Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Расчёт оптического бюджета -- обязательный этап проектирования волоконно-оптической линии связи (ВОЛС). Оптический бюджет определяет максимально допустимые потери оптической мощности на всём протяжении линии от передатчика до приёмника. Если суммарные потери превышают бюджет, приёмник не обеспечит требуемого качества сигнала (BER). Методика расчёта одинакова для классических ВОЛС и для пассивных оптических сетей (PON), но в PON добавляется наиболее значимая составляющая -- потери в сплиттерах.
Оптический бюджет мощности (Optical Power Budget) -- это разность между минимальной мощностью передатчика и минимальной чувствительностью приёмника, выраженная в децибелах (дБ):
Пример: передатчик Pпер = +1,5 дБм, чувствительность приёмника Pпр = -28 дБм.
Pбюджет = +1,5 - (-28) = 29,5 дБ.
Суммарные потери в линии не должны превышать 29,5 дБ.
Суммарные потери в линии:
Условие работоспособности линии:
Километрическое затухание зависит от типа волокна и длины волны. Для стандартного одномодового волокна (SMF, ITU-T G.652.D):
Количество сварок определяется строительными длинами кабеля. Для магистральных линий строительная длина 4--6 км; количество сварок на маршруте L км: nсв ≈ L / lстр - 1 + 2 (с учётом приварки пигтейлов на концах).
Для расчёта оптического бюджета обычно принимается 0,3--0,5 дБ на одно коннекторное соединение. В PON-сетях типичное количество коннекторов на абонентскую линию -- от 4 до 10 (в зависимости от архитектуры).
Сплиттер -- пассивный оптический разветвитель, разделяющий оптический сигнал между несколькими абонентами. Потери в сплиттере -- основная составляющая бюджета PON-линии.
Теоретические потери: 10 · log10(N), где N -- количество выходных портов. Реальные потери выше из-за технологических неравномерностей и потерь на ввод/вывод. Для PLC-сплиттеров (Planar Lightwave Circuit) потери более равномерны, чем для FBT-сплиттеров (Fused Biconic Taper).
Стандарт ITU-T G.984.2 (с Amd. 1 и Amd. 2) определяет несколько классов SFP-трансиверов для GPON, различающихся оптическим бюджетом:
Наиболее распространён класс B+ (бюджет 28 дБ) -- стандарт для большинства городских GPON-сетей с делением 1:32 и дальностью до 20 км. Класс C+ (бюджет 32 дБ) применяется при более высоких коэффициентах деления или увеличенных расстояниях.
В расчёт оптического бюджета закладывается эксплуатационный запас (System Margin), компенсирующий:
-- увеличение затухания волокна со временем (старение);
-- ухудшение качества коннекторных соединений (загрязнение, механический износ);
-- дополнительные сварки при аварийных восстановлениях (ремонтная вставка);
-- температурные колебания, влияющие на параметры волокна.
Задание: рассчитать оптический бюджет GPON-линии от OLT до наиболее удалённого ONU. Оборудование класса B+ (бюджет 28 дБ). Длина волны 1310 нм (upstream, наихудший случай). Двухкаскадный сплиттер: 1:4 + 1:8 = 1:32.
AΣ = 7,00 + 0,50 + 1,80 + 7,00 + 10,50 + 3,00 = 29,80 дБ
Бюджет класса B+: 28 дБ.
29,80 дБ > 28 дБ -- бюджет превышен!
Решение: необходимо либо использовать трансиверы класса C+ (бюджет 32 дБ, запас 32 - 29,8 = 2,2 дБ), либо сократить расстояние, либо уменьшить коэффициент деления (например, 1:16 вместо 1:32).
При уменьшении длины до 15 км: Aвол = 15 × 0,35 = 5,25 дБ, nсв = 8, Aсв = 0,40 дБ. Итого: 5,25 + 0,40 + 1,80 + 7,00 + 10,50 + 3,00 = 27,95 дБ < 28 дБ -- бюджет B+ достаточен.
1. Расчёт на наихудший случай. Используйте максимальную длину линии, максимальное затухание волокна (0,35 дБ/км на 1310 нм), максимальные потери на сварках и коннекторах. Типовые (средние) значения использовать нельзя.
2. Чистота коннекторов. Загрязнённый коннектор может вносить потери 1--3 дБ вместо 0,3 дБ. Регулярная очистка торцов ферул -- обязательная операция при подключении.
3. Длина волны 1310 нм -- лимитирующий фактор. В GPON расчёт ведётся на длине волны 1310 нм, так как на ней затухание волокна максимально (0,35 дБ/км против 0,22 дБ/км на 1550 нм).
4. Учёт всех элементов. В PON-сети помимо сплиттеров могут присутствовать WDM-мультиплексоры (потери 0,5--1,0 дБ), оптические аттенюаторы и дополнительные коннекторы в оптических распределительных шкафах.
5. Верификация. После монтажа ВОЛС проводится измерение затухания рефлектометром (OTDR) и оптическим тестером (источник + измеритель мощности). Фактические потери не должны превышать расчётных.
Оптический бюджет -- это максимальное количество децибел (дБ), которое может «потерять» оптический сигнал на пути от передатчика до приёмника и при этом быть успешно распознанным. Он определяется как разность между мощностью передатчика и чувствительностью приёмника. Если суммарные потери в линии превышают бюджет -- связь невозможна.
Затухание в волокне G.652.D на 1310 нм составляет 0,35 дБ/км, а на 1550 нм -- 0,22 дБ/км. Расчёт бюджета всегда делается для наихудшего случая, поэтому выбирается длина волны с максимальным затуханием. В GPON upstream работает на 1310 нм, что и является лимитирующим фактором.
Класс B+ (бюджет 28 дБ) -- стандарт для городских GPON-сетей с делением 1:32 и расстоянием до 20 км. Для более длинных линий, делений 1:64 или при наличии дополнительных потерь (WDM, большое число коннекторов) используют класс C+ (бюджет 32 дБ) или C++ (бюджет 35 дБ). Выбор определяется результатом расчёта оптического бюджета.
Для городских PON-сетей рекомендуется запас 3--4 дБ, для магистральных ВОЛС -- 3--6 дБ. Запас компенсирует старение волокна и коннекторов, аварийные ремонтные вставки (каждая добавляет 2 сварки), температурные воздействия и загрязнение коннекторов.
Теоретические потери сплиттера 1:32 составляют 15 дБ (10·log10(32)). Реальные потери PLC-сплиттера 1:32 -- 16,5--18,0 дБ с учётом технологических потерь и неравномерности деления. При двухкаскадном делении (1:4 + 1:8) суммарные потери составляют примерно 7,0 + 10,5 = 17,5 дБ.
Для магистральных и внутризоновых ВОЛС действуют нормы приёмо-сдаточных измерений, согласно которым потери на сварном соединении не должны превышать 0,10 дБ на длине волны 1550 нм и 0,20 дБ на 1310 нм. На практике современные сварочные аппараты обеспечивают типичные потери 0,02--0,05 дБ. Для сетей доступа единого нормативного документа нет, и нормы устанавливаются техническим заданием.
UPC (Ultra Physical Contact) -- торец ферулы отполирован перпендикулярно оси волокна с выпуклым профилем. Обратные потери (ORL) -- менее -50 дБ. APC (Angled Physical Contact) -- торец скошен под углом 8°, что обеспечивает ORL менее -60 дБ. Потери на ввод/вывод у обоих типов схожи (0,2--0,3 дБ). В PON-сетях применяют APC (зелёный коннектор) из-за требований к минимальным обратным отражениям, критичным для аналоговых видеосигналов (1550 нм overlay).
Настоящая статья носит исключительно ознакомительный и справочный характер. Автор и редакция не несут ответственности за последствия применения изложенной информации при проектировании ВОЛС. Все проектные решения должны приниматься квалифицированными специалистами на основании актуальных нормативных документов, технических паспортов оборудования и результатов измерений. Приведённые параметры являются типовыми и могут отличаться для конкретного оборудования.
1. ITU-T G.652. Characteristics of a single-mode optical fibre and cable.
2. ITU-T G.984.1--G.984.6. Gigabit-capable passive optical networks (GPON).
3. ITU-T G.984.2 Amendment 1 (2006), Amendment 2 (2008). GPON physical media dependent layer (Class B+, C+).
4. Нормы приёмо-сдаточных измерений элементарных кабельных участков магистральных и внутризоновых подземных ВОЛС сети связи общего пользования (1997).
5. Листвин А.В., Листвин В.Н., Швырков Д.В. Оптические волокна для линий связи. -- М.: ЛЕСАРарт.
6. Иванов А.Б. Волоконная оптика: компоненты, системы передачи, измерения. -- М.: Компания Сайрус Системс.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.