ES2351936T3 - Pcb de monitorización de red óptica. - Google Patents

Abstract

Un módulo de monitorización de red para su implementación en una red óptica ramificada en una ubicación de división en la que la red se divide en una pluralidad de ramificaciones, comprendiendo el módulo de monitorización de red: una disposición de transmisores (6) para generar señales de prueba ópticas, estando conectada ópticamente (3) una salida de cada transmisor en la disposición a una respectiva ramificación; un detector para recibir una señal de activación óptica generada de manera remota que identifica un transmisor particular de los transmisores; estando adaptado el módulo para activar de manera selectiva el transmisor identificado en la señal de activación óptica para transmitir una señal de prueba óptica a la ramificación conectada a ese transmisor.

Description

Sumario:

Se da a conocer una placa de circuito impreso óptica ajustable a escala que permite la monitorización óptica en una red óptica pasiva (PON), que mantiene su carácter óptico pasivo. El concepto de la pcb óptica incorpora un divisor óptico guiaondas plano, un detector, un chip de transistor CMOS, una batería recargable y una disposición de láseres de emisión por superficie de cavidad vertical (VCSEL). Puede hacerse una distinción entre una solución para una PON dividida en la que los divisores ya se implementan en un nodo divisor y una solución para una nueva PON “desde cero” (“green field”) que todavía es necesario desplegar. Para la primera, un dispositivo transmisor de VCSEL independiente puede empalmarse entre el puerto de salida del divisor y la fibra del cable de distribución. Para la segunda, un módulo integrado puede empalmarse al cable de alimentación procedente de la oficina central (CO) y el cable de distribución que sale a las unidades de red óptica (ONU). Por medio de una señal de activación que puede reconocerse por cada VCSEL por separado y que se multiplexa en la oficina central para el tráfico de flujo descendente, se genera un pulso de prueba en el nodo divisor por el VCSEL. Las reflexiones de retroceso de esta señal pueden medirse mediante un reflectómetro de retardo de tiempo óptico (OTDR) en la oficina central. Este dispositivo OTDR puede compartirse para la medición de diferentes PON por medio de conmutadores de fibra óptica. Mediante un análisis de software apropiado y un reprocesamiento de los datos de OTDR, los operadores pueden hacer un mapa de la evolución de la pérdida de su PON en el tiempo.

Antecedentes:

En una red óptica pasiva (PON), se despliegan fibras ópticas en una disposición de ramificaciones con división doble o división central con el fin de distribuir señales desde los OLT (transmisores en línea ópticos) en la oficina central hacia una pluralidad de ONU en la residencia del abonado. Con el fin de identificar fallos en la red que necesiten ser restaurados cuando un abonado carece de servicio, se usa reflectometría óptica en el dominio de tiempo (OTDR). Para una PON dividida distribuida, este procedimiento es inapropiado dado que las mediciones de OTDR llevadas a cabo desde la oficina central no pueden distinguir entre la superposición de las señales reflejadas en retroceso y las ramificaciones del divisor. Por consiguiente, no es posible localizar el fallo después de la ramificación dividida. Como resultado, son necesarios técnicos de campo (técnicos que tienen que ir al sitio equipados con un OTDR) para realizar mediciones después de la ramificación dividida para identificar posibles fallos.

Los inconvenientes negativos de este enfoque son (1) que es un procedimiento muy

caro que no puede usarse para medir la red de manera proactiva regularmente; y (2) que para las mediciones de técnicos de campo se necesitan conectores en la planta exterior para poder conectar el equipo de OTDR a la infraestructura de cables. Esto puede conducir a fallos de conector a lo largo del tiempo en caso de que los equipos de técnicos de campo no hayan tenido en cuenta precauciones de limpieza. Además, la vida útil de los elementos de red en los que debe llevarse a cabo la monitorización se reduce bastante debido a un número sustancial de reentradas en el elemento de red. Sistemas conocidos se describen, por ejemplo, en la patente US 6396575 de W.R. Holland (Lucent), la patente US 6771358 de M. Shigeghara y H. Kanomori (Sumitomo), y la patente reemitida US 36471 de L.G. Cohen (Lucent).

El documento EP 1 241 805A2 describe la localización de fallos en un sistema de transmisión óptico que comprende una línea de transmisión entre terminales y repetidores. Puede ordenarse a un repetidor que envíe un pulso de luz de sonda a secciones adyacentes de la línea de transmisión.

Descripción de la invención:

Se presenta una solución ajustable a escala para la monitorización de PON. Para una PON ya desplegada, la solución de monitorización puede implementarse empalmando un dispositivo de puerto doble (véase la figura 1) o un dispositivo de múltiples puertos (véase la figura 2) en el(los) puerto(s) de una ramificación de divisor y una(s) fibra(s) del cable de distribución (situación A).

Para una PON desde cero que todavía es necesario desplegar, la solución consiste en una pcb óptica, en la que el divisor plano está montado en la placa. La conexión entre los dispositivos ópticos en la placa se realiza a través de fibras ópticas y dispositivos de acoplamiento de fibras. Estos dispositivos de acoplamiento de fibras pueden estar constituidos por ranuras de alineación y microlentes de refracción. El módulo integrado tiene un puerto de entrada que puede empalmarse o conectarse a través de conectores a la fibra de alimentación y un puerto de salida múltiple que puede empalmarse con las fibras del cable de distribución que se dirige a las ONU (situación B).

Un diagrama esquemático del concepto necesario para la situación A se ilustra en la figura 1. El puerto (1) es el puerto de entrada del dispositivo que está empalmado o conectado a un puerto de salida del divisor plano. Esto puede ser una fibra revestida de 250 µm, una fibra revestida de 900 µm, un cable de 3 mm, o un rabillo de fibra provisto de conectores con diferentes conectores. Lo mismo se aplica al puerto (2) de salida. El dispositivo (3) acoplador de inserción/extracción demultiplexa una señal (de bomba) de activación para activar el VCSEL desde el puerto de entrada. Para este dispositivo óptico puede usarse un filtro WDM (demultiplexor de longitud de onda) o puede usarse un sistema de lentes de difracción (de difracción binaria o de difracción de Fresnel) como el descrito en el caso de la patente US 6243513 B1 para desacoplar la bomba de la fibra de entrada. Estos microcomponentes ópticos pueden, si fuera necesario, montarse en la pcb o el chip por medio de técnicas de conexión invertida. La luz de la señal de bomba incide sobre el detector. Dependiendo de la longitud de onda de la señal de bomba usada, éste puede ser un detector a base de Si o un detector de GaAs. Un chip (5) de transistor CMOS recoge la señal óptica y eleva la potencia a un colector

(7) de carga que puede recargarse cada vez que es necesario activar un VCSEL mediante una señal de activación procedente de la oficina central. Cuando se recibe una secuencia digital apropiada, (inteligencia que a través del circuito CMOS puede incorporarse en el sistema) un VCSEL dedicado empieza a emitir un pulso intenso corto. La salida de VCSEL es recogida por las microlentes u otros elementos ópticos de acoplamiento al interior del puerto de inserción de los dispositivos acopladores de inserción/extracción. Como resultado, la señal de VSCEL se acopla en la fibra de salida del dispositivo transmisor. Esto crea un pulso de OTDR que empieza en la ramificación seleccionada y que sólo se propagará a una ONU dedicada. El sensor óptico (de un sistema de OTDR) en la CO recibirá por consiguiente una traza de OTDR de la única ramificación seleccionada.

Resulta evidente que para esta situación la señal de bomba para activar los VCSEL se atenúa mediante el acoplador. Esta solución puede adoptarse cuando las tasas de aceptación son bajas y no todos los puertos de divisor están ya conectados a una ONU. Esto debe considerarse como un procedimiento de crecimiento progresivo que es naturalmente más caro que las otras opciones.

Sin embargo, cuando el divisor no tiene puertos de salida disponibles (en un “espacio de aparcamiento”), un filtro WDM puede demultiplexar la señal de bomba procedente del puerto de divisor (véase la figura 2 a). Entonces la configuración del dispositivo ilustrado en la figura 1 también es diferente. Básicamente tiene N+1 puertos de entrada y N puertos de salida. Los N+1 puertos de entrada deben empalmarse con las N ramificaciones de salida del divisor y el puerto de entrada adicional debe empalmarse con la ramificación de demultiplexor de bomba del dispositivo WDM que desacopla la luz de bomba del tráfico de flujo descendente.

La figura 2.a muestra la configuración cuando un dispositivo WDM adicional se empalma en la fibra de alimentación y el puerto de salida del divisor. El puerto de demultiplexor del WDM se empalma con el dispositivo de disposición de VCSEL. Los puertos de salida del divisor plano también se empalman con el componente de disposición de VCSEL.

La figura 2b muestra la configuración interna del dispositivo ilustrado en la figura 2a. Una placa guiaondas óptica con múltiples acopladores que acoplan la luz procedente de una

disposición de transmisores (preferiblemente una disposición de VCSEL).

Sin embargo, para una situación desde cero, la solución tendría el aspecto ilustrado en las figuras 3a y b. Para esta situación hay más opciones posibles. La figura 3 a muestra un divisor integrado en una solución de placa. La figura 3 b muestra un divisor integrado en una solución de placa en la que la multiplexación de la salida de los VCSEL se lleva a cabo mediante el guiaondas plano.

Cuando se integra el divisor plano en la placa, puede optarse por un dispositivo guiaondas plano en el que la división de la señal y la multiplexación de la salida de las disposiciones de VCSEL se realizan en el mismo guiaondas (véase la figura 3b). En tal caso, el divisor tiene N+1 puertos de entrada y N puertos de salida. Para N+1 entradas, se usa un puerto para distribuir la potencia a los N canales de salida. Esta entrada se empalma con el cable de alimentación de la CO. Las otras N entrada se multiplexan a los puertos de salida y portarán los pulsos de OTDR procedentes de la disposición de transmisores. Es necesario empalmar los N puertos de salida con el cable de distribución.

Descripción del diseño de la placa electrónica

La superficie de contacto electrónica está constituida por cuatro partes principales. En primer lugar tenemos el detector (o célula fotovoltaica) que puede estar constituido por una o más series de fotodiodos conectados. El sistema de material (InP, GaAs o Si) depende de la longitud de onda de operación de la señal de activación enviada desde la CO. La función de la pila de fotodiodos es doble. En primer lugar, se proporcionará potencia a través de la longitud de onda de bomba para arrancar el circuito o recargar suficientemente la batería. Después, en una segunda fase, se modulará la potencia de la bomba para proporcionar una etiqueta de identificación que seleccionará qué transmisor es necesario que active y genere un pulso para la traza de OTDR. Los elementos adicionales incluyen un chip de CMOS ASIC, una batería recargable y un banco de transmisores ópticos (preferiblemente constituido por una disposición de VCSEL).

Los bloques funcionales del chip de CMOS que controlan la electrónica se ilustran en la figura 4.b. Contiene un regulador de CC/CC que convertirá la energía procedente del diodo en una tensión adecuada para recargar la batería del módulo. Esto puede realizarse conmutando (modulación por ancho de impulso) la energía almacenada dentro de un inductor. El siguiente elemento del chip es un receptor óptico. Éste no es un receptor de transimpedancia convencional ya que debe consumir una potencia mínima y se requiere que opere después del regulador de tensión. Un esquema posible es usar el estado del propio regulador de tensión para detectar la modulación de la señal de bomba. De hecho, cuando incida poca luz sobre los fotodiodos, el regulador conmutará más lentamente que cuando cae abundante luz sobre los detectores. Resulta evidente que de esta manera la tasa de transferencia de datos sólo puede ser baja (menor que la tasa de PMW) pero no son imprescindibles tasas de transferencia superiores para la aplicación. Otra posibilidad es el uso de un fotodiodo dedicado adicional que sólo se detecte para recibir las señales de datos.

La señal procedente del receptor óptico se transfiere después a un registro de desplazamiento local. La sincronía se deduce siguiendo un régimen UART en serie asíncrono (véase la figura 4). Esto requiere un oscilador local adicional (cristal que debe incluirse en la placa electrónica). Otra posibilidad para la sincronía es sincronizar el reloj local recibiendo unos y ceros alternantes que se envían al inicio de cada activación.

Cuando el registro de desplazamiento está lleno, el contenido se compara con un patrón de bits predeterminado. Este patrón de bits se usa para muy si la comunicación está realmente destinada para el módulo. Después de recibir el patrón de bits fijo, la máquina de estados finitos (FSM) cambia el estado y el registro de desplazamiento empieza ahora a recibir un nuevo patrón que identificará de manera única uno de los transmisores ópticos. El controlador de FSM comprueba entonces si el número de transmisor indicado es uno de los transmisores de los que se encarga el módulo. Si es así, energizará el activador y generará un pulso de OTDR en el canal requerido. El módulo conoce a qué canales debe responder, ya que se preprogramó durante su fabricación. Los datos pueden proporcionase o bien a través de un conmutador DIP o bien a través de una EEPROM programable. El µ-controlador compara los datos binarios entrantes con una disposición de memoria interna almacenada en el µcontrolador, de modo que el µ-controlador activa el VCSEL correcto en la disposición de VCSEL.

En la figura 4.B. a continuación se ilustra el principio. Para energizar las tres partes constructivas del detector, el µ-controlador y la disposición de VCSEL, puede usarse una batería de ion litio o una batería recargable. La batería que puede usarse es una única célula de ion litio que produce justo suficiente potencia para accionar las tres partes constructivas usadas en la placa. La recarga de la batería puede realizarse basándose en dos principios: el primero se basa en el hecho de que el controlador puede funcionar como el cargador de batería de ion Li. Para este enfoque se usa el principio de un circuito integrado (CI) de carga independiente, y éste se incorpora en un programa de carga interno que está activo dentro del µ-controlador y se usa un componente Mosfet y una línea de detección para detectar la tensión que pasa por la batería. Esto ya se realiza con un sistema de carga por goteo para cargar correctamente la batería. La segunda opción es usar un CI externo, un cargador de batería de ion litio. Este CI usa un dispositivo PMOS de potencia externo para formar un cargador de batería lineal de baja caída, de bajo coste, de dos chips. La corriente de carga puede fijarse mediante un resistor externo. Estos dos principios se ilustran adicionalmente en la figura 4.c. La recarga de la batería de ion litio se lleva a cabo cuando no hay ninguna señal en el UART del µ-controlador, o puede recibirse un código específico en el UART que activa el µ-controlador para recargar la batería de ion litio.

La figura 5.a. muestra cómo puede realizarse la monitorización en la situación A en la que el divisor plano ya está activo en el nodo divisor. La figura 5.b. muestra cómo se lleva a cabo la monitorización en la situación B en la que el divisor plano aún no está implementado y puede integrarse un divisor plano en la solución de placa en un elemento de red de planta exterior. Por medio de una señal de bomba que puede activar un transmisor de VCSEL particular en un dispositivo independiente o en una solución integrada en la placa, el VCSEL emite un pulso. Esta señal se refleja en retroceso y puede demultiplexarse en la oficina central y medirse mediante un OTDR. Debido al hecho de que puede activarse un VCSEL particular que envía una señal a una de las N ONU, se supera el problema de que para mediciones de OTDR convencionales de la oficina central las señales de OTDR tras la ramificación de divisor estén superpuestas.

En la figura 5 (a) se muestra que en la oficina (1) central se multiplexa tráfico de datos y voz con tráfico de vídeo y se conecta con el cable de alimentación, que discurre hasta el nodo divisor en el que se realiza la división de una vez (centralizada) o puede realizarse a través de dos ramificaciones (no mostradas). Una configuración (2) de OTDR se sitúa en la oficina central y se conecta a las señales de prueba demultiplexadas procedentes de los VCSEL que se ponen en el campo. Para la situación A tal como se describió anteriormente, los dispositivos

(5)

transmisores que pueden activarse de manera remota se empalman en la red. Son factibles dos opciones o N dispositivos independientes pueden empalmarse con el puerto de salida del divisor y las fibras del cable de distribución (opción de crecimiento progresivo). O un dispositivo

(2)

WDM se empalma justo antes del divisor que demultiplexa la señal de activación de bomba. Los puertos de salida del divisor y el puerto demultiplexor del WDM pueden empalmarse con los N+1 puertos de entrada del dispositivo de placa pcb óptica que alberga componentes electrónicos y la disposición (5) de VCSEL. Tras activar un VCSEL, las reflexiones de retroceso pueden medirse mediante el OTDR en la oficina central. Las señales reflejadas en retroceso pueden proporcionar información de pérdida y fallo del trayecto desde el nodo divisor hasta el terminal (6) de toma y la última caída a la residencia (7) del abonado. En la figura 5 b se ilustra la situación desde cero que permite una solución de pérdida de conectores en la planta exterior. El procedimiento de monitorización es exactamente el mismo que en la figura 5.a.

Claims (12)

1. REIVINDICACIONES

   1.

   Un módulo de monitorización de red para su implementación en una red óptica ramificada en una ubicación de división en la que la red se divide en una pluralidad de ramificaciones, comprendiendo el módulo de monitorización de red:

   una disposición de transmisores (6) para generar señales de prueba ópticas, estando conectada ópticamente (3) una salida de cada transmisor en la disposición a una respectiva ramificación; un detector para recibir una señal de activación óptica generada de manera remota que identifica un transmisor particular de los transmisores; estando adaptado el módulo para activar de manera selectiva el transmisor identificado en la señal de activación óptica para transmitir una señal de prueba óptica a la ramificación conectada a ese transmisor.

2. 2.

   Un módulo según la reivindicación 1, que comprende además un acoplador (3) óptico para su inserción en cada una de las ramificaciones y para añadir una salida de un transmisor a la ramificación.

3. 3.

   Un módulo según la reivindicación 1, que comprende además un divisor y un multiplexor para dividir una fibra óptica en la pluralidad de ramificaciones y para multiplexar una salida de un transmisor en cada ramificación.

4. 4.

   Un módulo según la reivindicación 3, en el que el divisor es un divisor guiaondas.

5. 5.

   Un módulo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la disposición de transmisores (6) comprende una disposición de dispositivos de láser de emisión por superficie de cavidad vertical.

6. 6.

   Un módulo según cualquier reivindicación anterior, que comprende además un dispositivo (3) acoplador de inserción/extracción para demultiplexar la señal de activación óptica.

7. 7.

   Un módulo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un condensador, una batería, una batería recargable o un colector de carga para el módulo.

8. 8.

   Un módulo según la reivindicación 7, en el que el circuito CMOS eleva la potencia del detector para cargar el colector de carga, el condensador o la batería recargable.

9. 9.

   Un módulo según cualquier reivindicación anterior, en el que un circuito CMOS activa de manera selectiva el transmisor identificado en la señal de activación óptica para transmitir una señal de prueba óptica a la ramificación conectada a ese transmisor.

10. 10.

    Una red óptica ramificada que comprende un módulo de monitorización según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

11. 11.

    Una red óptica ramificada según la reivindicación 10, en la que la señal de prueba óptica es un pulso de prueba y la red comprende además un reflectómetro de retardo de tiempo óptico para monitorizar las reflexiones provocadas por el pulso de prueba.

12. 12. Un procedimiento de monitorización de una red óptica ramificada, el procedimiento para 5 su uso con un módulo de monitorización con transmisores ópticos, comprendiendo el

    procedimiento: generar señales de prueba ópticas para suministrarlas a una respectiva ramificación; recibir una señal de activación óptica generada de manera remota que identifica

    10 un transmisor particular de los transmisores; y activar de manera selectiva el transmisor identificado en la señal de activación óptica para transmitir la señal de prueba óptica a la ramificación conectada a ese transmisor.