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Monitorización eficiente de enlaces de fibra óptica en redes FTTU-FTTB sin interrupción de servicio
TELECOS E INNOVACIÓN. Monitorización eficiente de enlaces de fibra óptica en redes FTTU/FTTB Problemas asociados a medidas OTDR en redes ópticas pasivas El funcionamiento de la técnica OTDR para detección de discontinuidades en enlaces de fibra óptica se basa en la inyección de una señal óptica y la recepción de la señal reflejada que se produce en las discontinuidades existentes en el trayecto de fibra (conexiones, fusiones, roturas de fibra, etc.). Cuanto más alejada se encuentra una discontinuidad, más tiempo tarda en recibirse su reflexión, y el nivel de señal reflejada es también menor debido a que la atenuación depende de la longitud de fibra recorrida. En enlaces de fibra óptica punto a punto los métodos tradicionales de OTDR permiten detectar e identificar las discontinuidades con alto nivel de precisión. Sin embargo en redes ópticas pasivas FTTU/FTTB con enlaces punto-a-multipunto, la presencia de divisores ópticos y las ramificaciones de fibra óptica resultantes introducen una complejidad adicional a los métodos OTDR tradicionales, ya que las medidas de discontinuidades detrás de un divisor presentan una menor resolución debido a la elevada atenuación introducida por el divisor. Los métodos tradicionales de OTDR se basan en la utilización de equipos de medida externos al equipo de transmisión, que se Telecos e innovación Monitorización eficiente de enlaces de fibra óptica en redes FTTU/FTTB sin interrupción de servicio La calidad de los servicios prestados a través de redes de fibra en escenarios FTTU (Fiber To The User) o FTTB (Fiber To The Building) requiere un conjunto de herramientas de monitorización que permitan supervisar continuamente tanto el equipamiento como la planta externa de fibra. Los procedimientos habituales suponen la interrupción del servicio o la utilización de elementos externos al propio equipamiento de fibra, que pueden no ser aceptables en despliegues masivos tanto por su impacto en la calidad del servicio como por la rentabilidad asociada al coste adicional de estas soluciones. A continuación detallamos una técnica de monitorización de fibra óptica de bajo coste basada en avances recientes que permite localizar fallos en la fibra y problemas de conectividad en redes FTTU/FTTB mediante diversos mecanismos como la función OTDR (Optical Time Domain Reflectometry) integrados en el propio equipamiento PON (Passive Optical Network). José Luis Martínez Acedo Responsable de soporte técnico de acceso fijo Alcatel-Lucent Figura 1. Aplicación de métodos OTDR en redes PON mediante equipos de medida externa. TELECOS E INNOVACIÓN. Monitorización eficiente de enlaces de fibra óptica en redes FTTU/FTTB conecta a la fibra óptica a medir mediante un acoplador de fibra. Con el fin de evitar la interrupción del servicio, la señal óptica OTDR inyectada se caracteriza por una longitud de onda específica para evitar interferencias con las longitudes de onda del servicio. Este diagrama de conexión puede verse en la Figura 1. La existencia de ramificaciones en redes PON introduce un factor de incertidumbre que requiere de una Aplicación de análisis capaz de asociar las medidas actuales con un valor inicial para poder detectar degradaciones e incidencias en la fibra. Sin embargo, la aplicación de este método en despliegues masivos de redes PON presenta inconvenientes de índole económica. Por una parte, los equipos de cliente PON (ONT) se verían encarecidos por la necesidad de incorporar un filtro de bloqueo para la señal OTDR que evitara interferencias con la señal GPON procedente del equipo de central (OLT). Además la inclusión del acoplador de fibra introduce una atenuación añadida que impacta en el balance del enlace óptico, reduciendo el alcance de la red PON. El impacto económico derivado de la existencia del acoplador se traduce en la necesidad de añadir más ubicaciones y equipamiento PON para cubrir un área determinada. Nuevos métodos con OTDR integrado en el equipo PON La funcionalidad de OTDR integrada en el equipo PON resuelve los problemas mencionados. Esta solución se basa fundamentalmente en la reutilización de las mismas longitudes de onda del servicio para realizar las medidas de reflectometría tanto desde la OLT como desde la ONT. Para acomodarse a protocolos que requieren una transmisión continua de datos, como por ejemplo en el sentido descendente en redes PON o en enlaces Ethernet punto-a-punto, un enfoque inicial supone la aplicación previa de una modulación sinusoidal de pequeña amplitud al flujo de datos ópticos. Variando la frecuencia de modulación en un rango desde varios kHz hasta 10 MHz y midiendo la potencia óptica reflejada en cada frecuencia, es posible sintetizar la traza de pulsos típica de los equipos OTDR convencionales. Con el fin de simplificar la implementación de la electrónica necesaria para superponer la señal de prueba sobre la potencia de salida del láser se modifica el enfoque inicial mediante el empleo de una secuencia de bits pseudo aleatoria (PRBS) sin retorno a cero de pequeña amplitud como patrón de modulación, lo que permite el uso de electrónica digital en el circuito del láser. La longitud de palabra del patrón se elige para que sea ligeramente más larga que el tiempo de roundtrip a través del enlace de fibra. El inverso de la velocidad binaria del patrón, es decir la duración del pulso más corto (en este caso 100 ns), define la resolución espacial de la medida (10m). La potencia óptica reflejada en el enlace de fibra, , es muestreada a 40 MHz como función del tiempo y convolucionada con una señal de referencia . Esta señal se extrae de la señal de prueba PRBS original transformando la inversa de su espectro eléctrico en el dominio del tiempo, es decir, , donde FT e IFT indican la transformada de Fourier y su inversa, respectivamente. Esta convolución vectorial resulta en una traza proporcional a la respuesta impulsiva OTDR de la fibra, , de la cual pueden identificarse la atenuación y la reflexión del enlace en el modo habitual. La medida OTDR desde la OLT hacia las ramificaciones de la red PON requiere altos niveles de potencia óptica para compensar las pérdidas en los divisores ópticos. Con relaciones de división altos, la sensibilidad de la medida anterior es insuficiente para mos- Figura 2. Aplicación de métodos OTDR integrados en OLT y ONT en redes PON. TELECOS E INNOVACIÓN. Monitorización eficiente de enlaces de fibra óptica en redes FTTU/FTTB trar un alto nivel de detalle en las respuestas impulsivas desde las ramificaciones de fibra. Para que dichas respuestas sean también visibles incluso en PONs con elevada división es recomendable realizar medidas OTDR también desde el lado ONT. Una posible solución consiste en medir la potencia óptica reflejada de las ráfagas de datos en sentido ascendente, pero debido a las longitudes variables de las ráfagas es preciso disponer de información adicional procedente del nivel MAC de la red (Medium Access Control) que permitan convertir las trazas de potencia reflejada en la respuesta impulsiva del enlace de fibra . El método propuesto consiste en emplear pulsos cortos de prueba, que se insertan periódicamente en el tráfico en sentido ascendente aprovechando la opción “data blanking” del PON y cuya misión es efectuar medidas de distancia. De esta manera se consigue un método de pruebas más sencillo, lo cual es fundamental para la integración en ONTs de bajo coste. La Figura 2 muestra el esquema resultante de aplicar los métodos de OTDR integrado en la OLT y la ONT de una red PON. Monitorización del punto de demarcación como complemento a OTDR integrado Con el fin de separar el segmento de red bajo responsabilidad del operador de aquel bajo responsabilidad del propietario del hogar/edificio, las futuras redes FTTU/FTTB incluirán muy probablemente un punto de demarcación óptico (Demarcation Point Monitor). En dichas redes la posibilidad de emplear la función OTDR en las ONTs depende de que la ONT y su OTDR integrado se encuentren en funcionamiento. Sin embargo el operador, como proveedor del servicio, necesita conocer con precisión el estado de la conectividad óptica extremo a extremo desde la OLT hasta el punto de entrada al hogar/edificio incluso en caso de que la ONT se encuentre desconectada o averiada. Para permitir la realización de una sencilla prueba de conectividad de fibra óptica, se propone incorporar un reflector en el aplique óptico dentro del hogar, de tal manera que refleje una pequeña porción de la potencia óptica recibida en sentido descendente (inferior a -20dB). Esta mínima reflexión, que no contradice los requisitos de planta de fibra para los protocolos actuales PON y que modifica en menos de 1 dB el balance de potencia de los canales de datos, es identificada por medio de la función OTDR integrada en la OLT. Aunque los detalles de las ramificaciones de fibra no puedan identificarse con factores de división mayores de 1:8, las reflexiones procedentes de los diferentes apliques ópticos pueden medirse claramente incluso con factores de división de hasta 1:64, con lo que se permite la validación de la conectividad del enlace extremo-a-extremo (Figura 3). En el ejemplo mostrado en la Figura 3, las trazas OTDR muestran con detalle la localización de las distintas discontinuidades existentes en el tramo de fibra (tramos de fibra antes del divisor óptico de 5,1 km y 5,2 km y atenuación del divisor óptico) y la presencia de continuidad hasta los distintos apliques ópticos con determinación de la distancia de cada uno de los enlaces. En conclusión, el concepto de OTDR integrado ha sido optimizado para permitir una solución de bajo coste en OLTs y ONTs de redes PON. Utilizado conjuntamente con un reflector pasivo integrado en el aplique óptico instalado en el hogar (punto de demarcación óptica), permite a los operadores de red disponer de una visión más clara del estado de los enlaces de fibra individuales de una red PON para altos factores de división e incluso para el caso de indisponibilidad de la ONT por falta de conexión o avería. Figura 3. Trazas OTDR.
30 oct 2015