Las redes GPON y el budget óptico

Las redes GPON (Redes Ópticas Pasivas con capacidad Gigabit) tienen la estructura básica de una red PON, es decir, elementos activos en los extremos de la red y elementos pasivos que transmiten y reparten la señal desde la central hasta cada una de las casas de los abonados.

Las redes GPON, según su definición en el standard ITU-T G.984, tienen un alcance de 20Km y un número de usuarios de 64. Sin embargo, el estándar está preparado para prolongar las redes GPON hasta un máximo de 60Km y aumentar el número de usuarios hasta 128. Sin embargo, la principal limitación en el despliegue de las redes GPON está en su propia arquitectura de red punto-multipunto.

La división de la señal de la central a los usuarios se hace a través de splitters ópticos pasivos que dividen la señal entrante de entre 64 fibras diferentes. Al ser pasivos y no existir amplificación de la señal de ningún tipo, la potencia de la señal en cada una de las salidas será de 1/64 de la potencia recibida, lo que aplica una gran atenuación a la señal (en torno a los -18.5 dB).

Además del grado de splitting, la distancia a la que se encuentran los usuarios finales de la central aplica también una atenuación de la señal. 20Km de distancia pueden suponer - 6.5 dB. Esto, unido a las conectorizaciones hace que la señal llegue muy débil a los usuarios.

Por ello, normalmente en las redes GPON se debe buscar un equilibrio entre la distancia entre la central y la casa del usuario y el grado de splitting. Esto es lo que se denomina “budget óptico” y es lo que va a permitir asegurar que los usuarios reciben una potencia de señal suficiente como para asegurar la calidad del servicio en una red GPON.

Escenarios para la regeneración de la señal GPON 

GPON-Extender es un repetidor optoelectrónico que permite, mediante muestreo, regenerar la señal GPON y volver a emitirla de nuevo con la potencia original. Esto puede hacerse gracias a que, a diferencia de los splitters ópticos, es un elemento activo, y puede regenerar, amplificar y emitir la señal que recibe atenuada en una red GPON.

Esto puede utilizarse para eliminar las restricciones a las que nos limita el budget óptico tanto en distancia como en número de usuarios de una red:

Extendiendo una red GPON de 20Km a 60Km

Hay ocasiones en las que se quiere dar cobertura a una zona residencial o una zona rural que está ubicada a más de 20 kilómetros de la central más cercana donde se puede colocar una OLT. Mediante la regeneración de la señal GPON, podemos extender la longitud de una red GPON para llegar a estos puntos, llegando a una distancia de hasta 60 Km eliminando la atenuación debida a distancia.

Estos 60 Km son la distancia lógica máxima que puede haber en una red GPON entre la OLT y la ONT más lejana, y puede ser conseguida mediante la concatenación de varios GPON-Extender, ya que cada uno de los equipos permite extender la red aproximadamente unos 20Km, dependiendo siempre de las características particulares de cada enlace.

En este modelo de despliegue, ampliamos la distancia a la que se encuentran los hogares de los usuarios hasta 60Km de la central, lo que nos permite abaratar tanto el CAPEX como el OPEX, al eliminar una, de otro modo necesaria, OLT más cercana a la zona de despliegue.

Si fuese necesario, se podrían encadenar varios equipos GPON-Extender para conseguir la distancia deseada y la potencia de señal adecuada para el número de usuarios y nivel de splitting posterior.

Ampliando el número de usuarios de una red GPON de 64 a 128

En el siguiente caso de estudio, supongamos una red GPON en la que queremos dar servicio a 128 usuarios. Esto implicaría que después de pasar por los splitters pasivos, la señal tendría una potencia de 1/128 veces la potencia emitida por la OLT, sin contar con la atenuación añadida por distancia ni por conectorización. 

En este escenario, se puede colocar un regenerador GPON-Extender después del primer nivel de splitting en una o varias de las ramas de la red, regenerando y amplificando la señal totalmente  y permitiendo de esta forma que éstas puedan a su vez volver a dividirse en otras ramas, cada una en un nuevo nivel de división óptica y llegando de esta manera hasta los 128 usuarios para los que está preparado el estándar.

De esta manera conseguimos maximizar la inversión utilizando al máximo la red al dar cobertura y servicio al número máximo de usuarios que puede soportar el protocolo ITU-T G.984, dado que de otra forma, el número de usuarios a los que se puede dar servicio estaría limitado por el budget óptico, teniendo que buscar otras soluciones para dar de alta nuevos posibles usuarios en el área de la red GPON.

Extendiendo las ramas de una GPON

Hay ocasiones en las que se quiera dar cobertura a una nueva zona residencial cercana a una en la que ya existe una red GPON implantada y en la que se pueden añadir usuarios. Sin embargo la nueva zona no es lo suficientemente grande como para resultar rentable desplegar una nueva red GPON para esta zona.

En estos casos, no haría falta instalar una nueva OLT cerca de la nueva comunidad, sino que, si las distancias lo permiten y el número de usuarios disponibles es suficiente, podemos utilizar una rama de la GPON ya desplegada para, a través de GPON-Extender, prolongar la rama y crear un nuevo nivel de splitting que de servicio a la nueva comunidad que queremos incluir en la red GPON.

De esta manera se abarata considerablemente el coste de despliegue y de operación en la nueva zona a cubrir, a la vez que permite amortizar y maximizar la inversión previamente realizada en el despliegue de la red GPON existente, al utilizar su infraestructura para dar servicio a la nueva comunidad.

Amplificación de la señal 1550nm

Aquellos operadores que multiplexen las señales digitales GPON (1490nm –descendente- y 1310nm –ascendente-) con portadoras analógicas y/o digitales en la lambda de 1550nm, pueden utilizar el bloque (opcional) de ganancia EDFA integrado en GPON Extender. Este módulo, se añade a la configuración básica y amplifica ópticamente la tercera lambda sin alterar los valores de las señales GPON.

Un banco de filtros ópticos a la entrada y a la salida del bloque EDFA garantizan una ganancia de hasta 20dB en la portadora de 1550nm con un bajo factor de ruido (NF<5dB).