Enlace al documento
INTRODUCCIÓN
Las fibras ópticas no
conducen señales eléctricas por lo tanto son ideales para incorporarse en
cables sin ningún componente conductivo y pueden usarse en condiciones
peligrosas de alta tensión. Tienen la capacidad de tolerar altas diferencias de
potencial sin ningún circuito adicional de protección y no hay problemas debido
a los cortos circuitos Tienen un gran ancho de banda, que puede ser utilizado
para incrementar la capacidad de transmisión con el fin de reducir el costo por
canal; De esta forma es considerable el ahorro en volumen en relación con los
cables de cobre.
Fibra Óptica Como Portadora de Información.
El modelo de red y las exigencias de una red actual
El
personal del área de operaciones de las empresas de
telecomunicaciones esta dividida en dos áreas: Conmutación y Transmisión. De
estos dos grupos se derivan cuatro bloques importantes para una red de
telecomunicaciones y son los siguientes:
- Transmisión o Transporte: la forma de conectar los elementos de conmutación entre si, puede ser local o de larga distancia.
- Conmutación: los equipos responsables de establecer la comunicación entre dos extremos es decir los usuarios o los clientes.
- Acceso: La forma de conectar las instalaciones del usuario con la empresa que le prestara el servicio.
- Equipo Terminal: equipo situado en las instalaciones del cliente para aprovechar un servicio de telecomunicaciones.
En
la figura tenemos un ejemplo del modelo,
la red de telecomunicaciones más antigua y grande del mundo: la red
telefónica pública conmutada o por sus siglas en inglés PSTN (Public Switched
Telefone Network).
En
esta red los elementos que corresponden al modelo de red son el teléfono como equipo terminal, el par de cobre como medio
de acceso de conmutación y los enlaces de microondas y fibra óptica como medio
de transporte.
El
elemento de conmutación es el más importante, pues este es quien define que tipo de servicio se brinda.
El elemento de Conmutación.
El
elemento de conmutación es quien
propiamente se encarga de establecer la comunicación entre un punto con otro, dependiendo como sea
llevado acabo esta tarea será el servicio ofrecido.
En general
existen tres tipos de elementos de conmutación y en consecuencia tres tipos de servicios de
telecomunicaciones.
Central telefónica
El
servicio que se ofrece es conmutado porque en la contratación del mismo
solo se especifica un extremo de la
comunicación, el otro extremo será definido de manera dinámica mediante un plan
de numeración y algún esquema de
marcación.
Los
servicios ofrecidos a través de este elemento se conocen como servicios dedicados, y a
diferencia de los servicios conmutados, en la contratación del servicio se
definen los extremos que estarán en
comunicación, reservando así canales exclusivos y permanentes a lo largo de la
red de transporte.
Conmutador
de paquetes
La
conmutación de paquetes parte de
principios totalmente diferentes a los
utilizados en la conmutación de circuitos, utilizada para construir una red
telefónica. Y esto no es de extrañar pues, ambos principios fueron diseñados
para redes que transportarían tráficos totalmente diferentes y por lo tanto con
demanda de recursos diferentes. Estamos hablando de tráficos de voz y datos.
El
primer tipo de tráfico demanda un retardo mínimo y en principio ganara una cantidad de información constante. Por otro lado los
datos no son tan sensibles con respecto al retardo y la cantidad de información
que normalmente se genera es variable.
Este
principio de conmutación consiste en etiquetar la información de los usuarios y hacerla viajar del mismo
medio de comunicación, aprovechando los instantes en que un usuario no envía
información para enviar la de otro,
claro con el compromiso de experimentar congestión o retardo en ciertos
momentos pero a un bajo costo.
El
elemento de transporte
Un
enlace de transporte se distingue por dos elementos. El primero que nos define
fisicamente el medio de transmisión que será utilizado para llevar la
información, como lo puede ser la fibra óptica (FO), las microondas (MO), el satélite, el par de cobre
o cable coaxial.
El segundo elemento es el modo de transmisión, este nos define de
qué forma será llevada la información, así como la cantidad de información que
podrá transportarse de manera simultánea. En formato analógico o digital y con técnicas de múltiplexación FDM o TDM (PDH y SDH).
Las
redes de transporte pueden clasificarse en redes de transporte de larga
distancia y redes de transporte local. La red de transporte de larga distancia
es aquella que se encarga de transportar información entre dos equipos de
conmutación que se encuentran en dos
ciudades, estados o países diferentes. Una red de transporte local es aquella
que se encarga de transportar información entre dos elementos de
conmutación que se encuentran dentro de una misma ciudad.
El elemento de acceso
La
red de acceso es la que permite a un usuario
de un servicio de telecomunicaciones conectarse a una red para hacer uso
de dicho servicio. La red de acceso tradicional es la que encontramos en la red
telefónica pública. Nos referimos a la red constituida por todos los pares
de cobre
que permiten al aparato telefónico conectarse a una central telefónica
local.
Dentro
de las nuevas tecnologías que se presentan en la actualidad para
accesar a los usuarios podemos identificar diversas tendencias:
Nueva
red de acceso por cobre
En
este tipo de redes se pretende eliminar el par de cobre como alternativa única
para llegar al usuario. En algunos casos se implementa fibra óptica en los
segmentos principales y el par de cobre se utiliza en él ultimo tramo. Otra
alternativa es usar las redes de teléfonos por cable (CATV) mediante el cable
coaxial para ofrecer servicios de telefonía y acceso a Internet, además de los
de distribución de video. Finalmente,
nuevas tecnologías que permiten el uso del par de cobre a mayores velocidades
(ADSL y HDSL).
Redes
de acceso inalámbricas fijas
Las
telecomunicaciones ya han demostrado su capacidad de contribuir al desarrollo
económico de una nación. Por esta razón se han desarrollado tecnologías que
permiten una eficiente y rápida implementación de redes de telefonía que
ofrecen el servicio. Encontramos a las redes
de telefonía inalámbrica o fija o en ingles WLL (Wireless Local Loop).
Con estas tecnologías se permite una rápida implementación de red de telefonía
básica y además la inversión que se debe realizar es proporcional a la demanda
existente, por lo que es posible llegar de una manera eficiente a lugares en
donde se carece del servicio.
Redes
de acceso inalámbricas móviles
Otra
forma es permitir la movilidad, pues él poder estar comunicados en cualquier
lugar y en cualquier momento resulta cada día más importante. Es por esto que
el concepto de sistemas personales de comunicación o en ingles PCS es cada vez
mas utilizado, pues hay un clara tendencia
a crear dispositivos que permitan comunicaciones de voz y datos.
Redes
de acceso de banda ancha alámbricas e inalámbricas
Otra
forma es el implementar redes que
permiten el acceso de banda ancha para nuevas aplicaciones. Por banda ancha
entendemos velocidades entre 2 Mbps y 155 Mbps, para permitir acceso a Internet
de alta velocidad, distribución de vídeo, vídeo en demanda, educación a
distancia y teletrabajo. En esta clase
de redes encontramos las redes alambricas implementadas mediante fibra óptica y
por redes inalámbricas mediante enlaces de microondas punto a punto y también
punto a multipunto, como es el caso de la tecnología LMDS.
OPCIONES
PARA EL TRANSPORTE
Exigencias en la actualidad para las redes de
transporte. Una red de transporte debe de cubrir las siguientes cuatro
condiciones:
Capacidad
Calidad
Confiabilidad
Costo.
Integración
de servicios y tipos de información
En
comunicaciones existen diferentes tipos de tráfico.
Encontramos
los tráficos de velocidad constante como la voz y el video, los cuales son
sensibles a los retardos y requieren una velocidad binaria constante para su
transmisión.
Después
tenemos a los tráficos de velocidad variable como las imágenes y el texto
(datos), los cuales no son altamente sensibles a los retardos pero si a los
errores en la comunicación y requieren una velocidad binaria variable o poco
ráfagas.
Mayor
capacidad de transmisión
En
general la necesidad de mayores anchos de banda o capacidades en el transporte
sé esta viendo acotada por dos aspectos:
Incremento
de tráfico multimedia sobre las redes de telecomunicaciones.
Incremento
del número de usuarios de las redes de telecomunicaciones.
Fibra Óptica Como
Portadora de Información.
Las
fibras ópticas son filamentos de vidrio de alta pureza extremadamente
compactos: El grosor de una fibra es similar a la de un cabello humano.
Fabricadas a alta temperatura con base en silicio, su proceso de elaboración es
controlado por medio de computadoras, para permitir que el índice de refracción
de su núcleo, que es la guía de la onda luminosa, sea uniforme y evite las
desviaciones, entre sus principales características se puede mencionar que son
compactas, ligeras, con bajas pérdidas de señal, amplia capacidad de
transmisión y un alto grado de confiabilidad debido a que son inmunes a las
interferencias electromagnéticas de radio-frecuencia.
Las
fibras ópticas no conducen señales eléctricas por lo tanto son ideales para
incorporarse en cables sin ningún componente conductivo y pueden usarse en
condiciones peligrosas de alta tensión. Tienen la capacidad de tolerar altas
diferencias de potencial sin ningún circuito adicional de protección y no hay
problemas debido a los cortos circuitos Tienen un gran ancho de banda, que
puede ser utilizado para incrementar la capacidad de transmisión con el fin de
reducir el costo por canal; De esta forma es considerable el ahorro en volumen
en relación con los cables de cobre.
Incremento
de la calidad
Las
comunicaciones digitales se basan en la transmisión de bits “1” y “0” por lo que la calidad consiste en
recibir el digito binario originalmente
transmitido. Se considera una comunicación con alta calidad cuando se comete un
error de entre 109 (1x109) y el mínimo esperado es un
error entre un millón de bits (1x10-6).A es te parámetro para medir
la calidad se le conoce como Tasa de
Errores de Bit o en ingles BER (Bit Error Rate)
Incremento
de la confiabilidad
Los
requerimientos de disponibilidad de los sistemas, así como las redes de telecomunicaciones
se vuelven cada vez más exigente. Esto de debe a la creciente dependencia de
las empresas sobre estos elementos para sus operaciones.
Es
por esto que la confiabilidad que se tiene sobre las redes de
telecomunicaciones debe ser cada vez más alta. Esto se logra mediante la
implementación de equipos con duplicidad
de elementos, equipos y rutas redundantes.
Mayor
cobertura
La
globalización de la economía y la
ausencia de fronteras entre los países exige servicios de telecomunicaciones
acordes. Esto hace que las redes tengan que expandir sus servicios a distancias
cada vez mayores (incluso entre continentes)pero esta expansión de cobertura no
debe de disminuir la calidad de los servicios prestados.
Actualmente
existe un fuerte movimiento en materia
de alianzas de empresas de telecomunicaciones
con el fin de consolidar una mayor cobertura, al mismo tiempo se
encuentran realizando alianzas con empresa de otros sectores para aumentar la
cartera de servicios. La meta de una empresa de telecomunicaciones se encuentra
en contar con la mayor cobertura y la
mayor cantidad de servicios.
Facilidad
para su gestión
Es
necesario contar con mecanismos que permitan la fácil configuración, el
monitoreo de toda la red y todas las
funciones que generen la información acerca del estado de los signos vitales de
red. De esta manera será más sencillo el aprovisionamiento, operación, la
anticipación a posibles problemas, así como
la pronta respuesta a fallas para la recuperación de la red.
Opciones de medios para el transporte
El
objetivo general de las telecomunicaciones es permitir comunicaciones de voz,
datos, video a distancia de alta calidad, sin importar la localización de los extremos. Para
determinar el tipo de medio que se debe utilizar es considerar dos aspectos en
general: el primero la distancia que existe entre los extremos: y el segundo la
cantidad de información que se desea transmitir. Esto de alguna manera va
asociado con el costo para cada opción de comunicación. Otro factor que también
puede influir es el tiempo en el que se desea contar con los medios de
comunicación.
Existen
diversas opciones de medios de
transporte, pero definitivamente las fibras ópticas cuentan con el mejor
escenario para la implementación de redes de transporte. Proveen la mayor capacidad, la mayor distancia entre
repetidores, la mejor calidad y por lo tanto relación costo beneficio. En la
siguiente figura se comparan los
diferentes medios de transporte desde diferentes medios de transporte desde
diferentes puntos de vista.
ASPECTOS
GENERALES DE LAS FIBRAS ÓPTICAS
Existen
diversas razones que apuntalan a las fibras ópticas como el medio por
excelencia para redes de transporte, entre ellas la gran disponibilidad de
materia prima; el silicio. Las grandes distancias que se pueden conseguir entre
repetidores. En la actualidad una distancia promedio es de 200 km. y se hablan
ya de distancias por encima de los 600 km. La inmunidad al ruido e interferencia
electromagnéticas al ser un medio no conductor, al mismo tiempo no genera
radiaciones electromagnéticas. Las dimensiones de las fibras son pequeñas y por
lo tanto los cables fabricados son más ligeros y fáciles de manejar. El tiempo
de vida se entiende por encima de los 25 años y en realidad se asume como
indeterminado pues no ha transcurrido el tiempo desde que se instalaron las
primeras fibras ópticas. Por ultimo la gran capacidad, que como dijimos antes,
permite en la actualidad transportar
mas de un millón de llamadas a través un par de fibras ópticas.
Sin
embargo y a pesar de todas las ventajas de las fibras ópticas existen ciertas
desventajas. Como el requerimiento de derecho de vía, la exposición a
accidentes y actos vandálicos. Procesos de fabricación muy estrictos y
complicados, equipo de transmisión costoso y tiempo de instalación alto y
dependiente del terreno. También el proceso de instalación debe realizarse con equipo y conocimiento especial.
En
telecomunicaciones las fibras ópticas son utilizadas tanto para redes de larga
distancia como para redes de acceso y transporte local. Redes trasatlánticas
mediante cables submarinos. También son utilizadas para establecer enlaces
dedicados y en redes de datos LAN y MAN.
Entre
los elementos que componen un enlace mediante fibras ópticas encontramos las
fuentes de transmisión LED y LASER, los foto detectores, los regeneradores,
amplificadores ópticos, acopladores, multiplexores, equipo de medición y equipo
para WDM.
LAS FIBRAS ÓPTICAS COMO MEDIO DE TRANSMISIÓN
VENTAJAS DE LAS FIBRAS ÓPTICAS
Tenemos diversas ventajas que favorecen la
utilización de las fibras óptica sobre redes de telecomunicaciones.
- Muy altas capacidades, en el orden de los Tbps.
- Calidad en transmisión, en el orden de BER=10-12
- Niveles bajos de atenuación, en el orden de 0.2 dB/km.
- Respuesta a la frecuencia plana dentro de las ventanas ópticas, por lo tanto se prescinde
- prácticamente de ecualización.
- Distancia grande entre repetidores, entre 150 y 600 kms.
- Inmunidad a ruidos e interferencias.
- Menor costo por circuito que cualquier otro medio.
- Cables más ligeros, pequeños y flexibles.
- No generan interferencia y por lo tanto no existe la diafonía.
- Seguridad en la transmisión.
- Facilidad de mantenimiento.
DESVENTAJAS
DE LAS FIBRAS ÓPTICAS
ATENUACIÓN
La curva tiene tres características principales.
Una gran tendencia de atenuarse conforme se incrementa la longitud de onda
(Dispersión Rayleigh), Atenuación en los picos de absorción asociados con
el ión hidroxyl (OH-), y Una tendencia
por la atenuación para incrementar las longitudes de onda por arriba de los 1.6
um, debidas a las pérdidas inducidas por la absorción del silicio.
Nuevos sistemas de transmisión usan fibras multimodo, operadas en la primera
ventana de longitud de onda cercana a las .85 um, mostrado en la figura 3, y
después en la segunda ventana cerca de 1.3 um. Una fibra de modo simple
primeramente opera en la segunda ventana, donde la atenuación de la fibra es
típicamente menor que 0.35 dB/Km. Sin embargo la región de menos pérdida (
típicamente pérdidas cercanas a las 0.20 dB/Km) permanece en una longitud de
onda amplia y los laceres y receptores operan en esa ventana cercanos a 1.55
um, estos llegaron a ser disponibles a finales de los 80´s.
DISPERSIÓN
La
dispersión cromática describe la
tendencia para diferentes longitudes de onda que viajan a diferentes velocidades
en una fibra. En longitudes onda donde la dispersión cromática es alta, los
pulsos ópticos tienden a expandirse en el tiempo y provocar interferencia, lo
cual puede producir una inaceptable velocidad del bit. La dispersión cromática
de una fibra consiste de dos componentes - Material
y Guía de Onda, el componente material depende de las características de
dispersión de los dopantes y del silicio de construcción. Estos materiales no
ofrecen mucha flexibilidad a ajustes significantes en la dispersión de la
fibra, así que ese esfuerzo se ha enfocado en alterar la dispersión de guías de
ondas de las fibras ópticas.
POLARIZACIÓN
Polarización es la propiedad
de la luz la cual está relacionada con la dirección de sus vibraciones, el
viaje de la luz en una fibra típica puede vibrar en uno o dos modos de
polarización
Los dos modos principales de una fibra asimétrica que es uniforme
a lo largo de su longitud. El modo en el eje X es arbitrariamente etiquetado
con un modo lento, mientras que en el eje Y es etiquetado en el modo rápido. La
diferencia en los tiempos de arribo en los modos
de dispersión por polarización (PMD), es típicamente medida en pico segundos.
Sino es propiamente controlado, PMD
puede producir errores excesivos en los bits para la transmisión en sistemas digitales y que pueden
distorsionar señales de video trasmitidos usando formato de modulación
de amplitud analógico.
NO
LINEALIDAD
Niveles de alta potencia de la fibra óptica disponibles y amplificadores
ópticos provocan señales que interactúan con la fibra en las cuales produce una
variedad de efectos no lineales, sino son controlados propiamente, estas no
linealidades pueden afectar de forma adversa al desarrollo del sistema, las no
linealidades de la fibra caen dentro de dos categorías:-dispersión estimulada e índices de fluctuación refractivos.
Los
niveles de potencia en los cuales los diferentes fenómenos no lineales se
manifiestan ellos mismos, son conocidos como thresholds.
Dispersión
Estimulada
(StimulatedScattering).
Esta no linealidad ocurre en sistemas de modulación intensos cuando las señales ópticas interactúan con las ondas acústicas o con vibraciones moleculares en la fibra de Si. Esta interacción dispersa la luz y la cambia a una longitud de onda mayor.
Hay
dos formas de dispersión estimulada: -Stimlated Brillouin Scattering y
Stimulated Raman Scattering- Índices de
Fluctuaciones Refractivas ( Refractive Index Fluctuations).
Aunque
el índice de refacción de una fibra óptica de Si presenta una constante a bajos
niveles de potencia óptica, las altas potencias relacionadas con los
amplificadores ópticos pueden modular el índice variando la intensidad óptica
de la señal de transmisión.
Los
efectos de la no linealidad de los índices refractivos caen dentro de tres
categorías:-Self -Phase Modulation, Croos-Phase Modulation y Four-Wave Mixing.
COMPONENTES DE LA FIBRA
ÓPTICA
La fibra es tan pequeña y frágil, que se le ubica dentro de un cable.
El núcleo que consiste de vidrio de cuarzo,
tiene un índice de refracción más alto que el revestimiento de vidrio, cuarzo o
plástico que lo rodea. A su vez la superficie del revestimiento esta protegida
por una cubierta primaria de acrilato. La fibra esta protegida contra esfuerzos
mecánicos debidos al cableado, instalación, cambios de temperatura, etc., ya
que usualmente se coloca libre en el tubo que forma la cubierta secundaria.
Los
aspectos principales para la propagación de luz en las fibras ópticas son:
Que
la pureza del material del núcleo sea tan alta, que la atenuación se mantenga
dentro de los límites razonables.
Que
los rayos, que por una razón u otra tiendan a cambiar su dirección de
propagación, se mantengan dentro del núcleo de la fibra.
La alta pureza fue un problema en el procesamiento del material de la fibra que
ya ha sido resuelto. Se debe tener en cuenta que tanto el índice de refracción
como la transparencia, varían con la longitud de onda y la temperatura. Una
cierta pérdida por dispersión de la fibra no puede ser evitada por razones
teóricas. A mayores longitudes de onda las perdidas aumentan debido a la
absorción de rayos infrarrojos (absorción del calor). Los rayos son mantenidos
en el núcleo debido a que el índice de refracción disminuye cuando aumenta la
distancia desde el centro de una sección transversal imaginaria del núcleo de
la fibra. Por esto el índice de refracción puede disminuir por pasos, como en
la fibra con índice escalonado o hacerlo gradualmente como en la fibra con
índice gradual. Las fibras ópticas son también unos medios especialmente
adecuados para el transporte de impulsos digitales de alta velocidad.
Formados por finos tubos de vidrio plástico o
cuarzo fundido metidos de varias milésimas de milímetro. Su nombre deriva del
hecho de que son excelentes guías de onda para los impulsos lumínicos, y se
emplean para transmitir informaciones de cualquier naturaleza transformadas en
bits, en forma de ondas electromagnéticas de elevadísimas frecuencias, iguales
a la de la luz.
Se utilizan concretamente frecuencias cercanas de infrarrojo, de unos 300
billones de hertzios, para las cuales tanto el vidrio como el cuarzo fundido
son perfectamente transparentes, mientras que la envoltura de plástico es
completamente opaca: de esta forma, las fibras ópticas tienen la gran ventaja
de evitar los fenómenos de interferencia electromagnética, lo que las hace
inmunes a las escuchas abusivas.
Las
fibras se reúnen en cables, que poseen un número variable de ellas. Los más
difundidos llevan 216 fibras, reagrupadas tres veces de seis en seis. Estos
cables resultan incluso más baratos que los cables de cobre clásicos, y también
son más ligeros manejables y fáciles de instalar. Para empalmar los cables
ópticos hay que fundir con un equipo especial.
A pesar de todas las ventajas de que
existen también hay ciertas desventajas que deben ser consideradas al momento
de tomar la decisión de instalar un enlace mediante fibras ópticas; ya que
dependiendo del escenario podría resultar que la utilización de otro medio de
transmisión sea más rentable .A
continuación las principales desventajas de las fibras ópticas:
Por
el tipo de tecnología utilizada los sistemas de transmisión todavía son más caros.
Los
conectores utilizados sobre fibras ópticas son muy caros actualmente.
El
costo-beneficio que se puede obtener depende de la distancia a cubrir, así como
el ancho de banda a utilizar.
Las
canalizaciones para redes de larga distancia tiene complicaciones dependiendo
del tipo de terreno.
La
conectorización exige nuevas técnicas y herramientas.
El
manejo de las fibras ópticas requiere mayor adiestramiento y capacitación del
personal.
Hay demasiado cobre instalado en la última milla
como para pensar que la fibra óptica lo sustituya en corto plazo. La
instalación de los cables es más sensible a las curvaturas.
LAS
FIBRAS ÓPTICAS COMO MEDIO DE TRANSMISIÓN
En
telecomunicaciones, las fibras ópticas se presentan como el medio más adecuado
para las redes de larga distancia y de gran capacidad. Es en ese terreno en
donde ningún otro medio puede competir contra las fibras ópticas. Sin embargo
en otros elementos del modelo de red como el acceso no es siempre posible
justificar la utilización de fibras ópticas, o bien cuando se desea movilidad,
o que diversos usuarios reciban la misma señal en diversas ubicaciones
geográficas.
Otra
área en donde se siguen utilizando los satélites es en la transmisión de
señales de vídeo entre televisoras, pues en ocasiones es necesario generar
señales desde algún punto remoto o cambiante a través del tiempo, por lo que
resulta necesario contar con unidades móviles satelitales capaces de transmitir desde cualquier punto.
APLICACIONES PRINCIPALES DE LAS FIBRAS ÓPTICAS
Las
aplicaciones de las fibras ópticas van
más allá del campo de las telecomunicaciones .De hecho, las fibras ópticas y
las tecnologías relacionadas como el LASER están revolucionando diversos
ámbitos de la actividad humana.
Se
mencionan algunas de las principales aplicaciones de las fibras ópticas en las
siguientes áreas: Telecomunicaciones, Redes de Computadoras, Medicina e
Industria.
Telecomunicaciones
En
telecomunicaciones el papel de las fibras ópticas ha sido clave. Su utilización
la encontramos en redes de larga distancia, redes submarinas, redes de acceso, redes
de televisión por cable (CATV).Debido a su gran ancho de banda, el uso de las
fibras ópticas dentro de las telecomunicaciones está permitiendo las comunicaciones
multimedia de alta velocidad y calidad. Es decir, se están logrando
comunicaciones a distancia con la misma sensación y a través de todos los
medios que podrían tener dos o más personas, cuando llevan a cabo una
comunicación presencial; lo cual esta transformando todas las actividades
humanas, como la educación, el trabajo, el entretenimiento. etc.
En
redes de larga distancia el uso de fibras ópticas es el preferido, pues provee
la mejor relación costo beneficio, gracias a la gran capacidad de información y a las grandes
distancias entre repetidores.
Redes
de computadoras
En
redes LAN la utilización del par trenzado tiene gran aceptación, pues es mucho
más económico para el cableado horizontal en donde se requieren distancias
menores a los 100 m y con lo que se obtienen velocidades en el orden de
los Mbps. Para el cableado vertical se
prefiere la utilización de fibras ópticas.
Aplicaciones
médicas
Hoy
a través del LASER es posible realizar operaciones que tenían antes demasiado
riesgo o en donde los tiempos de recuperación eran demasiado prolongados con el
uso de Endoscopios que son dispositivos construidos a base de fibras ópticas.
Aplicaciones
Industriales
Las
fibras ópticas encuentran aplicación dentro de la industria debido a su
característica de inmunidad al ruido, porque en ambientes industriales hay
altos niveles de interferencias.
ESTRUCTURA DE LA FIBRA
ÓPTICA
Para describir la estructura de las fibras,
debemos saber las dimensiones de ellas. Es un hilo de vidrio de hasta 15
kilómetros de largo y de 125 micrómetros de diámetro. Tan delgado como el
cabello humano de tan sólo 70 micrómetros o micras de diámetro. Este hilo de
vidrio esta conformado por dos elementos, el núcleo y el recubrimiento.
Los
dos elementos son de vidrio, específicamente de sílice (óxido de silicio) y de
una pureza muy elevada. Este sílice como el resto de los vidrios, tiene un Índice
de Refracción de 1.47.La causa por la
cual se construyen las fibras ópticas con dos elementos concéntricos es para
formar un tubo con Índice de Refracción menor al cilindro que contiene, cuyo
Indice de Refracción es mayor. De tal forma el Recubrimiento tiene un Índice de
Refracción de 1.47 y el Núcleo tiene un Indice de refracción de 1.5.con esto se
obtiene la Reflexión Interna Total dentro de la fibra.
PROPAGACIÓN DE LA LUZ
EN LAS FIBRAS ÓPTICAS.
Dado que hay una frontera,
entonces existe un ángulo critico que depende de n0 y de n1,
para que el haz de luz en el punto A pueda traspasar al núcleo es necesario que
incida en esta frontera con un ángulo menor a ese ángulo crítico determinado
por n0 y n1. Requerimos
de una refracción en el punto A
Una
vez que el haz de luz ha entrado en el núcleo, éste debe incidir en la frontera
horizontal formada por el núcleo y el revestimiento, de tal forma que haya una
reflexión total interna. Para que eso sea posible el ángulo de incidencia en el
punto B debe ser mayor al ángulo crítico determinado por n1 y n2.
Dado
que el ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia, el haz de luz
saldrá del punto B con la misma dirección con la que llego y llegará al
siguiente punto de la frontera núcleo-recubrimiento con las mismas condiciones
y se tendrá en ese siguiente punto otra vez una
reflexión interna total.
ATENUACIÓN Y DISPERSIÓN
Al
propagarse la luz a lo largo de la fibra va a sufrir algunos fenómenos o cambios
debidos a características de la fibra óptica los cuales son:
La Atenuación: es la pérdida
de potencia conforme la luz se propaga, entre más camino recorra la luz, mayor
será la atenuación y por lo tanto menor será la potencia de luz a su llegada al
otro extremo del enlace.
La Dispersión: consiste en el
retardo que toma parte de la luz al viajar a lo largo de la fibra óptica. Por
ejemplo si un pulso de segundo de duración y ese pulso lo hacemos entrar a un
extremo de la fibra, del otro extremo obtendremos ese pulso con menor potencia,
debido a la atenuación. La dispersión es el ensanchamiento en el tiempo de la
luz.
Entre
más camino recorra la luz, mayor será el ensanchamiento y por lo tanto mayor
será la duración del pulso de la luz a su llegada al otro extremo del enlace.
Factores que propician
la atenuación
Existen
tres causas de perdida de potencia en un enlace óptico, que son por absorción, por
empalmes y por curvaturas.
Perdida por absorción: es por el
simple hecho de propagarse la luz por un medio se perderá potencia
irremediablemente .Hay absorción intrínseca y extrínseca.,la primera no se
puede evitar y la otra se debe a que la naturaleza del vidrio sino a la forma
en que fueron fabricadas..Las impurezas o pequeñas burbujas de aire o de otro material que puedan quedar
como remanentes de impureza serán la causa de que los fotones choquen y se
desvíen, perdiéndose así energía.
Perdidas en un enlace
óptico: son
los elementos de unión que pueden ser los conectores o los empalmes. Los
conectores son empleados para unir una fibra con un equipo, y los empalmes son
usados para unir dos fibras y hacer una más grande. La causa de porque los
conectores o empalmes introducen perdidas es que para la luz esto significa
pasar por una frontera y recordando la ley de Snell, de reflexiones y
refracciones. Por diferentes métodos de
fabricación de conectores y métodos de empalmado, se han mejorado
sustancialmente estas pérdidas.
Perdidas por curvaturas:
Siempre
que haya una curvatura en un cable de fibra óptica habrán perdidas. Hay dos
tipos de curvaturas, las macro curvaturas y las micro curvaturas. Las primeras
son apreciadas a simple vista y pueden despreciarse si no se excede un radio de
curvatura igual a 20 veces el diámetro del cable. Y las segundas las macro
curvaturas, son apreciables a simple vista, son pequeñas torceduras o presiones
que sufre la fibra y que también introducen perdidas. Este tipo de curvaturas
ocurren cuando se sujeta demasiado fuerte una fibra.
Existen
dos causas principales, la dispersión modal y la dispersión intramodal o
cromática.
Dispersión modal:es cuando se
tiene una onda electromagnética que se radia para su propagación en una guía de
onda, la onda viajera encontrara varios caminos para propagarse a lo largo de
la guía. A estos caminos se les llama modos de propagación dependiendo de las
dimensiones de la guía de onda y de la frecuencia o longitud de onda se podrán
propagarse uno o más modos.
Dispersión intramodal o
cromática:esta
dispersión de debe a que el índice de refracción del material no es
independiente de la longitud de onda de la luz que viaja por dicho material..Al
variar el índice de refracción y de
acuerdo a la Ley de Snell se varía también el ángulo con el que la luz
incide a la frontera núcleo-cubierta y
por lo tanto esa componente de luz seguirá una trayectoria propia.En las
fuentes LED que se emplean,se tiene un ancho espectral del haz de luz de
aproximadamente 40 nm,lo que genera una dispersión cromática fuerte.Para evitar
este problema se han desarrollado fuentes como las Láser tipo DFB (distributed
feedback) con anchos menores a 1 nm que reducen notablemente la dispersión
cromática.
Efectos de la
atenuación y la dispersión en un sistema de Telecomunicaciones
En
un sistema de telecomunicaciones a base de enlaces ópticos,la atenuación es muy
importante ya que de ella dependerá el alcance que tenga dicho alcance..Si en
el enlace se emplea fibra con un coeficiente de atenuación muy malo,la
distancia del enlace será muy pequeña. Por lo contrario si se emplean fibras
con un buen coeficiente de atenuación,la distancia será mayor. Actualmente la
distancia máxima de un enlace óptico es de 600 km.
EL PRODUCTO DE
ANCHO DE BANDA POR DISTANCIA
Los
fabricantes de fibras ópticas o bien los cables ópticos proporcionan
especificaciones de la fibra, entre esas especificaciones se encuentran los
coeficientes de atenuación y de dispersión. Con estos datos se pueden hacer los
cálculos correspondientes para saber si esa fibra le servirá en su enlace o no.
Las
unidades de este parámetro son los GHzKm. Un ejemplo de este tipo tenemos que
una fibra tiene un producto de 1000 GHzKm, lo que significa que puede
transportar una velocidad de 1000 Gbps sobe una distancia de 1 kilómetro bien
esa misma fibra puede emplear en un enlace una velocidad de 100 Gbps en una
distancia de 10 Km. Cualquier combinación
siempre y cuando la multiplicación de la velocidad por la distancia no exceda este valor.
TIPOS DE FIBRAS ÓPTICAS
Existen dos
tipos de fibras ópticas, las cuales son las fibras multimodo y las
fibras monomodo. Por sus características particulares cada tipo se utilizan en
aplicaciones diferentes.
PERFIL DE INDICE DE
REFRACCIÓN
El
Perfil de Índice de Refracción muestra
los diferentes valores del Índice de Refracción a lo ancho de una fibra,
mostrando también sus dimensiones de diámetros.
FIBRAS MULTIMODO
Este
tipo de fibras fueron las primeras que se fabricaron para uso comercial en la
época de los 80´s.Este nombre se le atribuyo a su funcionamiento interno. Cuando
un haz de luz entra refractado al núcleo de una fibra, no toda la energía se
propaga por la misma trayectoria, algunos fotones tomarán una trayectoria, otros
tomarán otra y otros otra. Puede haber cientos de trayectorias dentro de
ese tipo de fibras.
Fibras Multimodo de Índice
Escalonado
En
este subtipo de fibras multimodo su núcleo esta ligeramente dopado, lo que hace
que su índice de refracción sea ligeramente mayor que el Indice de Refracción
del recubrimiento. Ese dopado es constante en todo el núcleo, en la frontera,
el valor del Indice de Refracción cambia abruptamente, disminuyendo al valor
del índice del recubrimiento. Este cambio abrupto en el valor de los Indices y
su representación gráfica en el perfil del índice es lo que da nombre a este
subtipo de fibras. Las dimensiones del diámetro del núcleo han variado y se han
fabricado núcleos de 62.5 micras y de 50 micras, seindo más comunes las
primeras.
Características
de las fibras de índice escalonado:
- Fuerte dispersión modal
- Producto Ancho de Banda por Distancia Pequeño.
- Uso de LED´s como fuentes ópticas.
- Apertura Numérica grande.
- Requerimientos mas holgados para conectores.
- Aplicaciones pasadas:LAN´s distancias cortas, velocidades pequeñas, hoy en día en desuso.
Fibras multimodo de Índice
Gradual
Este
tipo de fibras esta dopado en el núcleo y va cambiando conforme nos alejamos
del eje de la fibra; justo en el centro habrá
un nivel n1 que irá descendiendo
hasta llegar al nivel n2 correspondiente al recubrimiento. El dopado no es constante
en el núcleo, su valor de índice de refracción va descreciendo en forma gradual
hasta llegar al índice del recubrimiento,donde ya permanece constante.Este
cambio gradual en el valor de los
índices y su representación gráfoca en el perfil del índice,es lo que da nombre
a este tipo de fibras.Las dimensiones del diámetro son las mismas que las del
de Índice Escalonado.
Características de las
fibras multimodo de índice gradual
- Producto de Ancho de Banda por Distancia mayor que las de índice escalonado.
- Dispersión modal 10 veces menor que las de índice escalonado.
- Uso de LED`s como fuentes ópticas.
- Apertura Numérica grande.
- Requerimientos más holgados para conectores.
- Aplicaciones LAN´s;distancias cortas,velociodades pequeñas
FIBRAS MONOMODO
Este
nombre reciben las fibras porque solamente un rayo o haz de luz entra
refractado al núcleo de una fibra y toda la energía se propaga por la misma
trayectoria y solo hay un modo o
trayectoria dentro de este tipo de fibras. Este tipo de fibras fueron
construidas con el fin de evitar el alto índice de dispersión causada por los múltiples modos.
Características de las
fibras monomodo
- Produce mejor producto de ancho de banda por distancia.
- Solo se presenta dispersión cromática.
- Se requieren conectores muy adecuados.
- Se requieren fuentes de luz precisas.
- Se aplican para altas velocidades y redes de larga distancia.
FABRICACIÓN DE UNA
FIBRA ÓPTICA
Para
el proceso de fabricación de una fibra óptica tenemos dos etapas:
La
primera es la preforma la cual es un tubo de vidrio de alta pureza,y la segunda
es el estiramiento de la preforma.
La Preforma: La preforma es
un tubo de vidrio de óxido de silicio o silice de gran pureza y con dimensiones
de un metro de longitud y 5 cm de diámetro.
Con
la preforma ya hecha esta lista para empezar el proceso de dopado (OH) el cual
consiste en dejar al tubo libre de impurezas,se pone a una temperatura de1300 oC
con una flama que se pasa alrededor del tubo el cual se mantiene girando sobre
su propio eje.
Despues
de esto se introducen vapores al tubo y al calentarse estos se depositan en el
interior del tubo hueco,adhiriendosele y formando parte de la cara cilíndrica
interior.En este paso de deja el tiempo necesario para alcanzar el índice de
refracción deseado.
Entonces
que ya se ha calculado el índice de refracción deseado de dejan de introducir
los vapores y comienza un calentamiento más intenso a 1900ºC.
DISEÑO DE ENLACES
Describiremos
el funcionamiento de este sistema; por el lado izquierdo una señal eléctrica
que puede ser analógica o digital entra en el equipo de transmisión óptico. Este equipo
adecua la señal para su transmisión a través de la fibra óptica, convirtiendo
la señal eléctrica a una señal óptica. La señal ya en forma de luz pasa a la
fibra óptica la cual se conecta al equipo de transmisión con el cable de fibras
ópticas que se usara posteriormente para el enlace exterior.
Este
enlace esta formado por varios segmentos, cada segmento consta de una emisión
de luz, un tramo de fibra óptica y un regenerador. Por causa de la atenuación
tenemos que regenerar la señal cada cierta distancia en el enlace para que no
pierda su potencia y llegue la señal completa hasta el otro extremo.
Dentro
de cada segmento hay empalmes que estos se utilizan para unir dos tramos de
fibra a cada cierta distancia.
Una
vez que ha llegado al otro extremo el mismo sistema de transmisión recibe la
señal y ahora la convierte de óptica a eléctrica para dar por terminada la
tarea de todo el sistema de comunicaciones.
SISTEMA DE TRANSMISIÓN
Este
es el primer elemento del sistema de comunicaciones basado en fibras ópticas y
a continuación se muestra un proceso de transmisión y recepción que simultáneamente
se lleva a cabo dentro del sistema de transmisión:
Etapa de transmisión
Posteriormente,
lo primero que se hace con la señal eléctrica es agregar información adicional.
El propósito de agregar información esta en la necesidad de incorporar
funciones que permitieran una mejor administración del enlace como son las
siguientes:
- Canal de voz para comunicación de los usuarios de terminal a terminal (order wire)
- Canal de datos para el usuario. Canales de control para la operación del sistema de control de potencia para casos de corte de fibra. Estructura de una trama propia del sistema.
Palabra
de sincronía propia del sistema.
El
siguiente paso se le llama aleatorización y codificación, en este proceso se
utilizan códigos binarios “0” y “1”.Si se trata de un 1 esto se representa con
un nivel alto de potencia óptica y si se trata de un cero, esto representa un
nivel bajo o de plano ausencia de señal. Si en la señal óptica se presenta una
secuencia muy larga de unos y de ceros, eso podría redundar en un tiempo
demasiado largo sin cambios en el nivel de la señal óptica con la consecuente
posibilidad de perder sincronía. Para evitar lo anterior se tiene este proceso
de aleatorización, mediante el cual se manipula la señal para evitar que se
presente una combinación demasiado larga de unos y de ceros. Después de esto se
somete a un proceso de codificación en
el cual se utilizan códigos como 5B6B que consisten en que cada combinación de
5 bits de la señal original se generan 6 bits de manera que este 20% de
información adicional facilita la detección y corrección de errores en la
comunicación.
Posteriormente
se tiene el proceso de modulación directa en el que, los unos se codifican con
un nivel alto y los ceros con un nivel bajo de potencia óptica.
Etapa de recepción
Consiste
en revertir lo realizado en la etapa de transmisión. Primeramente se tiene la
interfaz de línea en la que al igual que
en la etapa de transmisión se conecta al cable de fibra óptica exterior, con el
foto detector, este tiene una misión de convertir la energía de luz percibida
en impulsos eléctricos cuya amplitud es proporcional a la intensidad de la luz,
el ser excitado con una intensidad alta de luz, el foto detector generará un
nivel alto de señal eléctrica lo que significará un uno.
Posteriormente
sigue la etapa de decodificación o desaleatorización, estos dos procesos se
llevaran a cabo solo si sucedieron en la etapa de transmisión. De ser así, es
necesario para que el efecto neto sobre la información real sea nulo. Asimismo,
si en la etapa de transmisión de dio el agregado de información se procederá de
retirar esta a fin de dejar únicamente la señal eléctrica que originalmente se
alimento. Por ultimo se resta el adecuar la señal eléctrica al código de línea
que corresponda la interfaz eléctrica en cuestión.
Tipos de fuentes
ópticas
Tenemos
dos tipos de fuentes ópticas:
1. -Fuentes tipo LED (Light-Emiting Diode)
Transmisores
Ópticos
Muchas de las propiedades del láser no pueden aun ser explotadas, por ejemplo,
el pequeño ancho de banda y la coherencia de la luz del mismo. En la actualidad
los láser son usualmente fabricados a partir de materiales semiconductores
(Diodo láser, LD).
Además
de los laceres, también se usan los diodos emisores de luz, LED. Ellos fueron
desarrollados en la década de los 70's y son sencillos y baratos.
Lamentablemente emiten una luz de gran ancho de banda y como irradian en forma
esférica, solamente una pequeña parte de la potencia puede ser introducida en
la fibra.
Diferentes
LED
Estas
son las fuentes más usuales cuando se requiere de un bajo costo y las
aplicaciones no son tan demandantes en términos de distancia y ancho de banda. Una
de las ventajas de las fuentes tipo LED es su alta estabilidad en el nivel de
emisión contra el tiempo, su vida útil y su comportamiento prácticamente lineal
en cuanto al nivel de potencia con relación a la corriente eléctrica de
excitación.
2.
-Fuentes tipo LASER (Llght Amplification
by Simulated Emision of Radiation)
Estas
fuentes son las ideales para aplicaciones de alta capacidad y velocidad como
las que corresponden a las fibras monomodo. Normalmente se trabaja con estas
fuentes en la 2ª y 3ª ventanas ópticas a 1310 y 1550 nm
respectivamente.
Las
fuentes tipo LASER ofrecen la posibilidad de potencias bastantes mayores, el
ancho espectral de la fuente es bastante pequeño y soportan velocidades de
modulación muy altas. Uno de los inconvenientes
es que no son tan lineales. Esto significa que la curva de potencia de
luz emitida contra corriente de excitación presenta un punto de quiebre en
donde se pierde completamente la linealidad.
Con
este comportamiento resulta difícil la modulación del LASER para la transmisión
de señales. Esto también ocasiona que el LASER nunca se apague. Cuando se
transmite un uno se tiene una potencia alta y cuando se transmite un cero se
tiene una potencia baja, pero nunca nula.
Tipos de foto
detectores
Estos
dispositivos tienen la función de generar una señal eléctrica al ser excitados
por una fuente de luz. Existen dos tipos de fotodetectores, tenemos a los tipo PIN
y a los APD.
Foto detectores tipo
PIN
Este
tipo de foto detectores tienen una vida
mayor útil que los de tipo APD y son más estables. No son muy sensibles. El
nombre PIN de deriva de la estructura de estos fotodiodos,están conformados por
una placa de material P otra de material intrínseco I y una tercera de material tipo N. La
sensibilidad y sobre todo la longitud de onda a la que se obtiene mejor
sensibilidad depende del material con el que este fabricado.
Foto detectores tipo
APD
Los
foto detectores APD deben su nombre al funcionamiento del diodo que los constituye
APD (Avalanche Photodiode).Lo que
ocurre con este tipo de diodos cuando se les aplica un voltaje externo
adicional tienen un efecto de ganancia interna que redunda en que ofrezcan una
sensibilidad más alta. Esto quiere decir que la foto detectora responde a
intensidades de luz más tenues, lo que puede operar en enlaces de mayor
distancia lo que trae consigo más luz
atenuada.
RECEPTORES
ÓPTICOS
En
las comunicaciones por fibra óptica se usan como detectores de luz,
principalmente los diodos PIN y APD. El comportamiento de estos semiconductores
ha sido constantemente mejorado, especialmente en los que se refiere al tiempo
de elevación del pulso y sensibilidad. En la actualidad se presentan en tamaños
adecuados para ser acoplados en las fibras ópticas.
EMPALMES Y CONECTORES
DE FIBRAS ÓPTICAS
Conectores:
Estos se utilizan para conectar a la fibra óptica a un equipo óptico. Existe
una gran variedad de conectores en el mercado. En la siguiente figura se
muestran los principales componentes de un empalme:
Existen dos versiones
de conectores;el conector macho y el conector hembra.La función del conector
hembra es la de proveer el mecanismo que pone en contacto a los conectores
machos.En cuanto a los componentes de un conector la férula cuenta con un
orificio de gran precisión justo en el centro a través del cual se conduce la
fibra óptica.Este orificio tiene un díametro
de 125 m por lo que pasa la fibra desnuda incluyendo solamente a l núcleo y a la
cubierta.Justo en el centro del conector hembra se pone en contacto,frente a
frente,las dos ferulas con lo que se logra el contacto también entre las dos
fibras.Es evidente que este contacto es de mucha presición,pues cualquier falla
en el alineamiento o cualquier separación de más entre las mismas fibras
provoca una atenuación y una reflexión que afecta al desempeño de todo el
sistema.
A continuación se dan a conocer algunos de los conectores más
comunee en aplicaciones relacionadas con telecomunicaciones:
Conector tipo ST (Straight
Tip)
Este conector fue diseñado por la compañía Lucent y es de uso
bastante común en sus sistemas de cableado estructurado.
Conector
tipo SC (Subscriber Conector)
Este tipo de conector tiene una fijación del tipo “empujar y
jalar” conocida en inglés como Push Pull debido
a que en esa forma es como se fijan el conector hembra con el macho.Debido a
que no requiere del espacio necesario para el movimiento de los dedos alrededor
del conector,se le utiliza para paneles de alta densidad en donde hay que
acomodar muchos conectores juntos.
Conector
tipo FC (Fiber Conector)
Este conector es bastante común en aplicaciones de
telecomunicaciones.Muchos de los primeros sistemas de transmisión para fibras
ópticas que se instalaron en México en
redes publicas empleaban este conector.Su fijación es mediante una rosca entre
el conector hembra y el macho.Cuenta con una muesca que permite que el contacto
se haga siempre en la misma posición.
Conector
tipo MT-RJ de SIECOR
Este nuevo conector permite la conexión de dos fibras de
manera simultánea.Funciona con el mecanismo push-pull.Son
tan buenas las caracteristicas de este conector que incluso existe un grupo de
empresas que conformarón un grupo llamado MT-RJ Alliance para impulsar su
estandarización.El conector ocupa la mitad del espacio requerido por un conector
SC.Este conector se usa tanto para fibras monomodo como multimodo.
Empalmes
Estos se utilizan para las conexiones que se pretenden ser
permanentes.Estas uniones permiten unir los rollos de cable en un tendido de
larga distancia.El numero de empalmes necesarios en un cierto segmento
dependerá de la distancia a cubrir y de la cantidad de cable por cada rollo.
Existen dos tipos de empalmes:los mecánicos y los de fusión.Los primeros son más sensillos,de menor
costo pero con ciertas deficiencias que los hacen comunes en aplicaciones
dentro de redes LAN pero no en redes de alta capacidad para redes de
telecomunicaciones públicas.Por el contrario los empalmes de fusión son los más
utilizados en los enlaces de larga distancia y para redes metropolitanas MAN,SDH
y WDM.
CABLES
DE FIBRAS ÓPTICAS
Los cables de fibra óptica son muy faciles de quebrar y por
esto se tiene la necesidad de darles protección con una o dos cubiertas.
Protección
básica
La estructura básica de la fibra comprende el núcleo y la
cubierta con un díametro exterior de 125 mm,a esto se le conoce como fibra desnuda;sin protección
alguna.La protección básica que lleva la fibra óptica dentro de la estructura
de los distintos tipos de cables consiste en una protección primaria y en otra
conocida como secundaria.
La protección primaria consta de una cubierta a base de un
material acrílico con un diámetro exterior de 250 mm.En
muchas ocaciones este material se tiñe con colores para pder identificar a las
diferentes fibras dentro de un mismo cable.Esta cubierta está bien pegada a la
fibra y además de la protección le da rigidez para su manejo.
La cubierta secundaria tiene sus variantes.En general consta
de una protección a base de un material polimérico con un diámetro exterior
hasta de 900 mm.
Las variaciones residen en la forrna de conducir la fibra
dentro de esta protección secundaria.En la siguiente figura se muestran las
fibras con protecciones primaria y secundaria:
ESTRUCTURA
Y HACES DE FIBRA ÓPTICA
Existen una multitud de tipos y estructuras de
cables ópticos, daremos algunos ejemplos y clasificación elemental.
Conjunto
de fibras. Es un cable compuesto por un gran número de fibras yuxtapuestas y
enceradas en una cubierta protectora, por lo que es el más simple de los
cables. En un haz de fibras, estas se utilizan en paralelo. Hay dos tipos de
haces de fibras:
El
primero se compone de un gran número de fibras (200 a 400) y tiene una gran
atenuación (de 400 a 1000 dB/km.) y una gran apertura numérica (de 0.5 a 0.6).
La ventaja de un haz como este es el tamaño de la superficie efectiva que facilita
el acoplamiento con emisores de gran superficie emisiva. Se utiliza en enlaces
muy cortos.
El
segundo tipo de haz esta constituido por 6 a 40 fibras más eficientes,
atenuación de aproximadamente 20 dB/km. y con una apertura numérica alrededor
de 0.2. Un haz como este, tiene un diámetro exterior de unos cuantos
milímetros, lo que facilita el acoplamiento entre le emisor y la fibra.
En
los haces, las fibras no están protegidas contra las microcurvaturas y contra
las altas tensiones; sin embargo, dado el gran numero de fibras, la ruptura de
una de ellas tiene menos consecuencias. Es necesario tener en cuanta esta
pérdida para el acoplamiento entre el emisor y la fibra, ya que no se propaga
la luz inyectada fuera de los núcleos de las fibras.
Cables
ópticos.
a)
Cable con 7 unidades de 7 fibras.
b)
Cable con repartición concéntrica de fibras
Estructura de cinta. Los laboratorios Bell fueron
los primeros que estudiaron este tipo de estructuras en las que las cintas
están contra-pegadas sobre 12 fibras, después agrupadas y retorcidas en grupos
de 12. Se tienen así 144 fibras en una sola estructura
Cable
con estructura de cinta.
En
las estructuras de cinta, las fibras pueden tener revestimiento apretado
(fibras contra-pegadas) o revestimiento flojo (fibras colocadas en tubos de
aluminio y recubiertas con polietileno). La ventaja primordial de una
estructura como esta es el gran numero de fibras que se pueden agrupar (144
fibras para un cable de diámetro exterior de 12 mm).
Estructuras
cilíndricas ranuradas. Esta estructura, elaborada en Francia por el CNET,
permite utilizar fibras provistas solo de su revestimiento primario; después se
depositan, libres y sin tensión, en las ranuras helicoidales de un soporte
central
a).-Protección
secundaria holgada.
Una de las protecciones más utilizadas consiste en que la
estructura de la protección secundaria sea un tubo hueco en cuyo interior
descansa el cable de fibra óptica.El espacio de aire dentro del tubo permite
amortiguar los esfuerzos sobre la fibra.Uno de los inconvenientes que en este
caso es que la pared interna de la protección no es completamente lisa por lo
que se pueden generar fricciones y curvaturas indeseables en la fibra.Una
variante para evitar esto consiste en rellenar el vacio con una sustancia
gelatinosa que evita la fricción y repele la humedad.Otra forma es darle un
acabado acanalado a la pared interna del tubo y en forma de hélice porque la
fibra tiene una superficie de contacto con la pared interna mucho menor.
b).-Protección
secundaria ajustada.
En esta segunda capa existe un espacio hueco entre la fibra y
la pared interna de la protección secundaria.Este espacio esta relleno por el
mismo material de la protección secundaria por lo que ahora la fibra se
encuentra firmemente rodeada por dicho material sin posibilidad de
movimiento.El resto de la estructura varia de acuerdo a ala aplicación que
tendrá cada cable de fibra óptica.
Cables
para interconexión en interiores
Estos cables se utilizan en el interior de una sala de
comunicaciones.Sirven para efectuar conexiones entre los puntos de distribución
y de consumo en los paneles de parcheo y también entre el panel de parcheo y
los equipos de comunicaciones.
Estos cables se pueden presentar en un formato
individual,conocido como simplex o en formato duplex
con dos cables unidos.En este tipo de cable es bastante común que cuando
se use el color amarillo para las fibras monomodo y el color anaranjado para
las fibra multimodo.
Cables
con múltiples fibras para interiores
Estos cables son de aplicación amplia en la construcción de
redes dorsales,en redes LAN corporativas.Se usan por ejemplo para hacer la red
que conecta varios pisos dentro de un edificio o en un estadio.
El numero de fibra contenidas en este tipo de cable siempre
son de un número par y algunos de los cables más usados tienen 6,12 ó 18
fibras.
Cables
para exteriores en ducto y de inmersión directa
Estos cables se utizan para comunicar sitios distantes entre
sí.Son los que se emplean para la construcción de redes metropolitanas o de
larga distancia.Estan clasificados en dos grupos.Primero están los cables
diseñados para ser conducidos através de los ductos.Es decir,primero se
entierra el ducto y posteriormente a través del mismo se inserta a los cables
de fibra.El ducto provee un cierto nivel de protección.Por otra parte,cuando no
se usan ductos,el cable se entierra directamente por lo que se requiere de una
mayor protección contra los agentes externos que se pueden presentar.
Cables
submarinos
Una de las aplicaciones mas fabulosas de las fibras ópticas
es el tendido de sistemas de comunicación entre continentes por debajo del
mar.En estas aplicaciones se requiere que las fibras ópticas esten bien
protegidas contra la enorme presión que el mar tierne.Estos cable deben llevar
elementos metálicos para la alimentación que energiza a los amplificadores
ópticos que están bajo el agua también.Estos cables llevan un número reducido
de fibras pues el número de amplificadores que se pueden encapsularno es muy
alto.
Cables
de tendido aéreo
En otras ocaciones es
mejor hacer un tendido aéreo del cable en lugar de abrir zanjas en la tierra
para su inmersión.En redes MAN se pueden colocar postes y de ahí colgar los
cables de fibra.Otra aplicación es en las redes WAN o de larga distancia,está
en el tendido del cable apoyándose del hilo de guarda que hay entre las torres
que llevan cables de alta tensión.
La
atenuación que se presenta en el enlace se debe a los siguientes factores:
Atenuación
debida a la fibra óptica.
Atenuación
debida a los conectores.
Atenuación
debida a los empalmes.
a).Atenuación debida a
la fibra óptica
Para
conocer el valor del coeficiente de atenuación se debe multiplicar el valor del
coeficiente atenuación por la longitud
del tramo de la fibra. Por ejemplo si a=0.2 dB/km y la
distancia del enlace o del segmento es de 100 km, entonces la atenuación de la
fibra óptica será de 20 dB.
b).-Atenuación causada
por conectores
La
unión entre dos férulas que se da en los conectores crea un pequeñísimo espacio de aire que a su vez implica una
atenuación. El valor de esta atenuación depende de las características de cada
conector, siendo valores típicos entre 0.2 y 1 dB.
c).-Atenuación causada
por empalmes
Para
calcular la atenuación se debe conocer la atenuación planeada por cada empalme
y se multiplica por el número de empalmes que se tengan. El valor de atenuación
para cada empalme se especifica de acuerdo al tipo de empalme (fusión o
mecánico) y en su caso la herramienta a utilizar. Sus valores típicos de
atenuación están alrededor de 0.05 a 0.2 dB. La cantidad de empalmes que serán
necesarios depende de la relación entre la distancia a cubrir y la longitud de
los carretes de fibra que se requieran.
MEDICIONES ÓPTICAS
CUANDO Y QUÉ SE DEBE MEDIR
Las
mediciones en fibras son evaluaciones que hacemos a las fibras y a los equipos
como respuesta a la longitud de onda, al tiempo y la distancia.
En
la siguiente tabla se tiene una referencia en donde encontramos en la primera
columna, todas las mediciones que se llevan a acabo en el ámbito de las fibras
ópticas, después en cada una de las posteriores columnas se tienen las etapas
en la que se llevan acabo tales mediciones.
En
la segunda columna, I + D, se refiere a la investigación y al Desarrollo. Es en
esta etapa cuando los científicos desarrolladores buscan disminuir la
atenuación a y la
dispersión s debida a la
propia fibra óptica, que puede acercarse al cero dispersión:
En
la tercera columna tenemos a la Producción, que es la etapa de fabricación de
las fibras y durante la cual, también de debe de supervisar con cuidado las
características que presenta el producto final, asegurando así su nivel de calidad.
La
cuarta columna, Instalación, es el momento en que se implementa una red óptica
y se están manejando tanto los cables como los equipos; cuando sé conecta, las
características tanto de uno como de otros deben de ser iguales para el buen
funcionamiento de la red.
Finalmente
en la quinta columna, se tiene al Mantenimiento. Una vez que se ha hecho
funcionar la red en la etapa anterior se debe tener un cuidado continuo para
mantener ese buen funcionamiento y si se presenta el caso de una falla,
detectarla y repararla lo antes posible.
Atenuación
óptica
Esta prueba se realiza a un carrete
de fibra o cable para medir el coeficiente de atenuación en una fibra justo
después de su fabricación. Esta medición permitirá evaluar el método de
fabricación que se esta empleando.
El objetivo es medir el
coeficiente a de un segmento óptico.
Los métodos empleados son
normalmente dos: por medición de potencias o por gráfica del presupuesto d e potencia.
Medición
de Potencia: en este tipo de método se
inyecta una señal óptica de potencia conocida, en un extremo de la fibra y
después se mide la potencia en el otro extremo del carrete con un equipo
medidor de potencia. En este tipo de mediciones se debe tener cuidado con las
lecturas tomadas de los equipos, ya que esta medición incluye la perdida que
hay en los conectores de los propios equipos de medición.
Presupuesto
de Potencia: en este método se hace uso de un
OTDR. En esta medición el equipo OTDR tiene como función medir la longitud de
la fibra a la cual se esta conectado, y graficar como se va perdiendo potencia.
En el eje horizontal se mide la distancia en kilómetros y en el eje vertical se
mide la potencia en dB. Conociendo la potencia inicial y la potencia final y la
distancia medida, es posible deducir el valor del coeficiente de atenuacióna.
Nivel
de emisión
Esta prueba se hace sobre el equipo
de transmisión en un enlace. El nivel de emisión o potencia de Tx en un equipo
óptico puede ser variable o fija. El objetivo de esta medición es vigilar la
estabilidad de esta potencia de transmisión
y detectar si hay variaciones. Si hay, se debe investigar a que son
debidas para que un equipo mantenga
siempre su valor de potencia de emisión.
Esta es una medición sencilla que
se realiza con un medidor de potencia óptica conectado justo a la salida de la
interfase óptica del Tx del equipo, que
para redes de transporte es el multiplexor SDH. El equipo de Tx introduce
cierta perdida en su conector.
Reflexiones
Esta medición se realiza en un
extremo de un enlace óptico. El cual es un trayecto donde se han empalmado
varios segmentos de fibra mediante empalmes. Las distancias que se pueden
alcanzar son de hasta cientos de kilómetros. El objetivo de esta medición es
saber cuanta potencia sé esta reflejando del total de la potencia emitida. La
forma de hacer esta medición es con un OTDR o con un equipo medidor universal
con la función de back-reflections.
La medición se puede hacer sobre
todo el enlace óptico que resulta de varios segmentos de fibra empalmados, por
ejemplo cada 10 o 15 kilómetros. Entre las principales causas de las
reflexiones tenemos a los empalmes y a los conectores.
Rango
Dinámico
Esta medición se realiza sobre el
equipo de recepción o Rx.Los dispositivos foto detectores tienen un máximo
de potencia y un mínimo: sí reciben más potencia de lo especificado se
pueden quemar y si reciben menor potencia no tienen la capacidad de detectar la
señal binaria. El objetivo de esta prueba es verificar que el equipo de Rx
trabaje con la misma calidad BER, en todo el margen de potencia especificado por el
fabricante.
Para realizar esta prueba sobre
el equipo de Rx, se recurre a un atenuador que hará las funciones de una fibra
óptica de longitud variable y de un equipo analizador digital eléctrico. Como
se muestra en la siguiente figura:
Ancho
Espectral
Esta
medición se realiza sobre los equipos de transmisión ,los dispositivos
fotoemisores trabajan en una longitud de onda con una Dl.Entre más
pequeña sea esta Dl
,hablamos de una señal coherente, y entre más grande sea, hablamos de una señal
incoherente. El objetivo de esta medición es saber que tan grande es ese Dl y ver como se
puede reducir cada vez más.
Se
emplea un analizador de espectro óptico (
OSA, Optical Spectrum Analyzer) que nos mostrará directamente en la
pantalla el contenido de longitudes de frecuencia que esta emitiendo la fuente
a la cual esta conectado. En la pantalla del analizador de espectro óptico se
verá gráficado cuanta potencia se emite en función de la longitud de onda.
Dispersión
Cromática
Una vez medido el ancho espectral
de la fuente, podemos medir cuanta dispersión representará ese ancho espectral.
El objetivo es medir cuanto se ensancha un pulso de duración conocida, para así
poder determinar cuál será la velocidad máxima que soporta esa fibra. Teniendo
la información de ese ensanchamiento se pueden hacer más análisis e
investigaciones para reducirlo cada vez más. La forma de medir la dispersión en
una fibra es con un equipo generador de una señal patrón en el tiempo y con un
osciloscopio. Se introduce en la fibra que se va a medir y del otro extremo se
conecta el osciloscopio. En la pantalla aparecerá información del pulso inicial
y la señal que se recibe realmente.
MEDICIONES
DURANTE LA INSTALACIÓN Y EL MANTENIMIENTO
Se subdivide en dos etapas; cuando
se trabaja ya con una red óptica, en la Instalación y el Mantenimiento.
Prueba de Continuidad
Esta prueba se realiza en dos grandes
partes de un enlace, primero en las puntas del cable donde ya han sido
separadas todas las fibras, después en las fibras dentro de los cables que
pueden ir enterrados, aéreos o submarinos. El propósito de estas pruebas es
detectar donde ha ocurrido un corte para proceder a repararlo inmediatamente.
Un enlace se compone de dos fibras aunque hay veces que se puede realizar con
una sola, a lo largo de estos kilómetros puede ocurrir un corte y hay que
detectarlo.
Se procede a hacer pruebas sobre
los extremos del cable para lo que se utilizan
equipos detectores de falla como clip o visualizadores. Así se prueban
todos los cables de parcheo o pigtails
como se les conoce.
Localización
de Fallas
Mas que verificar la simple
integridad de la fibra nos interesa ver que no haya ninguna falla a lo largo
del enlace. Los eventos llamados eventos ópticos, pueden ser conectarizaciones,
empalmes de fusión, mecánicos, microcurvaturas, segmentos de fibra y cortes, en
la pantalla de un OTDR se muestran todos
los eventos. El fin de esta medición es obtener un resultado gráfico real del
presupuesto de potencia. Esto es parte del mantenimiento
Trazador
o Clip
Equipo manual operado con baterías,
indica en su panel si hay tráfico en la fibra. Algunos pueden incluso, indicar
el sentido del tráfico.
Su funcionamiento se basa en
hacer doblar la fibra más del límite de curvatura establecido para hacer que la
luz escape por la cubierta y poder
entonces detectarla.
Talkset
Es un dispositivo el cual tiene
la forma de un teléfono digital óptico, ya que cuenta con las interfases del
auricular, digitaliza la voz y la convierte a una señal óptica, que envía y
recibe por una sola fibra.
Fuentes
Estos
son equipos generadores de señales de prueba, como transmisores ópticos, son
manuales y operados por baterías; apropiados para su propio campo. Su
funcionamiento es sencillo, generan una señal eléctrica que puede ser una señal
de corriente continua o puede ser una
señal senoidal de 2 KHz, por lo general. Posteriormente convierten esa señal en
una señal óptica a cierta potencia, esa señal óptica puede acoplarse a una
fibra mediante un conector. Entre sus características técnicas podemos incluir:
tipo de fuente: LED ó LASER; longitud de onda de operación: 850,1350,1550nm;
potencia de transmisión, tipo de conector.
Medidor
de Potencia
El equipo de complemento de una
fuente es el medidor de potencia, nos indicará la potencia en dB que tiene la
luz que sé esta recibiendo en el equipo. En su interior cuenta con detectores
de luz fotosensible porque convierten la
luz que les llega en una corriente eléctrica que es completamente medible con
un amperímetro. Después esta cantidad es
calibrada para medir la luz en dB ópticos y este valor es el que se puede leer
en la pantalla de cristal líquido. Entre sus características técnicas podemos
mencionar: posibilidad de manejar valores de referencia, para fibras monomodo y
multimodo, longitud de operación.
Atenuador
En
algunas ocasiones es necesario atenuar
la señal que llega a un equipo en particular, para ello se utiliza este equipo
que se inserta en un punto de medición. El objetivo de este atenuador es
similar a una fibra de cierta longitud. Entre sus características de
funcionamiento esta el hecho de que
puede actuar como atenuador variable o de un valor fijo. Al igual que las
fuentes y los medidores tienen un rango de operación para la longitud de onda,
los tenemos para fibras monomodo y multimodo.
Medidor
de BER
Este
medidor de la tasa de error, BER, no es del todo un equipo de medición óptica,
sino que es un equipo de mediciones digitales. Su función es detectar cuantos
errores ocurrieron debido a una señal que viajó en el plano óptico y fue
reconvertida al plano eléctrico. Entre sus características contamos a la
velocidad binaria que puede manejar. Algunos modelos cuentan ya con interfaces
ópticas.
Medidor OTDR (Optical
Time Domain Reflectometer)
La función de este equipo es
supervisar toda una sección óptica, resultado de haber empalmado varios segmentos de fibra óptica. El OTDR
presenta en pantalla una representación gráfica de cómo se va perdiendo
potencia a lo largo de esta sección. Entre sus características principales de
operación se indica la distancia a medir y la resolución en sus mediciones.
Dado su funcionamiento, un OTDR
puede emplearse en mediciones que tengan que ver con atenuación, longitud,
pérdidas, localización de fallas y potencia de recepción. Su funcionamiento se
basa en la emisión de un pulso que recorre la FO y en cada evento (empalme,
conector, corte) que se encuentra se refleja un poco; esas reflexiones son
estudiadas cuando llegan de regreso al OTDR, y analizando el tiempo en que
llegaron y la potencia con que llegaron se puede deducir a que distancia
ocurrió una pérdida.
No hay comentarios:
Publicar un comentario