MÉTODO Y SISTEMA PARA LA MONITORIZACIÓN DE CAPA FÍSICA EN REDES ÓPTICAS PASIVAS.

Método y sistema para la monitorización de capa física en redes ópticas pasivas.

El sistema comprende:

- una fuente (2) de luz que inyecta una señal luminosa de monitorización de longitud de onda variable en una entrada de una PON;

- reflectores (8) ópticos previstos en diferentes puntos de dicha PON para recibir la señal luminosa de monitorización y reflejar de vuelta, cada uno, aquella parte de dicha señal luminosa de monitorización que tiene una longitud de onda específica e individualizada;

- medios (17) de detección de luz dispuestos para recibir dichas señales luminosas reflejadas; y

- medios de análisis conectados a dichos medios (17) de detección de luz y con acceso al conocimiento previo acerca de que longitud de onda específica refleja cada reflector (8), para determinar la ubicación de cada uno de los reflectores (8) ópticos en función del orden de llegada, en dichos medios (17) de detección de luz, de su respectiva señal reflejada.

El método está adaptado para usar el sistema para la monitorización de capa física en PON.

MÉTODO Y SISTEMA PARA LA MONITORIZACIÓN DE CAPA FÍSICA EN REDES

ÓPTICAS PASIVAS

Campo de la técnica La presente invención se refiere, en general, en un primer aspecto, a un método para la monitorización de capa física en redes ópticas pasivas (PON, Passive Optical Networks) , que comprende emitir luz al interior de una PON y analizar la luz reflejada en respectivos reflectores ópticos previstos en diferentes puntos de la PON, y más particularmente a un método que permite discernir a qué reflector pertenece una señal de luz reflejada correspondiente basándose en su longitud de onda.

Un segundo aspecto de la invención se refiere a un sistema dispuesto para implementar el método del primer aspecto.

Estado de la técnica anterior

Actualmente, el despliegue de redes ópticas pasivas (PON) está teniendo lugar en todo el mundo, considerándose los sistemas PON (GPON [1], EPON [2]) y PON de próxima generación (NGPON: lOG-GPON [3] y lOG-EPON [4]) corno una tecnología de red de acceso con vigencia en el futuro para soportar servicios de banda de próxima generación.

La topología física de los sistemas PON es una arquitectura basada en árbol de punto a rnultipunto (P2MP) de una fibra de un solo modo (SMF, single-mode fibre) que comienza con una fibra de alimentación desde la oficina central (CO, central office) en la que está instalado el equipo activo del operador. La fibra de alimentación se hace llegar entonces a los usuarios finales, dividiéndose en una o más etapas usando divisores de potencia óptica en la red exterior de fibra. Corno consecuencia de la división de potencia óptica, aparecen un gran número de ramas ópticas (de miles a millones) en la red exterior.

Esta situación representa un reto para los operadores que proporcionan acceso a usuarios de PON en cuanto al coste operacional y a la fiabilidad del servicio, ya que los problemas o defectos que puedan aparecer en la capa física de la topología PON deben detectarse y repararse rápidamente.

Los métodos de prueba para obtener los parámetros de capa física principales (dispersión, atenuación de la potencia) en enlaces de fibra óptica de un solo modo de punto a punto (P2P) están bien establecidos [5], pero no son útiles para las topologías PON. Una supervisión eficaz y económica de P2MP de redes ópticas pasivas es una nueva cuestión que está adquiriendo más importancia a medida que aumenta el despliegue de las PON en todo el mundo, debido a que el número de ramas ópticas en la red exterior que dependen de un único puerto óptico en la CO puede ser muy alto (normalmente 64 o superior) del mismo modo que la atenuación de potencia (normalmente superior a 20 dB para una razón de división de 1:64 de la PON) . La recomendación ITU-T L66

[6] establece las longitudes de onda de monitorización para sistemas de acceso en servicio, pero no aborda las limitaciones y los retos tecnológicos específicos en las redes PON.

La topología P2MP de las redes PON requiere sistemas de prueba y monitorización de capa física diseñados específicamente para abordar las necesidades especiales de las redes FTTx.

Durante la última década, se han propuesto y sometido a prueba diversas técnicas para monitorizar la capa física de sistemas PON. La más relevante de las técnicas propuestas se basa en las capacidades de mediciones de reflectometría óptica en el dominio de tiempo (OTDR, Optical Time Domain Reflectometr y ) desde la CO y usa reflectores ópticos en la red exterior de fibra [7].

En la siguiente sección se explican más detalladamente los problemas y las limitaciones tecnológicas asociados con las mediciones de OTDR.

Los proveedores de equipos de sistemas de acceso pueden obtener de manera remota la potencia óptica recibida por un equipo en las instalaciones del cliente (CPE, customer premises equipment) individual, y estos dispositivos pueden enviar una señal a la oficina central en el momento en el que se apagan de modo que no se active ninguna alarma cuando no se detecten en la red. Sin embargo, esta funcionalidad de supervisión es muy limitada, porque en el caso de que salte una alarma por un CPE, la causa de la alarma puede ser un fallo o bien en su correspondiente fibra óptica o bien dentro del dispositivo, y no puede obtenerse información de capa física.

Las mediciones de OTDR son una solución muy eficaz para obtener la caracterización física de un cable de fibra óptica de

punto a punto (P2P) , porque las reflexiones obtenidas desde el

cable proporcionan información acerca de la localización y

atenuación de conectores y empalmes, así corno la atenuación

total.

Sin embargo, las topologías P2MP de las redes PON son un entorno muy diferente para estas mediciones, porque los divisores ópticos en la red exterior provocan una atenuación elevada de la señal de monitorización lanzada desde el equipo de OTDR y, lo más importante, las reflexiones retrodifundidas desde las diferentes ramas de fibra se superponen en el tiempo cuando llegan a la oficina central, siendo muy difícil o imposible identificar y discernir los problemas que se produjeron en una rama de fibra individual.

La figura 2 muestra los trazados de OTDR recibidos en la CO

a medida que las reflexiones se acumulan desde la fibra 8 (i=8)

hasta la fibra 1 (i=l) (7) .

Puede observarse cómo las pérdidas de división de la

división de potencia parecen ser varios dB menores que las

pérdidas reales, debido a las potencias acumuladas procedentes de todas las ramas de fibra.

También se ha propuesto el uso de reflectores ópticos en el extremo de usuario de las ramas de fibra, estando relacionadas las reflexiones desde cada extremo de fibra con una distancia específica y por tanto asociadas a un usuario individual [ 8] . Sin embargo, en despliegues de PON masivos con alta penetración de servicio, y especialmente en las áreas urbanas de alta densidad, las distancias a las que los usuarios pueden conectarse a la PON pueden ser muy similares o idénticas, y así la identificación de la rama de fibra en la que se produce un problema puede ser difícil o no factible. Además, debido a la elevada atenuación de potencia de la PON en las secciones finales de la PON, los trazados de OTDR tienen mucho ruido y pueden no proporcionar información alguna sobre el problema en la red de fibra.

Otro enfoque destacable que puede evitar parcialmente estas limitaciones consiste en usar mediciones de OTDR basadas en Brillouin y desplegar ramas de fibra desplazadas en frecuencia de Brillouin asignadas individualmente en las últimas secciones de la PON conectadas a los usuarios finales [9]. Sin embargo, la madurez de la tecnología de OTDR de Brillouin es muy baja y el equipo no está disponible comercialmente en el mercado. Otro inconveniente relevante de este enfoque de desplazamiento de Brillouin es la necesidad de emplear diferentes fibras de un solo modo para cada rama de la PON, lo que aumenta enormemente el coste y la complejidad del despliegue de la PON.

El documento US 6396575 B1 [11] da a conocer un sistema de prueba y medición para detectar y monitorizar fallos y pérdidas en redes ópticas pasivas, en el que los componentes dependientes de la polarización se instalan antes y después de las fibras de entrega en la PON. Los pulsos de OTDR con estados de polarización controlados, asociados con cada marcador de polarización, se usan corno base para distinguir las ramas entre sí. A parte de la necesidad de compensadores y controladores de polarización, dicha propuesta no soluciona el problema de la falta...

l. Método para la monitorización de capa física en redes ópticas pasivas, que comprende: a) proporcionar reflectores ópticos en diferentes puntos de una red óptica pasiva, o PON; b) inyectar una señal 1uminosa de monitorización en una entrada de dicha PON para que circule por la misma; e) reflejar de vuelta, dichos reflectores ópticos, al menos parte de dicha señal 1uminosa de monitorización, en forma de respectivas señales luminosas reflejadas; d) recibir dichas respectivas señales luminosas reflejadas desde dichos reflectores ópticos; y e) analizar dichas señales luminosas reflejadas recibidas para realizar una monitorización de capa física de la PON; estando el método caracterizado porque: -dicha etapa a) comprende proporcionar dichos reflectores ópticos para reflejar, cada uno, una señal luminosa con una longitud de onda específica e individualizada; -dicha etapa b) comprende variar la longitud de onda de dicha señal luminosa de monitorización en un intervalo específico que cubre las longitudes de onda individualizadas que dichos reflectores ópticos reflejan; y -dicha etapa e) comprende determinar al menos la ubicación de cada uno de dichos reflectores ópticos en función del orden de llegada, en dicha entrada de la PON, de su respectiva señal reflejada, usando el conocimiento previo acerca de qué longitud de onda específica refleja cada reflector.

2. Método según la reivindicación 1, en el que dicha inyección de dicha señal luminosa de monitorización de longitud de onda variable de la etapa b) se realiza por medio de al menos un barrido.

3. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el que dicha etapa d) comprende recibir dichas señales luminosas reflejadas en dicha entrada de la PON.

4. Método según la reivindicación 1, 2 ó 3, en el que dicha etapa e) comprende calcular las pérdidas ópticas en cada uno de dichos puntos de la PON calculando las razones de potencia entre las señales luminosas reflejadas recibidas secuencialmente.

5. Método según la reivindicación 1, 2, 3 ó 4, en el que dicha señal luminosa de monitorización es una señal de luz láser.

6. Método según la reivindicación 5, que comprende usar una fuente láser sintonizable para ernitir dicha señal de 1uz láser en forma de una señal de onda continua.

7. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende asociar cada uno de dichos diferentes puntos de la PON al reflector óptico previsto en el mismo, y considerar dicha ubicación de reflector óptico determinada en la etapa e) corno la ubicación del respectivo punto de la PON asociado al mismo.

8. Método según la reivindicación 7, en el que dichos puntos de la PON son una entrada y 1º una salida de una fibra óptica de al menos una de: una sección de alimentación, una sección de distribución y una sección de entrega.

9. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha etapa e) comprende calcular la atenuación óptica de una sección de fibra óptica o de un divisor obteniendo la razón entre las señales luminosas reflejadas recibidas desde los reflectores ópticos previstos en, respectivamente, su entrada y su salida.

10. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende seleccionar dicha PON de una pluralidad de PON antes de realizar dichas etapas b) a e) .

cada una de dicha pluralidad de PON y realizar dicha inyección de dicha señal luminosa de monitorización de longitud de onda variable de la etapa b) a cada PON por medio de la aplicación secuencial de dicho al menos un barrido con una señal periódica.

12. Sistema para la monitorización de capa física en redes ópticas pasivas, que comprende: -una fuente (2) de luz dispuesta para inyectar una señal luminosa de monitorización en una entrada de una PON para que circule por la misma; -una pluralidad de reflectores (8) ópticos previstos en diferentes puntos de dicha PON para recibir dicha señal luminosa de monitorización y reflejar de vuelta al menos parte de la misma, en forma de respectivas señales luminosas reflejadas; -medios (17) de detección de luz dispuestos para recibir dichas respectivas señales luminosas reflejadas desde dichos reflectores (8) ópticos; y -medios de análisis conectados a dichos medios (1 7) de detección de 1 uz para analizar dichas señales 1 uminosas reflejadas recibidas para realizar una monitorización de capa física de la PON; estando el sistema caracterizado porque: dichos reflectores (8) ópticos reflejan, cada uno, una señal luminosa con una longitud de onda específica e individualizada;

13.

14.

15.

16.

17.

18.

-dichos medios de análisis tienen acceso al conocimiento previo acerca de qué longitud de onda específica refleja cada reflector (8) , y determinan, usando dicho conocimiento previo, al menos la ubicación de cada uno de dichos reflectores (8) ópticos en función del orden de llegada, en dichos medios (1 7) de detección de 1uz, de su respectiva señal reflejada. Sistema según la reivindicación 12, en el que dicha fuente

(2) de luz es una fuente láser sintonizable que emite dicha señal luminosa de monitorización en forma de una señal de luz láser de onda continua. Sistema según la reivindicación 12 ó 13, que comprende medios de control para controlar dicha fuente (2) de luz. Sistema según la reivindicación 12, 13 ó 14, en el que dichos medios (17) de detección de luz comprenden al menos un fotodetector de banda ancha que genera y envía a dichos medios de análisis señales eléctricas que corresponden a las señales luminosas reflejadas recibidas. Sistema según la reivindicación 15, que comprende una unidad (1) de control y procesamiento que incluye dichos medios de análisis y dichos medios de control. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16, en el que dichos medios (17) de detección de 1uz están dispuestos para recibir dichas respectivas señales luminosas reflejadas a través de dicha entrada de la PON. Sistema según la reivindicación 17, que comprende un circulador (5) óptico conectado en dicha entrada de la PON para dirigir dicha señal 1uminosa de monitorización desde la fuente (2) de luz hasta la PON, y para dirigir las señales luminosas reflejadas desde la PON hacia dichos medios (17) de detección de luz. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 18, en el que dichos puntos de la PON en los que están previstos respectivos reflectores (8) ópticos son una entrada y/o una salida de una fibra óptica de al menos una de: una sección ( 9) de alimentación, una sección (11) de distribución y una sección (13) de entrega.

20. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 19, en el que dichos reflectores (8) ópticos son de al menos uno de los siguientes tipos: rejillas de Bragg de fibra, o FBG, y filtros de película delgada, o TFF, con diferentes longitudes de onda centrales.

21. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 20, que comprende filtros (4, 14) para evitar una interferencia entre la señal luminosa de monitorización y las señales de la PON existentes en otro ancho de banda óptico.

22. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 21, en el que dicha pluralidad de reflectores (8) ópticos están previstos en diferentes puntos de una pluralidad de PON

(PON1 a PONN) , y en el que el sistema comprende un conmutador (18) óptico dispuesto para dirigir selectivamente dicha señal luminosa de monitorización y dichas señales luminosas reflejadas, respectivamente, hacia y desde al menos una de dicha pluralidad de PON (PON1 a PONN) .

23. Sistema según la reivindicación 22, en el que dicho conmutador (18) óptico dirige secuencialmente la señal

luminosa de monitorización y las señales luminosas

reflejadas, respectivamente, hacia y desde cada una de