Kompaktes optisches Splittermodul für die FTTH-Bereitstellung mit PON-Architektur

Fibermart
Freitag 08 August, 2014
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Das Passive Optical Network (PON)-System hat sich als optisches Netzwerk beim Aufbau von Fiber To The Home (FTTH) wirtschaftlich stark ausgeweitet. Damit mehrere Benutzer eine Glasfaser in einem PON gemeinsam nutzen können, ist der optische Splitter, der ein optisches Signal verzweigt, unverzichtbar. In letzter Zeit werden Plug-and-Play-Strukturen gewünscht, die Module und Steckverbinder verwenden, um die Installationskonstruktion optischer Splitter zu vereinfachen. Da das Splittermodul außerdem in der Außenanlage installiert wird, ist eine hohe Zuverlässigkeit, die rauen Umgebungsbedingungen standhält, eine entscheidende Anforderung. Darüber hinaus sind auch Kompaktheit und Kosteneinsparungen wichtige Aspekte. Aus diesem Grund haben wir es entwickelt, indem wir für das Modulgehäuse wirtschaftlich ein hochwertiges, flammhemmendes Kunststoffharz verwendet haben. Wir haben bestätigt, dass die optischen Splittermodule über hervorragende optische Eigenschaften und ausreichende Zuverlässigkeit verfügen.

1. EINFÜHRUNG OPTISCHER SPLITTER-MODULE

Das PON-System hat sich als optisches Netzwerk beim wirtschaftlichen Aufbau von FTTH stark ausgeweitet. Wie in Abb. 1 dargestellt, ermöglicht die PON-Architektur die gemeinsame Nutzung eines über eine einzelne Glasfaser von der Telefonvermittlungsstelle übertragenen Signals mit mehreren Benutzern, wodurch eine Kostenreduzierung pro Teilnehmer erreicht wird. Der Planar Lightwave Circuit (PLC)-Splitter, ein optischer Splitter, ist ein Schlüssel zur Verzweigung optischer Signale im Telekommunikationsnetzwerk und verfügt derzeit über eine maximale Split-Ratio-Fähigkeit von 32 (Fiber-Mart kann bis zu 64 Split-Ratio-Fähigkeiten bieten).

PON-Systemstruktur

Die Installation des optischen Splitters wird durch die Anwendung der Einrast- oder Schnappmethode vereinfacht, die den Vorgang durch schnelles Einstecken beschleunigen kann. Diese Plug-and-Play-Methode wird üblicherweise an den Verbindungspunkten im FTTH-Netzwerk angewendet (diese Methode ermöglicht die Installation optischer Komponenten vor Ort ohne spezielle Werkzeuge oder Kenntnisse im Umgang mit blanken Glasfasern). Um solch einfache Techniken und modulare Designs effektiv einsetzen zu können, müssen steckerfertige Komponenten unbedingt in den Strukturentwurf optischer Splitter integriert werden. Darüber hinaus wird die Flexibilität des Netzwerks durch den Einsatz eines Moduls mit Anschlusskabel erreicht, was eine einfache Neukonfiguration des Netzwerks ermöglicht. Darüber hinaus besteht die Funktion des Fiber Distribution Hub (FDH) in der FTTH-PON-Architektur darin, optische Splitter im Freien unterzubringen. Daher ist der FDH von entscheidender Bedeutung für die Gewährleistung einer hohen Zuverlässigkeit gegenüber Umwelteinflüssen. Aufgrund der Platzbeschränkung im FDH wird das Design des optischen Splittermoduls verkleinert. Der allgegenwärtige FTTH-Einsatz auf der ganzen Welt hat gezeigt, dass die Entwicklung kostengünstiger Lösungen dringend erforderlich ist. Der neu entwickelte kleine und leichte optische Splitter besteht aus flammhemmendem Kunstharz und weist eine mit herkömmlichen Metallverpackungen vergleichbare Robustheit auf, die den Umweltbedingungen im Freien standhält, allerdings zu einem Bruchteil der ursprünglichen Kosten. Dieser Artikel veranschaulicht die Entwicklung des optischen Splittermoduls 1×16, 1×32 und 2×32 Wavelength Division Multiplexing (WDM). Die Eigenschaften und Zuverlässigkeitsbewertung werden in diesem Artikel ebenfalls besprochen.

2. AUFBAU OPTISCHER SPLITTER-MODULE

2.1. SPS-Splitter

Wie in Abb. 2 dargestellt, wird die Glasfaser über einen optischen 1×32-PLC-Splitter auf 32 Ausgänge verzweigt. Der PLC-Chip ist ein Quarzglas, in das eine optische Wellenschaltung eingebettet ist. Das Schaltungsmuster ist so konzipiert, dass ein einzelner Eingang in mehrere Ausgangskanäle verzweigt wird. Die optische Faser wird mit durch UV-Bestrahlung gehärtetem Harz auf den PLC-Chip geklebt. Diese Schnittstelle entspricht den Testbedingungen Telcordia GR-1209 und GR-1221, sodass eine gute Zuverlässigkeit gewährleistet ist. Um die Größenreduzierung zu erreichen, wurde in dieses Modul außerdem eine biegeunempfindliche Single Mode Fiber (SMF) eingeführt.

1x32 SPS-Splitter

2.2. Flammhemmende Kunststoffverpackung

Die Struktur des entwickelten optischen Splittermoduls ist in Abb. 3 dargestellt. Am optischen Splittermodul wird eine biegeunempfindliche Faser mit einem Biegeradius von 15 mm angebracht, um eine erhebliche Größenreduzierung des gepackten Moduls zu erreichen. Die Gesamtabmessungen von L118 mm × T87 mm × H13 mm betragen 3/5 der Größe des herkömmlichen optischen Moduls, das SMF mit einem Biegeradius von 30 mm verwendet. Da außerdem das metallische Material in der Splitterverpackung durch ein flammhemmendes Kunststoffharz ersetzt wurde, verringert sich das Gewicht auf 1/3 der herkömmlichen metallischen Verpackungsversion.

Außenstruktur des 1x32-Splitters

Abbildung 4 zeigt die interne Konfiguration des optischen Splittermoduls. Das Splittermodul wird mit optischen Anschlusspigtails abgeschlossen. Die 2-mm-Faserkabel werden mit Klebstoff an der Kabelhalterung befestigt. Diese Struktur ist für eine Zugfestigkeit von maximal 68,6 N ausgelegt. Da das optische Kabel außerdem eine ähnliche Struktur wie die Bündeladerkabel hat, kann sich die optische Faser im Inneren frei bewegen Die Schnur bewirkt die Expansion

n und Kontraktion des optischen Kabels, die keine äußere Spannung auf die Faser ausübt.

Interne Struktur des 1x32-Splitters

Der Aufbau der Zugentlastungsmanschette ist in Abb. 5 dargestellt. Die Manschette ist so konzipiert, dass der Biegeradius auf ein Minimum der Glasfasergrenze, d. h. 15 mm, eingestellt wird. Dies verhindert eine durch die Faserbiegung bedingte Erhöhung der Dämpfung. Bei der entwickelten flexiblen Manschette wurden Faktoren wie Härte, Dicke und die Menge des Kabels pro Manschette in die Designüberlegungen einbezogen, um den Biegeradius auf ein Minimum von 15 mm zu beschränken, wenn eine Last bei einer 90°-Biegung senkrecht auf das optische Kabel ausgeübt wird.

Modell mit Zugentlastungsmanschette

3. OPTISCHE LEISTUNG UND EIGENSCHAFTEN

3.1. Funktionalität von FDH

Abbildung 6 zeigt das Erscheinungsbild des FDH-Systems in der Konfiguration mit Last des optischen Splittermoduls. Der Hub, der optische Anschluss und die optischen Adapter sind alle auf einer Platte montiert, um eine einfache Bedienung mit einem Verriegelungsmechanismus zu ermöglichen. Der Zopf wird elegant U-förmig durch den Dorn geführt. Diese Plug-and-Play-Methode macht die Installation äußerst einfach und effizient.

Installierte Splittermodule im FDH

3.2. Grundlegende optische Eigenschaften

Die 1×16- und 1×32-Splittermodule wurden so hergestellt, dass sie auf dem oben beschriebenen Faserverteilungsknoten montiert werden können. Der im FDH vorhandene freie Port (ein Port, der nicht in Betrieb ist) führt zu Rückreflexionen des optischen Signals. Um Rückflussverluste an der Endfläche des freien Ports zu verhindern, ist der SC-Stecker auf eine APC-Schnittstelle (Angled Physical Contact) poliert. In den folgenden Daten sind die optischen Eigenschaften des optischen Splittermoduls einschließlich der Anschlusspigtails tabellarisch aufgeführt.

Die in den Abb. gezeigten Histogramme. 7 und 8 veranschaulichen die Einfügungsdämpfungsleistung des optischen 1×16- bzw. 1×32-Splittermoduls. Bei einer Betriebswellenlänge von 1310 nm beträgt die durchschnittliche Einfügungsdämpfung des 1×16-Splitters 13,23 dB, während die des 1×32-Splitters 16,33 dB beträgt. Ebenso beträgt bei einer Betriebswellenlänge von 1550 nm der Einfügungsverlust des 1×16- und 1×32-Splittermoduls 13,10 dB bzw. 16,22 dB. Darüber hinaus beträgt die Standardabweichung des 1×16-Splitters 0,29 dB, während der 1×32-Splitter eine Standardabweichung von 0,34 dB ergibt. Gleichzeitig sinkt dieser Wert auf 0,23 dB für den 1×16-Splitter und 0,28 dB für den 1×32-Splitter bei der Wellenlänge 1550 nm.

1x16 Splitter-Einfügedämpfung

Die Leistungen anderer optischer Eigenschaften außer der Einfügungsdämpfung sind in Tabelle 1 aufgeführt. Diese Ergebnisse zeigen durchweg gute Leistungen, wie im Einfügungsdämpfungshistogramm dargestellt, bei Eigenschaften wie Gleichmäßigkeit, Rückflussdämpfung und PDL-Werten.

Messung optischer Eigenschaften

3.3. Temperaturabhängiger Verlust

Die bisherigen experimentellen Ergebnisse haben gezeigt, dass Komponenten, die mit einem optischen Pigtail-Kabel abgeschlossen sind, anfällig für Schwankungen der Einfügungsdämpfung bei Temperaturänderungen sind. Um die Auswirkungen der Ausdehnung/Zusammenziehung des Kabels auf die optische Faser im Inneren zu isolieren, ist das optische Kabel so konzipiert, dass es eine freie Bewegung der optischen Faser ermöglicht und so die äußere Belastung durch die Ausdehnung/Zusammenziehung des Kabels eliminiert. Abbildung 9 zeigt die Schwankung der Einfügungsdämpfung des optischen 1×32-Splittermoduls während des Temperaturwechsels von –40 °C bis +85 °C. Die Durchschnitts-, Minimal- und Maximalwerte der 32 Ausgangsanschlüsse sind im Diagramm in Abb. 9 dargestellt. Aus dem Diagramm geht hervor, dass die maximale Verlustabweichung zwischen den Anschlüssen mit maximalem und minimalem Einfügungsverlust 0,17 dB beträgt. Dieses Ergebnis zeigt eine offensichtlich außergewöhnliche Stabilität des entwickelten optischen Splittermoduls.

Temperaturabhängigkeit der Einfügungsdämpfung des 1x32-Splitters

3.4. Wellenlängenabhängiger Verlust

Der wellenlängenabhängige Verlust des optischen 1×32-Splittermoduls ist in Abb. 10 dargestellt. Die Leistungen der Einfügungsverluste über Wellenlängen von 1260 nm bis 1680 nm werden gemessen. Auch hier sind der durchschnittliche Verlust von 32 Ports sowie die minimalen und maximalen wellenlängenabhängigen Verluste in der Grafik dargestellt. Die durchschnittliche Abweichung beträgt 0,36 dB, während die maximale Abweichung aller 32 Ports 0,86 dB beträgt.

Wellenlängenabhängigkeit der Einfügungsdämpfung des 1x32-Splitters

Dies beweist, dass das Splittermodul sich über ein breites Wellenlängenspektrum hinweg als widerstandsfähig gegenüber Schwankungen der Einfügungsdämpfung erwiesen hat.

In diesem optischen Splittermodul sind verschiedenste optische Geräte untergebracht, wodurch es multifunktional einsetzbar ist. Ein Beispiel ist das in Abb. 11 gezeigte optische 2×32 WDM-Splittermodul und die Struktur seiner Kabelhalterung in Abb. 12. Vor einem 1×32-Splittermodul wurde ein WDM-Filter eingebaut, der es der Struktur ermöglicht, mehrere Wellenlängen zu haben.

2x32 WDM-Splitter-Konfiguration

Abbildung 13 zeigt den wellenlängenabhängigen Verlust des optischen 2×32 WDM-Splittermoduls. Mit dem WDM-Filter werden die Wellenlängen im Bereich von 1530 nm bis 1570 nm vom B-Port und die anderen Wellenlängenbereiche vom A-Port übertragen. Der wellenlängenabhängige Verlust von A-Port und B-Port wird gleichmäßig auf die 32 Fasern aufgeteilt, sodass in jedem Port eine hervorragende Verlustleistung erzielt wird.

2x32 WDM-Splitter Einfügungsdämpfung WavelLängenabhängigkeit

4. ZUVERLÄSSIGKEIT OPTISCHER SPLITTER-MODULE

Die Zuverlässigkeit des 1×32-Splittermoduls wird gemäß den in Telcordia GR-1209 und GR-1221 festgelegten Testverfahren bewertet. Die Testbedingungen und die bei 1550 nm gemessenen Ergebnisse des 1×32-Splittermoduls sind in Tabelle 2 aufgeführt. Die Durchschnitts-, Maximal- und Minimalwerte von 32 gemessenen Ausgangsanschlüssen sind in Tabelle 2 aufgeführt. Die Ergebnisse des Seitenzugtests und der Kabelhaltung Beim Test handelt es sich um maximale In-situ-Daten, die während der Belastung des Kabelkabels überwacht werden. Andererseits zeigen die aufgezeichneten Daten zu feuchter Hitze, Temperaturwechsel, mechanischem Schock, Vibration und Eintauchen in Wasser die Variation des Einfügungsverlusts vor und nach den Testbedingungen. Die Ergebnisse bestätigen die Zuverlässigkeit des 1×32-Splittermoduls.

1x32-Splitter-Zuverlässigkeitstest

Die Ergebnisse des Hochtemperatur- und Feuchtigkeitstests sind in Abb. 14 dargestellt. Die optischen Splitterproben wurden insgesamt 2000 Stunden lang bei 85 °C und 85 % relativer Luftfeuchtigkeit gelagert. Es wurden Einfügedämpfungsdaten bei 100 Stunden, 168 Stunden, 500 Stunden, 1000 Stunden und 2000 Stunden gemessen. Die durchschnittliche Einfügungsdämpfung der 32 Ports sowie die maximale und minimale Einfügungsdämpfung, gemessen bei 1550 nm, werden in der Grafik angezeigt. Aus der Grafik in Abb. 14 lässt sich schließen, dass es auch nach 2000 Stunden nur sehr geringe Verlustschwankungen gibt. Das optische Splittermodul zeigte eine gute Stabilität, wenn es hohen Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen ausgesetzt wurde.

Variation des Einfügedämpfungsverlusts während des Tests mit feuchter Hitze

Um außerdem die Flammschutzanforderungen für optische Komponenten und Zubehör zu erfüllen, haben wir rahmenhemmendes Kunststoffmaterial mit einer Dicke von 1,5 mm gemäß UL-94 V-0 verwendet. Aus dem gleichen Grund besteht der Mantel des Glasfaserkabels aus flammhemmendem PVC der Güteklasse V-0.

5. SCHLUSSFOLGERUNG

Es wurde erfolgreich ein kompakter und wirtschaftlicher optischer Splitter entwickelt, der sich durch überlegene optische Leistung und Zuverlässigkeit unter strengen Umgebungsbedingungen auszeichnet und für die Installation im Freien geeignet ist. Dieses Plug-and-Play-Design für die Installation des oben genannten optischen Splitters ermöglichte eine einfache und schnelle Installation und bot gleichzeitig zusätzliche Flexibilität für zukünftige Netzwerkneukonfigurationen, wodurch dieses optische Splittermodul die perfekte Lösung für den FTTH-Einsatz in der PON-Architektur ist.

6. Die Lösung für optische Splittermodule von FiberMart

Optische Splittermodule von Fiber-Mart bestehen hauptsächlich aus drei Paketen: 1U-19-Zoll-Rackmontagegehäuse, LGX-Kassetten-Metallbox und Kunststoff-ABS-Pigtail-Modul.