Расчет оптического бюджета при построении GPON дерева

4.2.1 "Оптический бюджет" считается максимальным значением затухания в оптическом волокне от OLT до самых отдаленных ОНТ.

Расчеты затухания оптического сигнала выполняются для волоконно-оптической линии от точки подключения на активном оборудовании (на передатчике) с удаленным пользователем (ресивер). Пассивные источники потери сети GPON являются:

- Общее затухание в оптическом волокне - зависит от его длины и коэффициента затухания на длине определенной длины волны;

- Суммарные потери в сращивании сварных соединений - зависит от каждого проигрыша сращивания и их общего количества;

- Суммарные потери в "контактах" разъемных соединений - потери зависят от каждого соединителя и их общего количества;

- Потери в волоконных разветвителях - коэффициент, зависящий от разветвления сплиттера (число его портов);

- Карательная потеря - потеря на поворотах при прокладке кабелей. Суммой всех потерь, возникающих в области оптических сетей является бюджет ослабления энергии. Расчеты должны учитывать оперативный резерв в виде дополнительных сращиваний и вставок во время ремонтных работ, а также запас на естественное старение волокна. В общем, рекомендуется оставить резервную линию в бюджет 1-1,5dB после того, как полностью выполняется к нему путь из портов станции OLT на АТС до абонента ОНТ.

Потери бюджета для PON на основе рекомендаций МСЭ G.983.4 для GPON и в классе 22 дБ для C-класса GPON 27дБ. Отличие от сетей класса B и C является мощность лазера, используемого в гораздо меньшей степени, это связано с качеством используемых оптических компонентов. Эта потеря бюджета очень трудна, особенно при использовании разветвителей с большим числом портов.

Сплиттер в GPON является источником больших потерь, так как входная мощность разделяется между несколькими выходными портами. Потеря разветвителей зависит от количества выходов для разветвителя 1: 2 приблизительно на 3 дБ, увеличивается на 3 дБ для каждого удвоения количества выходных портов. 1:32 разветвитель имеет потерю по меньшей мере на 15 дБ за исключением его соединений. Эти потери относятся к обоим направлениям сигналов [15].

В этом случае оптический бюджет = Tx (выходная мощность трансивера) - (-Rx) (чувствительность приемника).

Для OLT MA5603T оборудования от компании HUAWEI и ОНТ - расчет G4020W оптического бюджета линии выглядит следующим образом.

Для нисходящего направлении (OLT> ONU), OLT выходная мощность + 2dBm и чувствительность ONU - 28dBm. Зная эти величины, можно рассчитать оптический бюджет для нисходящего потока 2 - (- 28) = 30dBm

Для восходящего направления (ONU> OLT), ONU выходной мощности и чувствительности 0,5dBm OLT - 30dBm. Зная эти значения, мы можем вычислить оптический бюджет для разведки и добычи потока: 0,5 - (- 30) = 30,5dBm.

Так как передача в Upstream и Downstrean потоков осуществляется в одном оптическом волокне, действительный бюджет будет выше, чем 30dBm.

4.2.2. Ослабление сигнала в оптической сети.

На затухание сигнала в оптической сети влияют следующие компоненты:

- Потери в соединениях волокна;

- Потери в оптическом волокне (в км);

- Потеря в оптических соединителях;

- Потери при использовании различных типов разветвителей.

В таблице 4.1 приведены значения потерь для каждого элемента GPON дерева (показаны средние значения):

Таблица 4.1

Значения потерь для элементов GPON дерева

4.2.3 Расчет оптического бюджета в строительстве GPON дерева.

Расчет оптического бюджета в строительстве GPON дерева можно сделать, используя следующую формулу:

P = F + C + Sl + Sp, (4.1)

где P = бюджет мощности (максимальная оптическая потеря в ODN);

F = ослабление OB в зависимости от расстояния (в километрах);

C = ослабление в оптических соединителях;

Sl = ослабление в соединениях волокон;

Sp = ослабление в сплиттерах.

Расчет затухания показан на рисунке 4.1.

Для схем сети абонентского доступа, показанные на рисунке 4.1, оптический расчет бюджетной линии будет выглядеть следующим образом:

Исходные данные:

- количество оптических соединителей = 7;

Рисунок 4.1 - Расчет затухания

Примечание: составлено автором на основании [15]

- число соединений OB = 6;

- количество разделителей = 2 (1: 2, 1:16).

P = F + 7*0,3 + 6*0,2 + (3 + 13) = 27 dBm

Исходя из этого, максимальная длина линии находится следующим методом:

L = (30 - 7*0,3 - 6*0,2 - 3 - 15)/0,3 = 19 км

Для того, чтобы рассчитать оптический бюджет в PON при регулярном OP достаточно посчитать ослабления сигнала в одном канале OLT-ОНТИ.

Окончательный расчет оптического бюджета основывается на технических данных производителя активного оборудования, ВОК и сетевых компонентов.

Расчет оптического бюджета в пассивной оптической сети делители оптической мощности с неравномерным кранами распределения.

Алгоритм расчета потерь и определение оптимальных коэффициентов всех ОП отдел состоит из:

- Расчет общих потерь для каждой отрасли без потерь в ОП;

- В качестве альтернативы определения факторов деления каждого ОП,

от самых отдаленных;

- Расчет потерь бюджета для каждого абонентского терминала на основе потерь во всех элементах цепочки, сравнивая его с динамическим диапазоном системы.

Ослабление мощности сигнала в оптических компонентах отдельного канала OLT-ONTi показано на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 – Ослабление мощности сигнала

Примечание: составлено автором на основании [15]

Если абоненты находятся на разных расстояниях от OLT, то равномерно разделив каждый выходной OP, потребляемая мощность каждого ONU / ONT отличается. Выбор параметров ОП связано с необходимостью получения ввода на каждом сетевом терминале пользователя примерно на том же уровне оптической мощности, то есть построение так называемой сбалансированной сети [17].

Для расчета оптического бюджета с OP PON оптической мощности с неравномерным распределением отводов справедливы следующие условия:

- Максимально допустимое затухание не должно превышать значение, рассчитанное по формуле (1);

- Затухание минимально допустимый сигнал должен быть меньше, чем значение, рассчитанное по формуле (2).

При выборе OP разделения факторов, которые Вы должны знать, какие потери будут сделаны в цепи при заданном коэффициента деления. Для определения вносимых потерь двухоконный (1310нм и 1550нм) типа OP 1х2 рекомендуется использовать параметры OP, показанные в таблице 4.2.

Таблица 4.2

Параметры ОР

При необходимости определения вносимых потерь OP с большим количеством выходных портов, а также других факторов Ai деление дБ, мы рекомендуем использовать формулу оценки (4.2):

Ai=10 lg (100 % / D %) + log2 (N - 1) 0,4 + 0,2+ 1,5lg (100% / D %), (4.2)

где D % – доля мощности, выводимой в данный порт, %;

N – число выходных портов

i – номер выходного порта.

Примечание: Применение таблицы 4.2 и расчета по формуле (4.2) только позволяет оценить величину вносимых потерь (Погрешность находится в пределах 0,1 ÷ 0,4 дБ). Конкретные значения вносимых потерь для каждого ОП, указанного изготовителем, однако, и расчетные значения вполне пригодны для данной конструкции.

Для каждого оптического канала OLT-ONTi все потери на линии АΣ, дБ, рассчитывается как сумма всех компонентов ослабления:

АΣ = (α l1 + … + ln) + WL + NP · AP + NC · AC + (AРАЗ1 + AРАЗm), (4.3)

где li - длина двутаврового сечения, км;

n - число участков;

α - коэффициент затухания ОВК, дБ / км;

WL - дБ сигнал ослабления WDM мультиплексора;

NP - количество разъемных соединений;

AP - средняя потеря разъемных соединений, дБ;

NC - количество сварных соединений;

AC - средние потери в сварном соединении, дБ;

АРАЗi - потеря i- ОР, дБ.

Первый термин относится к общей сумме потерь в ВОК, второй - потери на мультиплексор WDM, третий - к потерям в разъемах, четвертый - к потерям сварных соединений и пятый - к потерям в ОП.

Мы производим расчет затухания для каждой цепи (от OLT к ONT) на первом и четвертом коэффициенте деления выберите OP, начиная с самого верхнего (последняя стадия), так что затухание в каждой цепи была одинаковой.

Далее, вам нужно повторить операцию, но с учетом затухания в ОП, которые уже были определены коэффициенты деления и рассчитывается затухание, как известно, в каждом порту. Операция повторяется до определения коэффициентов первого деления стадии ОП.

Расчет бюджета потерь должен подтвердить, что для каждой цепи общая величина потерь (включая запас и штрафные потери) OBmin, дБ, удовлетворяет условию

OBmin≤ АΣi≤ OBmах – Штраф - Запас, (4.4)

где АΣi – общие потери в линии (между OLT и ONTi) для i-го канала, дБ;

Ш_траф – ослабление сигнала из-за деградации волокна/компонентов, влияния внешних условий, искажения формы сигнала из-за хроматической и поляризационной модовой дисперсии, дБ;

З_апас – технологический запас в виде дополнительных сростков и вставок при проведении ремонтных работ, дБ.

В расчетах должно использоваться большее значение коэффициента затухания ВОК (для каждой длины волны определено значение коэффициента затухания).

Нет необходимости стремиться к более точному указанию коэффициента деления, например 47/53. За счет значительного разброса параметров OP вносимое затухание будет примерно такое же, как и при 45/50.

Окончательный расчет оптического бюджета производится на основании технических данных производителя активного оборудования, ВОК и компонентов сети.

Главным недостатком оптической сети доступа считается оптический бюджет. Оптический бюджет - это оптические грани входящего и выходящего сигнала или возможные утечки, которые удерживаются до прекращения доступа.

Типичный учет оптического бюджета учитывает утечки, относящиеся к архитектуре и технологии сети, исполняется для оптической линии от соединения волокна на не пассивном оборудовании (на передатчике) до очень дальнего пользователя (на приемнике). В не активной сети PON исходниками утерь являются:

-сварная фиксация — 0,06 — 0,2 дБ;

-соединители — 0,2 — 0,3дБ;

-целое затухание в световоде: имеет важность длина и коэффициент затухания волокна на необходимой длине волны. Коэффициент затухания волокна на длине волны 1310 нм -0,34 -0,4 дБ/км;

-целые утечки в сварных местах зависят от утерь во всех сварных участках и их целого объема. Предусмотренные утечки на один сварной участок -0,05 -0,1 дБ;

-целые утечки в коннекторах зависят от утерь во всех коннекторах и их целого объема. Предусмотренные утечки на один коннектор -0,2 -0,3 дБ;

-утечки в разводке волокон: зависят от коэффициента разводки. Разветвители:

-1:2 -3,5 дБ; -1:4 -7,2 дБ; -1:8 -10,7 дБ; -1:16 -14,4 дБ; -1:32 -17,1 дБ;

-рабочий запас (сростки и коннекторы при проведении монтажных работ) -3 дБ;

-неустоечные утечки (ущерб на изгибы кабелей при протяжке) – 1 дБ.

Общее число всех утечек, происходящих в световоде, является энергетическим бюджетом затухания. Помимо этого, при расчете надо сичтать и рабочий запас (запасные сростки и волоконные вставки при монтажных работах).