Оптические потери в сети PON

Для каждого канала связи OLT-ONT, (i=1...N, где N- число абонентских узлов) можно выписать условия на потери в прямом (d) и обратном (и) потоках:

ОВ_dmin £ a_d´L_i + IL_i +AL + CL_i £ OB_dmax – Штраф_d - Запас_di,

ОВ_umin £ a_u´L_i + IL_i +AL + CL_i £ OB_umax – Штраф_u - Запас_di,

где L_i – длина i-ro канала, a_d и a_u – удельное затухание в волокне на длине волны прямого и обратного потоков, IL_i – вносимые потери всеми разветвителями в i-м канале, CL_i – потери на всех коннекторах в i-м канале, AL – ослабление сигнала на аттенюаторе.

Штраф учитывает ухудшение приема сигнала из-за деградации волокна/компонентов, влияния внешних условий, искажения формы сигнала из-за хроматической и поляризационной модовой дисперсии. Штрафной член может зависеть от длины волны, однако рекомендуется суммарно оценивать все такие потери величиной 1 дБ. Далее, ОВ – оптический бюджет приемопередающей системы, Запас_i – запас мощности на развитие в i-м канале. Определим запас системы Запас_sys как запас канала с наибольшими полными потерями, в условиях полагается, что потери на оптических компонентах не зависят от направления распространения сигнала и длины волны.

Постановка задачи. Одновременное выполнение условий для всех каналов является требованием для работоспособности сиcтемы в целом. Необходимо найти такие коэффициенты деления разветвителей и, следовательно, IL_i, чтобы запас системы был максимально возможным. Обозначим для удобства полные потери, представленные центральными частями неравенств, для сигналов прямого и обратной потоков, соответственно, через FL_di и FL_ui. Разброс полных потерь DL определяется через максимальные и минимальные полные потери по всем оптическим путям системы, как:

DL = FL_max – Fl_min.

Справедливо утверждение – уменьшение разброса полных потерь по оптическим путям DL ведет к увеличению запаса системы. Запас системы будет максимальным, если разброс полных потерь по оптическим путям DL будет равен нулю.

Пусть выбраны трассы оптических путей и система передачи. Что позволяет проектировщику уменьшить разброс полных потерь DL в сети PON? Ответ – разветвители! Возможность выбора разветвителей с нужными коэффициентами деления - это та степень свободы, которая позволяет проектировщику реализовать самые разнообразные топологии и решить проблему наращивания сетей, обеспечив максимальный запас на развитие.

Разберем пример простейшей сети с топологией «Шина» (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Профиль мощности по линии связи с топологией «Шина»

При указанном выборе коэффициентов деления разветвителя уровни мощности на абонентских приемника: не совпадают P_in₁¹P_in₂. Такая конфигурация разветвителя задает некоторый разброс потерь DL. Отложив от уровня минимальных потерь величину ОВ_m_ах – OB_min =16 дБ и вычтя Штраф = 1 дБ, получим максимально допустимое значение разброса потерь 15 дБ.

Можно обратить разброс полных потерь DL в ноль за счет изменения коэффициентов деления разветвителя, так что мощность, отводимая в первый узел, увеличится, а во второй – уменьшится, и в итоге они уравняются. В этом случае запас на развитие будет максимальным. При расчете сети мы игнорируем превышение мощности, принимаемой вторым узлом, величины минимальной перегрузки детектора Pin2>Pin1max, так как при необходимости аттенюатор позволит ослабить сигналы в сети.

Потери в разветвителях

Разветвитель – это пассивный оптический многополюсник, распределяющий поток оптического излучения в прямом направлении и объединяющий несколько потоков в обратном направлении.

В общем случае у разветвителя может быть M входных и N выходных портов.

В сетях PON наиболее часто используют разветвители 1´N с одним входным портом для прямого потока.

Разветвители 2´N могут использоваться в системе с резервированием по центральному волокну. Схематично разветвитель 2´N показан на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Расчетная схема разветвителя

Коэффициэнты деления и вносимые потери разветвителей приведены в табл. 4.2.

Другие параметры разветвителей, необходимые для учета при проектировании и расчете сети приведены в табл. 4.3.

Расчет участка сети

Расчет оптической линии связи будет вестись по трассе подголовная станция (ONT1) ПГС- местная головная станция (ONT2) МГС- оптический узел ОУ (OLT).

Для обеспечения качества принимаемого радиосигнала, необходимы следующие условия.

Минимальный уровень на входе оптического приемника для телевидения: Uoy> - 3 дБ.

Таблица 4.2 – Коэффициэнты деления и вносимые потери разветвителей

Таблица 4.3 – Характеристики разветвителей по классам качества

Затухание между выходными и входными портами цифровых устройств не должно превышать (для передачи данных): Пзат < 6дБ.

Исходные данные:

• уровень сигнала на выходе оптического усилителя: 17дБ;

• затухание на соединении: 0,35 дБ;

• затухание на сварке: 0,05 дБ;

• затухание в кабеле: 0,22 дБ/км;

• затухание в оптическом разветвителе (на каждый выход): 14 дБ;

• расстояние между ПГС и МГС: 2,1 км.

Затухание для участка ПГС-МГС будет складываться: затухание на оптическом усилителе/коммутаторе (2 соединения), оптическом, кроссе (2 соединения), на сварке (2 сварки), в кабеле:

П_зат= 4´0,35[дБ] + 2´0,05[дБ] + 2,1[км]´0,22[дБ/км]=1,96[дБ]

Следовательно, уровень сигнала на выходе оптического разветвителя будет равен:

U_оу=1,04 дБ - 1,02 дБ = 0,02 дБ

U_од= 17 дБ - 14 дБ -1,96 дБ = 1,04дБ.

Затухания для участков МГС-ОУ будет складываться из затухания на оконечном оптическом узле (2 соединения), сварке промежуточных оптических узлах, в кабеле.

Пусть наиболее удаленный ОУ находится на расстоянии 830 м. Тогда

П_зат= 2´0,35[дБ] + 8´0,05[дБ] + 0,83 [км]´0,22[дБ/км] = 1,3 [дБ]

U_оу=1,04 дБ – 1,3 дБ = –0,26 дБ

Рассчитав все потери для конфигурации сети можно переходить к выбору оборудования.