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Glasfaserzugangsnetze werden häufig im Hinblick auf OLT-Kapazität, Aufteilungsverhältnisse, ONU-Leistung und verfügbare Bandbreite diskutiert. Wenn ein Betreiber jedoch über dieselbe Glasfaserinfrastruktur auch Kabelfernsehen oder Videoübertragungen anbieten muss, wird der optische Empfänger zu einem ebenso wichtigen Bestandteil des Systems.
Der Empfänger bestimmt, wie das eingehende optische Videosignal in ein nutzbares HF-Ausgangssignal umgewandelt wird. Sein optischer Eingangsbereich, seine HF-Bandbreite, seine automatische Verstärkungsregelung, seine Linearität und sein Stromverbrauch können die Bildqualität, die Netzwerkstabilität und den erforderlichen Aufwand für die Feldjustierung direkt beeinflussen.
Die Auswahl eines optischen Empfängers sollte daher mit der Netzwerkarchitektur und den Betriebsbedingungen beginnen – und nicht mit einer einzelnen, aussagekräftigen Spezifikation.
Dieser Leitfaden erläutert die wichtigsten Faktoren, die bei der Auswahl eines optischen Empfängers für FTTH-, FTTB-, GPON-, XGS-PON- und CATV-Verteilungsnetze zu berücksichtigen sind.
Bei einem CATV-over-Fiber-System werden Fernseh- oder Breitband-HF-Signale am Kopfende in optische Signale umgewandelt und über das Glasfasernetz transportiert.
Auf der Teilnehmerseite, am Gebäudeverteilerpunkt oder optischen Knotenpunkt, wandelt der optische Empfänger das eingehende optische Signal wieder in ein 75-Ohm-HF-Signal um. Das HF-Signal kann dann an ein Fernsehverteilungsnetz, eine Set-Top-Box, ein Kabelmodem oder andere HF-Geräte angeschlossen werden.
Bei vielen FTTH-Installationen wird das CATV-Videosignal als optisches Overlay parallel zum PON-Datendienst übertragen. Ein Wellenlängenmultiplexer trennt das optische Videosignal von den Datenwellenlängen, bevor das Videosignal die Fotodiode und die HF-Verstärkungsstufen erreicht.
Es ist wichtig, einen optischen CATV-Empfänger von einem ONU (optischen Transceiver) zu unterscheiden. Ein ONU beendet die PON-Datenverbindung und stellt Dienste wie Ethernet, Telefonie oder WLAN bereit. Ein optischer CATV-Empfänger ist für die Rückgewinnung des analogen HF-Spektrums zuständig, das für Fernsehen oder andere Breitband-HF-Dienste genutzt wird.
Die beiden Funktionen können zwar in dasselbe Kundengerät integriert werden, es handelt sich jedoch weiterhin um separate Signalwege mit unterschiedlichen Leistungsanforderungen.
Bevor Sie die Spezifikationen des Empfängers vergleichen, legen Sie fest, wo und wie das Gerät eingesetzt werden soll.
In einem FTTH-Wohngebietsnetz ist der Empfänger üblicherweise in einem ONU, Gateway oder einem kompakten Außengehäuse installiert. Typische Prioritäten sind:
Da der Empfänger in einem kompakten Kunststoffgehäuse installiert werden kann, sind Wärmeableitung und Stromverbrauch ebenso wichtig wie der HF-Ausgangspegel.
Ein FTTB-Receiver kann mehrere Wohnungen versorgen oder ein internes Koaxialverteilungsnetz speisen. Im Vergleich zu einem Receiver für ein einzelnes Haus benötigt das System möglicherweise Folgendes:
Bei der Bewertung des Ausgangspegels und der Verzerrung sollten die Anzahl der nachgeschalteten HF-Kanäle und die gesamte zusammengesetzte Belastung berücksichtigt werden.
In einem HFC- oder herkömmlichen CATV-Netzwerk kann der Empfänger innerhalb eines optischen Knotens, Verstärkers oder einer Verteilerplattform eingesetzt werden. Diese Anwendungen legen im Allgemeinen mehr Wert auf Folgendes:
Ein für ein kompaktes FTTH-ONU vorgesehener Empfänger liefert möglicherweise nicht die für einen optischen HFC-Knoten erforderliche Ausgangsleistung. Ebenso kann ein für Netzwerkinfrastrukturen konzipierter optischer Hochleistungsempfänger mehr Strom verbrauchen, als für Haushaltsgeräte praktikabel ist.
Der optische Eingangsleistungsbereich ist einer der ersten Parameter, die überprüft werden müssen. Die empfangene optische Leistung hängt von mehreren Faktoren ab:
Ein Empfänger sollte im gesamten erwarteten optischen Leistungsbereich korrekt funktionieren, nicht nur am nominalen Auslegungspunkt. Die optische Verbindungsbudgetierung sollte sowohl die minimale als auch die maximale Leistung berücksichtigen, die den Empfänger erreichen kann. Zu hohe optische Eingangsleistung kann die Fotodiode oder die HF-Stufen überlasten, während zu niedrige optische Eingangsleistung das Träger-Rausch-Verhältnis beeinträchtigen kann.
Eine sinnvolle Empfängerspezifikation sollte daher Folgendes definieren:
Die niedrigste detektierbare optische Leistung ist nicht unbedingt die niedrigste Leistung, bei der eine akzeptable CATV-Performance aufrechterhalten werden kann. Ingenieure sollten das erforderliche CNR bzw. MER bei der tatsächlichen minimalen Betriebsleistung bewerten.
Die automatische Verstärkungsregelung ist besonders nützlich bei FTTH- und FTTB-Installationen, bei denen die empfangene optische Leistung von Standort zu Standort variieren kann.
Ohne automatische Verstärkungsregelung (AGC) führt eine Änderung der optischen Eingangsleistung üblicherweise zu einer entsprechenden Änderung des HF-Ausgangspegels. Dies kann zu inkonsistenten Installationsergebnissen führen und den Bedarf an externen Dämpfungsgliedern oder manueller Justierung erhöhen.
Ein optischer Empfänger mit automatischer Verstärkungsregelung (AGC) passt seine interne Verstärkung oder Dämpfung an, um eine relativ stabile HF-Ausgangsleistung innerhalb eines festgelegten optischen Leistungsbereichs aufrechtzuerhalten. Die alleinige Verwendung eines AGC reicht jedoch nicht aus. Ingenieure sollten Folgendes vergleichen:
Ein größerer AGC-Bereich kann die Feldkorrektur reduzieren, die Leistung sollte jedoch weiterhin sowohl bei niedrigen als auch bei hohen optischen Eingangspegeln überprüft werden. Im unteren Bereich des optischen Bereichs ist das Rauschen von zentraler Bedeutung. Im oberen Bereich können die Linearität von Fotodiode und Verstärker wichtiger werden.
Die benötigte HF-Bandbreite hängt vom Netzwerkstandard und den übertragenen Diensten ab. Gängige Bandbreiten optischer Empfänger sind:
Eine größere Bandbreite ist nicht automatisch besser. Sie kann die Kosten, den Stromverbrauch oder die Designkomplexität erhöhen, ohne einen praktischen Nutzen zu bieten, wenn das Netzwerk nur unter 1 GHz arbeitet. Die Empfängerbandbreite sollte wie folgt gewählt werden:
Bei der Entwicklung neuer Geräte kann ein zusätzlicher Frequenzspielraum von Vorteil sein. Allerdings muss jede Komponente im Signalweg – einschließlich Fotodiode, Verstärker, Transformator, Filter, Leiterplatte und Stecker – den vorgesehenen Frequenzbereich unterstützen.
Der HF-Ausgangspegel sollte nicht isoliert betrachtet werden. Ein höherer Ausgangspegel kann zwar von Vorteil sein, wenn der Empfänger Splitter, lange Koaxialkabel oder mehrere Teilnehmeranschlüsse ansteuern muss. Um jedoch einen hohen Gesamtausgangspegel bei gleichzeitig geringer Verzerrung zu erzielen, ist eine ausreichende Linearität erforderlich.
Die erforderliche Empfängerausgangsleistung sollte aus dem nachgelagerten HF-Budget berechnet werden:
Für eine kompakte FTTH-ONU kann eine Sendeleistung in etwa dem Bedarf eines einzelnen Haushalts entsprechen. Für FTTB oder die Gebäudeverteilung kann eine höhere Sendeleistung erforderlich sein.
Durch das Hinzufügen eines externen HF-Verstärkers nach einem optischen Empfänger lässt sich zwar der Ausgangspegel erhöhen, jedoch beeinflussen dies auch Rauschen, Verzerrungen, Stromverbrauch und Systemkomplexität. Im Allgemeinen ist es daher ratsam, die gesamte HF-Kette bereits in der Entwurfsphase zu bewerten.
Die Leistungsfähigkeit optischer Empfänger wird üblicherweise anhand mehrerer HF-Qualitätsparameter beschrieben.
Das Träger-Rausch-Verhältnis gibt an, wie deutlich der HF-Träger über dem Rauschpegel wiedergegeben werden kann.
Die Aufrechterhaltung des CNR wird im Allgemeinen schwieriger, wenn die empfangene optische Leistung abnimmt. Daher sollte die CNR-Testbedingung stets überprüft werden. Ein CNR-Wert ohne Angabe der zugehörigen optischen Eingangsleistung, Kanalauslastung und Messbandbreite ist schwer vergleichbar.
CSO und CTB beschreiben Intermodulationsverzerrungen, die entstehen, wenn viele HF-Kanäle gleichzeitig übertragen werden.
Diese Parameter sind besonders wichtig in Netzwerken mit einer großen Anzahl analoger oder QAM-Kanäle. Die Linearität des Empfängers sollte bei der vorgesehenen optischen Eingangsleistung und dem vorgesehenen HF-Ausgangspegel bewertet werden.
Bei digitalen QAM-Diensten ist das Modulationsfehlerverhältnis oft ein direkteres Maß für die Signalqualität auf Systemebene.
Die MER wird von mehr als nur dem optischen Empfänger beeinflusst. Sender, Glasfaserverbindung, optisches Rauschen, Empfängerlinearität, HF-Verstärker, Impedanzanpassung und Testgeräte tragen alle zum Endergebnis bei.
Ein Empfänger mit gutem CNR und geringer Verzerrungsleistung bildet eine solide Grundlage, aber die gesamte optische und HF-Verbindung sollte dennoch mit dem vorgesehenen Kanalplan getestet werden.
Amplitudenflachheit beschreibt, wie stark sich der HF-Ausgangspegel über das Betriebsfrequenzband ändert. Eine unzureichende Linearität kann frequenzabhängige Signalpegel erzeugen und somit eine gleichbleibende Leistung über alle Fernseh- und Datenkanäle hinweg erschweren.
Rückflussdämpfung Zeigt an, wie gut der Empfänger an das 75-Ohm-HF-System angepasst ist. Eine schlechte Impedanzanpassung kann Reflexionen, Welligkeit und Wechselwirkungen mit nachgeschalteten Kabeln oder Filtern verursachen.
Beim Vergleich von Modulen ist darauf zu achten, ob die Linearität und die Rückflussdämpfung über das gesamte Betriebsfrequenzband und nicht nur bei einer einzigen Frequenz angegeben sind.
Das endgültige Gerätedesign kann diese Parameter ebenfalls beeinflussen. Leiterplattenlayout, Erdung, Steckerplatzierung, Ausgangsanpassung und Gehäusekonstruktion sollten daher in die Prototypenprüfung einbezogen werden.
Der Stromverbrauch ist besonders wichtig für integrierte ONU- und FTTH-Geräte für Privathaushalte. Ein Modul mit geringerem Stromverbrauch kann hier Abhilfe schaffen:
Die Leistung sollte jedoch nicht auf Kosten der HF-Performance reduziert werden. Ruhestrom, Verstärkung und Linearität stehen in vielen Empfängerdesigns in engem Zusammenhang.
Thermische Tests sollten im endgültigen Gehäuse durchgeführt werden, nicht nur auf einer offenen Testplatine. Der Empfänger kann sich in der Nähe von Prozessoren, optischen Transceivern, Stromrichtern oder WLAN-Komponenten befinden, die die Innentemperatur erhöhen.
Einfache optische Empfänger bieten unter Umständen nur optische Eingänge und HF-Ausgänge. Integriertere Ausführungen können digitale Überwachungs- und Steuerungsfunktionen umfassen. Zu den nützlichen Funktionen gehören beispielsweise:
Diese Funktionen sind nützlich für verwaltete ONUs, Betreiber-Gateways und fernüberwachte Netzwerkgeräte. Beispielsweise kann die optische Leistungsüberwachung helfen, ein Problem mit der Glasfaserverbindung von einem Problem mit der HF-Verteilung zu unterscheiden. Die HF-Ausgangssteuerung ermöglicht es einem Betreiber, den Kabelfernsehdienst zu deaktivieren, ohne die Breitband-Datenverbindung zu unterbrechen.
Der Nutzen dieser Funktionen hängt davon ab, ob das Hostsystem die Informationen lesen, speichern und verarbeiten kann. Eine I²C-Schnittstelle bietet nur begrenzten Nutzen, wenn die Geräte-Firmware keine Überwachung oder Steuerung unterstützt.
Ein FTTH-CATV-Empfänger kann eine integrierte WDM- und Fotodiodeneinheit oder separate optische Komponenten verwenden. Ein integriertes Design bietet folgende Vorteile:
Eine Bauweise mit separaten Komponenten kann mehr Flexibilität hinsichtlich Steckverbindertyp, optischer Verkabelung oder Austauschstrategie bieten. Die Wahl hängt von Produktionsvolumen, Gehäusedesign, Montageprozess und Anforderungen an die optische Schnittstelle ab.
Die Auswahl des Steckverbinders sollte ebenfalls frühzeitig bestätigt werden. SC/APC- und FC/APC-Schnittstellen werden häufig dort eingesetzt, wo geringe optische Reflexion wichtig ist, während für bestimmte Geräteplattformen andere Steckverbinderoptionen erforderlich sein können.
| Einsatz | Hauptprioritäten | Nützliche Empfängerfunktionen |
| FTTH für Einfamilienhäuser | Geringer Stromverbrauch, kompakte Größe, stabile Ausgangsleistung | AGC, integriertes WDM/PD, 5-V-Betrieb, HF-Ein/Aus |
| GPON oder XGS-PON ONU | Einfache Systemintegration und Diagnose | I²C, optische Leistungsüberwachung, Temperaturüberwachung |
| FTTB oder MDU | Höhere Leistung und gute Linearität | Große Bandbreite, starkes CNR, niedriges CSO/CTB |
| CATV-optischer Knoten | Hohe Gesamtausgangsleistung und HF-Stabilität | Hohe Linearität, gute Flachheit, starke Rückflussdämpfung |
| Managed Operator CPE | Fernsteuerung | HF-Aktivierung/Deaktivierung, AGC-Offset, Statusüberwachung |
| Kostengünstiger Basisempfänger | Einfache HF-Umwandlung | Architektur mit fester Verstärkung oder einfacher AGC-Architektur |
Hinweis: Diese Tabelle sollte als Ausgangspunkt und nicht als Ersatz für eine vollständige optische und HF-Linkbudgetierung verwendet werden.
Auswahl nur nach maximaler Bandbreite
Ein Empfänger mit dem größten Frequenzbereich bietet möglicherweise nicht den besten Stromverbrauch, die besten Kosten oder die beste Leistung für ein Netzwerk, das unterhalb von 1 GHz arbeitet.
Vergleich der HF-Ausgangsleistung ohne Überprüfung der Testbedingungen
Der Ausgangspegel sollte zusammen mit der optischen Eingangsleistung, der Kanalauslastung, den Verzerrungen und dem AGC-Status überprüft werden.
Die maximale optische Eingangsleistung wird ignoriert.
Entwickler konzentrieren sich oft auf die Empfindlichkeit, vernachlässigen aber Überlastungsbedingungen. Ein kurzer Faserweg oder ein niedriges Splitterverhältnis können einen höheren optischen Pegel als erwartet erzeugen.
AGC als Universallösung behandeln
Die automatische Verstärkungsregelung (AGC) stabilisiert die Ausgangsleistung nur innerhalb ihres spezifizierten Betriebsbereichs. Sie kann eine stark unterdimensionierte optische Verbindung oder eine überlastete Fotodiode nicht kompensieren.
Die letzte Anlage ignorieren
Die auf einer Testplatine gemessene Empfängerleistung kann sich nach dem Einbau in ein kompaktes Gehäuse mit eingeschränkter Luftzirkulation und nahen Wärmequellen verändern.
Verwendung typischer Werte als garantierte Grenzwerte
Die typische Leistung ist für die Bewertung nützlich, die Produktionsplanung sollte jedoch, sofern verfügbar, auf garantierten Mindest- und Höchstgrenzen basieren.
Bevor ein optischer Empfänger für den Einsatz freigegeben wird, überprüfen Sie Folgendes:
Für die Tests sollten ein repräsentativer Sender, Kanalplan, optische Dämpfung und nachgelagerte HF-Last verwendet werden. Ein Labortest mit einem einzelnen Ton reicht nicht aus, um ein voll ausgelastetes Kabelfernsehsystem abzubilden.
Worin besteht der Unterschied zwischen einem optischen FTTH-Empfänger und einem ONU?
Ein ONU beendet den PON-Datendienst, während ein optischer CATV-Empfänger ein optisches Videosignal in ein HF-Ausgangssignal umwandelt. Beide Funktionen können in ein und demselben Gerät integriert werden.
Warum ist die automatische Verstärkungsregelung (AGC) bei einem FTTH-Kabelfernsehreceiver wichtig?
Die automatische Verstärkungsregelung (AGC) trägt dazu bei, eine stabile HF-Ausgangsleistung aufrechtzuerhalten, wenn die optische Eingangsleistung an den verschiedenen Standorten der Teilnehmer variiert. Dies reduziert den manuellen Einstellaufwand und verbessert die Installationskonsistenz.
Kann derselbe optische Empfänger für GPON und XGS-PON verwendet werden?
Der CATV-Empfängerpfad kann sowohl mit GPON als auch mit XGS-PON verwendet werden, sofern die optische Architektur, die WDM-Anordnung und die Host-Geräte für das jeweilige System ausgelegt sind. Die Kompatibilität sollte auf Ebene der gesamten Ausrüstung überprüft werden.
Bedeutet eine geringere optische Empfindlichkeit immer eine bessere Leistung?
Nein. Die Empfindlichkeit muss zusammen mit dem Kontrast-Rausch-Verhältnis (CNR), dem HF-Ausgangspegel, Verzerrungen und dem AGC-Bereich des Empfängers betrachtet werden. Ein Empfänger kann ein schwaches optisches Signal empfangen, ohne die vom Netzwerk geforderte HF-Qualität zu liefern.
Sollte ein FTTH-Empfänger 1,2 GHz unterstützen?
Das hängt vom Frequenzplan des Netzes und dem Ausbauplan ab. Ein 1,2-GHz-Empfänger kann zusätzliche Spektrumreserven bieten, aber Sender, HF-Verstärker, Filter, Leiterplatte und Teilnehmergeräte müssen das breitere Frequenzband ebenfalls unterstützen.
Die Auswahl eines optischen Empfängers ist eine Systementscheidung. Optische Eingangsleistung, AGC-Bereich, HF-Bandbreite, Ausgangspegel, Rauschen, Verzerrung, Stromverbrauch und Steuerfunktionen sollten alle im Hinblick auf die tatsächliche Einsatzumgebung bewertet werden.
Bei kompakten FTTH-ONUs stehen geringer Stromverbrauch und stabiler AGC-Betrieb im Vordergrund. Bei FTTB- oder CATV-Verteilungen spielen Ausgangsleistung und Linearität eine größere Rolle. Betreibergeräte benötigen unter Umständen auch optische Überwachung, Temperaturüberwachung und Fernsteuerung per Funk.
Die aktuelle Produktstruktur von SANLAND umfasst CATV-Optikempfängermodule für GPON- und XGS-PON-Gerätekompakte AGC-Empfängermodule, konventionelle optische CATV-Empfängermodule, ONU Produkte und zugehörige FTTx-Komponenten. Diese Kategorien können als Referenzpunkte beim Vergleich von Architekturen und bei der Definition der für ein bestimmtes Netzwerk erforderlichen Empfängerspezifikationen verwendet werden.
IPv6-Netzwerk unterstützt
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