Блог

Волоконно-оптические сети доступа часто обсуждаются с точки зрения пропускной способности OLT, коэффициентов разделения, производительности ONU и доступной полосы пропускания. Однако, когда оператору также необходимо передавать кабельное телевидение или транслировать видео по той же волоконно-оптической инфраструктуре, оптический приемник становится не менее важной частью системы.

Приёмник определяет, как входящий оптический видеосигнал преобразуется в пригодный для использования радиочастотный выходной сигнал. Диапазон оптического входного сигнала, полоса пропускания радиочастотного сигнала, автоматическая регулировка усиления, линейность и энергопотребление могут напрямую влиять на качество изображения, стабильность сети и объем необходимой корректировки поля.

Поэтому выбор оптического приемника следует начинать с архитектуры сети и условий эксплуатации, а не с одной-единственной ключевой характеристики.

В этом руководстве объясняются основные факторы, которые следует учитывать при выборе оптического приемника для распределительных сетей FTTH, FTTB, GPON, XGS-PON и CATV.

Для чего нужен оптический приемник в сети FTTH/CATV?

В системе кабельного телевидения по оптоволокну телевизионные или широкополосные радиочастотные сигналы преобразуются в оптические сигналы на головной станции и передаются по оптоволоконной сети.

На стороне абонента, в точке распределения здания или оптическом узле, оптический приемник преобразует входящий оптический сигнал обратно в радиочастотный сигнал с сопротивлением 75 Ом. Затем радиочастотный выход может быть подключен к сети распределения телевидения, телеприставке, кабельному модему или другому радиочастотному оборудованию.

Во многих сетях FTTH видеосигнал CATV передается в оптическом режиме параллельно с передачей данных по сети PON. Устройство мультиплексирования с разделением по длинам волн отделяет оптический видеосигнал от длин волн данных до того, как видеосигнал достигнет фотодиода и каскадов усиления радиочастотного сигнала.

Важно различать оптический приемник CATV и ONU или оптический трансивер. ONU завершает соединение передачи данных PON и предоставляет такие услуги, как Ethernet, голосовая связь или Wi-Fi. Оптический приемник CATV отвечает за восстановление аналогового радиочастотного спектра, используемого для телевидения или других широкополосных радиочастотных услуг.

Обе функции могут быть интегрированы в одно и то же устройство, расположенное в помещении клиента, но при этом остаются отдельными сигнальными трактами с различными требованиями к производительности.

Начните с сетевой архитектуры.

Прежде чем сравнивать характеристики приемников, определите, где и как будет использоваться устройство.

FTTH с наложением кабельного телевидения

В бытовой сети FTTH приемник обычно устанавливается внутри ONU, шлюза или компактного внешнего корпуса. Типичные приоритеты включают:

• Низкое энергопотребление
• Небольшой размер модуля
• Стабильный радиочастотный выход
• Широкий диапазон оптического входного сигнала
• Интегрированный WDM и фотодиод
• Включение или отключение радиочастотного выхода
• Совместимость с оборудованием GPON или XGS-PON.

Поскольку приемник может быть установлен внутри компактного пластикового корпуса, рассеивание тепла и потребление тока могут быть столь же важны, как и уровень выходного радиочастотного сигнала.

FTTB или распределение электроэнергии в многоквартирных домах

Приёмник FTTB может обслуживать несколько квартир или подключаться к внутренней коаксиальной распределительной сети. По сравнению с приёмником для одного дома, система может потребовать:

• Более высокая выходная мощность радиочастотного сигнала
• Лучшая линейность
• Достаточный уровень для разветвителей и потерь в кабелях внутри здания.
• Более широкая полоса пропускания радиочастотного сигнала
• Надежная работа в широком диапазоне температур.

При оценке уровня выходного сигнала и искажений следует учитывать количество нисходящих радиочастотных каналов и общую суммарную нагрузку.

Оптический узел кабельного телевидения или сеть HFC

В сетях HFC или традиционных сетях кабельного телевидения приемник может использоваться внутри оптического узла, усилителя или распределительной платформы. В этих приложениях, как правило, больше внимания уделяется:

• Высокая выходная мощность радиочастотного сигнала
• Низкий уровень искажений
• Сильный убыток от возврата инвестиций
• Ровная частотная характеристика во всем рабочем диапазоне
• Стабильная работа при высокой нагрузке на канал.
• Совместимость с существующей коаксиальной инфраструктурой

Приёмник, предназначенный для компактного оптического узла FTTH, может не обеспечивать выходную мощность, необходимую для оптического узла HFC. Аналогично, высокопроизводительный оптический приемник, разработанный для сетевой инфраструктуры, может потреблять больше энергии, чем это целесообразно для бытового оборудования.

Проверьте диапазон мощности оптического входного сигнала.

Диапазон входной оптической мощности — один из первых параметров, который необходимо проверить. Принимаемая оптическая мощность зависит от нескольких факторов:

• Выходная мощность передатчика
• Затухание волокна
• Потеря контакта
• Потеря при сращивании
• потери при вставке WDM
• Коэффициент оптического разветвителя
• Запас установки
• Старение компонентов

Приёмник должен корректно работать во всём ожидаемом диапазоне оптической мощности, а не только в номинальной расчетной точке. Расчет оптического бюджета канала связи должен включать как минимальную, так и максимальную мощность, которая может достигать приёмника. Избыточный оптический входной сигнал может перегрузить фотодиод или радиочастотные каскады, а недостаточный оптический входной сигнал может снизить отношение несущей к шуму.

Таким образом, полезная спецификация приемника должна определять:

• Абсолютный диапазон оптического входного сигнала
• Рекомендуемый рабочий диапазон
• Диапазон рабочих параметров АРУ
• Предел оптической перегрузки
• Характеристики радиочастотного диапазона при низких уровнях оптического входного сигнала

Наименьшая обнаруживаемая оптическая мощность не обязательно является самым низким уровнем, при котором можно поддерживать приемлемую производительность кабельного телевидения. Инженеры должны оценить требуемое отношение сигнал/шум (CNR) или коэффициент усиления сигнала (MER) при фактической минимальной рабочей мощности.

Поймите роль AGC.

Автоматическая регулировка усиления особенно полезна в сетях FTTH и FTTB, где принимаемая оптическая мощность может варьироваться от одного места к другому.

Без АРУ изменение входной мощности оптического сигнала обычно приводит к соответствующему изменению уровня выходного радиочастотного сигнала. Это может привести к непостоянным результатам установки и увеличить потребность во внешних аттенюаторах или ручной настройке.

Оптический приемник с автоматической регулировкой усиления (АРУ) корректирует свой внутренний коэффициент усиления или затухания для поддержания относительно стабильного радиочастотного выходного сигнала в заданном диапазоне оптической мощности. Однако одного наличия АРУ недостаточно. Инженерам следует сравнить:

• Диапазон входного сигнала АРУ
• Целевой уровень выходного ВЧ-сигнала
• Изменение выходного сигнала в диапазоне АРУ
• Реакция на резкие изменения оптической мощности
• Поведение за пределами диапазона АРУ
• Доступна регулировка смещения АРУ
• Шум и искажения на границах диапазона

Более широкий диапазон АРУ может уменьшить необходимость регулировки поля, но характеристики все равно следует проверять как при низких, так и при высоких уровнях оптического входного сигнала. В нижней части оптического диапазона основной проблемой становится шум. В верхней части диапазона линейность фотодиода и усилителя может стать более важной.

Согласуйте полосу пропускания радиочастотного сигнала с фактическими требованиями к услуге.

Необходимая полоса пропускания радиочастотного сигнала зависит от стандарта сети и передаваемых услуг. К распространенным полосам пропускания оптических приемников относятся:

• Приблизительно от 40 или 47 МГц до 862 МГц
• Приблизительно от 40 или 47 МГц до 1000 МГц
• Приблизительно от 40 или 47 МГц до 1200 МГц

Более широкая полоса пропускания не означает автоматического улучшения. Она может увеличить стоимость, энергопотребление или сложность конструкции, не принося практической пользы, если сеть работает только на частотах ниже 1 ГГц. Полоса пропускания приемника должна быть выбрана в соответствии со следующими критериями:

• Текущий план регулирования частоты потока
• Количество аналоговых и цифровых каналов
• требования к спектру DOCSIS
• Планируемые обновления сети
• Конфигурация диплексного фильтра
• Полоса пропускания радиочастотного усилителя и тюнера
• Внутренние характеристики печатной платы и разъема.

При разработке нового оборудования может быть полезен дополнительный запас по частоте. Однако каждый компонент в сигнальном тракте, включая фотодиод, усилитель, трансформатор, фильтр, печатную плату и разъем, должен поддерживать заданный частотный диапазон.

Оцените уровень выходного радиочастотного сигнала в контексте системы.

Уровень выходного радиочастотного сигнала не следует оценивать как отдельный параметр. Более высокий уровень выходного сигнала может быть полезен, когда приемник должен работать с разветвителями, длинными коаксиальными кабелями или несколькими абонентскими розетками. Однако для получения высокого суммарного выходного сигнала при сохранении низкого уровня искажений требуется достаточная линейность.

Требуемая выходная мощность приемника должна быть рассчитана исходя из бюджета радиочастотного сигнала на выходе:

1. Определите необходимый уровень сигнала на телевизоре, тюнере или кабельном модеме.
2. Учтите потери в коаксиальном кабеле.
3. Добавьте потери в разветвителе, ответвителях и разъемах.
4. Учитывайте запас прочности при установке и на случай износа.
5. Убедитесь, что приемник может обеспечить требуемый уровень композитного сигнала, не превышая предельных значений искажений.

Для компактного ONU FTTH может быть достаточно мощности, примерно соответствующей потребностям одного дома. Для FTTB или распределения электроэнергии по зданиям может потребоваться более высокий уровень мощности.

Добавление внешнего ВЧ-усилителя после оптического приемника может увеличить уровень выходного сигнала, но также влияет на уровень шума, искажения, энергопотребление и сложность системы. Как правило, лучше оценивать всю ВЧ-цепь на этапе проектирования.

Сравните CNR, CSO, CTB и линейность.

Характеристики оптического приемника обычно описываются с помощью нескольких параметров качества радиочастотного сигнала.

Отношение несущей к шуму (CNR)

Отношение несущей к шуму показывает, насколько четко радиочастотная несущая может быть восстановлена ​​выше уровня шума.

Как правило, поддерживать соотношение сигнал/шум становится сложнее по мере снижения принимаемой оптической мощности. Поэтому условия тестирования CNR следует проверять всегда. Значение CNR без учета соответствующей входной оптической мощности, нагрузки канала и полосы пропускания измерения сложно сравнивать.

Композитный второй порядок и композитный тройной бит

Термины CSO и CTB описывают интермодуляционные искажения, возникающие при одновременной передаче множества радиочастотных каналов.

Эти параметры особенно важны в сетях, передающих большое количество аналоговых каналов или каналов с модуляцией QAM. Линейность приемника следует оценивать при заданном уровне входной оптической мощности и выходного радиочастотного сигнала.

МЕР для цифровых услуг

В случае цифровых QAM-сервисов коэффициент ошибок модуляции часто является более прямым показателем качества сигнала на системном уровне.

На показатель MER влияют не только оптический приемник. Передатчик, волоконно-оптический канал связи, оптический шум, линейность приемника, радиочастотный усилитель, согласование импедансов и измерительное оборудование — все это влияет на конечный результат.

Приёмник с хорошим соотношением сигнал/шум и низким уровнем искажений обеспечивает более надёжную основу, однако всё же следует протестировать всю оптическую и радиочастотную линию связи, используя запланированный план каналов.

Проанализируйте плоскостность и потери на отражение на выходе.

Плоскость амплитуды Описывает, насколько изменяется уровень выходного радиочастотного сигнала в рабочем диапазоне частот. Плохая равномерность может приводить к частотной зависимости уровней сигнала, что затрудняет поддержание стабильной работы на всех телевизионных и информационных каналах.

Потери на выходе Это показывает, насколько хорошо приемник согласован с радиочастотной системой с сопротивлением 75 Ом. Плохое согласование импеданса может вызывать отражения, пульсации и взаимодействие с кабелями или фильтрами, расположенными ниже по потоку.

При сравнении модулей убедитесь, что параметры равномерности распределения мощности и коэффициента отражения указаны для всего рабочего диапазона, а не только для одной частоты.

Окончательная конструкция оборудования также может влиять на эти параметры. Поэтому при проверке прототипа следует учитывать компоновку печатной платы, заземление, размещение разъемов, согласование выходных сигналов и конструкцию корпуса.

Учитывайте энергопотребление и тепловые характеристики конструкции.

Потребление энергии особенно важно для интегрированных ONU и бытового оборудования FTTH. Модуль с меньшим потреблением тока может помочь:

• Снизьте температуру внутри корпуса.
• Упростите конструкцию источника питания.
• Повышение долгосрочной надежности компонентов
• Соответствие целевым показателям энергопотребления оборудования.
• Предусмотреть корпус меньшего размера
• Снизьте тепловое воздействие на расположенные рядом компоненты PON и Wi-Fi.

Однако мощность не следует снижать в ущерб радиочастотным характеристикам. Ток смещения, коэффициент усиления и линейность тесно взаимосвязаны во многих конструкциях приемников.

Термостатические испытания следует проводить внутри корпуса устройства, а не только на открытой оценочной плате. Приемник может располагаться рядом с процессорами, оптическими приемопередатчиками, преобразователями питания или компонентами Wi-Fi, которые повышают внутреннюю температуру.

Определите, какие функции мониторинга и контроля необходимы.

Простейшие оптические приемники могут обеспечивать только оптический вход и радиочастотный выход. Более сложные конструкции могут включать функции цифрового мониторинга и управления. К полезным функциям относятся:

• Мониторинг мощности оптического входа
• мониторинг уровня выходного радиочастотного сигнала
• мониторинг температуры
• Включение или отключение радиочастотного выхода
• коммутация услуг кабельного телевидения
• корректировка смещения АРУ
• I²C связь
• Сообщение о тревоге или диагностической информации

Эти функции полезны в управляемых ONU, шлюзах операторов и сетевом оборудовании с удаленным мониторингом. Например, мониторинг оптической мощности может помочь отличить проблему с оптоволоконным каналом от проблемы с распределением радиочастотного сигнала. Управление выходной мощностью радиочастотного сигнала позволяет оператору отключать услугу кабельного телевидения без прерывания широкополосного соединения для передачи данных.

Ценность этих функций зависит от того, может ли хост-система считывать, хранить и обрабатывать информацию. Интерфейс I²C дает ограниченные преимущества, если встроенное программное обеспечение оборудования не поддерживает мониторинг или управление.

Интегрированная технология WDM или отдельные оптические компоненты?

Приемник FTTH CATV может использовать интегрированный модуль мультиплексирования WDM и фотодиодный блок или отдельные оптические компоненты. Интегрированная конструкция может обеспечить:

• Меньшая площадь печатной платы
• Меньше оптических соединений
• Упрощенная сборка
• Снижена вариативность потерь при вставке.
• Упрощенная интеграция в компактные корпуса ONU.

Конструкция с раздельными компонентами может обеспечить большую гибкость в выборе типа разъема, оптической трассировки или стратегии замены. Выбор зависит от объема производства, конструкции корпуса, процесса сборки и требований к оптическому интерфейсу.

Выбор разъема также следует подтвердить на раннем этапе. Интерфейсы SC/APC и FC/APC обычно используются там, где важен низкий уровень оптического отражения, в то время как для конкретных платформ оборудования могут потребоваться другие варианты разъемов.

Практическая матрица отбора

Примечание: Данная таблица предназначена для использования в качестве отправной точки, а не в качестве замены полного расчета бюджета оптической и радиочастотной связи.

Распространенные ошибки при выборе оптического приемника

Выбор только по максимальной пропускной способности
Приёмник с самым широким частотным диапазоном может не обеспечивать оптимальное энергопотребление, стоимость или производительность для сети, работающей на частотах ниже 1 ГГц.

Сравнение выходного радиочастотного сигнала без проверки условий тестирования.
Уровень выходного сигнала следует проверять вместе с мощностью оптического входного сигнала, нагрузкой канала, искажениями и состоянием АРУ.

Игнорируя максимальный оптический входной сигнал
Разработчики часто сосредотачиваются на чувствительности, но упускают из виду условия перегрузки. Короткий оптоволоконный тракт или низкое соотношение разветвителя могут привести к более высокому уровню оптического сигнала, чем ожидалось.

Рассмотрение АРУ как универсального решения
Система автоматической регулировки усиления (АРУ) стабилизирует выходной сигнал только в пределах заданного рабочего диапазона. Она не может компенсировать сильное снижение мощности оптического канала связи или перегрузку фотодиода.

Игнорируя заключительное ограждение
Характеристики приемника, измеренные на оценочной плате, могут измениться после установки в компактный корпус с ограниченным потоком воздуха и расположенными поблизости источниками тепла.

Использование типичных значений в качестве гарантированных пределов
Типичные показатели производительности полезны для оценки, но при проектировании производства следует ориентироваться на гарантированные минимальные и максимальные пределы, если таковые имеются.

Контрольный список ввода в эксплуатацию

Перед утверждением оптического приемника для развертывания необходимо проверить следующее:

• Оптическая входная мощность при минимальных, номинальных и максимальных условиях связи
• Уровень выходного радиочастотного сигнала в диапазоне АРУ
• Частотная характеристика во всем диапазоне частот.
• CNR или MER при минимальном ожидаемом оптическом входном сигнале
• Перелив и перегрузка канала при заданной нагрузке канала
• Потери на выходе при контакте с выходной платой и разъемом
• Потребляемая мощность при требуемом напряжении питания
• Тепловые характеристики внутри готового корпуса
• Включение/выключение радиочастотного сигнала и поведение интерфейса управления.
• Точность оптического и радиочастотного мониторинга
• Поведение при запуске, завершении работы и переподключении оптического кабеля.
• Работоспособность в требуемом диапазоне температур.

При тестировании следует использовать репрезентативный передатчик, схему каналов, оптические потери и радиочастотную нагрузку на выходе. Однотонального лабораторного теста недостаточно для моделирования полностью нагруженной системы кабельного телевидения.

Часто задаваемые вопросы

В чём разница между оптическим приёмником FTTH и ONU?
ONU завершает передачу данных по PON, а оптический приемник CATV преобразует оптический видеосигнал в радиочастотный выход. Обе функции могут быть интегрированы в одно устройство.

Почему АРУ важна в приемнике FTTH CATV?
Система автоматической регулировки усиления (AGC) помогает поддерживать стабильный выходной радиочастотный сигнал при изменении мощности оптического входного сигнала в разных точках расположения абонентов. Это позволяет сократить объем ручной регулировки и повысить согласованность установки.

Можно ли использовать один и тот же оптический приемник для GPON и XGS-PON?
Приемный канал кабельного телевидения может использоваться совместно с GPON или XGS-PON, если оптическая архитектура, схема WDM и основное оборудование разработаны для соответствующей системы. Совместимость следует проверять на уровне всего оборудования.

Всегда ли более низкая оптическая чувствительность означает лучшую производительность?
Нет. Чувствительность следует рассматривать в совокупности с отношением сигнал/шум (CNR), уровнем выходного радиочастотного сигнала, искажениями и диапазоном АРУ приемника. Приемник может обнаружить слабый оптический сигнал, не обеспечивая при этом требуемого качества радиочастотного сигнала для сети.

Должен ли FTTH-приемник поддерживать частоту 1,2 ГГц?
Это зависит от плана использования частот сети и плана модернизации. Приёмник на частоте 1,2 ГГц может обеспечить дополнительный запас спектра, но передатчик, радиочастотные усилители, фильтры, печатная плата и абонентское оборудование также должны поддерживать более широкий диапазон.

Заключительные соображения

Выбор оптического приемника — это решение на системном уровне. Мощность оптического входного сигнала, диапазон АРУ, полоса пропускания ВЧ-сигнала, уровень выходного сигнала, шум, искажения, энергопотребление и функции управления — все эти параметры следует оценивать с учетом реальных условий эксплуатации.

Для компактного FTTH ONU главными приоритетами могут быть низкое энергопотребление и стабильная работа АРУ. Для распределения FTTB или CATV большее значение могут иметь выходная мощность и линейность. Оборудование управляемого оператора также может потребовать оптического мониторинга, передачи данных о температуре и дистанционного радиочастотного управления.

Текущая структура продукции SANLAND включает в себя: Оптические приемные модули CATV для оборудования GPON и XGS-PONкомпактные модули приемника АРУ, обычные оптические приемные модули кабельного телевидения, ОНУ Продукты и связанные с ними компоненты FTTx. Эти категории могут использоваться в качестве ориентиров при сравнении архитектур и определении технических характеристик приемника, необходимых для конкретной сети.