So berechnen Sie das Energiebudget für GPON

Was ist GPON?

GPON (Gigabit-Capable Passive Optical Network) ist ein wichtiger Zweig der Passive Optical Network (PON)-Familie.

Im Vergleich zum früheren EPON unterstützt GPON mehr Benutzer und kann Entfernungen von bis zu 20 Kilometern überbrücken. Es nutzt Glasfaser als Übertragungsmedium und verfügt über eine verteilte Architektur, die 32, 64, 128 oder sogar noch mehr Endbenutzer unterstützen kann.

Definiert durch das Optical Distribution Network (ODN), GPON verwendet WDM-Technologie und erfordert bidirektionale Übertragung über eine einzelne Glasfaser. Implementierungsszenarien umfassen Fiber to the Home (FTTH), Fiber to the Curb (FTTC) und Fiber to the Node (FTTN). Der ITU-T G.902-Standard bietet einen Rahmen für die Architektur und Funktionen von Zugangsnetzen.

Basierend auf den Standards der ITU-T-G.984.x-Reihe ermöglicht GPON normalerweise 64 bis 128 optische Splitterzweige, unterstützt hohe Bandbreiten und Fernübertragungen und bietet Triple-Play-Dienste zu geringen Kosten. Aufgrund seiner passiven Natur ist GPON leicht zu warten, da das Netzwerk keine aktiven Geräte enthält.

Beziehung zwischen Übertragungsdistanz und optischen Splittern

Ein kritischer Faktor beim GPON-Design ist die Übertragungsdistanz zwischen dem Optical Line Terminal (OLT) und den Benutzern, die mit dem maximal zulässigen optischen Budget des Systems zusammenhängt. Das optische Budget umfasst Verluste von Steckverbindern, Spleißen, Fasern und optischen Splittern, wobei der Splitterverlust am größten ist.

Beispielsweise kann ein typischer optischer 1×32-Splitter einen Einfügungsverlust zwischen 17 dB und 18 dB aufweisen. Trotz dieses relativ hohen Verlusts sind Splitter unverzichtbar, was GPON zu einer wirtschaftlichen und vereinfachten Netzwerklösung macht.

Der Verlustwert von Splittern variiert je nach Typ (z. B. PLC oder FBT). Als passive Geräte sind Splitter einfach zu installieren und zu verwenden. Je größer jedoch die Anzahl der Splitterzweige ist, desto höher ist der optische Leistungsverlust. Daher müssen GPON-Designer die Rationalität der Auswahl von Splittern mit bestimmten Zweigzahlen sorgfältig abwägen, da mehr Zweige den Splitterverlust erhöhen und die maximal erreichbare Entfernung zwischen OLT und optischen Netzwerkeinheiten (ONUs) verringern.

Grundsätze der Energiebudgetierung

Das Leistungsbudget in optischen Kommunikationssystemen betrifft die Übertragung optischer Signale über Glasfaser und nicht Spannung und Strom in der elektrischen Kommunikation. Es berücksichtigt alle Systemgewinne und -verluste, wobei ein angemessenes Leistungsbudget die Netzwerkkomplexität und Wartungsprobleme reduziert.

GPON besteht aus OLTs, ONUs und den Verbindungsfasern und -verbindungen. Daher müssen Verluste durch Singlemode-Fasern, Steckverbinder, passive optische Splitter, passive optische Dämpfungsglieder und Verbindungen berücksichtigt werden. Ungenaue Leistungsbudgetberechnungen können zu Problemen für Netzwerkempfänger führen. Zu viel Leistung kann Detektoren beschädigen, während zu wenig Leistung dazu führen kann, dass Detektoren optische Signale nicht richtig erfassen oder zu hohen Fehlerraten bei der Datenerkennung führen.

Die Leistung des Senders und die Empfindlichkeit des Empfängers sind zwei kritische Parameter, die den potenziellen Abdeckungsbereich eines Netzwerks definieren. Durch Berechnung des Leistungsbudgets unter Worst-Case-Bedingungen kann der gesamte Netzwerkverlust und damit der maximale Abdeckungsbereich bestimmt werden.

Der Einfügungsverlust bezieht sich auf den Leistungsunterschied zwischen dem Eingang und dem Ausgang eines Geräts (z. B. eines Splitters). Wenn ein Splitter beispielsweise eine Eingangsleistung von 20 dBm empfängt und mit 3 dBm ausgibt, beträgt der Einfügungsverlust 17 dB.

Die Formel zur Berechnung des Leistungsbudgets lautet:

Sendeleistung = Empfängerempfindlichkeit + Gesamtverlust

In dieser Formel wird der Gesamtverlust in dB ausgedrückt. Die Glasfaserdämpfung wird in dB/km gemessen und andere Verluste, einschließlich Splitterverlust, Spleißverlust und Steckerverlust, werden ebenfalls in dB ausgedrückt.

Zu den gängigen Empfängertypen gehören Avalanche-Photodioden (APD) und PIN-Photodioden (PIN) mit den folgenden typischen Empfindlichkeitsbereichen:

• PIN: Die Empfindlichkeit reicht von -18 dBm bis 0 dBm, mit einem optimalen Wert von -7 dBm.
• APD: Die Empfindlichkeit reicht von -28 dBm bis -8 dBm, mit einem optimalen Wert von -14 dBm.

Typische Werte für die Ausgangsleistung laserbasierter Sender sind:

• Kurze Distanz: -3 dBm
• Mittlere Entfernung: 0 dBm
• Lange Distanz: +3 dBm

Beachten Sie, dass es sich bei diesen Werten um typische spezifische Senderausgangsleistungen handelt und dass die Empfängerempfindlichkeit in den Produktspezifikationen des Herstellers überprüft werden sollte.

Beispiel für die Berechnung des Energiebudgets

Um den Lernprozess zu vereinfachen, können wir die folgenden Parameter verwenden, um die Faserlänge eines einfachen Netzwerks zu berechnen:

• Singlemode-Faser mit einer Dämpfung von 0.35 dB/km.
• Splitterverlust von 14 dB laut Datenblatt.
• Zwei mechanische Spleiße und zwei Steckverbinder in der Faser.

Weitere Parameter sind:

• Sendeleistung: 5 dBm
• Empfängerempfindlichkeit: -14 dBm
• Faserdämpfung: 0.35 dB/km

Die Berechnungsformel lautet:

5 = −14 + (Faser-Dämpfung pro km × Entfernung D (km) + Splitter-Verlust + zusätzlicher Verlust)

Bei zwei angenommenen Spleißen (jeweils mit 0.1 dB Verlust) und zwei Steckverbindern (jeweils mit 0.75 dB Verlust) beträgt der gesamte zusätzliche Verlust: 0.2 dB+1.5 dB=1.7 dB

Einsetzen in die Formel:

19 = 0.35 × D + 14 + 1.7

Lösung dieser Gleichung:

0.35 × D = 19 – 15.7

D=10 km

Somit beträgt die Entfernung zwischen OLT und ONU etwa 10 Kilometer.