3. Оптический бюджет мощности для проектируемой сети

1. Расчет энергетического бюджета системы

Главным параметром в проектировании сети по технологии GPON является оптический бюджет мощности (ОБМ) [7,8]. ОБМ показывает максимальное значение затухания на участке от OLT до абонентского оборудования. Каждый абонент находится на определённом расстоянии, для расчёта ОБМ выбирается самый удалённый абонент от OLT.

ОБМ можно рассчитать по формуле 3.1, используя технические характеристики активного оборудования проектируемой сети (таблица 3.1)

P_опт = P_прд – P_пр. (3.1)

Таблица 3.1 – Технические характеристики активного оборудования

Параметр		SFP-xPON (Class B+)	NTU-RG1421GC-W
Чувствительность приемника, дБм	min	-8	-4
	max	-28	-28
Мощность передатчика, дБм	min	+1,5	+0,5
	max	+5	+5

Энергетический бюджет системы рассчитывается в обоих направлениях и имеет диапазон значений.

Максимальный ОБМ в прямом направлении

P_{опт↓макс} = 5 – (-28) = 33 (дБм).

Минимальный ОБМ в прямом направлении

P_{опт↓мин} = 1,5 – (-4) = 5,5 (дБм).

Максимальный ОБМ в обратном направлении

P_{опт↑макс} = 5 – (-28) = 33 (дБм).

Минимальный ОБМ в обратном направлении

P_{опт↑мин} = 0,5 – (-8) = 8,5 (дБм).

Соответственно суммарное затухание на всем участке сети должны быть в следующих пределах:

- в прямом направлении от 5,5 до 33 дБм;

- в обратном направлении от 8,5 до 33 дБм.

Оптический бюджет мощности должен допускать некоторые отклонения в рабочих характеристиках системы, не сказываясь на коэффициент ошибок для сети GPON (BER = 10^-9). Если сделать запас можности нулевым, то волоконно-оптическая линия должна иметь в точности такую же оптическую мощность, которая необходима для преодоления потерь в кабеле, соединительных и пассивных устройствах. Величину эксплуатационного запаса примем равной 5 дБм.

2. Расчет потерь на линейном участке g-pon

Источники потерь сети GPON показаны в таблице 3.2.

Таблица 3.2 – Потери на элементах сети G-PON

Потери	Значение, дБ
Оптическое волокно (1310 нм) на км	0,34
Оптическое волокно (1490 нм) на км	0,22
Оптическое волокно (1550 нм) на км	0,2
Сварные соединения	0,1
Разъемные соединения	0,3
Сплиттер 1:64	17,5
WDM - мультиплексор	0,4

На рисунке 3.1 показаны места соединений, пассивное оборудование, протяженность всех участков сети от OLT до абонента дома 8 на улице Горького (городская сеть доступа).

Рисунок 3.1 – Участок сети от OLT до абонента

Суммарные потери на линии определяются суммой потерь, каждого пассивного элемента сети (А_п), разъёмными соединениями (A_р) и неразъёмными (А_н), а также в кабеле (А_k). Таким образом, суммарные оптические затраты вычисляются следующим образом.

А_∑ = А_k · L_∑ + N_р · A_р + N_н · А_н + А_п + А_э, (3.2)

где N_р – количество разъемных соединений;

N_н – количество неразъемных соединений;

А_э – эксплуатационный запас (5 дБм);

a_k – значения затухания кабеля на км;

L_∑ – длина кабеля.

Пассивными элементами, вносящими потери, на данном участке сети являются WDM – мультиплексор и один сплиттер с коэффициентами разветвления 1:64.

Суммарная протяженность линии связи от станционного оборудования до абонента в городе N рассчитывается

L_∑ = 2,2 + 0,35 + 0,03 + 0,003·16 + 0,02 = 2,648 км.

В соответствии со схемой протяженность самой удаленной линии частного сектора в коттеджном поселке

L_ч.с.= 5+2,5+0,88,3 км.

Учитывая данные в таблице 4.2 определим суммарные потери на линиях в городе N для длин волн 1310 нм, 1490 нм, 1550 нм.

А_∑1310нм = 2,648·0,34 + 10·0,3 + 16·0,1 + 17,5 + 0,4 + 5 = 28,4 дБм,

А_∑1490нм = 2,648·0,22 + 10·0,3 + 16·0,1 + 17,5 + 0,4 = 28,083 дБм,

А_∑1550нм = 2,648·0,2 + 10·0,3 + 16·0,1 + 17,5 + 0,4 = 23,023 дБм.

Рассмотрим коттеджный поселок.

Затухание на линии можно вычислить следующим образом.

Ал = Ак + Ас + Ап, (3.3)

Ак = a_k * L, (3.4)

где a_k - значения затухания кабеля на км;

L – длина кабеля.

Затухание оптического волокна на 1 км на длине волны 1490 нм составляет 0,22 дБ/км.

Ад = 28 дБ.

Aк_ч.с.= 0,22*8,3= 1,83 дБ.

Между узлом доступа и абонентом частного сектора будут произведены две операции по сращиванию (сварка) оптических волокон в ответвительные муфтах, и произведено 2 соединения оптическими коннекторами («1» на узле доступа, и «1» у абонента). Потери на одно сращивание равны 0,1 дБ, на соединителях - 0,2 дБ.

Ас=0,1*2+0,2*2=0,6 дБ.

На сети будут использоваться 3 пассивных оптических элемента: WDM модуль и 2 пассивных оптических разветвителя с коэффициентом разветвления n=8. Затухание сигнала в модуле WDM (A_wdm) составляет 0,4 дБ.

Затухание в оптическом разветвителе (А_р) зависит от коэффициента разветвления N и определяется по формуле

А_р = 10*log(N) +1, (3.5)

А_р = 10*log(N)+1=9,1+9,1+1=19,2 дБ.

Таким образом, потери на пассивных элементах составят

Ап = A_wdm + А_р, (3.6)

Ап = 0,4 + 19,2= 19,6 дБ.

Затухание, вносимое линией, составит

Ал = 1,83 + 0,6 + 19,6 = 22,03 дБ.

Таким образом, бюджет мощности на длине волны 1490 нм составит

ОБМ_1490нм =Ад - Ал, (3.7)

ОБМ_1490нм = 28-22,03=5,97 дБ.

Километрическое затухание оптического волокна на длине волны 1550 нм составляет 0,2 дБ/км.

Aк_ч.с.= 0,2*8,3= 1,66 дБ,

Потери, вызванные сращиванием оптических волокон и оптическими соединителями, а также затухание в пассивных оптических элементах рассчитываются аналогично по формулам (3.2) и (3.3), кроме того, так как, потоки идут в одинаковых направлениях их значения будут равными.

Ас=0,1*2+0,2*2=0,6 дБ,

Ап=19,6 дБ.

Затухание, вносимое линией на волне 1550 нм, составит

Ал = Ак + Ас + Ап=1,66+0,6+19,6 = 21,86 дБ.

Таким образом, бюджет мощности на длине волны 1550 нм составит

ОБМ_1550нм=28-21,86=6,14 дБ.

С учётом эксплуатационного запаса, затухание на всём участке сети удовлетворяет требованиям активного оборудования на всех длинах волн. Данная сеть GPON будет работоспособна, и существует запас по мощности.