Примеры расчётов для сети доступа на основе PON
Памятка по расчету оптического бюджета PON
При построении сети PON больше всего вопросов возникает о расчёте оптического бюджета мощности и оптического бюджета потерь. Расчёт этих показателей является основополагающим при построении PON дерева. Оптический бюджет мощности определяется как разница между мощностью передатчика (SFP OLT трансивера) и чувствительностью приёмника в ONU в прямом направлении и аналогично в обратном, т.е. от ONT к OLT.
Уровень мощности SFP OLT: ~ +4 дБм;
Чувствительность ONU (уровень мощности): ~ -26 дБм
Таким образом, оптический бюджет мощности для PON сети составляет примерно 30 дБ.
Под оптическим бюджетом потерь подразумевается максимальное затухание сигнала от OLT-а до ONU. Это затухание складывается из следующих составляющих:
· затухание на коннекторах (~ 0.5 дБ);
· затухание на волокне (0.36/0.24 дБ/км на длинах волн 1310/1490-1550 нм);
· затухание на сварке волокна (~ 0.05 дБ);
· затухание на сплиттерах (смотри таблицу ниже) зависит от технологии изготовления. Для планарных сплиттеров затухание в прямом и обратном направлениях одинаково!
| Планарные сплиттеры | Сварные сплиттеры | |||||||
| Делитель | Затухание, дБ | Делитель | Затухание на длине волны 1310 нм, дБ | Затухание на длине волны 1550 нм, дБ | ||||
| 1х2 | 4.3 | 50/50 | 3.17/3.19 | 3.12/3.17 | ||||
| 1х3 | 6.2 | 45/55 | 3.73/2.71 | 3.73/2.72 | ||||
| 1х4 | 7.4 | 40/60 | 4.01/2.34 | 3.92/2.32 | ||||
| 1х6 | 9.5 | 35/65 | 4.56/1.93 | 4.69/1.96 | ||||
| 1х8 | 10.7 | 30/70 | 5.39/1.56 | 5.53/1.57 | ||||
| 1х12 | 12.5 | 25/75 | 6.29/1.42 | 6.28/1.28 | ||||
| 1х16 | 13.9 | 20/80 | 7.11/1.06 | 7.21/1.06 | ||||
| 1х24 | 16.0 | 15/85 | 8.16/0.76 | 8.17/0.82 | ||||
| 1х32 | 17.2 | 10/90 | 10.08/0.49 | 10.21/0.60 | ||||
| 1x64 | 21.5 | 5/95 | 13.70/0,32 | 12.83/0.35 | ||||
| 1x128 | 25.5 | |||||||
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Примеры расчётов для PON
При проектировании сети PON одной из главных задач является расчет оптического бюджета мощности. Расчеты затухания оптического сигнала выполняются для оптической линии от точки подключения волокна на активном оборудовании (на выходе передатчика – на стыке с волоконным световодом) OLT до самого удаленного абонентского блока ONT (на входе приемника - фотодетектора).
В пассивной сети PON источниками потерь являются:
· полное затухание в оптическом волокне: зависит от коэффициента затухания;
· волокна на определенной длине волны (1310нм, 1490нм, 1550нм и т.д.) и его длины;
· полные потери в сростках (сварные соединения): зависят от потерь в каждом сростке и их общего количества;
· полные потери в соединителях (разъёмные соединения): зависят от потерь в каждом соединителе и их общего количества;
· потери в разветвителях волокон: зависят от коэффициента разветвления;
· штрафные потери: потери на изгибах волокна при прокладке;
· эксплуатационные потери: потери на дополнительных сростках и кабельных
· вставки при проведении ремонтных работ.
Сумму всех потерь, возникающих на участке оптической сети, называют энергетическим бюджетом затухания. Расчеты производятся для каждого сетевого узла по самой удаленной оптической линии с учетом магистрального, распределительного участков сети, абонентской проводки и внутристанционных соединений со всеми пассивными устройствами в цепи соединения.
При расчетах учитываются следующие параметры вносимых в линию потерь:
· коэффициент затухания волокна на длине волны 1310 нм: от 0,34 до 0,4 дБ/км;
· коэффициент затухания волокна на длине волны 1490/1550 нм: от 0,2 до 0,3 дБ/км;
· неразъёмные соединения (сварные): от 0,05 до 0,07 дБ;
· разъёмные соединения (коннекторы): от 0,15 до 0,3 дБ;
· штрафные потери и эксплуатационный запас: от 1,5 до 3,0 дБ.
Необходимо учитывать коэффициент деления оптического сигнала в разветвителях (сплиттерах), что эквивалентно вносимому затуханию:
· 1х2: от 3,4 до 3,5 дБ;
· 1х4: от 7,0 до 7,2 дБ;
· 1х8: от 10,3 до 10,7 дБ;
· 1х16: от 14,1 до 14,4 дБ;
· 1х32: от 16,9 до 17,5 дБ.
Диапазон перекрываемого затухания приёмопередающего оборудования PON в зависимости от стандарта (например, по классу С согласно рекомендации G.983.1) составляет от 15 до 30 дБ. Для выполнения расчетов затухания необходимо использовать точные данные по параметру бюджета оптической мощности оборудования OLT, ONT (ONU) для конкретных линейных интерфейсов от производителя.
По характеристикам оборудования, например GPON, максимальное расстояние обслуживания составляет от 18 до 20 км. Реально, на практике, с учетом затуханий разъемных и неразъемных (сварных) соединителей, кабельной линии, разветвителей (общий коэффициент деления 1:64), запаса на штрафные потери и ремонтные работы, а также плотности застройки в городских условиях, расстояние может оказаться до 10 км.
Общий расчет сети PON делится на две части: первая — расчет оптического бюджета линии, исходя из характеристик оконечного оборудования (OLT и ONT терминалов), вторая — расчет затухания линии, исходя из расстояния, типа используемого волокна, количества промежуточных муфт, кроссов и т.д.
В качестве примера представлен расчёт реальной сети в г. Н-ска на участках ул. Тимирязева, Дзержинского. Этапы выполнения расчётов представлены тремя ступенями.
Расчет оптического бюджета
Оптический бюджет линии напрямую зависит от используемого оборудования, а, именно, от ONT и OLT-терминалов. ONT-терминалы находятся на стороне абонента, OLT-терминал находится на стороне провайдера. Так вот, оптический бюджет будет определяться двумя параметрами: минимальной чувствительностью ONT-терминала (в уровне мощности в дБм) и максимальной передаваемой мощностью OLT-терминала (также выраженной в уровне мощности в дБм).
В качестве OLT-терминала в сети используется оборудование GPON LTE-8X компании ELTEX. Станционные терминалы LTE-8X предназначены для связи с вышестоящим оборудованием и организации широкополосного доступа по пассивным оптическим сетям. Связь с сетями Ethernet реализуется посредством 10G uplink интерфейсов, для выхода в оптические сети служат интерфейсы Turbo GEPON. Каждый интерфейс со 128 абонентскими оптическими терминалами по одному волокну, динамическое распределение полосы пропускания производится алгоритмом DBA (dynamic bandwidth allocation) позволяет предоставлять пользователю полосу пропускания (скорость передачи) до 2,5 Гбит/с.
Конечному пользователю доступны следующие виды услуг:
· HDTV;
· VoIP-телефония (на базе протоколов SIP/H.323/MGCP);
· высокоскоростной доступ в Интернет;
· IPTV;
· видео по запросу (VoD).
Внешний вид OLT терминала LTE-8X представлен на рис. П1.
Рисунок П1. Конструкция модуля OLT
Характеристики оборудования LTE-8X сведены в таблицу П1.
Табл.П1. Характеристики OLT
| Параметр | Значение |
| Количество интерфейсов Ethernet | |
| Количество интерфейсов PON | |
| Среда передачи | Оптоволоконный кабель SMF – 9/125, G.652, от сплиттера G.657 |
| Коэффициент разветвления | 1:2, 1:4, 1:8, 1:16, 1:32, 1:64 |
| Максимальное число подключаемых ONT | |
| Скорость передачи прямого/обратного потоков, Мбит/с | |
| Уровень оптической мощности передатчика, дБм | От +1,5 до +5 |
| Минимальная чувствительность фотоприёмника, дБм | -28 |
| Порог перегрузки фотоприёмника, дБм | -8 |
| Напряжение питания | Сеть переменного тока: от 150 до 250 В, 50 Гц |
| Сеть постоянного тока: от -36 до -72В | |
| Потребляемая мощность при напряжении питания 54 В, Вт | |
| Габариты, мм | 430×44×258 |
| Масса, кг | 2,5 |
В качестве ONT-терминала в сети используется оборудование компании Eltex марки NTP-2C. Внешний вид сетевого терминала представлен на рисунке П2 ниже.
Рисунок П2. Абонентский терминал ONT
Устройства NTP-2 являются высокопроизводительными абонентскими терминалами, которые предназначены для организации связи со станционным оборудованием OLT и предоставления услуг широкополосного доступа для конечного пользователя. Связь с сетью GPON осуществляется посредством PON интерфейса, для подключения оконечного оборудования служат интерфейсы Ethernet. Устройство обеспечивает соединение до 10/100/1000 Мбит/c с оконечным оборудованием пользователя. Благодаря встроенному маршрутизатору возможно подключение оконечного оборудования LAN с сетью широкополосного доступа. Доступ в сеть Интернет обеспечивается за счет встроенных функций NAT и DHCP. Помимо прочего NTP-2C поддерживает множество других функций: поддержка VLAN, IGMP, QoS, AES и FEC шифрование, ограничение скорости на портах. Для организации услуг кабельного телевидения CaTV предусмотрено наличие встроенного приемопередатчика Triplexer. Технические характеристики абонентского терминала Eltex NTP-2C представлены в таблице 2.
Табл.П2. Характеристики абонентского терминала
| Параметр | Значение |
| Количество интерфейсов Ethernet | |
| Количество интерфейсов CaTV | |
| Скорость передачи портов Ethernet, Мбит/с | 10/100/1000 |
| Используемая среда передачи | Одномодовое оптическое волокно SMF 9/125, G.652/G.657 |
| Уровень мощности передатчика, дБм | От +0,5 до +5 |
| Рабочая длина волны передатчика, нм | |
| Минимальная чувствительность фотоприемника, дБм | -28 |
| Порог перегрузки фотоприёмника, дБм | -8 |
| Рабочая длина волны приемника, нм | |
| Ширина спектра оптического излучения, нм | |
| Поддержка стандартов | IEEE 802.3, IEEE 802.3u, IEEE 802.3ab, IEEE 802.3x, IEEE 802.1Q, IEEE 802.1p |
| Максимальная дальность действия | 20 км |
Оптическим бюджетом принято считать максимальное значение затухания в оптическом волокне от станционного терминала OLT до абонентского терминала ONT. Согласно формуле оптический бюджет определяется как разница между уровнями мощности передатчика и чувствительности приемника. Эта величина должна превышать все возможные потери оптической мощности на пути от OLT к ONU и обратно от ONT к OLT, соответственно на различных волнах.
,
где Ptrans – уровень мощности сигнала на выходе передатчика, дБм;
Prec – уровень мощности сигнала на входе приемника, дБм.
Мощность на выходе передатчика OLT лежит в некоторых пределах допустимого интервала разброса, обусловленного старением лазерного передатчика и представленного в технических характеристиках системы. Чувствительность приёмника также представлена разбросом параметров, но обусловленного порогом перегрузки приёмника (большее значение уровня) и минимальной чувствительностью (меньшее значение уровня), обусловленной допустимым коэффициентом ошибок BER для цифрового сигнала (обычно для PON 10-9). Параметры OLT терминала Eltex LTE-8X при использовании SFP модуля Ligent LTE 3680M-BC представлены в таблице П3.
Табл. П3. Рабочие уровни мощности передатчика и приёмника OLT
| Параметр | Значение |
| Минимальная чувствительность приемника, дБм | -28 |
| Порог перегрузки приёмника, дБм | -8 |
| Уровень мощности передатчика, дБм | От +1,5 до +5 |
Аналогично определены параметры для абонентского терминала Eltex NTP-2C в таблице П4.
Табл. П4. Рабочие уровни мощности передатчика и приёмника ONT
| Параметр | Значение |
| Минимальная чувствительность приемника, дБм | -28 |
| Порог перегрузки приёмника, дБм | -8 |
| Уровень мощности передатчика, дБм | От +0,5 до +5 |
Энергетический бюджет системы необходимо рассчитывать в обоих направлениях, при этом он будет иметь максимальное и минимальное значение.
Максимальное значение оптического бюджета линии в прямом направлении (downstream), дБм определяется формулой:
,
где Ptrans.max.OLT – максимальный уровень мощности на выходе передатчика OLT, дБм;
Prec.min.ONT – минимальная чувствительность приемника ONT, дБм.
Подставляя значения из таблиц 3 и 4, получаем максимальный энергетический потенциал:
Потенциал может снизиться на величину 3,5 дБ (т.е. за счёт старения лазера, табл. П3) и составить 29,5 дБ.
Минимальное значение оптического бюджета линии в прямом направлении (downstream) в дБ определяется для двух значений уровня мощности передатчика OLT: максимального и минимального, учитывающего старение оптического передатчика, и порог перегрузки приёмника ONT:
где Ptrans.max.olt, Ptrans.min.olt – максимальный и минимальный уровень мощности на выходе передатчика OLT, дБм;
Prec.max.ont – уровень порога перегрузки на входе приемника ONT, дБм.
Подставляя значения из таблиц 3 и 4, получаем для ONT:
.
Знание этих величин необходимо для исключения перегрузки приёмника ONT. Т.е., если разница между максимальным значением энергетического потенциала и совокупным затуханием на участке OLT-ONT превышает указанные значения, то необходимо использовать оптический аттенюатор.
Максимальное значение оптического бюджета линии в обратном направлении (Upstream), дБм определяется по формуле аналогично:
где Ptrans.max.ont – максимальный уровень мощности на выходе передатчика ONT, дБм;
Prec.min.olt – минимальная чувствительность на входе приемника OLT, дБм.
Подставляя значения из таблиц 3 и 4, получаем:
Потенциал может снизиться на величину 4,5 дБ (т.е. за счёт старения лазера, табл.П4) и составить 28,5 дБ.
Минимальное значение оптического бюджета линии в обратном направлении (Upstream), дБм определяется для двух значений уровня мощности передатчика: максимального и минимального, учитывающего старение оптического передатчика ONT, и порог перегрузки приёмника OLT:
где Ptrans.max.ont, Ptrans.min.ont –максимальный и минимальный уровень мощности на выходе передатчика ONT, дБм;
Prec.max.olt – уровень порога перегрузки на входе приемника OLT, дБм.
Подставляя значения из таблиц 3 и 4, получаем:
Знание этих величин необходимо для исключения перегрузки приёмника OLT. Т.е., если разница между максимальным значением энергетического потенциала и совокупным затуханием на участке ONT-OLT превышает указанные значения, то необходимо использовать оптический аттенюатор.
Техническими требованиями считается, что канал связи удовлетворяет заданному энергетическому бюджету, если суммарные потери мощности на всех компонентах сети (с учетом допустимых запасов) попадают в интервалы меньше Popt.max.down и Popt.max.up.