Comment calculer le budget énergétique pour GPON

Qu'est-ce que GPON ?

GPON (Gigabit-Capable Passive Optical Network) est une branche cruciale de la famille des réseaux optiques passifs (PON).

Par rapport à l'EPON précédent, le GPON prend en charge davantage d'utilisateurs et peut couvrir des distances allant jusqu'à 20 kilomètres. Utilisant la fibre comme support de transmission, il présente une architecture distribuée capable de prendre en charge 32, 64, 128 utilisateurs finaux, voire plus.

Défini par le réseau de distribution optique (ODN), GPON utilise la technologie WDM et impose une transmission bidirectionnelle à fibre unique. Les scénarios de mise en œuvre incluent la fibre jusqu'au domicile (FTTH), la fibre jusqu'au trottoir (FTTC) et la fibre jusqu'au nœud (FTTN). La norme UIT-T G.902 fournit un cadre pour l'architecture et les fonctions des réseaux d'accès.

Basé sur les normes de la série ITU-T G.984.x, le GPON permet généralement de disposer de 64 à 128 branches de répartiteur optique, prend en charge une bande passante élevée, une transmission longue distance et offre des services triple play à faible coût. En raison de sa nature passive, le GPON est facile à entretenir car le réseau ne comprend aucun périphérique actif.

Relation entre la distance de transmission et les séparateurs optiques

Un facteur critique dans la conception du GPON est la distance de transmission entre le terminal de ligne optique (OLT) et les utilisateurs, qui est liée au budget optique maximal autorisé du système. Le budget optique englobe les pertes des connecteurs, des épissures, des fibres et des répartiteurs optiques, la perte du répartiteur étant la plus importante.

Par exemple, un répartiteur optique 1×32 classique peut avoir une perte d'insertion comprise entre 17 dB et 18 dB. Malgré cette perte relativement élevée, les répartiteurs sont indispensables, ce qui fait du GPON une solution réseau économique et simplifiée.

La valeur de perte des répartiteurs varie selon le type (par exemple, PLC ou FBT). En tant que dispositifs passifs, les répartiteurs sont faciles à installer et à utiliser. Cependant, plus le nombre de branches du répartiteur est élevé, plus la perte de puissance optique est élevée. Par conséquent, les concepteurs de GPON doivent soigneusement considérer la rationalité du choix de répartiteurs avec des nombres de branches spécifiques, car plus de branches augmentent la perte du répartiteur, réduisant ainsi la distance maximale réalisable entre l'OLT et les unités de réseau optique (ONU).

Principes de la budgétisation énergétique

Dans les systèmes de communication optique, le bilan énergétique concerne la transmission de signaux optiques via la fibre plutôt que la tension et le courant dans les communications électriques. Il tient compte de tous les gains et pertes du système, avec un bilan énergétique raisonnable réduisant la complexité du réseau et les problèmes de maintenance.

Le GPON comprend les OLT, les ONU et les fibres et articulations de connexion. Par conséquent, les pertes dues à la fibre monomode, aux connecteurs, aux répartiteurs optiques passifs, aux atténuateurs optiques passifs et aux articulations doivent être prises en compte. Des calculs de budget de puissance inexacts peuvent entraîner des problèmes pour les récepteurs du réseau. Une puissance excessive peut endommager les détecteurs, tandis qu'une puissance insuffisante peut empêcher les détecteurs de détecter correctement les signaux optiques ou entraîner des taux d'erreur élevés lors de la détection des données.

La puissance de l'émetteur et la sensibilité du récepteur sont deux paramètres critiques qui définissent la zone de couverture potentielle d'un réseau. En calculant le bilan de puissance dans les conditions les plus défavorables, on peut déterminer la perte totale du réseau et donc la zone de couverture maximale.

La perte d'insertion fait référence à la différence de puissance entre l'entrée et la sortie d'un appareil (comme un répartiteur). Par exemple, si un répartiteur reçoit une puissance d'entrée de 20 dBm et une sortie de 3 dBm, la perte d'insertion est de 17 dB.

La formule de calcul du budget de puissance est la suivante :

Puissance de l'émetteur = sensibilité du récepteur + perte totale

Dans cette formule, la perte totale est exprimée en dB. L'atténuation de la fibre est mesurée en dB/km et les autres pertes, notamment la perte du répartiteur, la perte de l'épissure et la perte du connecteur, sont également exprimées en dB.

Les types courants de récepteurs comprennent la photodiode à avalanche (APD) et la photodiode PIN (PIN), avec des plages de sensibilité typiques comme suit :

• PIN : La sensibilité varie de -18 dBm à 0 dBm, avec une valeur optimale de -7 dBm.
• APD : La sensibilité varie de -28 dBm à -8 dBm, avec une valeur optimale de -14 dBm.

Les valeurs typiques pour la puissance de sortie d'un émetteur laser sont :

• Courte distance : -3 dBm
• Distance moyenne : 0 dBm
• Longue distance : +3 dBm

Notez que ces valeurs sont des valeurs typiques de puissance de sortie spécifique de l'émetteur et de sensibilité du récepteur qui doivent être vérifiées dans les spécifications du produit du fabricant.

Exemple de calcul du budget énergétique

Pour simplifier le processus d'apprentissage, nous pouvons utiliser les paramètres suivants pour calculer la longueur de fibre d'un réseau simple :

• Fibre monomode avec atténuation de 0.35 dB/km.
• Perte du séparateur de 14 dB selon la fiche technique.
• Deux épissures mécaniques et deux connecteurs dans la fibre.

Les autres paramètres incluent :

• Puissance de l'émetteur : 5 dBm
• Sensibilité du récepteur: -14 dBm
• Atténuation de la fibre : 0.35 dB/km

La formule de calcul est :

5 = −14 + (Atténuation de la fibre par km × Distance D (km) + Perte du répartiteur + Perte supplémentaire)

En supposant deux épissures (chacune avec une perte de 0.1 dB) et deux connecteurs (chacun avec une perte de 0.75 dB), la perte supplémentaire totale est de : 0.2 dB + 1.5 dB = 1.7 dB

En remplaçant dans la formule :

19=0.35×D+14+1.7

Résoudre cette équation :

0.35×D=19−15.7

D=10 km

Ainsi, la distance entre l’OLT et l’ONU est d’environ 10 kilomètres.