Redes Ópticas Pasivas (PON): Arquitectura, Funcionamiento y Tecnologías FTTx

Estructura Genérica de una Red Óptica Pasiva (PON)

Una red PON está compuesta por un equipo transmisor llamado OLT (Optical Line Terminal) ubicado en el lado del operador y un receptor llamado ONT (Optical Network Terminal) en el lado del usuario. La conexión entre ambos se realiza a través de un derivador óptico (splitter) que divide la potencia de la señal en una relación 1:N hacia los ONT.

Funcionamiento del Canal Descendente en una EPON

En el canal descendente (downstream), el tráfico se transmite mediante broadcast. Cada ONT es capaz de procesar únicamente el tráfico que le corresponde. Por ejemplo, si se envían los paquetes 1, 2 y 3 hacia todos los ONT, cada ONT procesará solo el paquete destinado a él: un ONT procesará el paquete 1, otro el 2 y el último el paquete 3.

Funcionamiento del Canal Ascendente en una EPON

El canal ascendente (upstream) opera mediante el protocolo TDMA (Time Division Multiple Access), lo que garantiza que no haya colisiones en la transmisión desde los ONT hacia el OLT.

Comparación de las Tecnologías PON

Se realiza en otros apartados.

Arquitectura y Funcionamiento de los Tipos de FTTx

• FTTN (Fiber to the Node) / FTTC (Fiber to the Curb): En esta arquitectura, la fibra óptica llega hasta un nodo, generalmente a más de 300 metros de los usuarios. Desde el nodo, se utiliza equipamiento ADSL (DSLAM) para llegar a los usuarios finales. También se denomina Fiber to the Curb (FTTC).
• FTTB (Fiber to the Building): La fibra óptica llega hasta la instalación de un edificio (por ejemplo, un condominio). Luego, se cablea el edificio con par de cobre (categoría 5e o superior).
• FTTH (Fiber to the Home): En este caso, existe una conexión directa de fibra óptica desde el OLT hasta el hogar del usuario, utilizando equipamiento y conectores de fibra óptica.

Longitudes de Onda Usadas en PON y su Atenuación

En las redes PON, se utilizan longitudes de onda en la segunda y tercera ventana de transmisión, tanto en el canal ascendente como en el descendente. La atenuación (α) en dB/km es función de la longitud de onda (λ) en nm.

Valores típicos de atenuación:

• Segunda ventana (λ ≈ 1310 nm): α ≈ 0.75 a 0.5 dB/km
• Tercera ventana (λ ≈ 1550 nm): α ≈ 0.2 a 0.25 dB/km

Características del Estándar ITU-T G.984.1

La recomendación ITU-T G.984.1 describe una red flexible de acceso de fibra óptica capaz de soportar los requisitos de ancho de banda de servicios empresariales y residenciales. Abarca sistemas con velocidades de bajada (DOWN) de 2.4 Gbit/s y 1.2 Gbit/s, y de subida (UP) de 2.4 Gbit/s, tanto simétricas como asimétricas (DOWN/UP).

Presupuesto Óptico en un Enlace PON

El presupuesto óptico se refiere a la máxima pérdida de potencia admisible en un enlace PON. Las pérdidas no deben superar los 28 dB. Por ejemplo, la potencia óptica esperada en la roseta óptica del domicilio podría ser de -3.4 dBm para la longitud de onda de 1550 nm y de -23.9 dBm para 1490 nm.

Derivador Óptico (Splitter) y Cálculo de su Atenuación

Los splitters ópticos se implementan en cascada, utilizando splitters físicos con una relación 1:2. La señal de entrada se distribuye en dos caminos, lo que resulta en una pérdida de potencia de aproximadamente 3.5 dB por etapa. Cada camino puede dividirse nuevamente, aumentando la distribución pero también la pérdida de potencia.

Por ejemplo, un splitter de razón 1:32 tendrá 5 etapas de división, resultando en una pérdida de potencia de aproximadamente 5 x 3.5 dB = 17.5 dB. La pérdida real en un splitter 1:32 es ligeramente superior a la de 5 splitters 1:2 debido a las pérdidas adicionales introducidas por los conectores externos.

Características del Video RF en PON

Inicialmente, BPON introdujo una longitud de onda adicional para video RF. GPON asigna longitudes de onda para diferentes servicios (Internet, VoIP, IPTV, etc.) en el canal descendente (1490 nm) y ascendente (1310 nm). Gracias a WDM (Wavelength Division Multiplexing), se asigna una tercera longitud de onda (1550 nm) para la transmisión de video RF (broadcast analógico, digital, HDTV y video bajo demanda).

De este modo, el video/TV puede ofrecerse simultáneamente mediante dos métodos: RF (radiofrecuencia) e IPTV. Con RF, los operadores de cable pueden migrar gradualmente hacia IPTV. En este caso, los ONT disponen de una salida de video RF coaxial que se conecta a un STB (Set-Top Box) tradicional. Con IPTV, la señal de video se transforma en una cadena de datos IP y se transmite por el mismo enlace IP que los datos de Internet de banda ancha. El STB, conectado al ONT mediante Gigabit Ethernet, convierte la cadena de datos en una señal de video. IPTV y GPON, con capacidades de QoS y multicast IP avanzadas, permiten a los operadores ofrecer múltiples canales de alta calidad, incluyendo HDTV, y servicios interactivos personalizados, algo que no es posible con video RF.

Función de OLT, ONT y ONU

• OLT (Optical Line Terminal): Elemento activo ubicado en la central telefónica. De él parten las fibras ópticas hacia los usuarios. Cada OLT puede dar servicio a varios miles de usuarios.
• ONT (Optical Network Terminal): Elemento ubicado en el domicilio del usuario que finaliza la fibra óptica y ofrece las interfaces de usuario. Es un dispositivo de suscriptor único que termina uno de los extremos de la ODN (Optical Distribution Network), implementa el protocolo PON y adapta las interfaces de servicio al suscriptor. Una ONT es un caso especial de ONU.
• ONU (Optical Network Unit): Término genérico que denota un dispositivo que termina uno de los extremos de la ODN, implementa el protocolo PON y adapta las interfaces de servicio al suscriptor. En algunos contextos, una ONU puede ser un dispositivo para múltiples suscriptores.

Función de una P-OLT

La P-OLT (Passive Optical Line Terminal) recoge las tramas de voz y datos agregadas que se dirigen hacia la red PON, procedentes de las redes RTB (Red Telefónica Básica) e Internet, y las transforma en señales que se inyectan en las diferentes ramas de los usuarios por difusión a través del protocolo TDM (Time Division Multiplexing). Utiliza una longitud de onda dedicada de 1490 nm.

También absorbe las tramas de voz y datos procedentes de los ONT de los usuarios, concentrándolas en una sola vía de escape en función de la naturaleza de los datos. El tráfico de voz se redirige hacia la RTB y el tráfico de datos hacia la red Internet. Para ello, utiliza una longitud de onda dedicada de 1310 nm.

Soluciones Comerciales GPON y Servicios Asociados

ISAM 7342 - Alcatel-Lucent

• 1 o 2 controladoras por shelf (estante) con 4 puertos GigE y 1 puerto 10GigE
• Capacidad para conmutar 48 Gbps
• Hasta 14 tarjetas con 4 enlaces GPON cada una
• Hasta 64 suscriptores por enlace GPON
• Hasta 3584 suscriptores por shelf

Características de FTTH

FTTH es la tecnología punto a multipunto más avanzada. Ofrece altas velocidades de transferencia (DOWN: 2.488 Gbps a 1490 nm / UP: 1.244 Gbps a 1310 nm, pudiendo funcionar hasta 100 Mbps por abonado). Soporta hasta 128 usuarios en teoría por fibra óptica (FO), aunque los equipos suelen soportar hasta 64 y en la práctica se utilizan alrededor de 32 usuarios por FO. Además, soporta grandes distancias (bucle óptico de hasta 20 km, 15 km en la práctica). Ofrece mayor seguridad y menor degradación de la señal.

Algunos servicios que ofrece FTTH:

• IPTV: Televisión sobre IP
• VoD: Video on Demand
• VoIP: Voz sobre IP
• HSI: Internet de alta velocidad
• VDSL
• Video RF
• ALL-IP

Alternativas de Implementación de FTTH

Dos Niveles de Splitters

En esta alternativa, la arquitectura se compone de un tramo inicial de fibra óptica denominado feeder (equivalente al cable primario en una red de cobre), seguido de una etapa de splitter con una relación 1:4. A continuación, hay un nuevo tramo de fibra (equivalente al cable secundario) que termina en una segunda etapa de splitters en la manzana donde se encuentran los clientes (splitter con relación 1:8, análogo a una caja de dispersión en la red de cobre). Desde este último splitter, sale un cable de acometida de fibra óptica hasta cada cliente. Con estas dos etapas de splitting en cascada, se obtiene una relación de 1:32 servicios por cable de fibra.

Una Etapa de Splitters

En esta alternativa, la arquitectura se compone de un tramo inicial de fibra óptica desde la central hasta las manzanas donde se encuentran los clientes. Luego, hay una única etapa de splitter con una relación 1:8 (análogo a una caja de dispersión en la red de cobre). Desde este splitter, sale un cable de acometida de fibra óptica hasta cada cliente.