Equipos utilizados en las instalaciones FTTH de Movistar (9ª parte): Distancia máxima en una red FTTH

Una de las preguntas que surge de forma habitual cuando se habla de redes FTTH es la distancia máxima a la que puede estar la ONT de un cliente respecto de la OLT que le da servicio. Para responder a esta cuestión se van a utilizar los datos técnicos correspondientes a la red FTTH del operador Movistar. En primer lugar, accedemos al documento de Movistar que contiene las principales características técnicas de su red FTTH, basada en el estandar GPON y que puede ser localizado en la web donde Telefónica publica la información técnica  de sus diferentes interfaces

 https://www.telefonica.es/es/acerca_de_telefonica/interfaces/

Interfaz de Línea para el Acceso a la Fibra de Abonado con Tecnología GPON

En este documento encontramos en primer lugar que la red FTTH de tipo GPON de Telefónica está construida de acuerdo a las siguientes recomendaciones de UIT-T: G.983.3 G.984.1[1], G.984.2 [2], G.984.3 [4], G.984.3 Enmienda 1 [5], G.984.4 [6], G.984.4 Enmienda 1 [7] (y su evolución, G.988 [9]) y G.984.5 [8]. Estos documentos de UIT-T contienen un conjunto de recomendaciones acerca de los diferentes aspectos de las redes GPON, siendo los principales los de la serie G.984, los cuales se indican a continuación:

• Recomendación G.984.1 de la UIT-T [1] (03/2008) “Redes Ópticas Pasivas con Capacidad de Gigabits: Características Generales”
• Recomendación G.984.2 de la UIT-T [1] (03/2003) “Redes Ópticas Pasivas con Capacidad de Gigabits: Especificación de la Capa Dependiente de los Medios Físicos”
• Recomendación G.984.3 de la UIT-T [1] (03/2008) “Redes Ópticas Pasivas con Capacidad de Gigabits: Especificación de la Capa de Convergencia de Transmisión”
• Recomendación G.984.4 de la UIT-T [1] (02/2008) “Redes Ópticas Pasivas con Capacidad de Gigabits: Especificación del interfaz de Control y Gestión de la ONT”

Si examinamos el primero de los documentos, el G.984.1, correspondiente a las características generales de las redes GPON, veremos que en su página 7 se establecen  las distancias máximas permitidas en dichas redes:

Vemos pues que dentro del estandar GPON se establecen dos límites de distancia:

• Límite “lógico” de 60 km y que viene dado por la compleja estructura de sincronización de tramas en el estandar GPON, en especial en el canal ascendente.
• Límite físico, que viene dado por la propia atenuación de la fibra óptica y por la dispersión que se produce en las fibras monomodo, la dispersión cromática y la dispersión por polarización modal (PMD). Este límite físico tiene dos opciones, 10 km o 20 km. La distancia de 10 km es la que se asume como máxima cuando se utilizan láser de tipo FP-LD (Fabry-Perot Laser Diode), permitiendo con dichos láser velocidades de 1,25 Gbit/s o superiores.

Como ya se ha indicado, el límite “lógico” viene impuesto por la compleja estructura de tramas tanto en sentido descendente como en sentido ascendente, en ambos casos con unos requisitos de temporización extremadamente precisos. Conviene recordar que todo el tráfico tanto en sentido descendente como en sentido ascendente se basa en unas tramas denominadas “Tramas GTC” de 125 microsegundos de duración cada una de ellas. Estas tramas contienen una cierta información de cabecera y un contenido útil denominado “Tramas GEM”, las cuales a su vez contienen también una información de cabecera y un contenido útil que son por fin las tramas ethernet que recibe y envía el usuario. En el siguiente diagrama elaborado por la empresa Telnet-Ri se observa la estructura básica del transporte en el canal descendente:

Transporte en el canal descendente

Así como las tramas en sentido descendente llegan a todos los usuarios que comparten la misma fibra que sale de la OLT, en sentido ascendente los ONT de los usuarios solo colocan sus tramas de subida cuando tienen información para transmitir y dentro de la ventana temporal asignada para ello por el OLT mediante una información de control enviada de forma regular a cada ONT. En este otro diagrama elaborado igualmente por la empresa Telnet-Ri se observa la estructura básica del transporte en el canal ascendente:

Transporte en el canal ascendente

Respecto del límite “físico” del estándar GPON, si examinamos de nuevo el documento de la Interfaz de Línea para el Acceso a la Fibra de Abonado con Tecnología GPON, encontramos en su apartado número 5 lo siguiente:

En relación a la potencia óptica de dichos láser, el cuadro III.1 de la recomendación G.984.2 Enmienda 1, es el mostrado a continuación:

Vemos que tanto en el lado del OLT como en el lado del ONU (ONT) la máxima potencia media inyectada es de 5 dBm. Por otro lado, tanto el OLT como el ONU deben de ser capaces de detectar niveles ópticos tan bajos como -28 dBm y -27 dBm.

El cuadro del “balance de atenuación” es el siguiente:

En este cuadro vemos que, tanto en el sentido descendente (1490 nm) como en el sentido ascendente (1310 nm), la máxima atenuación óptica permitida es de 28 dB.   Por lo tanto, examinando el sentido descendente tenemos que en el peor de los casos el OLT inyecta una potencia media mínima de 1,5 dBm. En este caso la potencia óptica que alcanzará al ONT será de:

Potencia óptica media mínima recibida en el ONT=  1,5 dBm – 28 dB = -26,5 dBm

Y este nivel es 0,5 dB superior a la mínima potencia que debe de ser capaz de detectar  el ONT, que es de -27 dBm. Es decir, el ONT podrá recibir correctamente la señal óptica del OLT en el peor de los casos.  Si examinamos ahora el sentido ascendente tenemos que el ONT inyecta una potencia media mínima de tan solo 0,5 dBm. Después de sufrir una atenuación en el peor de los casos de 28 dB, al OLT llegará una potencia media mínima de:

Potencia óptica media mínima recibida en el OLT = 0,5 dBm – 28 dB = -27,5 dBm

De nuevo comprobamos que el OLT será capaz de reconocer correctamente dicha señal óptica ya que la sensibilidad mínima del OLT debe de ser de -28 dBm.

Como norma general de los instaladores de Movistar se considera que la atenuación máxima permitida desde la CTO hasta la ONT es de 2 dB. Por lo tanto queda un margen de 28 – 2 = 26 dB para la atenuación máxima de la red GPON. Esta red GPON contiene como elementos principales divisores ópticos o splitters, empalmes por fusión, conectores y fibra óptica. Para estos elementos se tienen en cuenta las siguientes atenuaciones mínimas y máximas:

A la hora de calcular cual es la longitud máxima de fibra que se puede instalar se debe de tener en cuenta que, como norma general, nos encontraremos los siguientes elementos desde la salida óptica de la OLT hasta la entrada óptica de la ONT y viceversa:

• Un conector óptico en el OLT
• Un empalme por fusión entre cada fibra que sale del OLT y cada fibra que forma el cable de fibras ópticas que sale desde la central del operador.
• Un empalme por fusión cada 500 metros
• Dos empalmes por fusión en la caja de empalmes en cámara de registro donde se encuentra el splitter 1:4
• Un splitter 1:4 (el splitter 1:2 solo se utiliza en casos excepcionales)
• Dos empalmes por fusión en la CTO de exterior
• Un splitter 1:16 en el interior de la CTO
• Un conector óptico en la salida del CTO
• Una fusión en la entrada de la roseta óptica del usuario
• Un conector óptico en la salida de la roseta óptica del usuario
• Un conector óptico en la entrada de la ONT del usuario

Siguiendo el listado anterior y exceptuando las pérdidas debidas a la propia fibra y a los empalmes por fusión cada 500 metros en la fibra,  en el peor de los casos tenemos unas pérdidas máximas fijas de:

Pérdidas  = 0,3 + 0,1 + 0,1 + 0,1 + 7,3 + 0,1 + 0,1 + 13,5 + 0,3 + 0,1 + 0,3 + 0,3 = 22,6 dB

Quedan por lo tanto tan solo 26 dB – 22,6 dB = 3,4 dB para la atenuación de la fibra y de los respectivos empalmes cada 500 metros en dicha fibra. Si cogemos de nuevo el peor de los casos que es de 0,35 dB cuando se utiliza longitud de onda de 1310 nm y llamamos L a la longitud de la fibra en km, podemos escribir la siguiente ecuación:

3,4 dB = (o,35 x L ) + (0,1 x L/2)

de donde obtenemos L = 8,5 km. Por ello, Movistar no despliega bucles de fibra óptica de más de 8 km. En aquellos casos donde la distancia al usuario sea mayor, Movistar opta por “abrir” nuevas centrales al servicio FTTH y solo en aquellos casos excepcionales donde esto no es posible, utiliza un primer nivel de splitter de 1:2. Con esta última medida se puede conseguir un alcance teórico máximo de 17,5 km, pero como ya se ha indicado, solo se utiliza en casos excepcionales.

Como resumen, tenemos finalmente lo siguiente:

• Existe un límite “lógico” de 60 km
• Existe un límite “físico” de 10 km en el estandar GPON cuando se utilizan láser de tipo FP-LD (Fabry-Perot Laser Diode).
• Con la configuración práctica de los diferentes elementos de la red GPON (conectores, empalmes, splitters), el límite en la actual red GPON desplegada por Movistar es de 8,5 km
• Técnicamente no hay nada que impida ampliar este último límite si así lo desea el operador. Para ello basta con utilizar un nivel de splitter inferior  tanto en el primer nivel de división (1.4) como en el segundo nivel de división situado en la CTO (1:16).