Passives optisches Netzwerk (PON): Optische Dämpfung und Entfernungsschätzungen

In den 1980er Jahren, mit dem Aufkommen der Computer- und Multimediatechnologie, begannen immer mehr Menschen, Computer zu besitzen und auch das Netzwerk (LAN oder Internet) zu nutzen, so dass Datenkommunikationsdienste auftauchten und die Nachfrage nach Internetzugang entstand. Als Glasfaser als neues Kommunikationsmedium ins Spiel kam, nahm die Kette der optischen Kommunikationsindustrie zunehmend Gestalt an. Um Ende der 1980er Jahre Glasfaser für Breitbandzugangsdienste einzusetzen, PON (Passives optisches Netzwerk) Technologie begann zu erscheinen. 

 

PON bezieht sich auf das passive optische Netzwerk. Das PON-System sollte eine optisches Verteilnetz (ODN), optisches Leitungsterminal (OLT), und optische Netzwerkeinheit (ONU). Erstens ist ODN ein FTTH (Glasfaser bis ins Haus) Optisches Netzwerk basierend auf PON-Equipment, das einen optischen Übertragungskanal zwischen OLT und ONU bereitstellt. ODN enthält keine elektronischen Komponenten und keine elektronische Stromversorgung. ODN besteht aus passiven Komponenten wie einem optischen Splitter und benötigt daher keine teure aktive elektronische Ausrüstung. Ein passives optisches Netzwerk (PON) besteht aus einem OLT, das in der zentralen Kontrollstation installiert ist, und mehreren ONUs, die am Standort des Benutzers installiert sind. PON ist die zukünftige Entwicklungsrichtung des Zugangsnetzes.

Blockschaltbild des PON-Systems

♦ Differenz zwischen dB und dBm

Die Dämpfung eines Lichtsignals, wenn es sich entlang einer Faser ausbreitet, ist eine wichtige Überlegung beim Entwurf eines optischen Kommunikationssystems; der Grad der Dämpfung spielt eine große Rolle bei der Bestimmung der maximalen Übertragungsdistanz zwischen einem Sender und einem Empfänger oder einem Inline-Verstärker.

 

In der Nachrichtentechnik wird die Stärke der Leistung normalerweise als dBm-Wert ausgedrückt, der ein logarithmisches Maß ist und als Dezibel relativ zum 1mW-Leistungspegel definiert ist, dh dBm steht für Dezibel pro Milliwatt. Es ist eine dimensionslose Einheit, die eher das Leistungsverhältnis als die genaue Leistung angibt.

Die Formel für dBm lautet wie folgt:

dBm = 10 * log(P / 1mW), „P“ steht für die Leistung in Watt.

 

Es sollte hier erwähnt werden, dass dBm und dB unterschiedlich sind, dB ist definiert als die Differenz der Leistung oder Signalstärke zwischen zwei beliebigen gegebenen Punkten.

Die Formel für dB lautet wie folgt:

dB = 10 log (P1 / P2), „P1“ ist die Leistungsstärke des ersten Punktes und P2 ist die Leistungsstärke des zweiten Punktes.

 

Zusammenfassend ist dBm eine absolute Maßeinheit und dB stellt eine relative Zahl dar, die eine Zunahme oder Abnahme der Signalstärke angibt. DBm repräsentiert das absolute Maß der Signalstärke an einem bestimmten Punkt (relativ zu 1mW). Darüber hinaus funktionieren dB und dBm in Glasfasernetzen unterschiedlich: Die optische Leistung wird häufig in DBM gemessen, während Dämpfung, Dämpfung und Einfügungsdämpfung von Glasfasern in dB ausgedrückt werden.

 

 ♦ So berechnen Sie die optische Dämpfung in einem passiven optischen Netzwerk (PON)?

Bei PON-Geräten liegt der maximale Dämpfungswert von OLT zwischen 22 und 25 dB, was bedeutet, dass der Dämpfungswert 25 dB nicht überschreiten darf.

 

spez. des SPS-Splitters	Typischer Wert der Einfügedämpfung	Maximaler Abweichungsbereich zwischen Ports	Prüfgerät
1:2 50 %-50 %	3.4 dB	0.4 dB	Optischer Leistungsmesser
1:2 5 %-95 %	11.8 dB : 0.6 dB	0.4 dB	Optischer Leistungsmesser
1:2 10 %-90 %	10.4 dB : 0.9 dB	0.4 dB	Optischer Leistungsmesser
1:2 20 %-80 %	7.4 dB : 1.3 dB	0.4 dB	Optischer Leistungsmesser
1:2 30 %-70 %	5.6 dB : 1.9 dB	0.4 dB	Optischer Leistungsmesser
1:2 40 %-60 %	4.4 dB : 2.6 dB	0.4 dB	Optischer Leistungsmesser
1:4 gleiche Teilung	7.2 dB	0.8 dB	Optischer Leistungsmesser
1:8 gleiche Teilung	10.7 dB	1.7 dB	Optischer Leistungsmesser
1:16 gleiche Teilung	14.8 dB	2.0 dB	Optischer Leistungsmesser
1:32 gleiche Teilung	17.8 dB	2.5 dB	Optischer Leistungsmesser

 

1:2 PLC-Splitterdämpfung beträgt 3.01 dB

1:8 PLC-Splitterdämpfung beträgt 9.03 dB

1:16 PLC-Splitterdämpfung beträgt 12.04 dB

1:32 PLC-Splitterdämpfung beträgt 15.05 dB

1:64 PLC-Splitterdämpfung beträgt 18.06 dB

 

 ♦ So wählen Sie optische Module aus und berechnen die optische Leistung?

Das passive optische Netzwerk (PON) verwendet verschiedene optische Module um verschiedene ODN-Klassen zu unterstützen.

 

①Für EPON werden folgende optische Module verwendet:

• 1000BASE-PX20, das eine Kanaleinfügungsdämpfung von 24 dB ermöglicht und ein maximales optisches Splitverhältnis von 1:32 unterstützt, neue Beschaffungsgeräte werden nicht mehr mit optischen EPON OLT PX20-Modulen konfiguriert.
• 1000BASE-PX20+, das eine Kanaleinfügungsdämpfung von 28 dB ermöglicht und ein maximales optisches Teilungsverhältnis von 1:64 unterstützt, ist die aktuelle Beschaffung von EPON-Geräten konfigurierte optische EPON OLT PX20+-Module.

 

②Für GPON werden folgende optische Module verwendet:

• Klasse B+, die Kanaleinfügungsdämpfung beträgt 28dB und das maximale optische Splitverhältnis beträgt 1:64. Derzeit sind GPON-Geräte im Allgemeinen mit optischen Modulen der GPON-OLT-Klasse B+ ausgestattet;
• Klasse C + , ermöglicht eine Kanaleinfügungsdämpfung von 32 dB und unterstützt ein maximales optisches Splitverhältnis von 1:128. Derzeit ist GPON OLT Klasse C + optische Module sind ausgereift und werden bald populär.
• Klasse C++, erlaubt 32dB Kanaleinfügungsdämpfung und unterstützt ein maximales optisches Splitverhältnis von 1:128. Das optische Modul GPON OLT Klasse C++ ist nicht weit verbreitet.

 

Bei der FTTH-Bereitstellung müssen OLT- und ONU-Geräte optische Module von mindestens px20 + (EPON) und Klasse C + (GPON) verwenden, und die Dämpfung der optischen Kabelverbindung vom OLT-Ende zum ONU-Ende sollte nicht mehr als 28dB sein.

 

③Berechnen Sie die optische Leistung

             Bitte beachten Sie die folgende Tabelle:

 

PON-Tech.	Optisches Modul	OLT			ONU			Erhaltene Machtvorhersage		Kosten des optischen Kanals		Maximale Einfügungsdämpfung von PON
		Emissionsleistung		Schlechteste Empfangsempfindlichkeit	Emissionsleistung		Schlechteste Empfangsempfindlichkeit
		MIN	MAX		MIN	MAX		Downlink	Uplink	Downlink	Uplink	Downlink	Uplink
		dBm	dBm	dBm	dBm	dBm	dBm	dB	dB	dB	dB	dB	dB
EPON	PX20	2	7	-27	-1	4	-24	26	26	2.5	2	23.5	24
	PX20+	2.5	7	-30	0	4	-27	29.5	30	1.5	2	28	28
GPON	Klasse B +	1.5	5	-28	0.5	5	-27	28.5	28.5	0.5	0.5	28	28
	Klasse C +	3	7	-32	0.5	5	-30	33	32.5	1	0.5	32	32

Hinweis: Der obige Index ist die maximale Einfügungsdämpfung des PON-Systems, die berechnet wird, indem der minimale Wert der vom optischen Modul emittierten optischen Leistung nach dem Prinzip des schlechtesten Wertes verwendet wird.

 

♦ So berechnen Sie die Übertragungsentfernung von ein passives optisches Netzwerk (PON)?

Nehmen wir ein Beispiel, um zu sehen, wie die Übertragungsentfernung von PON berechnet wird:

Schritt 1. Das GPON-Netzwerk wird übernommen und das optische Modul ist Klasse C + (die maximale Einfügedämpfung beträgt 32 dB).

Schritt 2. Gemäß dem Design von 1:128 beträgt der primäre SPS-Splitter 1:8 (Einfügungsverlust 10.5 dB), der sekundäre SPS-Splitter 1:16 (Einfügungsverlust 13.8 dB) und die Gesamteinfügungsdämpfung der SPS Splitter ist 24.3 dB.

Schritt 3. Die Gesamteinfügungsdämpfung der Verbindung beträgt 0.5 × 4＋0.25 × 4＝3dB.

Schritt 4. Der Kern des optischen Trunk- und Verteilungskabels ist G.652D, und der Kern des optischen Einführungskabels ist G.657A, ohne zusätzliche Verluste.

Schritt 5. Er wird gemäß dem Dämpfungskoeffizienten (einschließlich Festverbindung) von 0.4 dB/km in Aufwärtsrichtung (1310 nm) berechnet.

Schritt 6. Leitungswartungsmarge: 2.5 dB.

Schritt 7. Die endgültige Übertragungsdistanz beträgt: L ≤ (32-24.3-3-2.5) / 0.4 = 5.5 km.