Cómo calcular el presupuesto de energía para GPON

¿Qué es GPON?

GPON (red óptica pasiva con capacidad de gigabit) es una rama crucial de la familia de redes ópticas pasivas (PON).

En comparación con el anterior EPON, GPON admite más usuarios y puede cubrir distancias de hasta 20 kilómetros. Utiliza fibra como medio de transmisión y presenta una arquitectura distribuida capaz de admitir 32, 64, 128 o incluso más usuarios finales.

Definido por la Red de Distribución Óptica (ODN), GPON Utiliza tecnología WDM y exige transmisión bidireccional de fibra única. Los escenarios de implementación incluyen fibra hasta el hogar (FTTH), fibra hasta la acera (FTTC) y fibra hasta el nodo (FTTN). La norma ITU-T G.902 proporciona un marco para la arquitectura y las funciones de las redes de acceso.

Basado en los estándares de la serie ITU-T G.984.x, GPON generalmente permite entre 64 y 128 ramales divisores ópticos, admite un gran ancho de banda, transmisión a larga distancia y ofrece servicios triple play a bajo costo. Debido a su naturaleza pasiva, GPON es fácil de mantener ya que la red no incluye dispositivos activos.

Relación entre la distancia de transmisión y los divisores ópticos

Un factor crítico en el diseño de GPON es la distancia de transmisión entre la terminal de línea óptica (OLT) y los usuarios, que se relaciona con el presupuesto óptico máximo permitido del sistema. El presupuesto óptico abarca las pérdidas de conectores, empalmes, fibras y divisores ópticos, siendo la pérdida del divisor la más significativa.

Por ejemplo, un divisor óptico 1×32 típico puede tener una pérdida de inserción de entre 17 dB y 18 dB. A pesar de esta pérdida relativamente alta, los divisores son indispensables, lo que hace de GPON una solución de red económica y simplificada.

El valor de pérdida de los divisores varía según el tipo (por ejemplo, PLC o FBT). Como dispositivos pasivos, los divisores son fáciles de instalar y usar. Sin embargo, cuanto mayor sea el número de ramas del divisor, mayor será la pérdida de potencia óptica. Por lo tanto, los diseñadores de GPON deben considerar cuidadosamente la racionalidad de elegir divisores con un número específico de ramas, ya que más ramas aumentan la pérdida del divisor, lo que reduce la distancia máxima alcanzable entre la OLT y las unidades de red óptica (ONU).

Principios del presupuesto de energía

El presupuesto de potencia en los sistemas de comunicación óptica se refiere a la transmisión de señales ópticas a través de fibra, en lugar de al voltaje y la corriente en la comunicación eléctrica. Tiene en cuenta todas las ganancias y pérdidas del sistema, y ​​un presupuesto de potencia razonable reduce la complejidad de la red y los problemas de mantenimiento.

GPON comprende OLT, ONU y las fibras y uniones de conexión. Por lo tanto, se deben considerar las pérdidas de la fibra monomodo, los conectores, los divisores ópticos pasivos, los atenuadores ópticos pasivos y las uniones. Los cálculos inexactos del presupuesto de potencia pueden generar problemas para los receptores de la red. Una potencia excesiva puede dañar los detectores, mientras que una potencia insuficiente puede impedir que los detectores detecten correctamente las señales ópticas o generar altas tasas de error durante la detección de datos.

La potencia del transmisor y la sensibilidad del receptor son dos parámetros críticos que definen el área de cobertura potencial de una red. Al calcular el presupuesto de potencia en las peores condiciones, se puede determinar la pérdida total de la red y, por lo tanto, el área de cobertura máxima.

La pérdida de inserción se refiere a la diferencia de potencia entre la entrada y la salida de un dispositivo (como un divisor). Por ejemplo, si un divisor recibe una potencia de entrada de 20 dBm y emite una potencia de 3 dBm, la pérdida de inserción es de 17 dB.

La fórmula para el cálculo del presupuesto de energía es:

Potencia del transmisor = Sensibilidad del receptor + Pérdida total

En esta fórmula, la pérdida total se expresa en dB. La atenuación de la fibra se mide en dB/km y otras pérdidas, incluidas las pérdidas del divisor, del empalme y del conector, también se expresan en dB.

Los tipos comunes de receptores incluyen el fotodiodo de avalancha (APD) y el fotodiodo PIN (PIN), con rangos de sensibilidad típicos como los siguientes:

• PIN: La sensibilidad varía de -18 dBm a 0 dBm, con un valor óptimo de -7 dBm.
• APD: La sensibilidad varía de -28 dBm a -8 dBm, con un valor óptimo de -14 dBm.

Los valores típicos para la potencia de salida del transmisor basado en láser son:

• Distancia corta: -3 dBm
• Distancia media: 0 dBm
• Larga distancia: +3 dBm

Tenga en cuenta que estos valores son típicos y la potencia de salida específica del transmisor y la sensibilidad del receptor deben verificarse en las especificaciones del producto del fabricante.

Ejemplo de cálculo del presupuesto de energía

Para simplificar el proceso de aprendizaje, podemos utilizar los siguientes parámetros para calcular la longitud de la fibra de una red simple:

• Fibra monomodo con atenuación de 0.35 dB/km.
• Pérdida del divisor de 14 dB según la hoja de datos.
• Dos empalmes mecánicos y dos conectores en la fibra.

Otros parámetros incluyen:

• Potencia del transmisor: 5 dBm
• Sensibilidad del receptor: -14 dBm
• Atenuación de fibra: 0.35 dB/km

La fórmula de cálculo es:

5 = −14 + (Atenuación de fibra por km × Distancia D (km) + Pérdida del divisor + Pérdida adicional)

Suponiendo dos empalmes (cada uno con una pérdida de 0.1 dB) y dos conectores (cada uno con una pérdida de 0.75 dB), la pérdida adicional total es: 0.2 dB + 1.5 dB = 1.7 dB

Sustituyendo en la fórmula:

19=0.35×D+14+1.7

Resolviendo esta ecuación:

0.35 × D = 19−15.7

D=10 kilómetros

Así, la distancia entre la OLT y la ONU es de aproximadamente 10 kilómetros.