Расчет оптического бюджета волс тв

Рубрики Наша практика

Расчет оптического бюджета волс тв

Региональные представители:

Памятка по расчету оптического бюджета PON

При построении сети PON больше всего вопросов возникает о расчёте оптического бюджета мощности и оптического бюджета потерь. Расчёт этих показателей является основополагающим при построении PON дерева. Оптический бюджет мощности определяется как разница между мощностью передатчика (SFP OLT трансивера) и чувствительностью приёмника в ONU.

Мощность SFP OLT:

+4 dBm;
Чувствительность ONU:

Таким образом, оптический бюджет мощности для PON сети составляет примерно 30 dB.

Под оптическим бюджетом потерь подразумевается максимальное затухание сигнала от OLT-а до ONU. Это затухание складывается из следующих составляющих:

    затухание на коннекторах (

0.5 dB);

  • затухание на волокне (0.36/0.24 dB/km на длинах волн 1310/1490 nm);
  • затухание на сварке волокна (

    0.05 dB);

  • затухание на сплиттерах (смотри таблицу ниже).
  • Расчет оптического бюджета волс тв

    В октябре 2007 года компания «РОТЕК-Новосибирск» реализовала проект передачи сигнала кабельного телевидения по ВОЛС в г. Тара Омской области. Заказчику — интернет-провайдер ООО «ТТК» — требовалось организовать передачу ТВ сигнала кабельного телевидения по ВОЛС на 36 объектов.

    Для решения поставленной задачи было предложено использовать оптические передатчик OT8320-KII серии DigiCin с выходной мощностью 20 мВт. Модель OT8320-KII предназначена для передачи сигналов ТВ в аналоговой модуляции по оптическим линиям на длине волны 1310 нм.

    В качестве приёмников сигнала было использовано оборудование производства ООО «Планар» — MXO900 и SDO-1200. После расчета оптического бюджета на линию установлены оптические ответвители сигнала 1х12. Таким образом, к одному передатчику было подключено 12 приемников.

    Особенностью данного решения является использование трех передатчиков повышенной мощности, что позволило уменьшить стоимость оборудования без ухудшения качественных параметров.

    Реализованный проект позволил заказчику оказывать дополнительные услуги по подключению клиентов к сети кабельного телевидения в г. Тара.

    Основные особенности передатчиков OT8320-KII

    • Охлаждаемый лазер DFB-типа с высокими линейными характеристиками от ведущих производителей (Ortel, Fujitsu, Aos и др.)
    • Функция автоматического контроля уровня и предыскажения сигнала
    • Контроль выходного уровня оптической мощности
    • Дисплей на передней панели для отображения основных параметров (выходная мощность, температура лазера, состояние блоков питания, и т.д.)
    • Резервирование электроснабжения передатчика за счет установки в корпус дополнительного блока питания (режим работы — «горячий» резерв)
    • Встроенное ПО позволяет отображать состояние лазера. При отклонении параметров лазера от задаваемых пользователем величин лазер отключается и включается светозвуковая сигнализация с отображением причины аварии на дисплее
    • RS232 и RS485 интерфейсы для мониторинга состояния передатчика

    Технические характеристики передатчика OT8320

    7. РАСЧЁТ ОПТИЧЕСКОГО БЮДЖЕТА ПОТЕРЬ

    Примечание 12 : используя SFPOLT модули стандарта PX30 или PX40, можно добиться увеличения оптического бюджета PON сети до 33-35 dB.

    На самом деле, считать оптический бюджет потерь на последнем шаге проектирования является плохим тоном – грамотный проектировщик при первом взгляде на карту должен примерно определить топологию будущей сети и оценить суммарное затухание сигнала между её конечными узлами. Повторный расчёт бюджета потерь на завершающем этапе проектирования нужен лишь для документирования сети и для получения более точных результатов.

    Более того, для грубой оценки бюджета потерь проектировщику не нужно знать даже топологию – достаточно иметь информацию о размерах будущей сети и месте расположения OLT-а. Иными словами, проектировщика больше интересует не сама топология, а длина магистрального и распределительного участков. Почему же топология не так важна при грубой оценке оптического бюджета потерь? Всё дело в том, что проектировщик должен обладать достаточным количеством статистических данных и должен знать максимальное затухание любого каскада сплиттеров. Продемонстрируем это на примере – возьмём самые распространённые топологии и для каждой посчитаем суммарное затухание сигнала, приходящееся на каждый конечный узел сети.

    «Дерево»

    Как мы уже говорили, самыми распространёнными древовидными топологиями являются «1х8+1х8», «1х4+1х16», «1х16+1х4», «1х4+1х4+1х4» и «1х2+1х8+1х4». На рисунке 7.1 представлены схемы данных топологий с указанием суммарных затуханий каскада сплиттеров.

    Рисунок 7.1 — Суммарное затухание каскада сплиттеров основных древовидных топологий

    При рассмотрении рисунка 7.1 необходимо обратить внимание на следующие моменты:

    • на рисунке отсутствует схема топологии «1х4+1х16» – в ней нет необходимости, т.к. по затуханиям она аналогична схеме «1х16+1х4» (от перемены мест сплиттеров в каскаде суммарное затухание не изменится);
    • при расчёте суммарного затухания учитывались только потери на сплиттерах (потери сигнала в волокне, а также на сварных и механических соединениях нас в данный момент не интересуют);
    • в качестве показателей затуханий сплиттеров использовались максимально допустимые значения, заявленные производителем;
    • PLC сплиттеры делят сигнал равномерно, поэтому нет смысла считать затухание для каждой ветки – достаточно сделать вычисления только для одного конечного узла.

    Итак, теперь мы знаем, что в худшем случае (при использовании 3х каскадного дерева «1х2+1х8+1х4») мощность сигнала уменьшится на 22.4 dB. При этом запас оптического бюджета составит 7.6 dB (30-22.4).

    «Шина»

    Как уже отмечалось ранее, шинная топология в чистом виде не используется, поэтому здесь мы будем рассматривать исключительно линейные комбинированные шины, а именно «4FBT+1×16», «8FBT+1×8» и «16FBT+1×4» (Рисунок 7.2).

    Рисунок 7.2 — Суммарное затухание каскада сплиттеров основных шинных топологий

    Рисунок 7.2 достаточно наглядно демонстрирует недостатки шинной топологии, вызванные использованием не равноплечих FBT сплиттеров:

    • значительный разброс значений (причём, чем длиннее каскад сплиттеров, тем больше разброс);
    • необходимость рассчитывать затухание для каждого узла в отдельности.

    Из рисунка 7.2 видно, что максимальное суммарное затухание сигнала 22.06 dB имеет шинная топология «16FBT+1×4». При использовании этой топологии запас оптического бюджета составит 7.94 dB (30-22.06). Таким образом, проектировщик знает, что какую бы топологию он не выбрал (дерево или шину), суммарное затухание сигнала на каскаде сплиттеров не превысит значение 22.4 dB.

    Для получения более точной оценки суммарного затухания проектировщику также необходимо оценить потери на сварных и механических соединениях. Но прежде чем это сделать, нужно выбрать схему «включения» сплиттеров, т.е. как сплиттер будет соединён с оптической трассой: при помощи сварок или при помощи коннекторов. Существует несколько вариантов соединения сплиттеров:

    Сварной (все выходы сплиттера свариваются с волокном).

    • минимальное затухание сигнала;
    • максимальные трудозатраты при поиске неисправности в сети.

    Механический (все выходы сплиттера соединяются с волокном при помощи коннекторов).

    • максимальное затухание сигнала;
    • минимальные трудозатраты при поиске неисправности в сети.

    Комбинированный (часть выходов сплиттера сваривается с волокном, остальная часть – соединяется коннекторами).

    • оптимальное затухание сигнала;
    • минимальные трудозатраты при поиске неисправности в сети.

    Как показывает практика, провайдеры чаще всего выбирают комбинированный вариант «включения» сплиттеров, т.к. он обеспечивает компромисс между затуханием сигнала и удобством поиска неисправностей в сети. На рисунке 7.3 показаны комбинированный метод «включения» сплиттеров для древовидной и шинной топологий.

    Рисунок 7.3 — оптимальные схемы «включения» сплиттеров для древовидной (A) и шинной (B) топологий с указанием мест сварок и механических соединений

    Проанализировав рисунок 7.3, можно сделать следующие выводы:

    • для древовидной топологии: при прохождении через PLC сплиттер (направление 1) сигнал теряет на сварном и механическом соединениях суммарно 0.55dB(0.5 + 0.05) 13 ;
    • для шинной топологии: при прохождении через FBTсплиттер (направление 2) сигнал теряет на сварных соединениях суммарно 0.1dB(0.05+0.05) 13 ;
    • для шинной топологии: при прохождении через FBT и PLC сплиттеры (направление 3) сигнал теряет на сварных и механических соединениях суммарно 0.6dB(0.05+0.05+0.5) 13 .

    Примечание 13 : в качестве показателей затуханий на сварных и механических соединениях использовались максимально допустимые значения (среднее затухание на SCконнекторе составляет 0.35 dB, а затухание на сварке может составлять всего 0.01 dB или даже меньше).

    Что это нам даёт? Полученные цифры позволяют сделать оценку затуханий на сварных и механических соединениях для ранее рассмотренных топологий (дерево «1х2+1х8+1х4» и шина «16FBT+1×4»):

    • Дерево «1х2+1х8+1х4»: 3*0.55dB= 1.65dB
    • Шина «16FBT+1×4»: 14*0.1dB+ 0.6dB= 2dB 14

    Примечание 14 : для грубой оценки шины нет необходимости производить расчёт для каждого узла – достаточно сделать вычисления для одного, самого удалённого.

    Теперь для указанных топологий мы знаем не только затухание каскада сплиттеров, но и затухание на сварных и механических соединениях. Давайте их просуммируем:

    • Дерево «1х2+1х8+1х4»: 22.4dB+ 1.65dB= 24.05dB(запас оптического бюджета 5.95dB)
    • Шина «16FBT+1×4»: 22.06dB+ 2dB= 24.06dB(запас оптического бюджета 5.94dB)

    Полученные результаты для обеих топологий идентичны и приводят нас к следующему заключению: при использовании любой топологии запас оптического бюджета под прокладку оптического кабеля составит около 6 dB.Именно поэтому проектировщику достаточно знать только длину оптической трассы, чтобы определить, уложится ли он в 6 dB или нет. 15

    Примечание 15 : на самом деле запас оптического бюджета составит около 3 dB, т.к. проектировщик должен предусмотреть около 3 dB эксплуатационного резерва.

    При документировании проекта оптический бюджет потерь должен быть посчитан более точно и для каждого конечного узла сети. Для определения суммарного затухания всех элементов цепи можно воспользоваться формулой, представленной ниже:

    Оптический бюджет

    С распространением технологий спектрального уплотнения (CWDM и DWDM) и пассивных оптических сетей (PON) в сетях российских компаний мы все чаще слышим выражение «оптический бюджет» (энергетический потенциал линии). Ранее это понятие использовалось в основном организациями, осуществляющими проектирование и монтаж ВОЛС. Внедрение CWDM и PON заставили вспомнить про «оптический бюджет» и эксплуатирующие организации.

    Элементы оптической системы, в том числе и CWDM, можно условно разделить на 2 группы:

    • создающие в линии сигнал
    • снижающие мощность сигнала, т.е. вносящие затухание

    К первой категории относятся оптические трансиверы (SFP, XFP и т.д.) и усилители сигнала. Все остальные элементы – коннекторы, мультиплексоры, модули OADM, разветвители – вносят в линию потери. Очевидно, что оптическая система будет функционировать только при условии, что мощность системы будет больше затухания на всех элементах системы. Соответственно, для проверки работоспособности системы достаточно посчитать разность между мощностью системы и потерями в системе.

    Оптические трансиверы имеют два важных для нас показателя – мощность лазера и чувствительность приемника. Разность этих показателей дает нам оптическую мощность, обеспечиваемую трансивером. Остается добавить значение мощности оптических усилителей, чтобы получить суммарную мощность системы.

    При расчетах оптического бюджета ВОЛС необходимо учитывать следующие источники затухания:

    Затухание сигнала в оптическом волокне

    При распространении сигнала в оптическом волокне происходит естественное затухание сигнала. Величина затухания в волокне зависит от большого количества факторов, однако при расчетах учитывают только два из них – длину линии и длину волны сигнала. Средние потери для сигнала в одномодовом волокне составляют 0,2 дБ/км для длины волны 1550 нм и 0,35 дБ/км для 1310 нм. Как известно, в системах CWDM используются длины волн от 1270 до 1610 нм, но для расчета затухания в линии для этих длин волн можно ориентироваться на значения для волн 1310 нм и 1550 нм. Приближенные к этим значениям длины волн будут иметь затухание того же порядка. При определении затухания в волокне при расчете оптического бюджета CWDM-систем не достаточно рассматривать значение для наиболее короткой длины волны, т.к. доступны CWDM-трансиверы разной мощности и на короткие длины волн можно устанавливать более мощные трансиверы, балансируя, таким образом, систему.

    CWDM мультиплексоры

    На мультиплексоре потери рассчитываются по каждой несущей (длине волны) и оцениваются между портом (коннектором) ввода/выдода по несущей и COM-портом. Соответственно средние вносимые потери на каждой несущей составляют от 1,2 до 2,6 дБ.

    OADM модули

    Для OADM модулей потери рассчитываются как по выделяемым (добавляемым) несущим, так и по линии в целом:
    Между портами (коннекторами) Com и Express – средние вносимые потери в линию от 0,5 до 0,9 дБ
    Между портами Com и Add – средние вносимые потери по несущей от 0,5 до 0,9 дБ
    Между портами Com и Drop – средние вносимые потери по несущей от 0,3 до 0,9 дБ
    Необходимо учитывать, что в OADM модулях для двухканальных систем (топология точка-точка с ответвлениями) 2 пары Com-Add и Com-Drop.

    Точки соединения

    Коннекторы – от 0,3 дБ
    Места сварок – от 0,02 дБ
    Механические соединители – от 0,7 дБ

    Оптические разветвители

    При расчете затухания на оптических разветвителях необходимо отталкиваться от спецификации конкретного разветвителя.

    Запас мощности

    Для обеспечения надежной работы оптической системы необходимо учитывать возможность увеличения оптических потерь при изменении внешних факторов и ухудшении характеристик компонентов ВОЛС, связанных с их старением. Для компенсации данных потерь внесите в расчеты 3-6 «запасных» дБ.

    После расчета потерь в линии мы можем оценить надежность системы в разрезе оптического бюджета.

    Для упрощения процесса расчета оптического бюджета ВОЛС предлагаем использовать программу «Калькулятор оптического бюджета».

    Калькулятор оптического бюджета

    Калькулятор оптического бюджета предназначен для расчета оптического бюджета (энергетического потенциала) линий связи с учетом применения в них оборудования спектрального уплотнения CWDM. Калькулятор оптического бюджета дает возможность рассчитать суммарные потери в ВОЛС по всем направлениям распространения оптического сигнала и сформировать для проекта сбалансированный комплекс CWDM-оборудования.

    Особенности:

    • Расчет потерь в зависимости от длины волны излучения
    • Унифицированные базовые значения потерь на элементах ВОЛС
    • Возможность установки параметров
    • Быстрый тест работоспособности системы