Как рассчитать бюджет мощности для GPON

Что такое GPON?

GPON (пассивная оптическая сеть с поддержкой гигабитных скоростей) — важнейшая ветвь семейства пассивных оптических сетей (PON).

По сравнению с более ранним EPON, GPON поддерживает больше пользователей и может покрывать расстояния до 20 километров. Используя оптоволокно в качестве среды передачи, он имеет распределенную архитектуру, способную поддерживать 32, 64, 128 или даже больше конечных пользователей.

Определено Оптической распределительной сетью (ODN), GPON использует технологию WDM и предписывает одноволоконную двунаправленную передачу. Сценарии внедрения включают Fiber to the Home (FTTH), Fiber to the Curb (FTTC) и Fiber to the Node (FTTN). Стандарт ITU-T G.902 обеспечивает основу для архитектуры и функций сетей доступа.

На основе стандартов серии ITU-T G.984.x GPON обычно допускает от 64 до 128 оптических сплиттерных ветвей, поддерживает высокую пропускную способность, передачу на большие расстояния и предлагает услуги triple-play по низкой цене. Благодаря своей пассивной природе GPON прост в обслуживании, поскольку сеть не включает в себя активных устройств.

Связь между расстоянием передачи и оптическими разветвителями

Критически важным фактором в проектировании GPON является расстояние передачи между оптическим линейным терминалом (OLT) и пользователями, которое относится к максимально допустимому оптическому бюджету системы. Оптический бюджет охватывает потери от разъемов, сращиваний, волокон и оптических разветвителей, причем потери разветвителей являются наиболее значительными.

Например, типичный оптический разветвитель 1×32 может иметь вносимые потери от 17 дБ до 18 дБ. Несмотря на эти относительно высокие потери, разветвители незаменимы, что делает GPON экономичным и упрощенным сетевым решением.

Значение потерь сплиттеров различается в зависимости от типа (например, PLC или FBT). Как пассивные устройства, сплиттеры просты в установке и использовании. Однако чем больше число ответвлений сплиттера, тем выше оптические потери мощности. Поэтому проектировщики GPON должны тщательно продумать рациональность выбора сплиттеров с определенным числом ответвлений, поскольку большее число ответвлений увеличивает потери сплиттера, уменьшая максимально достижимое расстояние между OLT и оптическими сетевыми блоками (ONU).

Принципы бюджетирования электроэнергии

Бюджет мощности в оптических системах связи касается передачи оптических сигналов по волокну, а не напряжения и тока в электрической связи. Он учитывает все системные выигрыши и потери, при этом разумный бюджет мощности снижает сложность сети и проблемы обслуживания.

GPON включает OLT, ONU и соединительные волокна и соединения. Следовательно, необходимо учитывать потери от одномодового волокна, разъемов, пассивных оптических разветвителей, пассивных оптических аттенюаторов и соединений. Неточные расчеты бюджета мощности могут привести к проблемам для сетевых приемников. Избыточная мощность может повредить детекторы, в то время как недостаточная мощность может помешать детекторам правильно распознавать оптические сигналы или привести к высокому уровню ошибок при обнаружении данных.

Мощность передатчика и чувствительность приемника — два критических параметра, определяющих потенциальную зону покрытия сети. Рассчитав бюджет мощности в худших условиях, можно определить общие потери сети и, таким образом, максимальную зону покрытия.

Вносимые потери относятся к разнице мощности между входом и выходом устройства (например, сплиттера). Например, если сплиттер получает входную мощность 20 дБм и выдает 3 дБм, вносимые потери составляют 17 дБ.

Формула расчета бюджета мощности:

Мощность передатчика = Чувствительность приемника + Общие потери

В этой формуле общие потери выражаются в дБ. Затухание волокна измеряется в дБ/км, а другие потери, включая потери на разветвителе, потери на сращивании и потери на разъеме, также выражаются в дБ.

Распространенные типы приемников включают лавинный фотодиод (APD) и PIN-фотодиод (PIN) со следующими типичными диапазонами чувствительности:

• PIN: Диапазон чувствительности составляет от -18 дБм до 0 дБм, оптимальное значение -7 дБм.
• APD: Диапазон чувствительности составляет от -28 дБм до -8 дБм, оптимальное значение -14 дБм.

Типичные значения выходной мощности лазерного передатчика:

• Короткое расстояние: -3 дБм
• Среднее расстояние: 0 дБм
• На большие расстояния: +3 дБм

Обратите внимание, что эти значения являются типичными; удельную выходную мощность передатчика и чувствительность приемника следует проверять в технических характеристиках продукта производителя.

Пример расчета бюджета мощности

Чтобы упростить процесс обучения, мы можем использовать следующие параметры для расчета длины волокна простой сети:

• Одномодовое волокно с затуханием 0.35 дБ/км.
• Потери в разветвителе составляют 14 дБ согласно техническому описанию.
• Два механических сростка и два соединителя в волокне.

Другие параметры включают в себя:

• Мощность передатчика: 5 дБм
• Чувствительность приемника: -14 дБм
• Затухание волокна: 0.35 дБ/км

Формула расчета:

5 = −14 + (Затухание волокна на км × Расстояние D (км) + Потери в разветвителе + Дополнительные потери)

Если предположить, что имеется два сращивания (каждое с потерями 0.1 дБ) и два соединителя (каждое с потерями 0.75 дБ), то общие дополнительные потери составят: 0.2 дБ+1.5 дБ=1.7 дБ.

Подставляем в формулу:

19=0.35×D+14+1.7

Решение этого уравнения:

0.35×D=19−15.7

Д=10 км

Таким образом, расстояние между OLT и ONU составляет около 10 километров.