PRAXIS OPTISCHER NETZE

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Verteilnetze und passive optische Split-ter vereinen mehrere Vorteile: Zum einen ist der technische Aufwand inder Verteilstation überschaubar. Zumanderen muss nicht von Beginn anteure Infrastruktur installiert werden inRegionen, in denen ohnehin eineniedrige Anschaltquote zu erwartenist. Eine Zuführungsfaser (Feeder) er-schließt die zu versorgende Region.Die Entfernung von der Hauptvermitt-lungsstelle sollte im ersten Entwurf der Standardisierung nicht größer als10 km sein. Die Wirtschaftlichkeit derNetze fordert im städtischen Bereicheine Reduzierung der Hauptvermitt-lungsstellen.Die bisherige Infrastruktur entstand vorvielen Jahren unter den damals mögli-chen technischen Randbedingungen.Unter heutigen wirtschaftlichen Ge-sichtspunkten gilt es, die Anzahl derVermittlungsstationen in einer Regiondeutlich zu verringern. Deren Erschlie-ßung und die laufenden Betriebskos-ten sind sehr kostenintensiv und diemoderne Systemtechnik muss einedeutliche Ausdünnung der Hauptver-mittlungstellen ermöglichen.Um diesen Anforderungen gerecht zuwerden, erweiterte die Standardisie-rung die maximale Länge der Zu-führungsfaser auf 40 km. Der passiveSplitter ist sinnvollerweise nahe der zu erschließenden Region und verteiltdie Signale auf 32, 64 oder 128 Teil-nehmer. Es können auch zwei kaska-dierte Splitter zum Einsatz kommen,wobei die Gesamtanzahl der An-schlüsse nicht höher sein darf. Das Datensignal zu den Teilnehmern (Downstream) ist in einer TDMA-Struktur (TDMA – Time Devision Multi-plex Access) aufgeteilt und beträgt beiGPON (Gigabit Passive Optical Net-work) 2,5 Gbit/s. Übertragen wird diesbei einer Wellenlänge λ = 1.490 nm.Jedem Teilnehmer werden dabei einoder mehrere Zeitschlitze zugeordnet.Der Datenverkehr vom Teilnehmer zur

Verteilstation (Upstream) ist äquivalentorganisiert und wird auf der Wellen-länge λ = 1.310 nm transportiert. Zu-sätzlich können Videosignale über ei-ne Wellenlänge λ = 1.550 nm zu denTeilnehmern verteilt werden. Die GPON-Architektur ermöglicht ei-nen stufenweisen Ausbau: Wird an-stelle des passiven Splitters ein DSLAM(DSL Access Multiplexer) platziert,können vorerst die vorhandenen Kup-ferleitungen zur schrittweisen Erschlie-ßung der Region dienen. Somit ist dieFiber to the Curb (FTTC, Glasfaser biszum Straßenverteiler) eine Vorstufe zuFiber to the Home (FTTH, Glasfaser biszum Teilnehmer).

Klassische Abnahmemessun-gen und Inbetriebnahme

Die Abnahmemessung des Verteil-netzes wird in der Regel wie auch beiallen anderen Glasfaserkabel mit ei-nem OTDR (Optical Time Domain Re-flectometer) durchgeführt. Sinnvoller-weise können entweder die Verteilfa-ser oder die Zuführungsfaser separatgemessen werden. Mit einem spezielldafür geeigneten OTDR kann die Mes-sung auch vom Teilnehmer aus überden Splitter hinweg erfolgen. Dazumuss das OTDR zum einen über einehohe Dynamik, aber auch gleichzei-tig eine hohe örtliche Auflösung ver-fügen, um die hier oftmals nah beiei-nanderliegenden Ereignisse detektie-ren zu können. Durch den Splitter isteine entsprechend hohe Dynamik nö-tig, so hat ein 1:32-Splitter hat eineminimale Einfügedämpfung von 15 dB.Moderne OTDRs ermitteln die Ergeb-nisse aus mehreren Messungen mitunterschiedlicher Pulsbreite, um je-weils den entsprechenden Strecken-abschnitt optimal analysieren zu kön-nen. Auf eine OTDR-Messung von derZentrale aus muss verzichtet werden,da nach dem Splitter eine Überlage-rung der Rückstreuwerte aller Verteil-

FTTH-Netze messenMit dem GPON-Protokoll Effizienz erhöhen

Peter Winterling ist Senior Technology and

Application Specialist bei der Viavi Solutions

Deutschland GmbH in Eningen

Peter Winterling

Fiber-to-the-Home-Verteilsysteme

(FTTH) werden zwischenzeitlich von

vielen Netzbetreibern in Deutschland

aufgebaut. Noch weit entfernt von

einer flächendeckenden Versorgung

sind doch manche Regionen in

Deutschland bereits gut versorgt. Es

kommt mehrheitlich die GPON-

Technik nach der Standardisierung bei

ITU-T G.984 zum Einsatz. Während

bisher bei kleineren Installationen der

Aufwand für die Abnahme und

Inbetriebnahme nicht im Vordergrund

stand, sind jetzt bei größeren und

umfangreicheren Projekten

Testmethoden gefragt, die effizient

einen reibungslosen und schnellen

Aufbau ermöglichen.

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fasern erfolgt. Eine Zweiseitenmes-sung mit dem OTDR, wie sonst üblich,kann bei Verteilnetzen über den Split-ter hinweg nicht angewandt werden. Nach Abnahme der Faserinfrastrukturwird nun die aktive Technik in der Ver-mittlungsstelle (OLT – Optical Line Ter-minal) und beim Teilnehmer (ONU/ONT – Optical Network Unit/OpticalNetwork Termination) installiert. Beider Erstinbetriebnahme werden an der Teilnehmerseite die optischen Pe-gel ermittelt: Für den Downstreamsind dies die Pegel der Wellenlängen1.490 nm und 1.550 nm, für den Up-stream 1.310 nm. Optische Pegelmesser für PON-Verteil-systeme müssen zwei besondere Merk-male aufweisen: Sie müssen im Durch-gangsmodus einsetzbar sein, um diePegel der OLT und ONT messen zu kön-nen, der OLT beim Teilnehmer sendetnur dann, wenn er ein entsprechendesAktivierungssignal von der OLT erhält.Weiterhin muss der Pegelmesser dieentsprechenden Wellenlängen in Up-und Downstream-Richtung selektivund vor allem deren Spitzenwertleis-

tungen messen können. Klassische Pe-gelmesser ermitteln den Mittelwert.Da GPON-Systeme im TDMA-Verfah-ren realisiert werden, muss der Pegel-messer hierbei auf Spitzenwertmes-sung konditioniert werden. Die übli-

che Mittelwertmessung würde eineFehlinformation liefern. Die gleichentechnischen Eigenschaften gelten füreinen Pegelmesser bei der Inbetrieb-nahme eines neuen Teilnehmers an ei-nem bereits aktiven System.

Bild 1: GPON Protokoll

nach ITU-T G 984.3 und

PON-ID nach ITU-T G

987.3

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Schnelle Inbetriebnahme mitGPON-Protokoll

In der Vermittlungsstation organisiertdie OLT alle Teilnehmer eines GPON-Verteilsystems über einen Datenkanal.In dem Standard ITU-T G.894.3 ist das GPON-Protokoll zwischen OLT undONT beschrieben und definiert (Bild1). Bei der Erstinbetriebnahme derONT/ONU wird dessen Identität undKonformität zum GPON-Standard ge-prüft und in einem Initialisierungspro-zess eine von der Vermittlungsstellevergebene ID zugeteilt. In einem Da-tenkanal (PLOAM – Physical LayerOperations, Administration and Main-tenance, Teilbereich im GPON-Proto-koll für interne Signalisierung) werdenkennzeichnende Eckdaten des GPON-Systems wie zum Beispiel dessen Klas-sifizierung und eine PON-ID übertra-gen. Darüber hinaus werden Signali-sierungsmeldungen für die Anmel-dung eines Teilnehmers an das PON-System ausgetauscht, die letztlich denStatus des Systems bzw. des Teilneh-merendgerätes beschreiben. Unter Ausnutzung der Informationen,die innerhalb des GPON-Protokollsausgetauscht werden, lässt sich eineumfassende Inbetriebnahme durch-führen, die weit über die rein opti-schen Pegelmessungen hinausgeht.Anhand zweier Fallbeispiele soll die Ef-fektivität dieser Messmöglichkeit auf-gezeigt werden.

Erstinstallation einer InfrastrukturBei der Erstinstallation wird die Infra-struktur einschließlich des Splitters wieeingangs beschrieben mit dem OTDRgemessen. Bei der Inbetriebnahme derTeilnehmerendgeräte nach Aktivie-rung der OLT werden teilnehmerseitigdie optischen Sende- und Empfangs-pegel gemessen (Bild 2). Dies ge-schieht durch Einschleifen des PON-Pegelmessers beim Endteilnehmer anMesspunkt 3.Dabei gelten die bereits beschriebenenBedingungen für einen optischen Pe-gelmesser: Er muss im Durchgangsmo-dus arbeiten und selektiv bei den ent-sprechenden Wellenlängen im Down-stream und Upstream die optischenSpitzenwerte, also nicht den Effektiv-wert messen. Maximal- und Minimal-

werte für die optischen Pegel sind ent-weder nicht bekannt oder müssenmühsam aus den Planungsunterlagenermittelt und manuell vor der Mes-sung eingegeben werden. Das TruePON Powermeter OLP-88 mitseiner Fähigkeit, das GPON-Protokollauszuwerten und relevante Informa-

tion für die Messung einzusetzen, liestnun aus dem Feld „PON-ID“ die ODN-Klassifizierung (ODN – Optical Distri-bution Network, passives Verteilnetz),z.B. B+ oder C+. Die ODN-Klasse be-schreibt die physikalischen Parameterder Übertragung, unter anderem wel-che Wellenlängen in Up- und Down-stream verwendet und welche Bitratenübertragen werden. Ebenso wird dienominale Sendeleistung der OLT über-tragen und die maximale Einfüge-dämpfung einschließlich der Empfän-gerempfindlichkeit des Systems be-schrieben. Der TruePON-Pegelmessersetzt mit diesem Wissen automatischdie Minimal- und Maximalwerte fürdie optischen Pegel und misst undzeigt diese mit der Bewertung an (Bild3). Im Untermenü wird der zulässi-ge Wertebereich des klassifiziertenGPON-Systems angezeigt.GPON-Systeme werden häufig in einerkaskadierten Splitterkonfiguration ins-talliert. Eine typische Konfiguration istein 1:8-Splitter gefolgt von einem wei-teren 1:8-Splitter, wobei der zweiteSplitter bereits in einer Wohnanlagesein kann. Auch andere Kombinatio-nen sind möglich, das Gesamtteiler-

verhältnis darf nur so groß sein, dasdie maximale Einfügedämpfung beider Klassifizierung B+ von 28 dB, beiC+ von 32 dB nicht überschrittenwird. Bei größeren Wohnanlagen kann esvorkommen, dass ein zweiter oder so-gar dritter 1:8-Splitter eines jeweils an-

deren GPON-Systems, das durchausauch zu einem anderen Netzbetreibergehörig sein kann, installiert wird.Werden im Verteilerschrank im Ge-bäude nun Fasern fehlerhaft ge-tauscht oder falsch gekennzeichnet,kann eine autorisierte ONT nicht akti-viert werden, weil sie an ein falschesGPON-System geschaltet wurde. DerTruePON-Pegelmesser liest die Identifi-kation der OLT und der ONU/ONT undzeigt beide an, ein Vertauschen ist so-fort ersichtlich. Im GPON-Protokollwird eine „Message-ID, MSG“ über-tragen, die den Status der ONU/ONTkennzeichnet. Handelt es sich um einautorisiertes Endgerät und ist es imGPON-System registriert, wird es ent-sprechend aktiviert oder im anderenFall eben nicht. Ein als „nicht regis-triert“ gekennzeichnetes Endgerät er-füllt wohl den GPON-Standard, derService ist vom Netzbetreiber bisher allerdings noch nicht freigeschaltetworden. Die Messwerte der optischen Pegelkönnen nun gespeichert und zusam-men mit dem Status und der ONT-IDdokumentiert werden. Damit ist diesesMessergebnis eindeutig einem defi-

Bild 2: Messpunkte im

GPON-Verteilsystem

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nierten Projekt und zum entsprechen-den Kunden zuordenbar.

Erweiterung eines GPON-SystemsIn wohl den meisten Fällen werdennicht alle erreichbaren Teilnehmer beider Erstinstallation angeschlossen. Ei-ne Erweiterung erfordert andere Test-

möglichkeiten, da das System mög-lichst nicht unterbrochen werden soll.Die entsprechenden Arbeiten werdenzudem oft an externe Installationsfir-men vergeben. Die passive Infrastruk-tur ist bereits vorhanden, es müssenlediglich die Anschaltung der ONT vor-genommen und die notwendigenMessungen durchgeführt werden. Da-bei ist es extrem hilfreich, wenn demTechniker vor Ort mit dem TruePON-Pegelmesser unmittelbar die Klassifi-zierung des GPON-Systems ersichtlichist und damit die maximalen und mini-malen optischen Pegelwerte festge-legt sind. Wie auch bei der Erstinbetriebnahmemuss die Einfügedämpfung der passi-ven Infrastruktur, d.h., die Dämpfungder Zuführungsfaser, des jeweiligenSplitterzweiges und der Verteilfaserzum jetzt neu anzuschaltenden Teil-nehmer gemessen werden. Splitterweisen selten exakt dem theoretischenDämpfungswert entsprechend desSplitting-Faktors auf, oftmals sind so-gar deutliche Abweichungen bemerk-bar. Bei einem 1:8-Splitter läge dertheoretische Wert bei 9 dB, bei einem1:64-Splitter schon bei 18 dB. Bei derErweiterung dient diese Messung derKontrolle, ob dieser Wert immer nochgleich wie bei der Erstinbetriebnahme

ist – vorausgesetzt, er wurde da über-haupt gemessen. Das GPON System istin Betrieb, deshalb ist eine klassischeDämpfungsmesser mit Pegelsenderund Pegelmesser nicht möglich. Mitdem OLP-88 kann aus dem GPON-Pro-tokoll die Nominalsendeleistung derOLT ausgelesen werden (TOL – Trans-

mit Optical Level). Damit kann jetztauf der Teilnehmerseite vor dem ONTdie Einfügedämpfung (ODN Loss) derpassiven Infrastruktur ermittelt wer-den, ohne die Verwendung eines opti-schen Pegelsenders in der Vermittlungs-station und das Trennen der OLT vomVerteilnetz. In Bild 3 ist ODN Loss =26,14 dB ermittelt worden.Nicht nur die eigentlichen Messungenwerden durch die Informationsaus-wertung des GPON-Protokolls völligneu definiert und und deutlich effekti-ver gegenüber der klassischen Inbe-triebnahme. Moderne Messtechnikzeichnet sich durch eine effiziente Ar-beitsorganisation aus. Die Ergebnissewerden unter genauer Bezeichnungdes Arbeitsauftrages unmittelbar nachder Messung auf dem Gerät gespei-chert und können dann in einer cloud-basierten Projektdatenbank des Auf-traggebers gespeichert werden. Viavibietet eine eigene umfangreicheCloud-Lösung mit Stratasync für Mes-sungen an den strukturierten Verkabe-lungen in Rechenzentren realisiert. DerProjektleiter definiert mit dem Work-flow-Programm Certifi Arbeitsaufträgeund lädt diese in die Cloud, die partiellfür die jeweilig beauftragten Firma zu-gänglich ist. Entsprechend werden dieArbeitsaufträge direkt auf das entspre-

chende Messgerät einschließlich derMessparameter und der Auftragsbe-schreibung. Ist der Arbeitsauftrag erle-digt, wird das Messprotokoll inklusiveder Arbeitsauftragsbeschreibung un-mittelbar wieder in der Cloud gespei-chert. Der Projektleiter verfolgt inEchtzeit den Projektfortschritt und in-

tegriert die jeweiligen Messprotokollein die Dokumentationsplattform desRechenzentrums. Mit entsprechendenAnpassungen an die Randbedingun-gen der FTTH-Verteilnetze ist dieserWorkflow zukünftig auch für GPON-Abnahmemessungen und Erweiterun-gen anwendbar.

Ausblick

Die notwendigen Messungen bei derInbetriebnahme und Erweiterung anGPON-Systemen werden ganz we-sentlich durch die Auswertung der In-formation des GPON-Protokolls un-terstützt. Die Messungenwerden da-durch fehlerfrei, da immer die richti-gen Systemparameter zugrunde liegen,diese eindeutig den entsprechendenTeilnehmern zuordenbar und sofortaussagekräftig dokumentiert sind. DerTechniker vor Ort führt nicht nur dienotwendigen Messungen durch, son-dern wird automatisch auch über denStatus des Endgerätes informiert. Istdie OLT registriert und aktiviert, hat erdie Gewissheit, dass der Endteilneh-mer sofort online gehen kann. (bk)

Bild 3: Messergebnisse

mit dem TruePON Po-

wermeter Viavi OLP-88

Bild 4: Das TruePON Powermeter OLP-88