+380 44 323 88 88
вул. Маричанська, 18,
м. Київ, Україна, 03040
Написати нам

Практика проектування пасивних оптичних мереж (PON)

24 січня 2016

У статті розглядається загальна послідовність проектування PON, принципи вибір топології, наводяться формули розрахунку і довідкові дані по параметрах оптичних розгалужувачів, дані приклади розрахунків внесених втрат розгалужувачів і бюджету оптичних втрат в мережі.

Практика проектування пасивних оптичних мереж (PON)

 

Звісно, Мауглі, як син лісоруба, багато знав і вмів будувати курені з хмизу, сам не знаючи, як це в нього виходить. Але проектувати PON він не вмів ...
Редьярд Кіплінг + Юрій Нікітченко

Завдання проектування PON, після вибору активного обладнання, в загальному випадку, зводиться до послідовності наступних операцій: визначення місць установки ONU, вибір топології мережі, вибір трас проходження кабелю та місць встановлення розгалужувачів, розрахунок бюджету втрат для кожної гілки і визначення оптимальних коефіцієнтів поділу всіх розгалужувачів.
Якщо місця установки абонентських терміналів легко вибираються, виходячи з реального розташування користувачів, то створення топології вимагає вибору одного з декількох можливих варіантів. Крім найбільш поширеної топології «дерево», на практиці можуть зустрічатися варіанти, приведені до топологій типу «зірка» або «шина». Схема «зірка» може застосовуватися при щільному розташуванні абонентів недалеко від головної станції. У цьому випадку розгалужувач розміщується в станційному приміщенні поряд з OLT, що зручно в обслуговуванні. Така схема проста і зручна для експлуатаційних вимірювань і виявлення місця пошкодження лінії. Однак, за аналогією зі схемою «точка-точка», тут немає економії волокон. При досить рознесеному і нерівномірному розташуванні абонентів така схема може виявитися неефективною.

Шинна топологія може використовуватися, якщо абоненти знаходяться на одній лінії вздовж оптичної магістралі. Схема досить економічна, але вона припускає дуже велику різницю вихідних потужностей оптичних розгалужувачів (типу 1/99, 3/97 тощо), що досить складно технологічно реалізувати з хорошою точністю. Вона реально може застосовуватися тільки при «лінійному» розташуванні користувачів уздовж магістралі і тільки при невеликій кількості каскадів, інакше втрати в розгалужувачах стануть сильно обмежувати дальність передачі.
Традиційна топологія «дерево» залишається найбільш популярною. Питання оптимального розподілу потужності між різними гілками вирішуються вдалим підбором коефіцієнтів ділення оптичних розгалужувачів. Деревоподібна топологія є дуже гнучкою з точки зору потенційного розвитку і розширення абонентської бази. Потенційні проблеми можуть бути пов'язані зі складністю оптичних вимірювань, особливо зі станційної сторони. В цілому, таку схему можна рекомендувати при локальних скупченнях (кластерах) абонентів в районі обслуговування.

PON «зірка»

PON «шина»

PON «дерево»

PON «зірка»

PON «шина»

PON «дерево»

Вибір кабельних трас буде обумовлений різними місцевими факторами: наявністю кабельної каналізації, наявністю дозволу на прокладку в ній кабелів, наявністю опор (освітлювальних, контактної мережі тощо) уздовж трас проходження кабелів та іншими моментами.
Оптичні розгалужувачі рекомендується встановлювати в місцях, зручних для їх розміщення та обслуговування: в муфтах, розподільчих шафах, боксах, блоках оптичного кросу. Найбільш прості для установки безкорпусні розгалужувачі, розміри яких дозволяють укладати їх в посадочні місця захисної гільзи в сплайс-касеті. До того ж втрати в зварних з'єднаннях розгалужувачів значно нижчі, ніж у з'єднаннях роз'ємних, а надійність вища. Корпусні з'єднувачі більш зручні при подальших експлуатаційних вимірюваннях. З метою економії оптичних волокон їх доцільно встановлювати якомога ближче до абонентів, проте остаточне місце установки визначається реальними умовами проекту.
Самим відповідальним завданням проектування є розрахунок бюджету втрат і визначення оптимальних коефіцієнтів поділу всіх розгалужувачів. Алгоритм розрахунку виглядає наступним чином:
- розрахунок сумарних втрат для кожної гілки без урахування втрат в розгалужувачах;
- почергове визначення коефіцієнтів розподілу кожного розгалужувача, починаючи з найбільш віддалених;
- розрахунок бюджету втрат для кожного абонентського терміналу з урахуванням втрат у всіх елементах ланцюга, порівняння його з динамічним діапазоном системи.
Оскільки зазвичай абоненти перебувають на різній відстані від головної станції, то, при рівномірному розподілі потужності в кожному розгалужувачі, потужність на вході кожного ONU буде різна. Підбір параметрів розгалужувачів пов'язаний з необхідністю отримання на вході кожного абонентського термінала мережі приблизно однакового рівня оптичної потужності, тобто побудувати так звану збалансовану мережу. Це принципово важливо з двох причин. По-перше, для подальшого розвитку мережі важливо мати приблизно рівномірний запас по загасанню в кожній гілці «дерева» PON. По-друге, якщо мережа не збалансована, то на станційний термінал OLT від різних ONU будуть приходити в загальному потоці сигнали, що сильно відрізняються за рівнем. Система детектування не в змозі відпрацьовувати значні перепади (більше 10-15 дБ) прийнятих сигналів, що значно збільшить кількість помилок при прийомі зворотного потоку.

 збалансована PON  незбалансована PON

збалансована PON 

незбалансована PON 

При виборі коефіцієнтів ділення розгалужувачів необхідно знати, які втрати будуть вноситися в ланцюг при тому чи іншому коефіцієнті поділу. Для зразкового визначення внесених втрат двохвіконних (1310нм і 1550 нм) розгалужувачів типу 1х2 скористаємося наступною довідковою таблицею.

Коефіцієнт розподілу,%
Оціночні внесені втрати, дБ
Різниця внесених втрат між вихідними портами, дБ
50/50
3,7/3,7
0
45/55
4,2/3,2
1,0
40/60
4,8/2,8
2,0
35/65
5,4/2,4
3,0
30/70
6,2/2,0
4,2
25/75
7,1/1,6
5,5
20/80
8,2/1,3
6,9
15/85
9,7/1,0
8,7
10/90
11,7/0,7
11,0
5/95
15,2/0,5
14,7

Примітка.  У таблицях наведені максимальні значення внесених втрат, які вище реальних на кілька десятих дБ.

При необхідності визначення внесених втрат розгалужувачів з великою кількістю вихідних портів або використання при інших коефіцієнтах ділення, можна скористатися оціночною формулою:


де  D%  - відсоток потужності, виведеної в даний порт, %;
N  - кількість вихідних портів;
i  - номер вихідного порту.

Приклад 1. Розрахуємо загасання, що вноситься перехідником 1х2 при коефіцієнті ділення 33/67. Зробимо наступний розрахунок: 


  

Приклад 2. Розрахуємо загасання, що вноситься перехідником 1х4 з коефіцієнтом розподілу 10/25/30/35. Зробимо розрахунок для кожного з чотирьох вихідних портів: 


 

 

Слід пам'ятати, що використання довідкової таблиці і розрахунок за наведеними вище формулами дозволить вам тільки приблизно оцінити значення внесеного загасання (похибка знаходиться в межах 0,1 ... 0,4 дБ). Конкретні значення внесених втрат для кожного розгалужувача даються виробником, однак і розрахункові значення цілком придатні для проектування.

Тепер можна переходити до вибору коефіцієнтів ділення розгалужувачів для конкретного проекту і розрахунку бюджету втрат. Для кожної оптичної лінії представимо всі втрати в лінії у вигляді суми загасань всіх компонентів:

де  А Σ  - сумарні втрати в лінії (між OLT і ONU), дБ;
l i   - довжина i-ділянки, км;
n  - кількість ділянок;
a  -
коефіцієнт загасання оптичного кабелю, дБ/км;
N P
 - кількість роз'ємних з'єднань;
A P  - середні втрати в роз'ємному з'єднанні, дБ;
N C  - кількість зварних з'єднань;
A C  - середні втрати в зварному з'єднанні, дБ;
A РОЗ i  - втрати в i-оптичному розгалужувачі, дБ;

Перший доданок відноситься до сумарних втрат в оптичному кабелі, другий - до втрат в роз'ємах, третій - до втрат на зварках, і четвертий - втрати в розгалужувачах.

Після цього зробимо розрахунок загасання для кожного ланцюга (від OLT до ONU) за першими трьома доданками і виберемо коефіцієнт розподілу розгалужувачів так, щоб згасання в кожному ланцюзі було приблизно однаковим.
Розрахунок бюджету втрат повинен підтвердити, що для кожного ланцюго загальна величина втрат (включаючи запас) не перевищує динамічний діапазон системи, тобто:

 

де  Р - динамічний діапазон PON, дБ;
РВИХІДmin - мінімальна вихідна потужність передавача OLT, дБм;
РВХ  - допустима потужність на вході приймача ONU, дБм;
АΣ  - сумарні втрати в лінії (між OLT і ONU), дБ;
РЗАП  - експлуатаційний запас PON, дБ.

Експлуатаційний запас необхідно передбачати на випадок пошкоджень в лінійному тракті, погіршення умов передачі і подальшого розвитку мережі. Зазвичай береться запас 3-4 дБ, але якщо на окремих сегментах мережі передбачається підключення значної кількості користувачів, то там запас повинен бути явно більше.
Описану послідовність розрахунків найкраще продемонструвати на простому прикладі.

Приклад 3. Визначити параметри оптичних розгалужувачів і провести розрахунок оптичного бюджету мережі для проекту PON, представленого на наступному малюнку. Втрати в роз'ємних з'єднаннях прийняти  AP=0,3 дБ, втрати на зварках =0,05 дБ, коефіцієнт загасання оптичного кабелю - 0,35 дБ/км на довжині хвилі 1310 нм і 0,22 дБ/км на довжині хвилі 1550 нм. Довжини ділянок:  l1=4 км,  l2=2 км,  l3=2 км,  l4=4 км,  l5=6 км.

Зробимо розрахунок втрат за наведеною вище формулою для кожного з трьох ланцюгів:

Примітка. У розрахунках повинно використовуватися більше значення a з умови прикладу (0,35 дБ/км).


Почнемо з далекого кінця і підберемо коефіцієнт розподілу розгалужувача S2. Різниця втрат без урахування розгалужувачів 6,3 - 5,6=0,7 дБ.
З довідкової таблиці, виходячи з різниці внесених втрат між вихідними портами, виберемо найбільш близьке значення - 1,0 дБ, що відповідає коефіцієнту ділення 45/55.

Примітка. Не слід особливо прагнути до більш точного вказання коефіцієнта ділення, наприклад 47/53. За рахунок значного розкиду параметрів розгалужувачів внесене загасання буде приблизно таке ж, як і при 45/50.

З тієї ж таблиці видно, що при направленні 45% потужності до ONU2, внесене загасання від S2 складе 4,2 дБ. До ONU3 буде направлено 55% потужності, від S2 і внесене загасання складе 3,2 дБ. Тоді:

OLT-ONU1: АΣ-1 = 4,2 + АРАЗ-1.
OLT-ONU2: АΣ-2 = 5,6 + АРАЗ-1 + 4,2 9,8 + АРАЗ-1.
OLT-ONU3: АΣ-3 = 6,3 + АРАЗ-1 + 3,2 = 9,5 + АРАЗ-1.

Найбільша різниця рівнів - між першим і другим ланцюгом: 9,8 - 4,2=5,6 дБ. З довідкової таблиці бачимо, що найближчим значення різниці внесених втрат між вихідними портами буде 5,5 дБ, що відповідає коефіцієнту ділення 25/75. Підставляючи внесені втрати, відповідно 7,1 дБ і 1,6 дБ, отримаємо:

OLT-ONU1: АΣ-1 = 4,2 + 7,1 = 11,3 дБ;
OLT-ONU2: АΣ-2 = 9,8 + 1,6= 11,4 дБ;
OLT-ONU3: АΣ-3 = 9,5 + 1,6= 11,1 дБ.

Таким чином, коефіцієнти розподілу розгалужувачів S1 і S2 розраховані, а мережу можна вважати збалансованою, тому що розкид між загасаннями ланцюгів мінімальний.
Перевіримо, чи не перевищує бюджету втрат, включаючи запас, динамічний діапазон системи. Враховуючи, що для системи PON UTSTARCOM динамічний діапазон становить 29 дБ, отримаємо:
29 дБ ≥ (11,4 + 3) дБ.
Примітка. Застосовується значення А Σ  для гіршого випадку, в даному прикладі - для ланцюга OLT - ONU1  (11 дБ).

Якщо умова підтверджується для ланцюга з найбільшим загасанням - OLT-ONU2, вона буде дотримуватися і для інших варіантів ланцюгів.
Як видно з прикладу, завдання розрахунку розгалужувачів і бюджету потужності не містить складних математичних операцій і може бути виконане навіть вручну. При розрахунку досить великої мережі рекомендуємо скласти в MS Exel (або іншому зручному додатку) табличку з розрахунками всіх складових по кожному оптичному ланцюгу.

Для подальшого розширення мережі PON в оптичних розгалужувачах, що знаходяться між кластерами, рекомендується залишати вільні порти - так звані «точки зростання». Проблема в тому, як вибрати відсоток потужності, який відводився цей резервний порт.

Якщо проектом визначено кількість користувачів мережі на наступних етапах розвитку, то відсоток потужності розраховується так само, як і в наведеному вище прикладі. Якщо ж подальші етапи розвитку за термінами і абонентам проглядаються досить спірно, то простіше взагалі обійтися без точок зростання. Проблему розширення PON можна вирішити заміною розгалужувача або використанням CWDM мультиплексора, підключивши новий сегмент мережі на іншій довжині хвилі.

* * *

В цілому, проектування мереж PON являє собою завдання, що вимагає чіткості прийняття рішень і акуратності в розрахунках, а не якихось серйозних пізнань в волоконній оптиці. Сміливо беріться за це завдання, а технічні фахівці компанії ДЕПС допоможуть вам з її рішенням на будь-якому етапі.

Відділ волоконно-оптичних технологій
і кабельних систем компанії ДЕПС

В початок

Следите за последними новостями компании DEPS и телекоммуникационного рынка на нашем Telegram канале: Telegram

0 SELECT i.id iid, i.name, i.elements img, i.`publish_up` AS modified, c.id cid FROM `vjprf_zoo_item` i LEFT JOIN `vjprf_zoo_tag`t ON t.`item_id` = i.`id` LEFT JOIN `vjprf_zoo_category_item` ci ON ci.`item_id` = i.`id` LEFT JOIN `vjprf_zoo_category`c ON ci.`category_id`=c.`id` WHERE t.`name` IN ('') AND i.`id`<>63023 AND c.id >0 AND i.`type`='article' AND c.`parent` = 7169 GROUP BY i.`id` ORDER BY `publish_up` DESC LIMIT 0,3
Схожі матеріали
  • Каталог товарів
  • Системна інтеграція
  • Сервіс-центр
  • Послуги
  • Акції