Расчет длины абонентской линии по технологии PON

Методика расчета длины абонентской линии по технологии PON (на примере затухания)

Основной задачей проектирования является расчет бюджета потерь и определение оптимальных коэффициентов деления всех разветвителей. Расчет выглядит следующим образом:

-расчет суммарных потерь для каждой ветви без учета потерь в разветвителях;

-поочередное определение коэффициентов деления каждого разветвителя, начиная с наиболее удаленных;

-расчет бюджета потерь для каждого абонентского терминала с учетом потерь во всех элементах цепи, сравнение его с динамическим диапазоном системы.

Обычно абоненты находятся на различном расстоянии от головной станции, то при равномерном делении мощности в каждом разветвителе, мощность на входе каждого ONU будет различна. Подбор параметров разветвителей связан с необходимостью получения на входе каждого абонентского терминала сети примерно одинакового уровня оптической мощности, т.е. построить так называемую сбалансированную сеть. Это принципиально важно по двум причинам. Во-первых, для дальнейшего развития сети важно иметь примерно равномерный запас по затуханию в каждой ветви «дерева» PON. Во-вторых, если сеть не сбалансирована, то на станционный терминал OLT от различных ONU будут приходить в общем потоке сигналы, сильно отличающиеся по уровню.

При выборе разветвителей необходимо знать, какие потери будут вноситься в цепь. Для примерного определения вносимых потерь двухоконных (1210 нм и 1550 нм) разветвителей типа 1х2, 1х4, 1х8, 1х16, 1х32 воспользуемся следующей справочной таблицей.

Общие параметры:

Мощность передатчика OLT, дБм.

Исходя из технических характеристик выбранного оборудования, мощность передатчика OLT варьируется в диапазоне -1~+3дБм;

2Чувствительность приемника ONT, дБм.

Исходя из технических характеристик выбранного оборудования, чувствительность приемника ONT варьируется в диапазоне -26~-30 дБм;

3Избыточные потери, дБ.

Исходя из технических характеристик выбранного оборудования, избыточные потери каждого сплиттера составляют 0,1 дБ;

Затухание в волокне, дБ/км

Тип оптического волокна, применяемого при построении данной сети SMF-28e производства CorningIncorporated. В качестве рассчетного используется затухание на той длине волны, где оно максимально. Таким образом, примем максимальное затухание при λ=1310 нм α=0,35 дБ/км..

Для каждой оптической линии представим все потери в линии в виде суммы затуханий всех компонентов:

где∑- длина i-участка, км;- количество участков;

α - коэффициент затухания оптического кабеля, дБ/км; PC- средние потери в разъемном соединении, дБ; CB - количество сварных соединений; CB - средние потери в сварном соединении, дБ;РАЗ1 - потери в i-оптическом разветвителе, дБ.

Первое слагаемое относится к суммарным потерям в оптическом кабеле, второе - к потерям в разъемах, третье - к потерям на сварках, и четвертое - потери в разветвителях. После этого, произведем расчет затухания для каждой цепи (от OLT до ONU). Расчет бюджета потерь должен подтвердить, что для каждой цепи общая величина потерь (включая запас) не превышает динамический диапазон системы, т.е.:

Где

Р- динамический диапазон;

ВЫХmin - минимальная выходная мощность передатчика OLT, дБм;

ВХ - допустимая мощность на входе приемника ONU, дБм;

∑ - суммарные потери в линии (между OLT и ONU), дБ;

ЗАП - эксплуатационный запас PON, дБ.

Эксплуатационный запас необходимо предусматривать на случай повреждений в линейном тракте, ухудшения условий передачи и дальнейшего развития сети. Обычно берется запас 3-4 дБ, но если на отдельных сегментах сети предполагается подключение значительного количества пользователей, то там запас должен быть явно больше.

Описанную последовательность расчетов применим в дальнейшем.

Определим параметры оптических разветвителей и производим расчет оптического бюджета сети для проекта PON, представленного на следующем рисунке. Потери в разъемных соединениях принять APC = 0,3 дБ, потери на сварках АСВ = 0,05 дБ, коэффициент затухания оптического кабеля - 0,35дБ/км на длине волны 1310нм.

Длины участков: l1=4км, l2=2км, l3=2км, l4=4км, l5=6км.
Сеть можно считать сбалансированной, т.к. разброс между затуханиями цепей минимален. Проверим. не превышает ли бюджета потерь, включая запас, динамический диапазон системы. Учитывая, что для системы PONUTSTARCOM динамический диапазон составляет 29дБ, получим:

дБ>(10,2+3) дБ

Выводы. Расчет параметров оптической распределительной сети успешно завершен. Произведен расчет потерь для оптических линий. Определены коэффициенты деления разветвителей для сети заданной топологии2.8 Тестирование сети PON

При тестировании сети PON оператора обычно волнуют два основных вопроса:

-Реальное затухание в оптической линии между центральным узлом и абонентским устройством (действующим или готовящимся к подключению).

-Местоположение проблемного участка, если реальное затухание в линии оказалось выше ожидаемого (расчетного или опорного).

Для ответа на первый вопрос достаточно провести простые измерения с помощью оптического тестера. Второй вопрос более сложен и требует применения оптического рефлектометра (OTDR), а также определенного опыта расшифровки рефлектограмм. Как правило, желательно, чтобы все необходимые измерения могли проводиться на работающей сети PON без отключения абонентов (кроме, возможно, тестируемого). Такое тестирование осуществляется на нерабочей длине волны с применением дополнительных устройств (волновых мультиплексоров, фильтров), чтобы излучение измерительной аппаратуры не вносило помех в полезный сигнал. В сети PON для прямого канала (от центра к абонентам) используется длина волны 1490 или 1550 нм, для обратного канала - 1310 нм. Для тестирования сети PON обычно используют длину волны 1625 нм.

Излучение измерительной аппаратуры (тестера, рефлектометра) вводится в волокно сразу после центрального узла с использованием волнового мультиплексора. Это излучение способно вызвать помехи на оптическом приемнике абонентского устройства, поэтому перед каждым абонентским устройством необходимо установить фильтр. Для того чтобы можно было проводить тестирование без отключения сети, волновой мультиплексор и фильтры должны быть стационарно включены в оптический тракт, рис. 14.

Для измерения затухания в оптической линии между центральным узлом и абонентским устройством используется оптический тестер на 1625 нм. Передатчик тестера подключается к свободному концу волнового мультиплексора на центральном узле. Приемник тестера подключается к свободному концу волокна перед фильтром, рис. 15.

Можно измерять затухание и без отключения абонентского устройства. Для этого на абонентском устройстве нужно использовать не фильтр, а волновой мультиплексор, как на центральном узле, рис. 16.

Затухание на длине волны 1625 нм несколько выше, чем на 1550 и 1490 нм (в среднем на 10%). Поэтому тестирование затухания на длине волны 1625 нм дает оценку сверху для затухания на рабочих длинах волн. Если эта оценка укладывается в допустимый бюджет (23 дБ), то затухание на рабочих длинах волн заведомо удовлетворяет требованиям по бюджету. Если затухание на длине волны 1625 нм превышает допустимое значение, то для точного определения затухания на рабочих длинах волн необходимо провести перерасчет на основе паспорта оптического кабеля. Измерение с помощью оптического тестера позволяет получить реальное значение затухания на участке от центрального узла до абонентского устройства, но не дает ответа на вопрос, где находится проблемный участок, если это затухание оказалось выше ожидаемого (расчетного или опорного). Для локализации проблемного участка используется более сложное устройство - оптический рефлектометр (OTDR).Рефлектометр с тестовым модулем на 1625 нм подключается к свободному концу волнового мультиплексора на центральном узле, рис. 16. Излучение рефлектометра распространяется по дереву PON и за счет отражения на препятствиях и обратного рассеивания в оптическом волокне частично поступает обратно на вход рефлектометра. Таким образом, снимается рефлектограмма дерева PON - график затухания в линии в зависимости от расстояния. Каждый пик или скачок затухания на этом графике соответствует определенному элементу сети или событию в волокне.

Методика тестирования сети PON с использованием рефлектометра заключается в следующем. После каждого изменения топологии сети (подключения нового абонента, замены сплиттера и т.п.) снимается опорная (эталонная) рефлектограмма, которая соответствует нормальному состоянию сети. При обнаружении проблем в сети (например, если затухание, измеренное оптическим тестером, оказалось выше расчетного) снимается новая рефлектограмма, которая сравнивается с опорной.

Выбор топологии

Если места установки абонентских терминалов легко выбираются исходя из реального расположения пользователей, то выбор топологии требует выбора одного из нескольких возможных вариантов. Кроме наиболее распространенной топологии «дерево», на практике могут встречаться варианты, преобразованные к топологиям типа «звезда» или «шина». Схема «звезда» может применяться при плотном расположении абонентов недалеко от главной станции. В этом случае разветвитель размещается в станционном помещении рядом с OLT, что удобно в обслуживании. Такая схема проста и удобна для эксплуатационных измерений и обнаружения места повреждения линии. Однако, по аналогии со схемой «точка-точка», здесь нет экономии волокон. При достаточно разнесенном и неравномерном расположении абонентов такая схема может оказаться неэффективной .Шинная топология может использоваться, если дома абонентов находятся на одной линии вдоль оптической магистрали. Схема достаточно экономичная, но она предполагает очень большую разность выходных мощностей оптических разветвителей (типа 1/99, 3/97 и т.п.), что достаточно сложно технологически реализовать с хорошей точностью. Она реально может применяться только при «линейном» расположении пользователей вдоль магистрали и только при небольшом количестве каскадов, иначе потери в разветвителях станут сильно ограничивать дальность передачи

Традиционная топология «дерево» остается наиболее популярной. Вопросы оптимального распределения мощности между различными ветвями решаются удачным подбором коэффициентов деления оптических разветвителей. Древообразная топология является очень гибкой с точки зрения потенциального развития и расширения абонентской базы. Потенциальные проблемы могут быть связаны со сложностью оптических измерений, особенно со станционной стороны. В целом, такую схему можно рекомендовать при локальных сосредоточениях (кластерах) абонентов в районе обслуживания.

Выбор технологии

Основной задумкой архитектуры является использование только одного модуля в OLT, который нужен для приема/передачи информации к абонентским ONT. Количество подключенных к OLT узлов зависит от мощности аппаратуры и максимальной скорости внутри сети. Для прямого канала обычно используются волны длинной в 15хх нм. Обратный же канал передается на длине волны 1310нм. Для разделения прямых и обратных потоков в OLT и ONT встроены мультиплексоры WDM. На сегодняшний день операторам нужно предоставлять широкополосные услуги передачи данных для бизнес-центров или клиентов из частного сектора, соответственно скорость передачи данных должна быть не меньше 10/100 Мбит/с. PON легко модернизируется просто подключая к новым магистралям существующие сети доступа, что позволяет оператору переходить к современным мульти гигабитным технологиям - таким как GigabitEthernet, ATM, DWDM. Если до недавнего времени оборудование PON предлагалось в основном узкоспециализированными небольшими компаниями-производителями, то сегодня, когда перспективы этой технологии стали очевидны, большинство крупных производителей, ориентированных на работу с операторами связи, стали предлагать свои решения на базе современных технологий GPON и GEPON. Количество абонентских узлов, подключенных к одному приемопередающему модулю OLT, зависит от выбора технологии и, например, при использовании GPON может доходить до 128.