Útlumová bilance pasivních optických přístupových sítí

V tomto článku je proveden detailní rozbor útlumové bilance jednotlivých variant pasivních optických přístupových sítí. Výchozím bodem jsou typické parametry nejčastěji používaných prvků sítě. Na základě těchto parametrů je následně provedena ukázková kalkulace a vyhodnocení výsledků.

---

Calculation of Attenuation Characteristics of Passive Optical Networks

Abstract

This paper is focused on detailed analysis and study of attenuation characteristics of passive optical networks. Paper presents parameters of typical components of passive optical networks. A calculation of total attenuation budget is presented and the results are interpreted.

Keywords: Passive optical network (PON); PON attenuation characteristics; PON topology; PON network design

---

Úvod

V předchozích příspěvcích [1], [2] a [3] byly představeny jednotlivé varianty pasivních optických přístupových sítí a diskutovány jejich budoucí možnosti. V současné generaci pasivních sítí jsou použity v celé optické trase pouze čistě pasivní prvky – vlákna, konektory, spojky, svary, filtry, optické rozbočovače. Pro potřeby budoucích aplikací je zvažována možnost zařazení aktivních prvků (zesilovačů a regeneračních prvků) do optické distribuční sítě, v současných pasivních optických sítích jsou však zejména z ekonomického hlediska použity pouze pasivní komponenty. Výhodou uvedeného řešení je především nízká cena těchto prvků, jejich spolehlivost a provoz bez nutnosti dodatečného napájení. Mezi základní podmínky pro bezchybnou činnost sítě patří mimo jiné nutnost zajistit dostatečnou úroveň přenášeného optického signálu ve všech úsecích optické distribuční sítě. V případě pasivních sítí bez možnosti dodatečného zesilování úrovně optického signálu v mezilehlých bodech se jedná především o vhodné rozvržení optické distribuční sítě a dodržení hraničních parametrů, zejména útlumů jejích jednotlivých úseků. Za tímto účelem byly ve standardech pasivních optických sítí GPON (ITU-T G.984) a EPON (IEEE 802.3ah) definovány limitní hodnoty vysílacích a přijímacích úrovní optických signálů v jednotkách OLT (Optical Line Termination) a ONU/ONT (Optical Network Unit, Optical Network Termination), útlumu použitých prvků a omezení pro maximální délky optických tras, rozbočovací poměr a zpoždění při šíření optického signálu.

Při návrhu a výstavbě optické přístupové sítě určené pro provoz pasivních sítí je potřeba provést nejprve detailní kalkulaci úrovně přenášeného optického signálu, rozvržení optimální topologie a umístění důležitých bodů budoucí sítě. V procesu návrhu je nutné zohlednit nejen provozní parametry, ale rovněž hledisko ekonomické a legislativní. Při současných vysokých cenách optických vláken a nákladů na jejich pokládku je potřeba návrh optimalizovat i z ekonomického pohledu. V lokalitách s omezenými možnostmi vybudování optických tras vznikají navíc dodatečné náklady a právní otázky spojené se žádostmi o výstavbu sítě.

V tomto příspěvku je představen rozbor parametrů jednotlivých prvků pasivních optických sítí, na základě kterého jsou teoreticky navrženy zásady pro optimální rozvržení optické distribuční sítě a její realizace z hlediska provozních parametrů. Výsledky jsou vhodně znázorněny pomocí grafů a patřičných tabulek, je rovněž provedena ukázková kalkulace útlumové bilance optické distribuční sítě.

Parametry prvků pasivní optické přístupové sítě

Optické linkové zakončení OLT, Optické síťové a koncové jednotky ONU/ONT

Koncové jednotky představují jediné aktivní optické prvky v typické konfiguraci pasivní optické přístupové sítě. Jako optické zdroje jsou nejčastěji použity přímo-modulovaný laser na principu F-P (Fabry-Perot) rezonátoru bez přídavného chlazení v optických síťových a koncových jednotkách ONU/ONT pro směr vzestupný (1310 nm) a chlazený přímo-modulovaný DFB laser (Distributed-Feedback Laser) v optickém linkovém zakončení OLT pro směr sestupný (1490 nm). V případě provozu přídavné vlnové délky 1550 nm určené pro distribuci analogového videa (TV vysílání) je pro vysílání nejčastěji použit chlazený frekvenčně stabilizovaný DFB laser s externí modulací. Levnější F-P lasery použité v koncových jednotkách ONU/ONT produkují spektrálně široký výstupní optický signál, z tohoto důvodu byla zvolena dostatečně široká tolerance vlnových délek ve vzestupném směru 1260-1360 nm. Oproti tomu optický paprsek na výstupu teplotně stabilizovaného DFB laseru je spektrálně mnohem užší a proto dostačuje pro směr sestupný tolerance vlnových délek pouze v rozmezí 1480-1500 nm. Uvedená sestava optických zdrojů je použita jak ve variantě GPON, tak i EPON. Optické detektory v jednotkách OLT a ONU/ONT jsou tvořeny lavinovými fotodiodami APD (Avalanche Photodiode) a PIN (Positive-Intrinsic-Negative) fotodiodami. Z důvodu nižších nákladů a dostatečných parametrů jsou levnější PIN fotodiody typicky použity v optických síťových a koncových jednotkách ONU/ONT, zatímco nákladnější lavinové fotodiody APD v jednotce optického linkového zakončení OLT. Tyto detektory poskytují vyšší citlivost a zejména široký dynamický rozsah potřebný pro dané přenosové rychlosti ve spojení s F-P lasery v jednotkách ONU/ONT. Ve variantě sítě EPON typ 1 (popis v [2]) jsou fotodiody PIN z ekonomických důvodů umístěny i v optickém linkovém zakončení OLT.

V článku [1] byl popsán mechanizmus pro řízení vysílacích úrovní optických síťových a koncových jednotek pro zabránění přebuzení detektoru v jednotce OLT a zajištění jeho rychlého zotavení. Perspektivně je rovněž uvažována implementace fotodetektorů APD i do jednotek ONU/ONT v souvislosti s využitím vlnového multiplexování WDM (Wavelength Division Multiplex). Toto řešení bylo představeno v [3].

V doporučeních GPON (ITU-T G.984) a EPON (IEEE 802.3ah) jsou specifikovány minimální a maximální hodnoty vysílaného a přijímaného výkonu pro oba směry přenosu. Spodní hranice je definována s ohledem na minimální citlivost optického detektoru pro zajištění maximální požadované chybovosti přenosu, horní hranice pro zabránění přebuzení fotodetektoru a jeho možného poškození. Pro variantu GPON byly dále stanoveny tři výkonnostní třídy definované odlišnými hodnotami překlenutelného útlumu pro variabilnější využití sítě, označované jako třída A, B, C. Rovněž pro oba typy sítě EPON, typ 1 a 2 byly definovány odlišné vysílací výkony. Prahové hodnoty vysílaných a přijímaných výkonů závisejí u varianty GPON také na přenosových rychlostech. V důsledku částečného zachování zpětné kompatibility se sítí BPON podporuje síť GPON čtyři přenosové rychlosti a jejich různé kombinace. Konkrétní hodnoty limitních výkonů uvádí příslušná doporučení a např. literatura [6], komplexní charakteristiky EPON a GPON pak [8].

Útlumové třídy

Pro specifické účely a instalace byly v rámci doporučení ITU-T G.984 definovány tři útlumové třídy pro variantu GPON. Rovněž v doporučení IEEE 802.3ah byly zahrnuty dvě varianty sítě EPON. Uvedené varianty se liší zejména hraničními hodnotami překlenutelného útlumu optické distribuční sítě ODN, hodnotami vysílaného a přijímaného výkonu a z toho vyplývající energetické a zejména finanční náročnosti (nutnost použití výkonnějších optických zdrojů). Z tohoto důvodu je zejména u varianty GPON vždy výhodnější navrhnout optickou distribuční síť tak, aby umožňovala provoz nižší třídy. Jednotlivé typy sítě EPON se navíc odlišují maximálním počtem připojených uživatelů v rámci jedné sítě (maximální rozbočovací poměr) a otázka optimalizace útlumu distribuční sítě tak není zcela jednoznačná.

Varianta PON		Rozsah útlumu ODN [dB]
GPON	třída A	5-20
	třída B	10-25
	třída C	15-30
EPON typ 1		5-20
EPON typ 2		10-24

Tab. 1: Útlumové třídy sítí GPON a EPON.

Uvedené rozsahy překlenutelného útlumu budou pro ilustraci útlumové bilance použity v následujících grafech pro vymezení pásem, ve kterých lze dané pasivní optické sítě provozovat. Kromě kalkulace útlumové bilance optické distribuční sítě je potřeba při návrhu uvážit zbylé parametry budoucí pasivní optické sítě, jako je např. počet připojených uživatelů, logický a fyzický dosah, maximální rozdílová vzdálenost dvou uživatelů, doby šíření optického signálu aj. Popis těchto parametrů a jejich typické hodnoty pro jednotlivé varianty byl uveden v příspěvcích [1] a [2].

Pasivní optické rozbočovače

Pasivní optické rozbočovače (splitter) slouží k rozbočení přenášeného optického signálu ve směru od optického linkového zakončení OLT k síťovým a koncovým jednotkám ONU/ONT a pro navázání jednotlivých optických signálů od koncových jednotek ONU/ONT do společného vlákna v opačném směru. Umožňují vytvoření potřebné rozvětvené struktury a připojení požadovaného počtu koncových uživatelů do jedné optické sítě. Základním parametrem rozbočovače je jeho rozbočovací poměr, který se nejčastěji udává jako 1:N a který definuje počet výstupů rozbočovače (N). Samotný proces rozbočení je realizován čistě pasivním způsobem pomocí Y-článků, které mohou být buď v provedení krátkých vzájemně svařených optických vláken (levnější a častější způsob), nebo vyrobeny planární technologií na substrátu křemíku (speciální využití s ohledem na malé rozměry).

Obr. 1: Výroba a princip funkce vláknového Y-článku.

Obecně lze články připravit s různým dělícím poměrem v závislosti na délce překryvné oblasti a vzdálenosti jader svařovaných vláken, pro potřeby pasivních přístupových sítích je však vyžadováno rovnoměrně rozdělení výkonu do obou výstupů (50:50). Spodní nevyužitý konec druhého vlákna se v následujícím procesu úpravy dodatečně odstraňuje. Pro realizaci požadovaného rozbočovacího poměru se kaskádně navazují základní Y-články za sebe, vznikají tak rozbočovače s počtem výstupů v mocnině 2. Typické rozbočovače pro pasivní optické sítě dosahují rozbočovacího poměru 1:2, 1:4, 1:8, 1:16, 1:32 a 1:64.

Důležitým parametrem rozbočovače je hodnota vložného útlumu, která představuje jeho celkový útlum. Je tvořena součtem útlumu dělení (A_D) a zbytkovým útlumem (A_Z), jak udává vzorec (1). Útlum dělení vychází ze ztráty části přenášeného optického signálu díky jeho rozdělení do více výstupů rozbočovače, je tedy závislý na rozbočovacím poměru 1:N (2).

	(1)
	(2)

Zbytkový útlum je tvořen útlumem konektorů rozbočovače, útlumem vlastních vláken a jejich svarem a nepřesnostmi při výrobě, typická hodnota se pohybuje mezi 0,6 až 2,5 dB a lze určit z poměru vstupního a sumy celkového výstupního výkonu, jak ilustruje následující obrázek. Díky pokročilejší a přesnější metodě výroby vykazují rozbočovače připravené pomocí planární technologie nižší hodnotu zbytkového útlumu, jsou však v porovnání s vláknovými rozbočovači výrazně dražší.

Obr. 2: Výkonové poměry základního rozbočovače 1:2.

Dominantní část útlumu rozbočovače je dána útlumem dělení. Vzorec (2) lze upravit pomocí logaritmu o základu 2:

(3)

kde n představuje logaritmus o základu čísla 2 z rozbočovacího poměru (N) a zároveň počet stupňů kaskády zapojených Y-článků. Zbylá část vzorce (3) vyjadřuje útlum dělení základního Y-článku se dvěma výstupy. Situaci znázorňuje obrázek 3 s příkladem rozbočovače 1:8, kde ve třetí kaskádě je pro jednoduchost zakreslen pouze jeden článek.

Obr. 3: Struktura rozbočovače 1:8.

Výpočtem dle vzorce (2) či (3) lze získat základní odhad útlumu rozbočovače s libovolným rozbočovacím poměrem, tab. 2 obsahuje hodnoty vložného útlumu nejběžněji používaných. Rozbočovače vykazují typicky pro obě pásma (sestupné i vzestupné) stejné hodnoty útlumu. Názorně demonstruje důsledky rozbočovacího poměru pro jednotlivé varianty PON obr. 4.

Rozbočovací poměr (1:N)	1:2	1:4	1:8	1:16	1:32	1:64	1:128
Útlum rozbočovače [dB]	3,9	7,4	10,8	14,1	17,3	18,5	21,7

Tab. 2: Hodnoty vložného útlumu typických rozbočovačů.

Obr. 4: Závislost útlumu rozbočovače na počtu jeho výstupů.

Optická vlákna, konektory, svary

Jako přenosové médium slouží standardní jednovidové optické vlákno 9/125 μm. Jeho parametry udává doporučení ITU-T G.652, v rámci kterého jsou definovány celkem 4 typy vláken, označených A, B, C a D. Typ A byl původně určen primárně pro provoz SDH (Synchronous Digital Hierarchy) do řádu STM-16, typ vlákna B pak až STM-64 díky nižšímu měrnému útlumu. Oba typy A i B však vykazují vysoký útlum v oblasti pásma vlnových délek 1360-1420 nm díky absorpci iontů OH-. Vlákna typu C a D zastupují předchozí typy, vykazují o něco nižší hodnoty měrného útlumu a na rozdíl od nich je možné je provozovat v celém pásmu vlnových délek 1260-1625 nm díky potlačení absorpce OH^- iontů. Z parametrů vláken pro provoz pasivních optických sítí je nejdůležitější maximální hodnota měrného útlumu pro pásmo vzestupné i sestupné. Nižší hodnoty měrného útlumu vykazují vlákna typicky pro vyšší vlnové délky (až do nárůstu měrného útlumu způsobeného absorpcí záření v infračervené oblasti od 1650 nm), tedy pro směr sestupný. Tento charakter je dán zejména klesající závislostí Rayleighova rozptylu ve vlákně se vzrůstající vlnovou délkou záření. Limitní pro provoz pasivních optických sítí je tak hodnota měrného útlumu ve vzestupném směru, tedy pásmo 1260-1360 nm.

Typ optického vlákna dle ITU-T G.652	A	B	C	D
Max. hodnota měrného útlumu α [dB/km] pro 1310 nm	0,5	0,4	0,4	0,4
*Max. hodnota měrného útlumu α [dB/km] pro 1550 nm	0,4	0,35	0,3	0,3

Tab. 3: Měrný útlum standardních typů optických vláken.

*Pozn.: Sestupné pásmo pasivních optických sítí je definováno na vlnových délkách 1480-1500 nm, neodpovídá proto zcela vlnové délce 1550 nm uvedené v ITU-T G.652. Nicméně vyšší hodnotu měrného útlumu vykazuje vlákno na vlnové délce 1310 nm, proto se kalkulace útlumové bilance provádí především pro tuto vlnovou délku.

Pro budoucí implementaci vlnového multiplexu WDM do pasivních optických sítí bude potřeba sledovat i jiné parametry optických vláken, jako např. koeficient disperze, nicméně pro současnou generaci pasivních optických sítí představuje limitní parametr zejména maximální hodnota měrného útlumu.

Obr. 5: Závislost útlumu optických vláken G.652 na délce, směr vzestupný.

Obr. 6: Závislost útlumu optických vláken G.652 na délce, směr sestupný.

Pro vybudování požadované optické trasy je potřeba vhodným způsobem zajistit mimo jiné spojování kratších úseků optických vláken. V úvahu přichází zejména svařování vláken, případně mechanické spojovací prvky. Výhodou svařování je nižší hodnota útlumu svaru než spojky či konektoru, spoj však již není rozebíratelný. Základní otázkou při svařování dílčích úseků optických tras je správné rozvržení vzdálenosti jednotlivých svarů. To je dáno zejména geografickými podmínkami dané lokality, výrobní délkou optického vlákna, ekonomickými náklady a umístěním daného úseku. Optickou trasu lze v zásadě rozdělit na tři oblasti dle jejich hlavních zaměření:

• přívodní (hlavní) vlákno. Jedná se o hlavní sdílené optické vlákno vedoucí od optického linkového zakončení OLT do prvního (hlavního) rozbočovače.


• mezilehlé vlákno. Tento úsek vzniká zejména v případě přípojek typu FTTH, FTTB, FTTN, FTTC apod., kdy jsou vlákna pro několik uživatelů z rozbočovače vedena společně do mezilehlého propojovacího optického rozvaděče.


• připojovací vlákno. Poslední a zpravidla nejkratší úsek tvoří vlastní přípojka koncového uživatele z mezilehlého propojovacího optického rozvaděče až do koncové síťové jednotky ONU/ONT.

Typickou strukturu i s ilustrací v praxi nejčastěji používaných délek jednotlivých úseků představuje následující obr. 7.

Obr. 7: Příklad typické optické trasy pasivní sítě.

Z ekonomického hlediska je nejvýhodnější provádět svařování pro co nejdelší části vlákna, na druhou stranu je potřeba vzít v úvahu problémy při pokládce příliš dlouhých úseků. Literatura [6] například uvádí doporučenou vzdálenost jednotlivých svarů u přívodního vlákna typicky 4 nebo 6 km, 2 nebo 4 km pro mezilehlé vlákno a ideálně žádný svar pro krátké připojovací vlákno. Pro potřeby předpokládaného budoucího rozpojování jednotlivých úseků lze využít mechanické spojky, které však vykazují vyšší hodnotu vložného útlumu.

Pro připojení koncových optických zařízení, zejména optického linkového zakončení OLT, optických síťových a koncových jednotek ONU/ONT, nebo optického rozbočovače s konektory, je potřeba patřičné konce optické trasy vybavit příslušnými optickými konektory. Mezi důležité parametry konektorů patří kromě vložného útlumu rovněž útlum odrazu ORL (Optical Return Loss). Optických konektorů existuje celá řada, jednotlivé typy jsou určeny pro specifické aplikace. Od každého typu konektoru bylo navrženo ještě navíc několik variant podle způsobu úpravy optické ferule: standardní PC (Polished Connector), UPC (Ultra-Polished Connector), SPC (Super-Polished Connector), APC (Angled-Polished Connector). Hlavním důsledkem různých úprav ferule je dosažení maximální hodnoty útlumu odrazu ORL, na vložný útlum konektoru nemají tyto dodatečné úpravy prakticky vliv. Následující tabulka uvádí parametry některých běžných konektorů společně pro porovnání s optickým svarem a spojkou.

Typ konektoru/spoje	FC	ST	SC	E2000	svar	spojka
Typická hodnota vložného útlumu [dB]	0,2	0,4	0,2	0,2	0,05	0,2
Typická hodnota ORL [dB]	65 (APC), 50 (UPC)	50	65 (APC), 50 (UPC)
Možné úpravy ferule	SPC/UPC/APC	SPC/UPC	SPC/UPC/APC	SPC/UPC/APC

Tab. 4: Typické parametry konektorů, svaru a spojek optických vláken.

Neméně důležitou roli při výběru konektorů hrají i jejich geometrický tvar a rozměry, rozměrnější konektory se např. hůře umisťují do společných rozvaděčů.

Útlumová kalkulace

Na základě předchozího rozboru a popisu jednotlivých prvků v typické optické distribuční sítí je v této kapitole provedena ukázková kalkulace a návrh optické trasy. Výsledky analýzy jsou přehledně zahrnuty v tabulkové i grafické formě. Kromě provedení kalkulace a návrhu sítě z hlediska útlumové bilance je však potřeba v praxi přihlédnout i k ostatním specifickým podmínkám v dané oblasti. Konečný návrh optické sítě je tak nutné posuzovat vždy na základě individuálního prostředí.

Zadaná optická trasa pro kalkulaci představuje typické uspořádání optické distribuční sítě a sestává z následujících prvků s parametry:

• optické linkové zakončení OLT a optická síťová jednotka ONU s konektory typu SC, vložný útlum konektoru A_k= 0,2 dB (celkem m= 2 konektory)


• optický rozbočovač s rozbočovacím poměrem 1:32 a konektory typu SC, útlum rozbočovače A_r= 17,3 dB (včetně konektorů)


• mezilehlý optický rozvaděč pro připojení koncových uživatelů s konektory typu SC a krátkými propojovacími vlákny, útlum A_p= 0,5 dB (včetně konektorů a propojovacího vlákna)


• optické vlákno s parametry definovanými dle ITU-T G.652 typ A, max. hodnota měrného útlumu na vlnové délce 1310 nm je α_A= 0,5 dB/km (celkový útlum vlákna bez svarů a konektorů je definován jako A_v). Vlákno je na obrázku zakresleno plnou čarou a je rozděleno na úseky:
  
  
  • hlavní přívodní vlákno od jednotky OLT k optickému rozbočovači, délka l₁= 14 km, svary jsou provedeny s krokem 4 km (celkem n₁= 3 svary)
  
  
  • mezilehlé optické vlákno mezi rozbočovačem a rozvaděčem, délka l₂= 3 km, svary provedeny s krokem 2 km (celkem n₂= 1 svar)
  
  
  • krátké připojovací vlákno pro připojení síťové jednotky ONU, délka l₃= 0,2 km bez svaru
  
  
  • všechny optické svary mají vložný útlum A_s= 0,05 dB, celkový počet svarů je n


• útlumová rezerva pro kompenzaci vlivu stárnutí materiálu, teplotních změn aj., A_t= 0,5 dB

Obr. 8: Topologie uvažované optické distribuční sítě.

V následujícím kroku je provedena samotná kalkulace pomocí sumace jednotlivých úseků dle vzorce (4), který lze rozepsáním upravit na (5):

	(4)
	(5)

kde jednotlivé symboly představují počet a parametry položek z předchozího seznamu. Následující tab. 5 obsahuje rozpis jednotlivých prvků, jejich útlum a celkový sumární útlum optické distribuční sítě společně s vyhodnocením pro možné nasazení varianty GPON či EPON.

Tab. 5: Kalkulace celkového útlumu uvažované optické distribuční sítě.

Z výsledku vyplývá, že dominantní část celkového útlumu tvoří pasivní rozbočovač a použité optické vlákno. Z hlediska provozu pasivních optických sítí splňuje parametry uvedeného celkového překlenutelného útlumu pouze varianta GPON třída C (15-30 dB). Tato třída je však energeticky velmi náročná a vyžaduje použití výkonných a zejména nákladných optických zdrojů a detektorů, proto je na místě snaha o optimalizaci distribuční sítě a snížení jejího jejího celkového útlumu tak, aby umožňovala provoz nižší třídy sítě GPON. Jednou ze základních možností je použití vlákna s nižší hodnotou měrného útlumu, například typu C dle doporučení ITU-T G.652. Výslednou bilanci při nahrazení původního vlákna typu A typem C s měrným útlumem na vlnové délce 1310 nm α_C= 0,4 dB/km při zachování zbylých parametrů optické trasy uvádí následující tabulka.

Tab. 6: Kalkulace celkového útlumu optické distribuční sítě při nahrazení typu optického vlákna.

Nahrazením původního optického vlákna typem C s nižším měrným útlumem došlo ke snížení celkového útlumu optické distribuční sítě přibližně o 2 dB, nicméně i tak se nepodařilo docílit hraniční hodnoty pro provoz nižší třídy pasivní optické sítě GPON. Pro další snižování útlumu se nabízí několik možností. V případě požadavku na zachování rozbočovacího poměru (1:32) by bylo možné použít rozbočovač vyrobený planární technologií, který dosahuje nižšího zbytkového útlumu. Je však zároveň mnohem dražší než standardní vláknový rozbočovač. Snížení útlumu distribuční sítě lze dále dosáhnout zejména použitím vlákna s nižším měrným útlumem, konektorů s nižší hodnotou vložného útlumu a provedením optických svarů s delším krokem. Díky pokročilým metodám výroby a čištění optických vláken není v současné době problém výroba vláken s měrným útlumem nižším než udává doporučení ITU-T G.652, ve kterém jsou navíc uvedeny pouze jeho maximální hodnoty. Moderní optická vlákna běžně dosahuji hodnoty měrného útlumu na vlnové délce 1310 nm i 0,3 dB/km a méně. Pro další snižování útlumu optické distribuční sítě proto lze použít kvalitnější vlákno s α_X= 0,35 dB/km. Dále lze provést svaření jednotlivých úseků optického vlákna s větším krokem, konkrétně pro hlavní přívodní vlákno je v následující kalkulaci uvažován krok 6 km, což ve výsledku znamená počet svarů n₃= 2, pro mezilehlé optické vlákno je pak uvažován krok 4 km a tím pádem není potřeba žádný svar. Navržené úpravy jsou v předchozím obr. 8 znázorněny čárkovaně. Výsledný útlum optické distribuční sítě s navrženými úpravami je dán:

(6)

Výslednou kalkulaci udává tab. 7.

Tab. 7: Kalkulace celkového útlumu optické distribuční sítě po dodatečných úpravách.

Díky dodatečným úpravám se podařilo snížit celkový útlum optické sítě tak, aby s rezervou vyhověla pro provoz levnější varianty GPON třídy B. Finanční úspora díky použití třídy B plně vyváží nutnost použití kvalitnějšího optického vlákna a provedení svarů s delším krokem a z toho vyplývající vyšší náročnost při jeho pokládce. Prvotní kalkulace a provedené úpravy jsou graficky znázorněny v následujícím grafu, kde je vynesen průběh útlumu uvažované optické trasy A [dB] dle obr. 8 s vyznačenými hraničními pásmy pro provoz jednotlivých tříd varianty GPON a typů EPON.

Obr. 9: Průběh útlumu uvažované optické sítě s dodatečnými úpravami pro jeho snížení.

Závěr

Při návrhu a plánování optických distribučních sítí pro provoz současné generace pasivních optických přístupových sítí je potřeba provést detailní analýzu a kalkulaci celkového útlumu navržené optické sítě. Správné provedení optimalizace optické distribuční sítě vede zejména k možnosti použití méně výkonných a tedy levnějších optických zdrojů a detektorů v koncových jednotkách, což snižuje především cenu optických jednotek a náklady na provoz sítě. Při procesu návrhu optické sítě je však potřeba uvážit různé aspekty a specifické podmínky v dané oblasti, díky tomu je návrh sítě vždy individuální záležitost. Informace uvedené v tomto článku podávají základní informace pro plánování sítě především z pohledu kalkulace útlumové bilance.

Pro potřeby návrhu a kalkulace útlumu optické distribuční sítě určené pro provoz pasivních optických přístupových sítí (PON) byl vytvořen program v prostředí Matlab. Jeho bližší popis a odkaz pro stažení laboratorní verze lze nalézt zde, on-line verze programu je umístěna na Matlab serveru zde.

Tento článek vznikl za podpory Výzkumného záměru MSM6840770014.

Literatura

[1] Lafata, P., Vodrážka, J.: Pasivní optická síť GPON. Access server [online], Internet: http://access.fel.cvut.cz/view.php?cisloclanku=2009050002. 2009, roč. 7. [cit. 2009-21-06]. ISSN 1214-9675.
[2] Lafata, P.: Pasivní optická přístupová síť EPON. Access server [online], Internet: http://access.fel.cvut.cz/view.php?cisloclanku=2009050003. 2009, roč. 7. [cit. 2009-21-06]. ISSN 1214-9675.
[3] Lafata, P.: Pasivní optické sítě WDM-PON. Access server [online], Internet: http://access.fel.cvut.cz/view.php?cisloclanku=2009050004. 2009, roč. 7. [cit. 2009-21-06]. ISSN 1214-9675.
[4] ITU-T: G.984.1 - Gigabit-capable passive optical networks (GPON): General characteristics, [online], Internet: http://www.itu.int/rec/T-REC-G.984.1-200803-I/. [cit. 2009-21-06]. ITU-T, March 2008.
[5] IEEE: IEEE Standard 802.3ah-2004, Ethernet in the First Mile, [online], Internet: http://ieee802.org/3/efm/. [cit. 2009-21-06]. IEEE 802.3ah, June 2004.
[6] Girard, A.: FTTx PON, Technology and Testing. EXFO Electro-Optical Engineering Inc., Quebec City, Canada. 2005. ISBN 1-55342-006-3.
[7] ITU-T: G.652 - Characteristics of a single-mode optical fibre and cable, [online], Internet: http://www.itu.int/rec/T-REC-G.652-200506-I/. [cit. 2009-21-06]. ITU-T, June 2006.
[8] Lam, C. F.: Passive Optical Networks: Principles and Practice. Academic Press of Elsevier Inc., Burlington, USA. 2007. ISBN 0-12-373853-9.