RFoG SYSTEEM BESCHRIJVING

RFoG SYSTEEM BESCHRIJVING

Funea Broadband Services bv

versie 1, 1 juli 2010, RFoG

blad 1 van 16

Inhoudsopgave 1. INLEIDING ...................................................................................... 3 2. NETWERK TOPOLOGIE ................................................................... 3 3. SYSTEEM DEFINITIE....................................................................... 4 3.1.

OPTISCH BUDGET ................................................................................... 4

4. RFOG APPARATUUR ...................................................................... 5 4.1. RFOG MICRO NODES XON40.BFN / XON50.BFN................................... 5 4.1.1. Belangrijke eigenschappen ....................................................... 6 4.1.2. Uitvoeringen .............................................................................. 6 4.1.3. Schakelen op afstand ................................................................ 6 4.1.4. Specificaties................................................................................ 7 4.1.5. Blokschema ................................................................................ 8 4.1.6. Link NPR ..................................................................................... 8 4.2. QUADRO OPTISCHE RETOURONTVANGER ................................................... 9 4.2.1. Algemeen ................................................................................... 9 4.2.2. Omschrijving .............................................................................. 9 4.2.3. Uitvoeringen ............................................................................ 10 4.2.4. Technische specificaties BOR4085 ........................................... 11 5. SYSTEEM PRESTATIES ................................................................. 12 5.1. 5.2. 5.3. 5.4.

DOWNSTREAM .................................................................................... 12 UPSTREAM ......................................................................................... 13 BEREKENING VOOR 1610 NM ................................................................ 13 BEREKENING VOOR 1310 NM ................................................................ 13

6. NETWERK OPTIES ........................................................................ 15 6.1. 6.2. 6.3.

RFOG REPEATER ................................................................................. 15 REDUNDANTIE .................................................................................... 16 CONCEPT , ONTWERP EN IMPLEMENTATIE ................................................ 16



blad 2 van 16

1. Inleiding RFoG ofwel “RF over glas” is een technologie die het mogelijk maakt om het DOCSIS platform voor de distributie van IP- gerelateerde signalen ook in FttH netwerken toe te passen. Deze technologie is gedefinieerd in de SCTE IPS 910 WG5 norm en maakt het voor kabelexploitanten technisch mogelijk om over een FttH netwerk diensten aan te bieden als ware het een HFC netwerk met coax in de “last mile”. Dit houdt in dat alle IP- gerelateerde signalen worden gedistribueerd op basis van gemoduleerde HF dragers (QAM en/of QPSK) in het frequentiegebied van 5 tot 862 (1000) MHz. Dit document omschrijft de complete RFoG oplossing die wij in samenwerking met onze partner BKtel hebben ontwikkeld.

2. Netwerk Topologie In de Nederlandse FttH netwerken wordt gebruik gemaakt van Ethernet IP technologie via de glasvezel. Hiervoor kan zowel een “point-to-point” als een PON (Passive Optical Network) structuur worden toegepast in de “last-mile”. De PtP netwerken zijn veelal uitgevoerd met 2 vezels per aansluiting, waarbij de 2e vezel wordt gebruikt voor analoge TV distributie in het frequentiegebied 5 tot 1000 (2150) MHz. De aansluitingen vallen binnen een straal van 2 tot 4 km rond het middelpunt, dat wordt gevormd door een lokaal distributie centrum waarin alle apparatuur wordt geplaatst die noodzakelijk is voor de aansturing van het optische netwerk. Deze locatie wordt ook wel genoemd de APoP. POINT-TO-POINT FTTH APOP

CPOP

Per AREA: 2500 - 3000 HP

Weinig vezels (lang) 1-2 per APOP/segment

APOP

Veel vezels (kort) 1-2 per HP

APOP

Max. 4 km

De verschillende APoP’s worden voor wat betreft de analoge signaalvoorziening, al dan niet redundant, aangestuurd vanuit een centrale locatie (CPoP of Regionaal Centrum). Netwerken op basis PON topologie zijn veelal uitgevoerd met één vezel per aansluiting waarbij IP en analoge TV via een optische golflengte multiplex over de vezel worden getransporteerd. xPON FTTH

OLT

Veel vezels (lang) 1 per 8..32 HP

HAND HOLE

Veel vezels (zeer kort) 1 per HP

HAND HOLE


1:32

Per PON: 32 HP

HAND HOLE


blad 3 van 16

De voor PON benodigde passieve concentrator (verdeler) 1:8 tot 1:128 wordt zo dicht mogelijk bij de aansluitingen gesitueerd. Het aantal benodigde vezels tot aan de APoP is bij PON met concentrators zeer beperkt, doch dit geldt tevens als het nadeel van PON omdat de transportcapaciteit van de vezel tussen concentrator en APoP met meerdere aansluitingen moet worden gedeeld. RFoG is een PON gerelateerde oplossing doch kan in beide netwerk topologieën worden toegepast door bij PtP de concentrator (verdeler) in de APoP te plaatsen. In basis wordt het RFoG netwerk als volgt opgebouwd:

3. Systeem definitie RFoG is in de SCTE IPS 910 WG5 gedefinieerd als een enkelvezel transmissie systeem waarover downstream en upstream via verschillende optische golflengtes worden getransporteerd. In tegenstelling tot HFC technologie, maakt RFoG gebruik van een soort “burstmode” upstream technologie. Dit houdt in dat de retourlaser van een RFoG node (Micro Node) alleen inschakelt als het kabelmodem een upstream signaal verzendt. Hierdoor is het mogelijk om de optische upstream signalen van alle Micro Nodes binnen een PON samen te koppelen op één enkele retourontvanger. Dit houdt in dat per bijvoorbeeld 32 tot 128 Micro Nodes slechts één retourontvanger is benodigd. Dit aantal is afhankelijk van het beschikbare optische budget en zal dus verschillen per gewenste systeemopbouw.

3.1.

Optisch budget

Het optisch budget in RFoG PONs kan maximaal 30 dB zijn, zodat het van groot belang is om extreem ruisarme optische ontvangers toe te passen voor zowel de downstream als de upstream. De downstream RFoG ontvanger in de Micro Node moet een equivalente ingang ruisstroom dichtheid hebben die lager is dan 4 pA/√Hz. Dit is nodig om te voorkomen dat meer dan 18 dBm vermogen in Funea Broadband Services bv


blad 4 van 16

het PON netwerk moet worden gekoppeld. Dit is vooral in (10)GPON netwerken van belang omdat daar SRS (Stimulated Raman Scattering) kan ontstaan door de combinatie van de optische golflengtes. Deze SRS kan een grote negatieve invloed hebben op de kwaliteit van de analoge TV distributie. De optische ontvanger voor de upstream moet een equivalente ingang ruisstroom dichtheid hebben die lager is dan 1 pA/√Hz. Dit is noodzakelijk om voldoende dynamisch HF-bereik te verkrijgen bij een MER die hoog genoeg is om 64-QAM signalen foutvrij te transporteren en om het volledige optisch budget te kunnen benutten. Omdat de CMTS het upstream niveau van de kabelmodems controleert, moet het dynamisch HF-bereik (in dB) ten minste 2x zo groot zijn als de variatie van het optisch budget (in dB), plus een extra marge om “plug and play” installatie mogelijk te maken. De hier voorgestelde oplossing voor RFoG voorziet in de gestelde voorwaarden waardoor een betrouwbaar functionerend systeem kan worden gerealiseerd.

4. RFOG apparatuur De apparatuur voor RFoG is in grote lijnen gelijk of gelijkwaardig aan de apparatuur die in het optische deel van HFC netwerken wordt toegepast, met uitzondering van: 1. de optische node (RFoG micro node), voorzien van extreem ruisarme optische ontvanger en een “burst-mode” optische retourzender; 2. de extreem ruisarme optische retourontvanger geschikt voor “burst mode” toepassing. In deze omschrijving wordt alleen de speciaal voor RFoG ontwikkelde apparatuur nader voorgesteld. Voor de overige apparatuur wordt verwezen naar de standaard documentatie.

4.1.

RFoG Micro Nodes XON40.BFN / XON50.BFN

BKtel heeft 2 typen RFoG micro nodes ontwikkeld:

De “low-cost” versie XON40.BFN is ondergebracht in een compacte behuizing van gietaluminium. De XON50.BFN is ondergebracht in een metalen behuizing die kan worden uitgebreid met een vezel afwerking- en beschermunit type XON10. Deze unit kan worden verzegeld waardoor ongeautoriseerde toegang wordt voorkomen. De technische eigenschappen van beide versies zijn verder gelijk. Funea Broadband Services bv


blad 5 van 16

4.1.1. Belangrijke eigenschappen ¾ Technologie optische ontvanger Optische CATV ontvanger voor veelkanaal televisie- en radiosignalen zoals AM-VSB, FM en QAM Extreem laag ruisgetal Geschikt voor zeer laag operationeel optische ingangsniveau (-8 dBm) ¾ Technologie optische retourzender “Burst mode” optische retourzender (analoog) voor DOCSIS retourpad transmissie Kosteneffectieve FP laser technologie voor 1310 nm en DFB laser technologie voor 1610 nm optische golflengte ¾ LED indicatie voor status optisch ingangsniveau ¾ LED indicatie voor activiteit optische retourzender ¾ Optische interface met geïntegreerde WDM ¾ F-female 75Ω gecombineerde ingang/uitgang ¾ HF testpunten voor downstream en upstream signalen ¾ Zeer laag stroomverbruik ¾ Optioneel leverbaar met PON WDM filter (1310&1490 nm / 1550&1610 nm) 4.1.2.

Uitvoeringen

Product

Uitvoering

Ontvanger

Zender

XON40.BFN-54-1310-03 XON40.BFN-54-1610-00 XON40.BFN-54-1610-03 XON40.BFN-54-1610-06

Micro Node in Die Cast Housing

54 … 1002 MHz (CATV) 54 … 1002 MHz (CATV) 54 … 1002 MHz (CATV) 54 … 1002 MHz (CATV)

1310 nm, 1610 nm, 1610 nm, 1610 nm,

+3 dBm +0 dBm +3 dBm +6 dBm


Micro Node in Die Cast Housing


1310 nm, 1610 nm, 1610 nm, 1610 nm,



Micro Node in Sheet Metal Housing


1310 nm, 1610 nm, 1610 nm, 1610 nm,



Micro Node in Sheet Metal Housing


1310 nm, 1610 nm, 1610 nm, 1610 nm,


XON10

Fiber Protection Unit for XON50

4.1.3. Schakelen op afstand Het op afstand in- of afschakelen van de ontvanger en/of de retourzender in de Micro node niet is gedefinieerd in de SCTE IPS 910WG5 standaard en daarom alleen optioneel beschikbaar. Op basis van een eigen transmissieprotocol kan deze functionaliteit wel worden geïmplementeerd waardoor het mogelijk wordt om de Micro Nodes op afstand te managen.



blad 6 van 16

4.1.4.

Specificaties

CATV ontvanger deel Golflengte optische ingang Bereik ingangsniveau Regelbereik HF uitgangsniveau Nominaal HF uitgangsniveau (OMI=4%, Pin = -6 … +1 dBm) Vlakheid (54 ... 1002 MHz) HF impedantie HF bandbreedte XON50.BFN-54-yyyy-nn XON50.BFN-87-yyyy-nn Ontvanger ruisstroom dichtheid CSO, CTB (Cenelec 42, OMI=4,1%, Pin=+1dBm) RX HF testpunt demping RX testpunt DC voor indicatie opt. ingang CATV zender deel Golflengte optische uitgang Optisch uitgangsniveau HF bandbreedte XON50.BFN-54-yyyy-nn XON50.BFN-87-yyyy-nn Nominaal HF ingangsniveau (OMI=17,7%) HF impedantie Link NPR Optisch ontvanger ruis / steilheid TX HF testpunt demping TX inschakeltijd (voor 90% vermogen) Algemeen CATV interface Testpunt interface Voedingsunit interface (40-serie) Optische connector Glasvezel type LEDs Ontvanger ruisstroom dichtheid Afmetingen XON40 XON50 Voedingsspanning Stroomverbruik


1540 .. 1560 nm -6 .. +1 dBm -8 .. +3 dBm (vergroot) 14 dB (bij nominaal HF niveau) 78 dBμV ± 3 dB bij 860 MHz ± 1 dB 75 Ω 54 .. 1002 MHz 87 .. 1002 MHz < 4 pA/√Hz (@ Pin = -6 dBm) >60 dBc 20 dB ±3 dB 1 V/mW

1310 of 1610 nm 0 .. +6 dBm (afhankelijk van type) 5 .. 42 MHz 5 .. 65 MHz 95 dBμV ± 3 dB 75 Ω zie figuur 1 0,8 pA/√Hz / 0,8 A/W 20 dB < 1,1 μs

F-female F-female F-female SC/APC single mode 9/125 μm Voeding RX optisch ingangsniveau TX optisch uitgangsniveau < 4 pA/√Hz (@ Pin = -6 dBm) 32 x 78 x 130 mm 150 x 36 x 242 mm 12V DC < 2,5W


blad 7 van 16

4.1.5.

Blokschema

4.1.6.

Link NPR

Link-NPR (zender RIN=-132dB/Hz, ontvanger INEQ=0.8pA/√Hz, S=0.8A/W)

Figuur 1



blad 8 van 16

4.2.

Quadro optische retourontvanger

4.2.1. Algemeen De BOR4085 maakt deel uit van het 2k7 optisch transmissiesysteem van BKtel. De BOR4085 is een compacte 4-voudige optische ontvanger geschikt voor toepassing in regionale of lokale centra van CATV netwerken. Het apparaat is ontwikkeld voor de ontvangst en omzetting optisch/elektrisch van digitaal gemoduleerde signalen in moderne HFC netwerken. Het bevat een 4-tal separate optische ontvangers die ieder kunnen worden geconfigureerd voor vaste versterking of optische ALC. De ingress-switch en de uitgangsniveaus per ontvanger kunnen middels een EMS systeem ingesteld en gecontroleerd worden. De BOR4085 is speciaal ontworpen voor toepassing in vezelrijke RFoG systemen. Daartoe is hij uitgerust met uiterst snelle meetcircuits die compatibel zijn met DOCSIS 3.0 upstream signalen, voor zowel het optisch ingangsniveau als het HF uitgangsniveau. De gemeten parameters kunnen worden bewaakt en gebruikt voor het aansturen van alarmen en waarschuwingen van het netwerk management systeem. 4.2.2. Omschrijving De BOR4085 is uitgerust met 4 separate optische ontvangers waarvan de individuele uitgangssignalen per ontvanger beschikbaar is op de poorten 1, 2, 3 en 4.

Blokschema BOR4085 Funea Broadband Services bv


blad 9 van 16

Een 5e uitgang is beschikbaar als verzameluitgang voor alle ontvangers. Middels een gemanagede schakelaar kan het uitgangssignaal per ontvanger naar keuze separaat dan wel gecombineerd beschikbaar worden gesteld. Het optisch ingangsniveau van elke ontvanger wordt gemeten door een snel meetcircuit dat in staat is om transiënte RFoG signalen te verwerken die afkomstig zijn van DOCSIS 3.0 kabelmodems en elektrisch/optisch geconverteerd door RFoG nodes. Dit is in conformiteit met de definitie in de opkomende SCTE standaard IPS SP 910 “Radio Frequency over Glass – Fiber-to-the-Home Specification”. Voor de omzetting van optisch naar elektrisch wordt in elke ontvanger een InGaAs-PIN diode gebruikt. Het signaal wordt vervolgens versterkt in een tweetraps versterker met een variabele interstage demper. Aan de uitgang is per versterker een aftakelement ingebouwd waarmee signaal wordt afgetakt ten behoeve van het HF detectie circuit. Er zijn 2 operationele modi beschikbaar: 1. RFoG mode In de RFoG mode wordt elke optische ontvanger ingesteld op een vaste versterking. De optische ingangssignalen en HF uitgangssignalen worden continue gemeten en kortstondige maxima (transiënt signaal niveau) zijn mogelijk. 2. HFC mode In de HFC mode zijn de optische ontvangers ingesteld op het verwerken van een continue optisch ingangsniveau zoals gebruikelijk in HFC netwerken. De HF versterking van de ontvangers kan zowel op een vaste waarde als automatisch (ALC) worden ingesteld. De ALC zorgt ervoor dat het HF uitgangsniveau van de ontvanger constant blijft ook als het optisch ingangsniveau varieert. Indien het optisch ingangsniveau kleiner wordt dan een instelbare drempelwaarde, wordt de betreffende ontvanger automatisch in de”slaapstand” gezet om stroom te besparen. Tevens wordt een alarm gegenereerd. De BK-versie is voorzien van een sub-D9 interface aan de onderkant voor interconnectie van de voedingsspanning en de RS 485 management contacten van een BK chassis. Dit chassis zorgt tevens voor de koeling van de unit. 4.2.3.

Uitvoeringen

Type

Omschrijving

BOR4085

Quad optical return path receiver, SC/APC, BK chassis version

BOR4085-19’’

Quad optical return path receiver, SC/APC, 19’’ standalone version



blad 10 van 16

4.2.4.

Technische specificaties BOR4085

Optische/elektrische specificaties Parameter

Symbool

Min

Optical Input Power (ALC range)

PIN

-25

Optical input power (RFoG)

PIN

-29,5

dBm

Detector Responsitivity

η

0.8

A/W

Power Consumption

P

Optical Connector

Typ

Max

Eenheid

-10

dBm

6

W

SC/APC or E2000

RF-Connectors

IEC – female

HF specificaties Parameter RF bandwidth

Min

Typ

Max

Eenheid

5

-

85

MHz

0.80

pA/√Hz

-

Ω

18

dB

+1.0

dB

77

dBμV

0

dB

Receiver noise current (-25 dBm, max. gain) RF Impedance

-

75

RF Return Loss Frequency Flatness

-1.0

RF output level (-25 dBm, OMI=17.5%)

75

Gain Range

-30

IM2, IM3 (2 tones, RF output level ≤88dBμV)

50

Receiver Turn-on (RF output reaches 90% of its steady-state value)


76

dB 0.25


μs

blad 11 van 16

5. SYSTEEM PRESTATIES 5.1.

Downstream

De systeemberekening voor de downstream is gebaseerd op de volgende kanaalbelasting: - 36 TV-kanalen PAL - 42 radiokanalen FM op -8 dB - 40 kanalen QAM256 op -5,5 dB - OMItotrms = max. 18,7% Op basis hiervan is de OMI per PAL kanaal berekend op 4,66%. Deze OMI is gebruikt in het simulatieprogramma voor de berekening van de C/N van de PAL kanalen bij de abonnee. Verdere uitgangspunten voor deze simulatie: - C/N voor PAL bron is 56 dB - Max. 2 EDFA’s in cascade - Vezellengte 30 km tussen zender en abonnee - Toepassing van BKtel apparatuur Berekening:

Op basis van voornoemde uitgangspunten en bij een niveau van -8 dBm op de ingang van de RFoG micro node, is een C/N berekend van ten minste 46,6 dB per PAL TV kanaal. Om het gewenste optisch budget van 26 dB te kunnen realiseren, wordt een EDFA met hoog vermogen toegepast (YEDFA) van (n*)18 dBm. Bij dit vermogen blijven de effecten (voornamelijk SRS) door de niet-lineaire vezel acceptabel mits ook een goede kwaliteit optische zender met voldoende SBS onderdrukking wordt toegepast.



blad 12 van 16

5.2.

Upstream

5.3.

Berekening voor 1610 nm

Voor de berekeningen met het simulatieprogramma zijn de volgende uitgangspunten gehanteerd: - OMI per 64QAM drager is 17% (17,5%) - C/N bron is 60 dB - Optische ontvanger Pin is -29,5 dBm - Optische retourzender 1610 nm, 3 dBm Berekening:

De extreem ruisarme retourontvanger BOR4085 (<0,8 pA//√Hz ontvanger ruisstroom dichtheid) maakt het mogelijk om de gewenste C/N van 34 dB te realiseren bij een ingangsniveau van -29,5 dBm, resulterend in een optisch budget van 32,5 dB! Als vergelijk moet een goede ontvanger met 1,5 pA//√Hz ruisstroom dichtheid een ingangsniveau hebben van -27,2 dBm om dezelfde C/N te kunnen halen. Dankzij de BOR4085 is een 2,2 dB groter optisch budget beschikbaar en daarmee een groter HF dynamisch bereik, hetgeen de werking van het RFoG netwerk sterk verbetert.

5.4.

Berekening voor 1310 nm

Voor de berekeningen met het simulatieprogramma zijn de volgende uitgangspunten gehanteerd: - OMI per 64QAM drager is 17% (17,5%) - C/N bron is 60 dB - Optische ontvanger Pin is -29 dBm - Optische retourzender 1310 nm, 3 dBm



blad 13 van 16

Berekening:

Het optisch ingangsniveau bij 1310 nm moet ca. 0,5 dB hoger zijn dan bij 1610 nm als gevolg van de iets kleinere steilheid van de fotodiode bij 1310 nm. Het optisch budget is echter nog steeds +3 dBm – (-29 dBm) = 32 dB!



blad 14 van 16

6. Netwerk opties 6.1.

RFoG repeater

In een RFoG netwerk worden de concentratiepunten zoveel mogelijk passief gehouden teneinde de investeringen in actieve apparatuur zoveel mogelijk te beperken. Daartoe dienen er echter wel voldoende vezels beschikbaar te zijn tussen concentrator en APoP om alle optisch verdeelvelden 1:1 te kunnen verbinden met de apparatuur in de APoP. Indien er te weinig vezels beschikbaar zijn, kan worden overwogen om een RFoG repeater te plaatsen in de concentrator. Deze RFoG repeater omvat een EDFA met één of meerdere uitgangen voor de aansturing van de dowstream per verdeelveld 2:32 tot 2:256 (2 ingangen per verdeelveld!). De grote splitratio is mogelijk omdat de vezellengtes achter de verdelers relatief kort zijn. Voor de upstream wordt de 4-voudige ontvanger toegepast waarvan het gecombineerde signaal via een retourzender (of tranceiver) wordt teruggezonden naar de APoP. Verschillende opties zijn mogelijk zoals CWDM en DWDM waardoor ook meerdere upstream clusters via één vezel kunnen worden getransporteerd. In het onderstaande voorbeeld wordt gebruik gemaakt van 2:64 verdeelvelden en is de repeater voorzien de optie remote management via HMS.

-2,5dBm -1dBm

1:64 Splitter

+17dBm

1 2 TP OAH2x1x

EDFA 2x17dBm

63 64

+2dBm -20,5dBm 1 2 63 64

1:64Splitter HMSElement Controller

BOX RX

H µ M P S

TP

NEC-L

TX 1550nm/ +6dBm

+6dBm

Transceiver CWDM TX1550nm

1:4 Combiner RFoG Port Quad RX

RFoG repeater

De actieve modulen kunnen eenvoudig worden geïnstalleerd in een montagekast met behulp van een BK behuizing of BK moduuldrager.



blad 15 van 16

Foto RFoG repeater in montagekast

De transmissie eigenschappen van de upstream verbinding worden door de repeater vrijwel niet beïnvloed. Bij een goed ontwerp zal de maximale verslechtering <1 dB bedragen, hetgeen eenvoudig kan worden gecompenseerd door met een iets lager optisch budget te ontwerpen.

6.2.

Redundantie

Er zijn verschillende vormen van redundantie mogelijk die op eenvoudige wijze kunnen worden geïmplementeerd. - Vezelredundantie - Apparatuur redundantie - Combinatie van beide Afhankelijk van de gewenste redundantie kan een compleet concept worden samengesteld. De implementatie van een vorm van redundantie heeft verder geen invloed op de operationele parameters van het systeem mits de optische budgetten niet worden overschreden.

6.3.

Concept , ontwerp en implementatie

In dit document wordt omschreven hoe een RFoG FttH netwerk kan worden gerealiseerd met behulp van de producten die wij leveren. Funea Broadband Services BV is graag bereid om samen met de opdrachtgever een passend concept op te stellen en uit te werken. Daarnaast kunnen wij ook de complete implementatie verzorgen, eventueel op “turn-key” basis. Verdere informatie kunt u verkrijgen via een email aan: [email protected] Of bellen: 0162-475800



blad 16 van 16

RFoG SYSTEEM BESCHRIJVING

Recommend Documents