Moduły XGS-PON: klasy mocy N1, N2, E1, E2, budżet optyczny i split. Poradnik doboru

Artykuł jest kontynuacją tekstu o migracji z GPON do XGS-PON. Tam omawialiśmy koegzystencję długości fal i scenariusze modernizacji. Tutaj schodzimy na poziom doboru konkretnego modułu.

Klasy budżetu optycznego w standardzie

Rekomendacja ITU-T G.9807.1 definiuje klasy strat toru optycznego dla XGS-PON. Każda klasa ma określony zakres dopuszczalnych strat, z wartością minimalną i maksymalną.

Klasa	Zakres strat	Moc nadajnika OLT	Czułość odbiornika OLT
N1	14–29 dB	+2 do +5 dBm	około −26 dBm
N2	16–31 dB	+4 do +7 dBm	około −28 dBm
E1	18–33 dB	+6 do +9 dBm	około −30 dBm
E2	20–35 dB	—	—

W praktyce rynkowej spotyka się też klasę C+ o budżecie 32 dB, wywodzącą się z nomenklatury GPON, oraz warianty pośrednie oznaczane przez producentów jako N1-E czy N2-E. Klasa E2 jest zdefiniowana w standardzie, ale część jej parametrów pozostaje nieokreślona, a moduły komercyjne w tej klasie są rzadkie.

Wszystkie moduły pracują na tych samych długościach fal, czyli 1577 nm w dół i 1270 nm w górę. Klasa nie zmienia planu falowego, zmienia wyłącznie bilans mocy.

Dolna granica zakresu, czyli parametr, o którym się zapomina

Największą uwagę przyciąga górna granica klasy, bo określa maksymalny zasięg i split. Dolna granica jest równie istotna, a bywa pomijana. Klasa N1 ma minimum 14 dB. Oznacza to, że tor o stratach niższych niż 14 dB jest poza specyfikacją. Sygnał docierający do odbiornika jest wtedy zbyt silny i następuje przesterowanie odbiornika, po angielsku overload. Skutkiem są błędy transmisji, mimo że moc nominalnie jest wystarczająca.
‍
Sytuacja występuje w konkretnym scenariuszu, czyli na krótkim odcinku włókna przy niskim współczynniku podziału. Przykładowo splitter 1:8 na trasie jednego kilometra daje straty rzędu 13 dB, czyli poniżej minimum klasy N1. Przy module klasy E1, o wyższej mocy nadawania, problem jest jeszcze poważniejszy. Rozwiązaniem jest dobór klasy adekwatnej do rzeczywistego toru, a nie wybór klasy najwyższej z założeniem, że więcej mocy zawsze znaczy lepiej. Alternatywnie stosuje się tłumiki stałe, ale to rozwiązanie doraźne, które komplikuje utrzymanie sieci.

Co składa się na straty w torze PON

Zanim przejdziemy do przykładów, oto zestawienie składników, które trzeba zsumować.

Straty na splitterze3,6 dB (1:2) → 23,5 dB (1:128)

Rosną wraz ze współczynnikiem podziału. Typowo, ze stratami nadmiarowymi: 7,2 dB dla 1:4, 10,5 dB dla 1:8, 13,8 dB dla 1:16, 17,1 dB dla 1:32, 20,5 dB dla 1:64. Przy splitterach kaskadowych sumuje się straty poszczególnych stopni i dodatkowe złącza między nimi.

Tłumienność włókna0,30 / 0,40–0,45 dB/km

Zależy od długości fali. Dla G.652.D około 0,30 dB/km przy 1577 nm oraz około 0,40 do 0,45 dB/km przy 1270 nm. Kierunek zwrotny, czyli 1270 nm, jest bardziej stratny i to on wyznacza budżet.

Straty na złączach0,5 dB (0,75 z zapasem)

Około 0,5 dB na złącze, a w projektach z zapasem bezpieczeństwa 0,75 dB. Liczba złączy w torze PON bywa zaskakująco duża: przełącznica w węźle, złącza splittera, mufa dystrybucyjna, gniazdo abonenckie.

Straty na spawach0,1 dB

Około 0,1 dB na spaw.

Margines eksploatacyjny3 do 5 dB

Uwzględnia starzenie się komponentów, przyszłe naprawy włókna, dodatkowe spawy i pogorszenie parametrów złączy w czasie eksploatacji.

Elementy koegzystencjitłumienie CEx

Jeśli w torze pracuje filtr CEx łączący GPON i XGS-PON, jego tłumienie wtrąceniowe trzeba dodać do bilansu.

Przykład pierwszy: split 1:32 na dystansie 10 km

Typowa konfiguracja miejskiej sieci dostępowej.

Split 1:32, 10 km

miejska sieć dostępowa

Splitter 1:3217,1 dB
Włókno 10 km · 0,45 dB/km w kierunku zwrotnym4,5 dB
6 złączy · 0,5 dB3,0 dB
8 spawów · 0,1 dB0,8 dB

Suma strat25,4 dB

Klasa N1 Maksimum 29 dB daje margines 3,6 dB, czyli akceptowalny zapas eksploatacyjny. Straty 25,4 dB są znacznie powyżej minimum 14 dB, więc ryzyka przesterowania odbiornika nie ma.

Wniosek: moduł klasy N1 jest wystarczający. Sięganie po N2 podniosłoby koszt bez korzyści, a w skrajnych przypadkach krótkich odgałęzień mogłoby wprowadzić ryzyko przesterowania.

Przykład drugi: split 1:64 na dystansie 15 km

Konfiguracja spotykana w sieciach o rozproszonej zabudowie, gdzie operator chce zmaksymalizować liczbę abonentów na porcie OLT.

Split 1:64, 15 km

rozproszona zabudowa

Splitter 1:6420,5 dB
Włókno 15 km · 0,45 dB/km6,75 dB
6 złączy · 0,5 dB3,0 dB
10 spawów · 0,1 dB1,0 dB

Suma strat31,25 dB

N1 (max 29 dB) odpada. N2 (max 31 dB) również, choć brakuje zaledwie 0,25 dB. Klasa E1 (max 33 dB) daje margines 1,75 dB, ale to poniżej zalecanego zapasu eksploatacyjnego 3 dB. Pierwsza naprawa włókna z dwoma dodatkowymi spawami i jednym złączem zjada połowę tego zapasu.

Praktyczne wyjścia są trzy. Można obniżyć współczynnik podziału do 1:32, co daje 27,85 dB i mieści się w N2 z komfortowym zapasem. Można zastosować splittery niesymetryczne i rozłożyć abonentów inaczej. Można wreszcie zaakceptować klasę E1 i przyjąć rygorystyczną dyscyplinę utrzymaniową, dokumentując każdą interwencję na włóknie. Ten przykład dobrze ilustruje ogólną zasadę: split 1:64 na dystansach powyżej dziesięciu kilometrów wymaga bardzo starannego bilansu i zwykle nie zostawia miejsca na błąd.

Moduł SFP+ w porcie OLT czy karta natywna

Przy doborze rozwiązania pojawia się pytanie o formę, czyli moduł pluggable w porcie SFP+ karty liniowej czy karta z portami PON zintegrowanymi natywnie.

Zwykle korzystniejsze

Moduł SFP+ w porcie OLT

+Zmiana klasy budżetu to wymiana modułu, bez ingerencji w sprzęt

+Gdy jedna gałąź wymaga wyższej klasy, wymieniasz jeden moduł, nie kartę

+Przy migracji z GPON podmieniasz moduły port po porcie

Rozwiązanie dominujące w sieciach operatorów regionalnych i wszędzie tam, gdzie infrastruktura ewoluuje.

Nisza kosztowa

Karta z portami natywnymi

+Korzystniejsza kosztowo przy dużej, jednorodnej skali i pełnym zapełnieniu portów

−Klasa budżetu ustalona na poziomie karty

−Zmiana klasy oznacza wymianę całego modułu liniowego

Dla większości operatorów w Polsce, gdzie sieć rozwija się etapami, moduły pluggable są bardziej przewidywalne kosztowo w perspektywie kilku lat.

Dla większości operatorów w Polsce, gdzie sieć rozwija się etapami i gałęzie różnią się parametrami, moduły pluggable są rozwiązaniem bardziej przewidywalnym kosztowo w perspektywie kilku lat.

Kiedy sięgnąć po moduł combo

Moduł combo GPON i XGS-PON łączy w jednej obudowie SFP+ nadajnik 1577 nm z laserem EML, nadajnik 1490 nm z laserem DFB oraz odbiorniki burst-mode dla 1270 nm i 1310 nm. Jeden port obsługuje jednocześnie abonentów GPON i XGS-PON.

Moduł combo ma sens

01Migracja etapowa na istniejącej sieci, gdzie część abonentów zostaje na GPON, a część przechodzi na XGS-PON. Scenariusz podstawowy i najczęstszy.

02Brak wolnych portów w OLT. Moduł combo obsługuje obie technologie na jednym porcie, więc nie wymaga rozbudowy sprzętu.

03Brak miejsca lub budżetu na zewnętrzne filtry koegzystencji CEx w węźle.

Moduł combo nie ma sensu

—Tam, gdzie sieć jest budowana od zera wyłącznie w XGS-PON. Wtedy dedykowany moduł XGS-PON będzie tańszy i prostszy.

Pamiętaj o jednym: klasy budżetu obu technologii są deklarowane osobno. Moduł combo klasy C+ dla GPON i N1 dla XGS-PON obsłuży tor mieszczący się w obu tych zakresach jednocześnie. Bilans liczysz dla obu planów falowych, nie tylko dla jednego.

Najczęstsze błędy doboru

Kalkulacja na podstawie dokumentacji powykonawczej zamiast pomiaru

Dokumentacja sprzed lat nie uwzględnia napraw, dodatkowych spawów i pogorszenia parametrów złączy. Pomiar reflektometrem na reprezentatywnych gałęziach to kilka godzin pracy, które oszczędzają tygodnie diagnozy po wdrożeniu.

Liczenie budżetu wyłącznie dla kierunku odbiorczego

Tłumienność przy 1270 nm jest wyraźnie wyższa niż przy 1577 nm. Budżet wyznacza kierunek gorszy, nie lepszy.

Pominięcie marginesu eksploatacyjnego

Konfiguracja, która mieści się w klasie z zapasem jednego decybela, przestanie się mieścić po pierwszej naprawie włókna.

Dobór klasy najwyższej na wszelki wypadek

Podnosi koszt, a na krótkich odgałęzieniach grozi przesterowaniem odbiornika. Klasa ma zakres, nie tylko maksimum.

Pominięcie strat na filtrze koegzystencji

Jeśli w węźle pracuje CEx, jego tłumienie wtrąceniowe jest częścią bilansu.

Liczenie średniej zamiast najgorszego przypadku

Budżet liczy się dla najdłuższej i najbardziej rozgałęzionej ścieżki w danym drzewie PON, nie dla ścieżki typowej.

Zakup przed weryfikacją kompatybilności z OLT

Moduł zgodny ze standardem to warunek konieczny, ale niewystarczający. Kompatybilność z konkretnym modelem OLT i wersją oprogramowania trzeba potwierdzić przed dostawą.

Jak dobieramy moduły w praktyce

Przy projektach PON pracujemy w stałej kolejności. Najpierw pomiar rzeczywistych strat na reprezentatywnych gałęziach sieci dystrybucyjnej. Następnie bilans budżetu optycznego dla najgorszego przypadku w każdym drzewie PON, osobno dla kierunku nadawczego i odbiorczego. Dopiero na tej podstawie rekomendacja klasy modułu i ewentualna korekta współczynników podziału.

RODO