Como calcular o orçamento de energia para GPON

O que é GPON?

GPON (Gigabit-Capable Passive Optical Network) é um ramo crucial da família de Redes Ópticas Passivas (PON).

Comparado ao EPON anterior, o GPON suporta mais usuários e pode cobrir distâncias de até 20 quilômetros. Utilizando fibra como meio de transmissão, ele apresenta uma arquitetura distribuída capaz de suportar 32, 64, 128 ou até mais usuários finais.

Definido pela Rede de Distribuição Óptica (ODN), GPON emprega tecnologia WDM e exige transmissão bidirecional de fibra única. Os cenários de implementação incluem Fiber to the Home (FTTH), Fiber to the Curb (FTTC) e Fiber to the Node (FTTN). O padrão ITU-T G.902 fornece uma estrutura para a arquitetura e funções de redes de acesso.

Com base nos padrões da série ITU-T G.984.x, o GPON normalmente permite de 64 a 128 ramificações de divisores ópticos, suporta alta largura de banda, transmissão de longa distância e oferece serviços triple-play a baixos custos. Devido à sua natureza passiva, o GPON é fácil de manter, pois a rede não inclui dispositivos ativos.

Relação entre distância de transmissão e divisores ópticos

Um fator crítico no design GPON é a distância de transmissão entre o Terminal de Linha Óptica (OLT) e os usuários, que se relaciona ao orçamento óptico máximo permitido do sistema. O orçamento óptico abrange perdas de conectores, emendas, fibras e divisores ópticos, sendo a perda do divisor a mais significativa.

Por exemplo, um divisor óptico 1×32 típico pode ter uma perda de inserção entre 17dB e 18dB. Apesar dessa perda relativamente alta, os divisores são indispensáveis, tornando o GPON uma solução de rede econômica e simplificada.

O valor de perda dos divisores varia de acordo com o tipo (por exemplo, PLC ou FBT). Como dispositivos passivos, os divisores são fáceis de instalar e usar. No entanto, quanto maior o número de ramificações do divisor, maior a perda de potência óptica. Portanto, os projetistas de GPON devem considerar cuidadosamente a racionalidade de escolher divisores com números de ramificação específicos, pois mais ramificações aumentam a perda do divisor, reduzindo a distância máxima atingível entre OLT e Unidades de Rede Óptica (ONUs).

Princípios do orçamento de energia

Um orçamento de energia em sistemas de comunicação óptica diz respeito à transmissão de sinais ópticos via fibra em vez de tensão e corrente em comunicação elétrica. Ele considera todos os ganhos e perdas do sistema, com um orçamento de energia razoável reduzindo a complexidade da rede e problemas de manutenção.

GPON compreende OLTs, ONUs e as fibras de conexão e juntas. Portanto, perdas de fibra monomodo, conectores, divisores ópticos passivos, atenuadores ópticos passivos e juntas devem ser consideradas. Cálculos imprecisos de orçamento de energia podem resultar em problemas para receptores de rede. Energia excessiva pode danificar detectores, enquanto energia insuficiente pode impedir que detectores detectem corretamente sinais ópticos ou resultar em altas taxas de erro durante a detecção de dados.

A potência do transmissor e a sensibilidade do receptor são dois parâmetros críticos que definem a área de cobertura potencial de uma rede. Ao calcular o orçamento de potência sob as piores condições, pode-se determinar a perda total da rede e, portanto, a área máxima de cobertura.

Perda de inserção refere-se à diferença de potência entre a entrada e a saída de um dispositivo (como um divisor). Por exemplo, se um divisor recebe uma potência de entrada de 20 dBm e produz 3 dBm, a perda de inserção é de 17 dB.

A fórmula para cálculo do orçamento de energia é:

Potência do transmissor = sensibilidade do receptor + perda total

Nesta fórmula, a perda total é expressa em dB. A atenuação da fibra é medida em dB/km, e outras perdas, incluindo perda do divisor, perda da emenda e perda do conector, também são expressas em dB.

Os tipos comuns de receptores incluem o fotodiodo de avalanche (APD) e o fotodiodo PIN (PIN), com faixas de sensibilidade típicas como segue:

• PIN: A sensibilidade varia de -18 dBm a 0 dBm, com um valor ideal de -7 dBm.
• APD: A sensibilidade varia de -28 dBm a -8 dBm, com um valor ideal de -14 dBm.

Os valores típicos para a potência de saída do transmissor baseado em laser são:

• Curta distância: -3 dBm
• Distância média: 0 dBm
• Longa distância: +3 dBm

Observe que esses valores são típicos da potência de saída específica do transmissor e a sensibilidade do receptor deve ser verificada nas especificações do produto do fabricante.

Exemplo de cálculo de orçamento de energia

Para simplificar o processo de aprendizagem, podemos usar os seguintes parâmetros para calcular o comprimento da fibra de uma rede simples:

• Fibra monomodo com atenuação de 0.35 dB/km.
• Perda do divisor de 14 dB conforme a folha de dados.
• Duas emendas mecânicas e dois conectores na fibra.

Outros parâmetros incluem:

• Potência do transmissor: 5 dBm
• Sensibilidade do receptor: -14 dBm
• Atenuação da fibra: 0.35 dB/km

A fórmula de cálculo é:

5 = −14 + (Atenuação da fibra por km × Distância D (km) + Perda do divisor + Perda adicional)

Supondo duas emendas (cada uma com perda de 0.1 dB) e dois conectores (cada um com perda de 0.75 dB), a perda adicional total é: 0.2 dB + 1.5 dB = 1.7 dB

Substituindo na fórmula:

19=0.35×D+14+1.7

Resolvendo esta equação:

0.35×D=19−15.7

D=10 km

Assim, a distância entre a OLT e a ONU é de aproximadamente 10 quilômetros.