschluss“) in der Vermittlungsstelle.
• Optischen Splittern als Verteilelementen, etwa in einer Schaltstelle oder einem Kabelverzweiger.
• ONT (Optical Network Termination, „optischer Netzwerkabschluss“) beim Kunden; als alternative Bezeichnung wird ONU (Optical Network Unit) verwendet.

Das OLT ist die übertragungstechnische Schnittstelle zwischen Access-Netz und dem dahinterliegenden Backbone-Netz. Von ihm führen einzelne Glasfasern zu passiven optischen Splittern in einer Schaltstelle oder Muffe. Diese Splitter teilen das anliegende optische Signal physisch durch optische Leistungsteilung auf. Sie können unterschiedliche Splitting-Faktoren haben, beispielsweise 1:16 oder 1:32. Von den Splittern führen Glasfaserverbindungen zu den jeweiligen Kundenstandorten.

Am Kundenstandort endet die optische Übertragungsstrecke im ONT. Das ONT wandelt das optische wieder in ein elektrisches Signal um und stellt Schnittstellen bereit, zum Beispiel POTS sowie 10 Mbit/s oder 100 Mbit/s. Darüber lassen sich Dienste wie VoIP, Highspeed-Internet, Broadcast TV und Video-on-Demand nutzen. OLT und ONT sind aktive, stromversorgte Komponenten; passiv ist ausschließlich die Signalaufteilung im Verteilnetz.

Übertragungsrichtungen und PON-Standards

Damit Up- und Downlink auf einer einzelnen Glasfaser gleichzeitig möglich sind, verwendet ein PON für beide Kommunikationsrichtungen unterschiedliche Wellenlängen. Bei Neuinstallationen kommen laut Artikel sowohl GPON, das als veraltet bezeichnet wird, als auch XG-PON/XGS-PON zum Einsatz. Moderne optische Schnittstellen, etwa SFPs, unterstützen sowohl GPON als auch XGS-PON.

Die Standards unterscheiden sich vor allem in Datenrate, Übertragungsrichtung, Wellenlängen, Norm und Einführung. Frühe Varianten sind PON mit 0,052 Gbit/s ab 1990 und SONET (OC-1), APON mit 0,155 Gbit/s nach ITU-T G.983 ab 1996 sowie BPON mit 0,622 Gbit/s nach ITU-T G.983 ab 2000. APON ist ATM-basierend und verwendet SDH / STM-1; BPON ist breitbandig, ATM-basierend und nutzt STM-4.

EPON erreicht 1,25 / 1,25 Gbit/s, ist Ethernet-basierend und folgt IEEE 802.3ah ab 2004. GEPON wird mit 1 Gbit/s nach ITU-T G.984 ab 2003 genannt; es ist Gigabit- und Ethernet-basierend und wird vor allem in Asien eingesetzt. Zusätzlich nennt die Tabelle ein GEPON mit 10 Gbit/s nach IEEE 802.3av ab 2006, ebenfalls Ethernet-basierend.

GPON bietet 2,5 / 1,25 Gbit/s, verwendet 1310±10 nm für den Uplink und 1490±10 nm für den Downlink und ist in ITU-T G.984 ab 2003 festgelegt. Es ist Gigabit- sowie ATM- oder GEM-basierend. XG-PON erreicht 10 / 2,5 Gbit/s nach ITU-T G.987 ab 2010 und ist XGEM-basierend. XGS-PON arbeitet symmetrisch mit 10 / 10 Gbit/s nach ITU-T G.9807 ab 2016; seine Wellenlängen sind 1270±10 / 1577,5±2,5 nm und es ist XGEM-basierend.

Weitere genannte Standards sind NG-PON2 mit 10 / 10 Gbit/s nach ITU-T G.989 ab 2017, NG-EPON mit 25 / 25 oder 50 / 50 Gbit/s nach IEEE 802.3ca ab 2019 sowie 50G-PON (G.hsp). Für 50G-PON nennt die Tabelle 50 / 12,5, 50 / 25 und 50 / 50 Gbit/s, die Wellenlängen 1342±2 / 1490±10, 1300±10 und 1286±2 nm sowie ITU-T G.9804 ab 2019.

Standardisierung

Die Standardisierung wird unter anderem von der ITU-T Study Group 15 getragen. ITU-T G.983 betrifft APON und BPON, G.984 G-PON und G.987 XG-PON. Für G-PON sind außerdem einzelne Teile genannt: G.984.1 für allgemeine Eigenschaften, G.984.2 für die Physical Media Dependent (PMD) layer specification, G.984.3 für die Transmission convergence (TC) layer specification, G.984.4 für die ONT management and control interface (OMCI) specification, G.984.5 für Enhancement Band und G.984.6 für Reach extension. EPON ist außerdem durch IEEE 802.3ah festgelegt.