FTTH PONs: Redes Ópticas Pasivas

 

Objetivos: De este capítulo debes aprender:

Qué es una red óptica pasiva (PON)

Diferentes tipos de PON

Especificaciones técnicas de los PON

Otros usos de los PON

 

 

Redes Ópticas Pasivas (PON)

  Una PON o red óptica pasiva utiliza un divisor pasivo que toma una entrada y la divide para "emitir" señales hacia abajo a muchos usuarios. Esto reduce sustancialmente el coste del sistema al compartir un conjunto de componentes electrónicos y un costoso láser con hasta 32 o más usuarios. El divisor pasivo actúa como un combinador para conectar a todos los usuarios al mismo puerto PON compartido. En el hogar se utiliza un láser económico para enviar las señales de vuelta al sistema FTTH en la oficina central. En la CO o cabecera, el OLT (terminal de línea óptica) tiene un puerto que se conecta a una sola fibra, transmitiendo datos bidireccionalmente a diferentes longitudes de onda a un divisor que se conecta al ONT (terminal de red óptica) de varios abonados.

 

 

FTTX PON

 

 

Sistemas Triple Play

   La mayoría de los sistemas FTTH son los llamados "triple play", que ofrecen voz (teléfono), vídeo (TV) y datos (acceso a Internet). Para proporcionar los tres servicios a través de una sola fibra, las señales se envían bidireccionalmente a través de una sola fibra utilizando varias longitudes de onda de luz diferentes.

 

Otros Usos de los PON

     Los PON ofrecen una conectividad de bajo coste para un gran número de usuarios con alta seguridad y necesidades de gestión relativamente bajas. Algunos proveedores de PON han promovido las PON como alternativa a las LAN (redes de área local), que son especialmente atractivas para las organizaciones con un gran número de usuarios. Las LAN ópticas pasivas (POL) son menos costosas que las LAN tradicionales de cableado estructurado, pero ofrecen una expansión futura prácticamente ilimitada. Consulte la Guía FOA para obtener más información sobre las POL.

 

APON

     La primera norma PON, APON, fue rápidamente sustituida por BPON porque no contemplaba la emisión de vídeo y la televisión digital estaba a varios años de vista.

 

BPON

   BPON, o PON de banda ancha, fue la primera aplicación PON popular para FTTH, pero la mayoría de los sistemas se han actualizado con GPON. BPON utiliza ATM como protocolo. ATM se utilizó ampliamente para las redes telefónicas y los métodos de transporte de todos los tipos de datos (voz, Internet, vídeo, etc.) son bien conocidos. Las señales digitales de BPON funcionan a velocidades ATM de 155, 622 y 1244 Mb/s.   

 

Arquitectura FTTH BPON con televisión analógica

 

   Las señales digitales descendentes desde la OC a través del divisor hasta el hogar se envían a 1490 nm. Esta señal lleva tanto la voz como los datos al hogar. El vídeo en los primeros sistemas BPON utilizaba la misma tecnología que la CATV, una señal modulada analógica, emitida por separado utilizando un láser de 1550 nm que puede requerir un amplificador de fibra para proporcionar suficiente fuerza de señal para superar la pérdida del divisor óptico. El vídeo podría pasar a ser digital mediante la IPTV, lo que anularía la necesidad de la longitud de onda separada para el vídeo. Las señales digitales ascendentes de voz y datos se envían de vuelta a la central desde el hogar utilizando un económico láser de 1310 nm. Los acopladores WDM separan las señales tanto en el hogar como en la central.

 

GPON

   La GPON, o PON con capacidad de gigabit, es la versión más popular de las PON FTTH. La GPON utiliza un protocolo basado en IP y codificación ATM o GEM (método de encapsulación GPON). Se especifican velocidades de datos de hasta 2,5 Gb/s y es muy flexible en cuanto a los tipos de tráfico que transporta. GPON permite el "triple play" (voz-datos-video) y es la base de la mayoría de las aplicaciones FTTP previstas en un futuro próximo. En el diagrama anterior, simplemente se deja el vídeo AM en la OC y se transporta el vídeo digital por el enlace digital descendente.

 

GPON añade IPTV digital para simplificar la ONT

 

 

La ONT FTTH GPON proporciona salidas para todos los servicios al abonado

 

 

EPON

   EPON o Ethernet PON se basa en la norma IEEE 802.3 para Ethernet en la primera milla. Utiliza una transmisión basada en paquetes a 1 Gb/s, con 10 Gb/s en discusión. EPON está ampliamente implementado en Asia. La arquitectura del sistema es la misma que la de GPON, pero los protocolos de datos son diferentes.

 

 

Resumen de las especificaciones del sistema PON    

 

BPON

GPON

EPON

Estándar

UIT-T G.983

UIT-T G.984

IEEE 802.3ah

(1 Gb/s)
IEEE 802.3av (10Gb/s)

Bitrate de bajada

155, 622 Mb/s, 1,2 Gb/s

155, 622 Mb/s, 1,2, 2,5 Gb/s

1,25 Gb/s, 10,3 Gb/s

Tasa de bits ascendente

155, 622 Mb/s

155, 622 Mb/s, 1,2, 2,5 Gb/s

1,25 Gb/s, 10,3 Gb/s

Longitud de onda descendente

1490, 1550

1490

1490, 1550

Longitud de onda ascendente

1310

1310

1310

Protocolo

ATM

Ethernet sobre ATM/IP o TDM

Ethernet

Vídeo

RF a 1550 o IP a 1490

RF a 1550 o IP a 1490

Vídeo IP

Divisiones PON máximas

32

64

16

Potencia del transmisor*

 

OLT: 0 a +6 dBm, ONT: -4 a +2 dBm

 

Presupuesto de energía*

~13 dB (mín.) a 28 dB (máx.) con división en 32

~13 dB (mín.) a 28 dB (máx.) con división en 32

 

Cobertura

<20 km

10, 20, 40, 60 km (versiones)

<20 km

 

 

  * Hay varias versiones de cada tipo que varían por lo que estos son rangos típicos.

RFOG: FTTH de CATV

     Los operadores de CATV fueron los primeros proveedores de banda ancha que utilizaron un sistema HFC (fibra híbrida coaxial) con módems de cable que utilizaban señales de RF. Hoy en día, algunos operadores de CATV ven la necesidad de un sistema que proporcione fibra hasta el hogar, lo que ha llevado al desarrollo de RFOG (RF sobre vidrio). Los estándares de CATV han considerado las arquitecturas PON y el SCTE ha propuesto un estándar para desplegar una arquitectura de difusión de señales analógicas similar a los PONs llamada RFoG para RF (radiofrecuencia - es decir, FM) sobre vidrio. El RFoG no es más que un sistema de módem HFC/cable de fibra óptica construido con componentes menos costosos ahora disponibles gracias al precio por volumen de los componentes utilizados en FTTH. Está diseñado para funcionar sobre una arquitectura de fibra PON (red óptica pasiva) estándar de las empresas de telecomunicaciones con longitudes de fibra cortas e incluyendo las pérdidas de un divisor PON FTTH.

 

CATV PON RF sobre vidrio (RFOG) con electrónica para red híbrida fibra/coaxial

 

     Hay un aspecto interesante de este enfoque. Ahora las empresas de telecomunicaciones y de televisión por cable pueden prestar los mismos servicios a través de la misma planta de cable utilizando tecnologías totalmente diferentes. Esto significa que los propietarios de edificios, de oficinas o apartamentos, los promotores inmobiliarios, o incluso ciudades enteras que estén pensando en instalar ellos mismos la infraestructura de FTTH y alquilar la fibra a un proveedor de servicios, pueden elegir entre varios proveedores de servicios. Una red de cable puede dar soporte a sistemas de televisión por cable o de telecomunicaciones, o incluso a otros. Esto abre un gran mercado para los sistemas privados de fibra óptica.

 

 

WDM y PON

     Las redes PON utilizan WDM (multiplexación por división de longitud de onda) con diferentes longitudes de onda en sentido ascendente y descendente para evitar las interferencias de la señal. Un PON envía señales en ambas direcciones por una sola fibra, las señales de bajada se envían a una longitud de onda (1490 nm) y las de subida a otra (1310 nm) para evitar interferencias en la señal.

 

 

Encriptación o Cifrado

     Como la transmisión de la OLT va a todos los usuarios a la vez, cada uno de ellos tiene un código de encriptación especial para descodificar sólo sus datos, manteniendo la privacidad. El cifrado ha hecho que los PON sean populares entre los usuarios que quieren mantener la privacidad, como las agencias gubernamentales.

 

Actualizaciones de 10 Gigabit PON: velocidad, división y distancia

     Como es habitual en todas las redes de comunicaciones, los trabajos de mejora de la capacidad y la velocidad de la red comienzan en cuanto se introduce una red, y las PON no son una excepción. La GPON ha sido el esquema PON más utilizado tanto para las redes FTTx como para las LAN ópticas pasivas (OLAN) y la GPON se ha actualizado en varias versiones con mayores velocidades de transmisión y presupuestos de potencia más elevados para permitir una mayor distancia, una mayor capacidad de división o ambas cosas.

 

Resumen de actualización de especificaciones para sistemas PON

 

NG-PON2

XG-PON

XGS-PON

Estándar

UIT-T G.989

UIT-T G.987

UIT-T G.9807

Bitrate de Bajada/De Subida

10/2,5, 10/10, 2,5/2,5 Gb/s

10/2,5, 10/10 Gb/s

10/10 Gb/s

Longitud de Onda Descendente

~1596-1603 nm

~1575-1580

O bien lo mismo que GPON si no hay GPON actual o XG-PON para la superposición

Longitud de Onda Ascendente

~1524-1544

~1260-1280

O bien lo mismo que GPON si no hay GPON actual o XG-PON para la superposición

Divisiones PON Máximas

64,128, 256

64,128, 256

64, 128, 256+

Presupuesto de Energía*

14-29 dB (min - max) hasta
20-35 dB (mín. - máx.) en 4 versiones con una pérdida óptica diferencial de hasta 15 dB

14-29 dB (min - max) hasta
20-35 dB (mín. - máx.) en 4 versiones con una pérdida óptica diferencial de hasta 20 dB

13-28 dB (min - max) hasta
20-35 dB (mín. - máx.) en 6 versiones con una pérdida óptica diferencial de hasta 20 o 40 dB en 2
versiones

Cobertura

Versiones de 20 y 40 km

 60 km.

60 km.

 

 

    Se supone que una red de fibra tiene una vida útil de hasta 40 años, por lo que las actualizaciones de GPON han asumido que utilizarán la misma arquitectura de red óptica pasiva y el mismo tipo de fibra (G.652 o G.657 monomodo).

 

     Además, las actualizaciones se han diseñado en torno a la coexistencia con las redes GPON actuales. Al utilizar diferentes longitudes de onda, es posible que estas redes más nuevas y rápidas compartan la misma red óptica pasiva que el sistema GPON original, lo que permite ofrecer mayores velocidades a los usuarios y seguir prestando servicio a los usuarios actuales sin interrupciones. Algunos usuarios comerciales pueden beneficiarse de las mayores velocidades, mientras que los consumidores típicos están bien atendidos por GPON. Una de las grandes ventajas de los estándares de actualización PON es la posibilidad de superposición de redes. Así, una ciudad podría operar una red GPON normal para el uso de FTTH por parte de los consumidores y tener otra red más rápida operando en la misma planta de cableado de forma independiente, ofreciendo un mayor nivel de servicio y seguridad.

 

 

Redes PON - Ventajas y Desventajas

    Las redes PON son bastante diferentes de la típica red de comunicaciones que se basa en enlaces activos y conmutadores. He aquí algunas diferencias, ventajas y desventajas:

      La ausencia de componentes electrónicos entre la oficina central/la cabecera (OLT) y el usuario (ONT) significa que no hay componentes electrónicos que necesiten espacio para el montaje, la alimentación (incluida la alimentación ininterrumpida), el servicio o las actualizaciones.

      El menor número de componentes electrónicos y la infraestructura que los soporta hacen que los PON tengan un coste mucho menor que los enlaces P2P: hasta un 50% en gastos de capital y un 80% en gastos de explotación.

      Como los PON están pensados para transportar voz, datos y vídeo, prácticamente cualquier red que transporte cualquier tipo de tráfico puede utilizar un PON. Los PON se están utilizando para el servicio de Internet, la conexión de sitios celulares, la gestión de redes de servicios públicos, etc.

      Las señales están encriptadas para mayor privacidad y seguridad, una ventaja en cualquier red.

 

     La infraestructura totalmente pasiva significa que las actualizaciones son más sencillas: basta con cambiar la electrónica final, que funcionará en la misma planta de cable. De hecho, las actualizaciones de GPON a 10 Gb/s pueden funcionar en la misma planta de cable simultáneamente con la GPON de menor velocidad, ya que utiliza diferentes longitudes de onda. Así, el proveedor de servicios puede disponer de un servicio de red de baja y alta velocidad en una sola planta de cable, otra ventaja económica de los PON.

Los PON comparten las fibras hasta los divisores, por lo que necesitan menos fibras que las redes punto a punto.

 

     Dado que los PON comparten fibras y "emiten" señales en sentido descendente hacia los abonados, es necesario cifrarlas para garantizar que sólo el destinatario pueda recibir los mensajes que le corresponden. Por tanto, los PON son seguros, lo que supone una gran ventaja para las organizaciones (gobiernos en particular) preocupadas por la seguridad.

Si hay alguna desventaja en una red PON con respecto a la P2P es en la fase de diseño, donde decidir la ubicación de los divisores para un sistema óptimo puede llevar más tiempo que los simples enlaces P2P.

 

Conectarse a Internet

     La OLT PON necesitará una conexión a Internet. Como el hardware de FTTH está diseñado para un gran número de usuarios, quizás una ciudad entera, el equipo está diseñado para conectarse a conexiones troncales de Internet de muy alta velocidad. Un sistema de centro comercial puede necesitar sólo velocidades de conexión de cientos de megabits por segundo, pero la mayoría de las redes requerirán conexiones mucho más rápidas, normalmente múltiplos de 1 o 10 gigabits por segundo.

 

     Una pregunta habitual es la velocidad que debe tener la conexión troncal de Internet. No es una pregunta fácil de responder porque depende de cuántos usuarios haya, de los servicios que se presten y de la hora del día. El vídeo utiliza mucho más ancho de banda, y hay más gente que tiende a ver vídeo por la noche, pero la videoconferencia será más frecuente durante el día. Y las necesidades de ancho de banda aumentan debido a los nuevos servicios que utilizan más ancho de banda.

 

     Nuestra recomendación es que, a la hora de planificar un sistema, te pongas en contacto con los fabricantes de equipos PON y los proveedores de servicios de Internet para que te asesoren sobre los equipos y te hagan una estimación de los costes.

 

 

 

 

 

 

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