Оптический бюджет GPON на базе оборудования Eltex

Оптический бюджет – максимально возможное затухание в оптической линии связи между передатчиком и приемником, при котором данная линия может использоваться по назначению.

Планируете строить сеть GPON (Gigabit Passive Optical Network – с англ. гигабитная пассивная оптическая сеть)? Расчет оптического бюджета GPON – неотъемлемая составляющая при разработке схемы и проектировании сети GPON. В данной статье представлены алгоритм и пример расчета на базе оборудования GPON производства Eltex.

Структурная схема линейной части оптической сети GPON при многоквартирной застройке представлена на рисунке 1, при коттеджной застройке – на рисунке 2.

Рисунок 1 – Структурная схема линейной части сети GPON при многоквартирной застройке

Рисунок 2 – Структурная схема линейной части сети GPON при коттеджной застройке

Линейная часть GPON сети состоит из четырех основных участков:

• станционный – оптическая линия связи от OLT до станционного оптического распределительного шкафа (ОРШ или ODF – Optical Distribution Frame);
• магистральный – линейный участок от станционного ОРШ до ОРШ на объекте или муфты магистрального участка;
• распределительный – линейный участок от ОРШ на объекте или муфты магистрального участка до оптической распределительной коробки (ОРК) или ближайшей к пользователю муфты;
• абонентский – линейный участок от ОРК или ближайшей к абоненту муфты до абонентского терминала ONT.

Рассмотрим структуру сети при многоквартирной застройке (рисунок 1).

Станционный участок
В оптический линейный терминал GPON, например Eltex LTP-4X, устанавливаются SFP GPON модули с разъемами SC/UPC. Для уменьшения обратных отражений в оптической линии связи, которые могут привести к возникновению нелинейных эффектов, в сетях GPON используются коннекторы SC/APC. Магистральный оптический кабель заводится в оптический распределительный шкаф (ОРШ 1), в котором оптические волокна данного кабеля с помощью пигтейлов расшиваются на панели с разъемами SC/APC. Порты GPON OLT подключаются к разъемам ОРШ 1 с помощью оптических патчкордов SC/UPC-SC/APC.

Магистральный участок
На магистральном участке отсутствуют разъемные соединители, в зависимости от длины данного участка могут использоваться неразъемные соединения в виде сварки оптического волокна или механических соединителей.

Распределительный участок
Магистральный участок заканчивается на объекте в ОРШ 2, в котором на панели с оптическими разъемами с помощью пигтейлов выведены оптические волокна магистрального кабеля. С другой стороны к данным разъемам подключаются сплиттеры. Выходные порты сплиттеров подключатся к оптическим разъемам ОРШ 3, к которым с другой стороны с помощью пигтейлов подключены некритичные к малым радиусам изгиба оптические волокна вертикального распределительного кабеля (G.657A). Конструктивно ОРШ 2 и ОРШ 3 могут быть выполнены в виде одного ОРШ с отдельными распределительными панелями и местом для размещения сплиттеров. Выделение волокон на этажах выполняется в оптических распределительных коробках (ОРК), в которых соединяются волокна распределительного и drop-кабеля. Последний также содержит оптическое волокно G.657A и используется на участке от ОРК до оптической розетки в квартире клиента.

Абонентский участок
В квартире клиента устанавливается оптическая розетка с коннектором SC/APC, к которому через пигтейл подключается drop-кабель. Абонентский терминал клиента ONT подключается к оптической розетке с помощью оптического патчкорда SC/APC-SC/APC.

Термины и определения
Оптический бюджет линии связи – максимально возможное затухание в оптической линии связи между передатчиком и приемником, при котором данная линия может использоваться по назначению.
Затухание оптической линии связи – сумма всех возможных потерь от передатчика до приемника оптического сигнала.

Методика расчета оптической линии связи при строительстве GPON сети

• Выполнить планирование конфигурации GPON дерева с учетом выбранного коэффициента деления (сплиттирования). Планирование конфигурации предполагает выделение групп пользователей и распределение сплиттеров. После распределения сплиттеров выбирается оптический кабель для магистрального, распределительного и абонентского участков с учетом требуемого количества оптических волокон. Необходимо предусмотреть избыточность по оптическим волокнам с учетом дальнейшего расширения GPON сети.
• После планирования конфигурации GPON дерева необходимо выполнить расчет бюджета оптической линии связи. Целевым критерием при расчете GPON дерева является выполнение следующего условия:

∆Р>α_max,

где
∆Р, дБ – оптический бюджет линии;
α_max, дБ — максимально возможное затухание в GPON дереве – затухание оптической линии связи на участке от передатчика до самого удаленного приемника.

Если условие выполняется, то линия спроектирована корректно и может использоваться в коммерческой эксплуатации. В противном случае необходимо изменить структуру сети GPON и выполнить повторный расчет линии таким образом, чтобы условие выполнялось.

Оптический бюджет линии определяется следующим образом:

∆Р=Tx-(-Rx),

где
∆Р, дБ – оптический бюджет линии;
Tx, дБм – уровень мощности передатчика;
Rx, дБм – чувствительность приемника.

Максимально возможное затухание в GPON дереве определяется для самого протяженного участка от ONT до OLT (для uplink потока) по следующей формуле:где
α_РСi , дБ —  потери на разъемном соединении (коннекторах);
α_НРСi , дБ —  потери на неразъемном соединении (сварка ОВ, механические соединители);
β, дБ – вносимые оптическим сплиттером потери;
l, км – длина оптической линии связи;
k_λ.дБ/км – коэффициент затухания оптического волокна на длине волны λ;
ξ, дБ – эксплуатационный запас.

Справочные данные, которые используются при расчете оптического бюджета, представлены в таблицах 1-3.

Таблица 1 – Общие данные

*Примечания: эксплуатационный запас обусловлен деградацией источника оптического излучения в процессе эксплуатации со временем.

Таблица 2 – Вносимые оптическими сплиттерами потери

Таблица 3 – Характеристики оборудования Eltex GPON

Примечание: Оптические трансиверы OLT SFP используются в следующем оборудовании Eltex GPON и Eltex Turbo GePON: LTE-2X, LTE-8X, LTP-4X, LTP-8X, MA4000-PX.

Пример расчета оптического бюджета GPON сети на базе оборудования Eltex GPON

Исходные данные для расчета:

• объект строительства сети: многоквартирная застройка;
• максимальное расстояние от OLT до ONT в дереве PON – 8 км;
• коэффициент деления (сплиттирования): 1х64;
• в OLT будут использоваться SFP B+ PON модули;
• ONT будут использоваться с оптическими трансиверами класса B+;
• на магистральном участке заложить оптический кабель с оптическими волокнами SMF (стандарт G.652);
• на распределительном участке заложить кабель, некритичный к изгибам (стандарт G.657A);
• на абонентском участке от ОРК до ОР заложить drop-кабель (стандарт G.657A).

Расчет:

Структура сети

Рисунок 3 – Конфигурация сети

Конфигурация сети представлена на рисунке 3. Поскольку длина магистрального участка значительно больше суммарной длины станционного, распределительного и абонентского участков, то в расчетах длинами последних можно пренебречь. По условию задачи максимальное расстояние от OLT до ONT в дереве GPON – 8 км, примем данное расстояние за длину магистрального участка. Поскольку строительная длина оптического кабеля составляет 4-6 км, на магистральном участке потребуется сварное соединение. На выходе магистрального участка оптические волокна кабеля с помощью пигтейлов расшиваются на оптическом кроссе (ОРШ 2). По условию задачи коэффициент сплиттирования – 1х64, поэтому выберем оптические сплиттеры 1х2 и 1х32. Входной порт сплиттера 1х2 подключается к магистральному кроссу ОРШ 2, а один из выходных портов данного сплиттера подключается к входному порту сплиттера 1х32. Выходные порты сплиттера 1х32 подключаются к оптическим разъемам ОРШ 3, на которые с другой стороны с помощью пигтейлов выведены оптические волокна вертикального распределительного кабеля. Вертикальный кабель прокладывается по стояку многоэтажного дома, где выполняется подключение абонентов с помощью drop-кабеля.

Поскольку погонное затухание оптического волокна на длине волны 1310 нм (0.38 дБ/км) больше, чем на длине волны 1490 нм (0.25 дБ/км), максимально возможное затухание в оптическом волокне будет иметь место для uplink потока (от ONT до OLT). Расчет затухания в линии для обоих потоков представлен на рисунке 3. Таким образом, имеем максимально возможное затухание в линии 25.59 дБ, с учетом эксплуатационного запаса 3 дБ имеем 28.59 дБ.

Определим оптический бюджет линии:

Таким образом, имеем:
29.5 дБ > 28.59 дБ,
∆P > αmax.

Следовательно, структура сети GPON построена корректно.

Мы надеемся, что наша статья помогла Вам разобраться с методикой расчета оптического бюджета сети GPON. Если у Вас остались вопросы, специалисты Элтекс Солюшенс / Eltex Solutions обязательно помогут Вам их решить:

• email: office@eltexsl.ru
• (383) 347 90 88 – Новосибирск
• (499) 600 90 88 – Москва

Автор статьи: Дмитрий Шилин