Rede óptica passiva (PON): Atenuação óptica e estimativas de distância

Na década de 1980, com o surgimento da informática e da tecnologia multimídia, cada vez mais as pessoas passaram a ter computadores e também a usar a rede (LAN ou Internet), com o que começaram a surgir os serviços de comunicação de dados e surgiu a demanda por acesso à Internet. À medida que a fibra óptica entrou em cena como um novo meio de comunicação, a cadeia da indústria de comunicação óptica foi tomando forma cada vez mais. No final da década de 1980, a fim de aplicar fibra óptica aos serviços de acesso em banda larga, PON (Rede Ótica Passiva) a tecnologia começou a surgir. 

 

PON refere-se à rede óptica passiva. O sistema PON deve incluir um rede de distribuição óptica (ODN), terminal de linha óptica (OLT), e unidade de rede óptica (ONU). Em primeiro lugar, ODN é um FTTH (fibra para casa) rede óptica baseada em equipamentos PON, que fornece um canal de transmissão óptica entre OLT e ONU. ODN não contém nenhum componente eletrônico e fonte de alimentação eletrônica. O ODN é composto de componentes passivos, como um divisor óptico, portanto, não precisa de equipamentos eletrônicos ativos caros. Uma rede óptica passiva (PON) consiste em uma OLT instalada na estação central de controle e várias ONUs instaladas no site do usuário. PON é a direção de desenvolvimento futuro da rede de acesso.

Diagrama de blocos do sistema PON

♦ Diferença entre dB e dBm

A atenuação de um sinal de luz conforme ele se propaga ao longo de uma fibra é uma consideração importante no projeto de um sistema de comunicação óptica; o grau de atenuação desempenha um papel importante na determinação da distância máxima de transmissão entre um transmissor e um receptor ou um amplificador em linha.

 

Na engenharia de comunicação, a magnitude da potência é geralmente expressa como um valor dBm, que é uma medida logarítmica e é definida como decibéis relativos ao nível de potência de 1mW, ou seja, dBm representa decibéis por miliwatt. É uma unidade adimensional que realmente especifica a relação de potência em vez da potência exata.

A fórmula para dBm é a seguinte:

dBm = 10 * log (P / 1mW), “P” representa a potência em watts.

 

Deve ser mencionado aqui que dBm e dB são diferentes, dB é definido como a diferença na potência ou intensidade do sinal entre quaisquer dois pontos dados.

A fórmula para dB é a seguinte:

dB = 10 log (P1 / P2), “P1” é a intensidade de potência do primeiro ponto e P2 é a intensidade de potência do segundo ponto.

 

Em resumo, dBm é uma unidade de medida absoluta e dB representa um número relativo que indica um aumento ou diminuição na intensidade do sinal. DBm representa a medida absoluta da intensidade do sinal em um determinado ponto (relativo a 1mW). Além disso, dB e dBm funcionam de maneira diferente em redes de fibra ótica: a potência ótica geralmente é medida em DBM, enquanto a atenuação, perda e perda de inserção da fibra ótica são expressas em dB.

 

 ♦ Como calcular o ótico atenuação em uma rede óptica passiva (PON)?

Em equipamentos PON, o valor máximo de atenuação do OLT está entre 22-25dB, o que significa que o valor de atenuação não pode exceder 25 dB.

 

spec. de PLC Divisor	Valor Típico de Perda de Inserção	Intervalo máximo de desvio entre portas	Instrumento de teste
1:2 50%-50%	3.4 dB	0.4 dB	Medidor de Potência Ótica
1:2 5%-95%	11.8 dB: 0.6 dB	0.4 dB	Medidor de Potência Ótica
1:2 10%-90%	10.4 dB: 0.9 dB	0.4 dB	Medidor de Potência Ótica
1:2 20%-80%	7.4 dB: 1.3 dB	0.4 dB	Medidor de Potência Ótica
1:2 30%-70%	5.6 dB: 1.9 dB	0.4 dB	Medidor de Potência Ótica
1:2 40%-60%	4.4 dB: 2.6 dB	0.4 dB	Medidor de Potência Ótica
1:4 divisão igual	7.2 dB	0.8 dB	Medidor de Potência Ótica
1:8 divisão igual	10.7 dB	1.7 dB	Medidor de Potência Ótica
1:16 divisão igual	14.8 dB	2.0 dB	Medidor de Potência Ótica
1:32 divisão igual	17.8 dB	2.5 dB	Medidor de Potência Ótica

 

A atenuação do divisor de PLC 1: 2 é de 3.01 dB

A atenuação do divisor de PLC 1: 8 é de 9.03 dB

A atenuação do divisor de PLC 1: 16 é de 12.04 dB

A atenuação do divisor de PLC 1: 32 é de 15.05 dB

A atenuação do divisor de PLC 1: 64 é de 18.06 dB

 

 ♦ Como escolher os módulos óticos e calcular a potência ótica?

A rede óptica passiva (PON) usa diferentes módulos ópticos para oferecer suporte a diferentes classes de ODN.

 

① Os módulos ópticos em uso para EPON são os seguintes:

• 1000BASE-PX20, permitindo perda de inserção de canal de 24dB, suportando uma taxa de divisão óptica máxima de 1:32, o novo equipamento de aquisição não é mais configurado com módulos ópticos EPON OLT PX20.
• 1000BASE-PX20+, permitindo perda de inserção de canal de 28dB, suportando uma taxa de divisão óptica máxima de 1:64, a aquisição atual do equipamento EPON é configurada com módulos ópticos EPON OLT PX20+.

 

② Os módulos ópticos em uso para GPON são os seguintes:

• Classe B +, a perda de inserção de canal é de 28 dB e a taxa de divisão óptica máxima é de 1:64. Atualmente, os dispositivos GPON são geralmente equipados com módulos ópticos GPON OLT classe B +;
• Classe C +, permite perda de inserção de canal de 32dB e suporta uma taxa de divisão óptica máxima de 1: 128. Atualmente, GPON OLT módulos ópticos classe C + estão maduros e logo serão popularizados.
• Classe C + +, permite perda de inserção de canal de 32dB e suporta uma taxa de divisão óptica máxima de 1: 128. O módulo óptico GPON OLT Classe C ++ não tem sido amplamente utilizado.

 

No processo de implantação de FTTH, os equipamentos OLT e ONU devem adotar módulos ópticos não inferiores aos níveis px20 + (EPON) e classe C + (GPON), e a atenuação do link do cabo óptico da extremidade OLT à extremidade ONU deve não seja superior a 28dB.

 

③ Calcular a potência óptica

             Consulte a seguinte tabela:

 

PON Tecnologia.	Módulo óptico	OLT			ONU			Previsão de potência obtida		Custo do canal óptico		Perda Máxima de Inserção de PON
		Poder de emissão		Pior sensibilidade de recepção	Poder de emissão		Pior sensibilidade de recepção
		MIN	MAX		MIN	MAX		Baixo link	Uplink	Baixo link	Uplink	Baixo link	Uplink
		dBm	dBm	dBm	dBm	dBm	dBm	dB	dB	dB	dB	dB	dB
ÉPON	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	Classe B +	1.5	5	-28	0.5	5	-27	28.5	28.5	0.5	0.5	28	28
	Classe C +	3	7	-32	0.5	5	-30	33	32.5	1	0.5	32	32

Nota: O índice acima é a perda de inserção máxima do sistema PON calculada tomando o valor mínimo da potência óptica emitida pelo módulo óptico usando o princípio do pior valor.

 

♦ Como calcular a distância de transmissão de uma rede óptica passiva (PON)?

Vamos dar um exemplo para ver como calcular a distância de transmissão de PON:

Passo 1. A rede GPON é adotada, e o módulo óptico é classe C + (a perda de inserção máxima é de 32dB).

Etapa 2. De acordo com o projeto de 1: 128, o divisor de PLC primário é 1: 8 (perda de inserção 10.5 db), o divisor de PLC secundário é 1:16 (perda de inserção de 13.8 dB) e a perda de inserção total do PLC divisor é 24.3db.

Etapa 3. A perda total de inserção da união é 0.5 × 4 ＋ 0.25 × 4 ＝ 3dB.

Etapa 4. O núcleo do cabo óptico de distribuição e tronco é G.652D, e o núcleo do cabo óptico de entrada é G.657A, sem perda adicional.

Etapa 5. É calculado de acordo com o coeficiente de atenuação (incluindo conexão fixa) de 0.4db / km na direção do uplink (1310 nm).

Etapa 6. Margem de manutenção da linha: 2.5dB.

Etapa 7. A distância final de transmissão será: L ≤ (32-24.3-3-2.5) / 0.4 = 5.5 km.