Introducción

GPON significa Gigabit Passive Optical Network o Red Óptica Pasiva con Capacidad Gigabit. Es una tecnología de acceso de alta velocidad basada en fibra óptica, utilizada principalmente para ofrecer servicios de Internet, telefonía IP, televisión y transmisión de datos.

Su arquitectura permite que una sola fibra proveniente del proveedor atienda a múltiples usuarios mediante divisores ópticos pasivos. Al no requerir alimentación eléctrica en la red de distribución, GPON reduce el consumo energético, simplifica el mantenimiento y mejora la confiabilidad de la infraestructura.

Calculadora GPON de TVCenLinea.com

Para facilitar el diseño y la validación de redes GPON, TVCenLinea.com cuenta con una calculadora de presupuesto óptico que permite realizar los cálculos de forma automática.

Esta herramienta ayuda a estimar las pérdidas producidas por los principales componentes de la red, como:

• Fibra óptica.

• Conectores.

• Empalmes.

• Splitters ópticos.

• Otros elementos pasivos.

Con esta información es posible comparar la pérdida total estimada con el presupuesto óptico disponible y determinar si el enlace se encuentra dentro de los parámetros adecuados para su operación.

Accede a la calculadora GPON:

CALCULADORA DE PRESUPUESTO ÓPTICO GPON

Importante: La calculadora funciona como una herramienta de apoyo. Antes de aprobar una instalación, se deben confirmar las pérdidas reales mediante instrumentos de medición y verificar las especificaciones ópticas de la OLT, los splitters y las ONT u ONU utilizadas.

Características principales de GPON

Arquitectura punto a multipunto

GPON utiliza una arquitectura punto a multipunto. Un puerto óptico de la central puede distribuir el servicio a varios usuarios por medio de splitters o divisores ópticos pasivos.

Una red GPON suele trabajar con relaciones de división como:

• 1:2

• 1:4

• 1:8

• 1:16

• 1:32

• 1:64

También existen implementaciones con relaciones superiores, pero su viabilidad depende del presupuesto óptico, los equipos utilizados y el diseño de la red.

Velocidad de transmisión

La velocidad nominal más común de GPON es:

• Descendente: 2.488 Gb/s.

• Ascendente: 1.244 Gb/s.

Esta capacidad es compartida entre los usuarios conectados al mismo puerto PON. La velocidad disponible para cada cliente depende de la cantidad de usuarios, los perfiles configurados y las políticas del proveedor.

Distancia y cobertura

Una red GPON puede alcanzar una distancia aproximada de hasta 20 kilómetros entre la OLT y los equipos de los usuarios.

La distancia máxima real depende de factores como:

• Clase óptica de los equipos.

• Cantidad y relación de los splitters.

• Atenuación de la fibra.

• Número de conectores y empalmes.

• Calidad de la instalación.

• Margen de seguridad considerado en el diseño.

Servicios compatibles

Una infraestructura GPON puede transportar diferentes tipos de servicios, entre ellos:

• Internet de alta velocidad.

• Telefonía sobre IP o VoIP.

• Televisión IP o IPTV.

• Video y datos empresariales.

• Tráfico Ethernet.

• Servicios basados en TDM.

• Aplicaciones Fiber to the Home (FTTH).

Arquitectura de una red GPON

Una red GPON está formada principalmente por la OLT, la ODN, los splitters y los equipos ONT u ONU.

OLT: Optical Line Terminal

La OLT se encuentra en la central, nodo de telecomunicaciones o instalación principal del proveedor. Es el punto de origen y control de la red GPON.

Sus funciones principales son:

• Enviar información hacia los usuarios.

• Recibir el tráfico generado por las ONT u ONU.

• Administrar el ancho de banda.

• Autorizar y registrar los equipos terminales.

• Coordinar los intervalos de transmisión ascendente.

• Convertir señales eléctricas en señales ópticas y viceversa.

• Supervisar el estado de los enlaces y dispositivos.

Un puerto de la OLT puede comunicarse con múltiples equipos terminales mediante una red de distribución óptica. La cantidad máxima admitida depende del modelo, la configuración y el presupuesto óptico disponible.

ODF: Optical Distribution Fiber

La ODF es la infraestructura pasiva que conecta la OLT con los usuarios. Está compuesta por:

• Fibra óptica monomodo.

• Distribuidores ópticos.

• Cajas terminales.

• Splitters ópticos.

• Conectores.

• Adaptadores.

• Empalmes.

• Rosetas y acometidas ópticas.

La ODF no requiere alimentación eléctrica para distribuir la señal. Sin embargo, cada componente introduce una determinada pérdida óptica que debe considerarse durante el diseño.

Splitter óptico

El splitter divide la potencia de una señal óptica para distribuirla a varios usuarios.

Por ejemplo, un splitter 1:8 recibe una señal y la distribuye entre ocho salidas. Al dividir la potencia, introduce una pérdida óptica que aumenta conforme crece la relación de división.

Los splitters pueden instalarse en una arquitectura:

• Centralizada.

• En cascada.

• Balanceada.

• No balanceada.

Su selección influye directamente en el alcance, la cantidad de usuarios y el presupuesto óptico de la red.

ONT: Optical Network Terminal

La ONT se instala en la vivienda, empresa o ubicación del usuario final. Su función es convertir la señal óptica en señales eléctricas que puedan utilizar los dispositivos del cliente.

Dependiendo del modelo, puede incorporar:

• Puertos Ethernet.

• Wi-Fi.

• Puertos telefónicos.

• Salidas de video.

• Funciones de router.

• Gestión de servicios y seguridad.

ONU: Optical Network Unit

La ONU también convierte señales ópticas en señales eléctricas. En la práctica, los términos ONU y ONT suelen utilizarse de manera indistinta, aunque existe una diferencia conceptual:

• ONT: equipo terminal instalado directamente en las instalaciones del abonado.

• ONU: término más general para una unidad de red óptica que puede atender a uno o varios usuarios y entregar el servicio a otros equipos.

En documentación GPON basada en ITU-T es común encontrar el término ONT, mientras que ONU también aparece en diferentes arquitecturas y tecnologías PON.

Proceso de transmisión

Transmisión descendente

En el sentido descendente, la OLT envía la información hacia todas las ONT u ONU conectadas al mismo puerto PON.

El funcionamiento general es el siguiente:

1. La OLT transmite la información.

2. Los splitters distribuyen la señal a todos los usuarios.

3. Cada ONT recibe el flujo descendente.

4. La ONT identifica y procesa únicamente la información que le corresponde.

5. Los datos se entregan al usuario mediante Ethernet, Wi-Fi, telefonía u otra interfaz.

Debido a que la transmisión se distribuye hacia múltiples terminales, GPON utiliza mecanismos de cifrado para proteger la información.

Transmisión ascendente

En el sentido ascendente, varias ONT comparten la misma fibra para comunicarse con la OLT. Para evitar que las señales se transmitan simultáneamente y se produzcan colisiones, GPON utiliza TDMA, siglas de Time Division Multiple Access.

El proceso es el siguiente:

1. La OLT determina la distancia y el retardo de cada ONT.

2. Asigna intervalos de tiempo para la transmisión.

3. Cada ONT transmite únicamente durante el intervalo asignado.

4. La OLT recibe y organiza el tráfico de todos los usuarios.

De esta forma, múltiples terminales pueden compartir el mismo canal ascendente de manera ordenada.

Longitudes de onda utilizadas

GPON emplea multiplexación por división de longitud de onda o WDM, lo que permite transportar diferentes señales sobre una misma fibra utilizando distintas longitudes de onda.

El canal de 1550 nm puede utilizarse para una sobreposición de video RF, aunque no está presente en todas las implementaciones.

Seguridad en GPON

En la transmisión descendente, todas las ONT conectadas al mismo puerto reciben físicamente la señal distribuida. Sin embargo, cada equipo procesa únicamente los datos asignados.

GPON incorpora mecanismos de seguridad como:

• Cifrado del tráfico descendente.

• Registro y autenticación de terminales.

• Identificación por número de serie.

• Perfiles de acceso y servicio.

• Aislamiento lógico entre usuarios.

• Administración centralizada desde la OLT.

La seguridad final también depende de la configuración del proveedor, el firmware de los equipos y las medidas aplicadas en la red del usuario.

Evolución de GPON

GPON continúa siendo una de las tecnologías más utilizadas para implementaciones FTTH. Sin embargo, la demanda de mayor capacidad ha impulsado nuevas generaciones de redes PON.

XGS-PON proporciona velocidades simétricas de hasta 10 Gb/s. Su implementación puede coexistir con GPON mediante una planeación adecuada de longitudes de onda y equipos compatibles.

Presupuesto de potencia y pérdida óptica

Presupuesto de potencia óptica

El presupuesto de potencia óptica representa la cantidad de pérdida que un enlace entre un transmisor y un receptor puede tolerar.

Se determina principalmente mediante la diferencia entre:

• Potencia de salida del transmisor.

• Sensibilidad mínima del receptor.

En algunos sistemas también debe considerarse una pérdida mínima, ya que una señal excesivamente fuerte puede saturar el receptor.

Presupuesto de pérdida óptica

El presupuesto de pérdida óptica representa la atenuación total estimada de la infraestructura de fibra.

Para calcularlo se suman las pérdidas generadas por:

• Longitud de la fibra.

• Conectores.

• Empalmes.

• Splitters.

• Adaptadores.

• Atenuadores.

• Otros componentes pasivos.

• Margen de seguridad.

Un enlace funcionará correctamente cuando la pérdida total de la red se encuentre dentro del rango de potencia admitido por los equipos.

Fórmula general

Pérdida total del enlace = pérdida de la fibra + pérdida de conectores + pérdida de empalmes + pérdida de splitters + otras pérdidas

El resultado debe compararse con el presupuesto óptico permitido por la OLT y la ONT u ONU.

Paso 1. Pérdida producida por la fibra

La pérdida de la fibra se calcula multiplicando su longitud por el coeficiente de atenuación correspondiente:

Pérdida de la fibra = longitud en kilómetros × atenuación en dB/km

Ejemplo para un enlace de 2 km:

Estos valores son referencias de cálculo. Para un diseño definitivo deben utilizarse las especificaciones del fabricante de la fibra y las normas aplicables al proyecto.

Paso 2. Pérdidas por conectores

Cada conexión óptica introduce una pérdida. El valor depende del tipo de conector, la calidad del pulido, la limpieza y el procedimiento de instalación.

Valores de referencia:

• Conector multimodo: entre 0.2 y 0.5 dB.

• Conector monomodo prefabricado o con fusión directa: entre 0.1 y 0.2 dB.

• Conector monomodo terminado en campo: entre 0.5 y 1 dB.

• Valor máximo de referencia TIA para el cálculo: 0.75 dB por conexión.

Ejemplo con cinco conectores:

La pérdida de los conectores de los extremos puede incluirse o excluirse dependiendo del método utilizado para establecer la referencia de 0 dB durante la prueba. Por este motivo, el procedimiento de referencia debe quedar documentado.

Paso 3. Pérdidas por empalmes

Los empalmes también generan atenuación.

Valores aproximados:

• Empalme mecánico multimodo: entre 0.1 y 0.5 dB.

• Empalme por fusión monomodo: normalmente inferior a 0.05 dB.

• Valor conservador de referencia para cálculos generales: 0.3 dB por empalme.

Ejemplo:

Paso 4. Pérdida total de la red de cables

Para obtener la pérdida total se suman las pérdidas de la fibra, los conectores, los empalmes y cualquier otro componente.

Ejemplo para un enlace de 2 km, cinco conectores y un empalme:

Este ejemplo no incorpora splitters. En una red GPON real, la pérdida generada por los divisores ópticos debe incluirse obligatoriamente, ya que normalmente representa una de las mayores fuentes de atenuación.

También es recomendable considerar la incertidumbre de medición y un margen para envejecimiento, reparaciones y variaciones ambientales.

Paso 5. Presupuesto óptico del equipamiento

El rango dinámico se obtiene mediante la diferencia entre la potencia transmitida y la sensibilidad del receptor.

Rango dinámico = potencia del transmisor − sensibilidad del receptor

Ejemplo de un enlace digital multimodo de 100 Mb/s con una fuente de 1300 nm:

Después de reservar un margen de 3 dB, el presupuesto utilizable del enlace sería:

15 dB − 3 dB = 12 dB

Paso 6. Margen disponible del enlace

El margen disponible se obtiene restando la pérdida estimada de la red al rango dinámico del equipamiento:

Margen disponible = rango dinámico − pérdida total de la red

El margen disponible debe ser suficiente para compensar:

• Envejecimiento de los componentes.

• Variaciones de temperatura.

• Reparaciones futuras.

• Nuevos empalmes.

• Suciedad en conectores.

• Variaciones de fabricación.

• Incertidumbre de los instrumentos.

Ejemplo aplicado a una red GPON

Supongamos una red con los siguientes elementos:

• 10 km de fibra monomodo.

• Atenuación de 0.4 dB/km a 1310 nm.

• Cuatro conexiones ópticas de 0.3 dB.

• Seis empalmes de 0.1 dB.

• Un splitter con pérdida especificada de 17 dB.

• Margen de seguridad de 3 dB.

Cálculo:

La pérdida calculada debe compararse con la clase óptica y las especificaciones de la OLT y la ONT. Si el presupuesto permitido por los equipos es superior a 25.8 dB, el enlace podría ser viable; de lo contrario, deberá modificarse el diseño.

Comprobación de la instalación

Después de instalar la red, deben realizarse mediciones para verificar que la pérdida real se encuentre dentro del presupuesto calculado.

Entre los instrumentos utilizados se encuentran:

• Medidor de potencia óptica.

• Fuente de luz estabilizada.

• OTDR.

• Localizador visual de fallas.

• Microscopio para inspección de conectores.

La pérdida medida debe compararse con el valor teórico, considerando una tolerancia relacionada con la precisión del instrumento y el método de referencia.

Es indispensable documentar:

• Longitud de onda utilizada.

• Método de referencia.

• Equipos de medición.

• Identificación de la fibra.

• Pérdida esperada.

• Pérdida medida.

• Criterio de aceptación.

• Fecha y responsable de la prueba.

Buenas prácticas

• Utilizar fibra monomodo compatible con la aplicación GPON.

• Consultar la clase óptica y las especificaciones del fabricante.

• Incluir la pérdida de todos los splitters.

• Limpiar e inspeccionar los conectores antes de conectarlos.

• Evitar curvas inferiores al radio mínimo permitido.

• Documentar conectores, empalmes y divisores.

• Reservar un margen para futuras reparaciones.

• Medir el enlace después de la instalación.

• No confundir potencia óptica en dBm con pérdida óptica en dB.

• Confirmar que la potencia recibida no sea demasiado baja ni excesivamente alta.

Conclusión

GPON permite entregar servicios de Internet, voz, video y datos a múltiples usuarios mediante una infraestructura compartida de fibra óptica. Su arquitectura punto a multipunto, el uso de splitters pasivos y la administración centralizada desde la OLT permiten construir redes eficientes, escalables y confiables.

Para garantizar su funcionamiento no basta con respetar la distancia máxima o la cantidad de usuarios. Es indispensable calcular el presupuesto de pérdida óptica, incluir todos los componentes pasivos y comparar el resultado con las especificaciones de la OLT y la ONT. Una instalación correctamente diseñada, medida y documentada tendrá mayor estabilidad y permitirá realizar ampliaciones o mantenimientos con menor riesgo.