Поставщики услуг сталкиваются с неизбежным исчерпанием полосы пропускания в своих оптоволоконных сетях, построенных на устаревшей технологии GPON.
В ответ они обращаются к симметричным вариантам PON 10 Гбит / с.
Пассивные оптические сети (PON) имеют решающее значение для будущих сетей широкополосного доступа. Текущая практика пандемии COVID-19 и работы на дому (WFH) выдвинула на первый план необходимость надежного, высокоскоростного доступа в Интернет во всем мире, поскольку сообщества пытаются приспособиться к более виртуальной среде. Более высокая пропускная способность нисходящего и восходящего потоков, обусловленная облачными вычислениями, онлайн-играми, совместным использованием файлов и видеоконференцсвязью, заставляет сеть развиваться в направлении более симметричной передачи трафика.
Поставщики услуг, являющиеся свидетелями растущей полосы пропускания и постоянно меняющихся моделей трафика потребителей, сталкиваются с неизбежным исчерпанием полосы пропускания в своих оптоволоконных сетях, построенных на устаревшей технологии GPON. В ответ они обращаются к симметричным вариантам PON (XG (S) -PON, 10G-EPON и NG-PON2) с пропускной способностью 10 Гбит/с для развертывания как в «коричневых полях», так и в «зеленых полях», для решения проблем конвергентных приложений для жилых сетей, предприятий и 5G для любых перевозок. Другими словами, хотя многие абоненты не обязательно собираются немедленно перейти на услуги 10G, ограниченная совокупная пропускная способность в 2.5G GPON приводит к переходу на 10G-PON.
Стандарты PON
Гигабитные пассивные оптические сети (GPON), определенные серией ITU-T G.984, были ратифицированы более 15 лет назад, и со временем появился G.984.5, поддерживающий сосуществование различных технологий NG-PON. GPON продолжает работать на 1490 нм ниже по потоку и 1310 нм вверх по потоку, в то время как XG (S) -PON, в соответствии с рекомендацией ITU-T G.9807.1, использует 1577 нм вниз по потоку и 1270 нм вверх по потоку. Поскольку перекрытия по длине волны нет, сервис XG (S) -PON может быть развернут как оверлей на том же оптическом предприятии, что и сервис GPON. Аналогично, технология NG-PON2, которая объединяет несколько длин волн в восходящем и нисходящем направлениях в соответствии со стандартом ITU-T G.989, также является спектрально совместимой.
Оптическая распределительная сеть
Оптическая распределительная сеть PON (ODN), которая включает в себя оптоволокно, кабельные каналы, опоры, а также аспекты гражданского строительства и строительства волокна, - это значительные расходы и основная часть общих затрат на развертывание PON. Для того чтобы услуги NG-PON были коммерчески жизнеспособными, поставщики услуг стремятся повторно использовать существующую оптическую инфраструктуру и использовать ее при сохранении совместимости с существующими услугами.
Несмотря на то, что оптические сплиттеры не имеют разных потерь, зависящих от длины волны, существуют обоснованные опасения, касающиеся фактических внешних сегментов кабеля завода и того, насколько хорошо они могут передавать длины волн NG-PON. В сетях FTTx обычно имеется три отдельных сегмента кабеля, каждый из которых может ухудшать длины волн NG-PON-
- Питающий кабель - отрезок от оптического линейного терминала (OLT) до оптоволоконного терминала (FDT)
- Главный кабель проложен через густонаселенный район.
- Более новые кабели богаты волокнами, используя от 72 до 1728 жил.
- Распределительный кабель - отрезок от (FDT) к оптоволоконному распределительному пункту (FDP), также известный как волоконно-оптический терминал доступа (FAT)
- Промежуточный кабель или канал между фидерным кабелем и абонентским кабелем
- FDP используется для распределения оптических кабелей во второй раз.
- Отводящий / абонентский кабель - сегмент от FDP до розетки / оконечного устройства доступа (ATB)
- Обычно используется на открытом воздухе - воздушные, прямые или канальные установки.
- Количество волокон может варьироваться от 1 до 12 ядер.
Типичная оптическая распределительная сеть PON. Сегменты фидера и распределения обычно используют оптоволокно ITU-T G.652D, в то время как абонентский сегмент использует оптоволокно G.657 A2. Определение и основное применение каждого описывается следующим образом:
Радиусы изгиба для одномодовых типов волокон. Одномодовое оптоволокно МСЭ-T G.652 - используется для стандартных приложений и подразделяется на четыре различные категории (A / B / C / D). Несмотря на то, что каждая версия была оптимизирована для различной производительности с течением времени, оптоволокно G.652.D устраняет водный пик для работы в полном спектре и подходит для всех типов PON, включая CWDM и DWDM, - это, безусловно, наиболее широко используемый одномодовое волокно по всему миру, обычно упоминаемое как SMF. Несмотря на более низкие характеристики затухания, которые хорошо подходят для междугородних линий связи (> 100 км), волокно G.652.D имеет ограниченное сопротивление изгибу - оно способно выдерживать только радиус изгиба> 30 мм без потерь при макроизгибах. Все, что меньше, приводит к большим потерям, особенно при длине волны 1550 нм и более длинных.
Одномодовое оптоволокно МСЭ-T G.657 - используется для чувствительных к изгибу приложений, разделенных на две категории:
Категория A - Волокна для сетей доступа
G.657.A1 (минимальный расчетный радиус 10 мм)
G.657.A2 (минимальный расчетный радиус 7,5 мм)
Категория B - Волокна на короткие расстояния в конце сетей доступа
G.657.B2 (минимальный расчетный радиус 7,5 мм)
G.657.B3 (минимальный расчетный радиус 5 мм).
Учитывая, что оптоволокно категории G.657 полностью соответствует одномодовому оптоволоконному кабелю G.652, его можно развернуть в общей сети фидеров и распределительных сетей. Категория B не полностью соответствует G.652; однако, он способен к низким потерям при изгибе при очень малых радиусах изгиба и предназначен для применения внутри зданий или вблизи зданий. Четвертая и последняя редакция МСЭ-T G.657 от 2016 года изменяет использование волокон категории A для включения всех приложений (фидер, распределение и абонент).
В приложениях FTTx распределительные панели, клеммные коробки, монтажные коробки и настенные розетки имеют ограниченное пространство и, следовательно, требуют более жестких углов оптоволокна. Поэтому волокна с меньшими радиусами изгиба желательны для установщиков. Благодаря большей устойчивости к потерям на изгибе (макроизгибам), особенно на более длинных волнах, предпочтительным является волокно G.657.A2, поскольку оно проще в установке. С другой стороны, поставщики услуг втискивают большее количество волокон в меньшие трубки, что приводит к ситуации, когда для волокон остается меньше места для перемещения до прикосновения к стенке буферной трубки, создавая тем самым возможные микроизгибы.
Несмотря на то, что G.657.A2 совместим и используется вместе с волокном G.652.D, между двумя типами волокон существуют тонкие различия в геометрии, о которых должны знать технические специалисты FTTx. В зависимости от поставщика или того, когда было разработано волокно, улучшенная производительность макроизгиба волокна G.657.A2 иногда достигалась путем регулировки диаметра поля моды (MFD). Различия в MFD не только вызывают немного более высокие потери при сращивании при соединении этих двух разных типов волокон, но и потери при изгибе, как правило, коррелируют, т. Е. С увеличением MFD возрастают и потери на изгиб, и наоборот.
Прогресс кабельной технологии за последние годы позволил добиться как производительности с низкими потерями, так и улучшения характеристик макроизгиба при сохранении диаметра MFD 9,2 мкм унаследованных волокон G.652.D. Это обеспечивает бесшовную интеграцию в уже существующие системы GPON. Тем не менее, ODN, выпущенные до 2013 года, следует тщательно изучить, поскольку они, вероятно, не используют нечувствительные к изгибу кабели, соответствующие этим требованиям.
Изгиб волокна в системах NG-PON
Важность характеристик изгиба волокна для служб NG-PON, работающих на более длинных волнах, нельзя игнорировать. Как мы уже говорили, в оптоволоконных сетях существует два типа изгиба - макроизгибание и микроизгибание. В то время как оба типа производят потери в зависимости от длины волны и типа волокна, механизмы и способы их проявления различаются.
Микро / макроизгиб сигнатуры в зависимости от длины волны. Микроизгибы - небольшие искажения, вызванные точечными напряжениями или нагрузками на волокно. По мере того, как усиливается стресс, увеличивается и потеря. Примеры включают в себя волокно, замороженное во льду, волокно, захваченное в дверце / крышке, или даже слишком много волокон, втиснутых в буферную трубку, соприкасающихся друг с другом.
Макрозонды - крупномасштабные искажения, возникающие, когда волокно изгибается слишком резко или сильно. Чем сильнее изгиб, тем больше света выходит из волокна, что приводит к потерям. Примеры включают в себя плотные петли и методы прокладки в соединительных лотках и корпусах.
Идти туда, где раньше не было волокна
Оптоволокно в NG-PON используется в тех местах, где устаревшие оптоволоконные приложения GPON не существовали или не были проложены. В настоящее время оптоволокно является обычным явлением в компаниях, торговых центрах и все чаще используется в мобильных приложениях переднего плана для питания сотовых и Wi-Fi-сайтов поверх световых столбов, крыш зданий и другой нетрадиционной оптоволоконной инфраструктуры.
Поскольку волокно сталкивается с новой разнообразной средой обитания и набором элементов окружающей среды, на пути есть много точек, где могут возникать микроизгибы и макроизгибы. Отказы, связанные с изгибом в сегменте фидера, распределения или абонента, могут быть вызваны процессом каблирования, но, как правило, они являются результатом неправильной практики установки или неправильного управления оптоволокном. В некоторых случаях изгиб в оптических разделителях на внешней установке (OSP) может быть пропущен как потенциальная точка отказа. Несмотря на строгие испытания в соответствии с рекомендациями ITU-T и Telcordia, поставщики оптических компонентов могут пропустить небольшие микротрещины во время производства или на заключительном этапе испытаний, и эти незначительные дефекты могут перерасти в более серьезный разрыв со временем, когда сплиттер подвергается тепловому напряжению в более «враждебная» среда. К тому же, Подавляющее большинство оптических сплиттеров, используемых сегодня в системах GPON, были проверены только при производстве с использованием устаревших длин волн GPON, которые менее подвержены изгибу. Таким образом, любые проблемы с изгибом, связанные с работой на более длинных волнах, могли остаться непроверенными или необнаруженными.
Макроизбыточные потери типов волокон G.652D и G.657A2 в зависимости от спектра PON.
Применяя теорию на практике
Оптический рефлектометр во временной области (OTDR) является инструментом выбора для определения и определения местоположения потерь, связанных с изгибом, в архитектурах PON. Подавляющее большинство систем GPON, используемых сегодня, были протестированы на длинах волн 1310/1490 нм или 1310/1550 нм на этапе построения волокна. Но очень немногие ODN, которые в настоящее время рассматриваются для сосуществования NG-PON, были проверены на более длинных нисходящих длинах волн - к сожалению, устаревшие методы тестирования не обнаружили потерь, связанных с изгибом, для службы NG-PON.
Используя рефлектометр CWDM для моделирования различных систем 10G-PON, развертываемых сегодня, давайте подробнее рассмотрим потенциальные потери, связанные с изгибом, в зависимости от длины волны на простой архитектуре FTTx, использующей только оптоволокно G.652D. В приведенном ниже тестовом примере для аппроксимации и моделирования использовались следующие длины волн тестирования.
GPON - 1310 нм вверх по течению, 1490 нм вниз по течению
XG (S) -PON - 1270 нм вверх по течению, 1570 нм вниз по течению (фактическое значение составляет 1577 нм)
NG-PON2 (TWDM PON) - 1610 нм вниз по течению (фактическое значение составляет от ~ 1596 до ~ 1603 нм).
OTDR-оценка ODN для развертывания NG-PON.
Краткое содержание теста
Сращивание при слиянии - обнаружено и расположено на расстоянии 1,134 км на всех пяти испытательных длинах волн, и потери были последовательными и точно измеренными.
Оптический сплиттер - потери проверены на всех пяти испытательных длинах волн и признаны постоянными, что указывает на отсутствие изгибов или микротрещин в конструкции
Макроизлучение - детектируется на расстоянии 1,474 км при более длинных длинах волн 1490 нм, 1570 нм и 1610 нм, но пропускается при более коротких длинах волн как 1270 нм, так и 1310 нм. В зависимости от серьезности макроизгиба и типа волокна потери могут быть значительными на более длинных волнах
Потери при восходящем потоке XGS-PON при 1270 нм = <0,01 дБ (ниже порога потери соединения OTDR)
Поток GPON в восходящем направлении при 1310 нм = <0,01 дБ (ниже порога потери соединения OTDR)
Поток GPON на выходе при 1490 нм = 0,253 дБ
Потери XGS-PON на выходе при 1570 нм = 0,921 дБ
NG-PON2 TWDM Потери на выходе при 1610 нм = 1,115 дБ
Примечание. Принимая во внимание нулевые потери на более коротких волнах и изменяющиеся потери на более длинных волнах, событие на 1,474 км можно с уверенностью идентифицировать как изгиб.
Полная потеря линии связи (включая спектральное затухание волокна, разветвителей, изгибов и сращиваний, но исключая любые потери фильтра сосуществования; Рисунок 6)
Поток на входе XGS-PON при 1270 нм = 18,36 дБ
Поток GPON в восходящем направлении при 1310 нм = 12,93 дБ
Потери GPON в нисходящем направлении при 1490 нм = 13,37 дБ
Потери XGS-PON в нисходящем направлении при 1570 нм = 13,33 дБ
NG-PON2 TWDM Поток на выходе при 1610 нм = 13,56 дБ
Примечание: XG (S) -PON использует пакет TDMA для передачи сигналов восходящего потока - требуется хорошее OSNR для обеспечения надежной передачи и приема.
Спектральное затухание типов волокон G.652 по сравнению с системами PON.
Выводы и выводы
Бюджеты оптических линий - В зависимости от класса ODN и типа PON. Тем не менее, 29 дБ часто используется как «свободный» бюджет потерь для XGS-PON и NG-PON2 для приложений класса N1 / N2. На этот достаточно здоровый бюджет канала связи могут отрицательно повлиять потери изгиба в лямбдах NG-PON ниже по течению.
Спектральные потери - восходящий сигнал XGS-PON (1270 нм) будет иметь гораздо более высокие потери из-за затухания волокна по сравнению с другими услугами PON, особенно с более старыми волокнами, которые не оптимизированы для работы в полном спектре.
Существующие сплиттеры GPON - необходимо иметь широкий рабочий диапазон длин волн (от 1260 до 1650 нм0 сплиттеров (класс U), чтобы не влиять на длины волн NG-PON и вызывать дополнительные вносимые потери.
Элементы сосуществования - Дополнительные потери должны учитываться в общем бюджете канала.
Как правило, потери ± 0,8 дБ для GPON, ± 1,4 дБ для XGS-PON и ± 1,1 дБ для NDM-PON2 TWDM (исключая мультиплексор WM1).
Испытательное оборудование
Оптический источник света (OLS) и измеритель оптической мощности (OPM). Подходит для проверки вносимых потерь на рабочих длинах волн PON. Специализированный OLS NG-PON может быть подключен к фильтру сосуществования (CEx), а OPM, откалиброванный на определенных длинах волн PON, используется для проверки общих вносимых потерь.
OTDR - идеально подходит для обнаружения и определения местоположения изгибов в волокне xPON. Исторически, длины волн 1310 и 1550 нм использовались для обнаружения изгибов в GPON и других приложениях. Однако для проверки сценария «наихудшего случая» для нисходящих сигналов NG-PON2 (TWDM и P-to-P), работающих в L-диапазоне, часто используются длины волн 1625 или 1650 нм. Это также относится к системам L-диапазона DWDM, которые могут использоваться в сегменте транзитного трафика xPON. Рефлектометр CWDM полезен для моделирования и характеристики затухания в системах PON, поскольку несколько длин волн в CWDM-сетке ITU-T G.694.2 очень близки к рабочим длинам волн PON. Для новых систем сосуществования PON следующие параметры ODN могут быть повторно проверены с помощью специального рефлектометра:
- Полная потеря вставки ссылки
- Общая оптическая обратная потеря связи
- Потеря дискретных событий (сплайс, соединитель)
- Отражение любого дискретного события (сплайс, соединитель)
- Потенциальные микро- и макроизгибы.