Fibra Optica

I INTRODUCCION

En poco más de 10 años la fibra óptica se ha convertido en una de las tecnologías más avanzadas que se utilizan como medio de transmisión de información. Este novedoso material vino a revolucionar los procesos de las telecomunicaciones en todos los sentidos, desde lograr una mayor velocidad en la transmisión y disminuir casi en su totalidad los ruidos y las interferencias hasta multiplicar las formas de envío en comunicaciones y recepción por vía telefónica.

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.

Fibra Óptica Como Portadora de Información.

EL MODELO DE RED Y LAS EXIGENCIAS DE UNA RED ACTUAL

Dentro de una red de telecomunicaciones existe una gran cantidad de equipos y funcionalidades.

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 general existen tres tipos de elementos de conmutación y en consecuencia tres tipos de servicios de telecomunicaciones. En la siguiente tabla se muestran los diferentes elementos de conmutación, así como los servicios que de estos se desprenden.

Tabla 1.2.-Elementos de conmutación y servicios de telecomunicaciones

ELEMENTOS DE CONMUTACIÓN	TIPO DE SERVICIO	SERVICIOS OFRECIDOS
CENTRAL TELEFÓNICA	SERVICIO CONMUTADO BASADO EN CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS	TELEFÓNIA LOCAL, TELEFONIA DE LARGA DISTANCIA, NUMEROS 800, NUMEROS 700, VPNS, CELULAR, PCS, WLL.
CROSSCONECTOR	SERVICIO DEDICADO BASADO EN CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS	LINEAS PRIVADAS ANALOGICAS, LINEAS PRIVADAS DIGITALES (DS0,E0,E1,Nx64)
CONMUTADOR DE PAQUETES	SERVICIO CONMUTADO Y DEDICADO VIRTUAL BASADO EN CONMUTACIÓN DE PAQUETES.	INTERNET, REDES, IP, X.25, FRAME RELAY, ATM, SMDS.

Central telefónica

Mediante este elemento de conmutación es posible establecer conexiones dinámicas basadas en circuitos de 64 kps. Cuando se establece una llamada telefónica de un extremo a otro, se establece una conexión de 64 kps en ambos sentidos, la cual es reservada para uso exclusivo de los dos extremos en comunicación mientras la llamada dure.

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.

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.

Debido a esta situación no resultaba eficiente ni económico establecer una comunicación de larga distancia a través de la red telefónica, pues se reserva un recurso el cual no es utilizado todo el tiempo debido a la naturaleza variable del tráfico de datos.

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).

Por razones evidentes esto siguió avanzando a siguientes jerarquías E2, E3 y E4 como se muestra en la tabla.

Adicionalmente a la capacidad era necesario satisfacer otras necesidades (cantidad y confiabilidad) por lo que a principios de los 90`s se presentó una nueva jerarquía digital conocida como SDH promoviendo capacidades mucho mayores que las existentes.

JERARQUIA DIGITAL PLESIOCRONA (PDH)
JERARQUIA	VELOCIDAD BINARIA Mbps	NUMERO DE LLAMADAS TELEFONICAS SIMULTAN.	MEDIO UTILIZADO
E1	2.048	30	M.O.F.O,SAT.
E2	8.448	120	M.O.F.O,SAT.
E3	34.368	480	M.O.F.O,SAT.
E4	139.264	1920	M.O.F.O,SAT.
JERARQUIA DIGITAL SINCRONA (SDH)
JERARQUIA	VELOCIDAD BINARIA Mbps	NUMERO DE LLAMADAS TELEFONICAS SIMULTAN.	MEDIO UTILIZADO
STM-1	155.520	1920	M.O.F.O,SAT.
STM-4	622.080	7680	F.O
STM-16	2,488.320	30,720	F.O
STM-64	9,953.280	122,880	F.O

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.

CLIENTE

En la actualidad existe una gran demanda por nuevos servicios y aplicaciones.

La red de cobre los ha limitado y en consecuencia se ha provocado el surgimiento de nuevas alternativas de acceso para estas nuevas aplicaciones. Sin embargo debido a su gran valor también se han desarrollado nuevas tecnologías que permiten la utilización del dicho par de cobre a velocidades mayores, tal es el caso de las tecnologías ISDN, HDSL, y ADSL. Esta última permite transmitir señales digitales del orden de los 6 Mbps en el sentido de la red al usuario. Para aplicaciones de acceso e Internet de alta velocidad y vídeo en demanda (VoD).

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).

OPCIONES PARA EL TRANSPORTE

En la actualidad son diversas las exigencias para las redes de transporte.

También existen diversas opciones de medios de transporte, pero la fibra es el medio que mejor satisface dichas exigencias.

Exigencias en la actualidad para las redes de transporte. Una red de transporte debe de cubrir las siguientes cuatro condiciones:

Capacidad

Calidad

Confiabilidad

Costo.

Sin embargo podemos distinguir aspectos más específicos a continuación se describen:


	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.

En todos los ambientes de comunicaciones existe una fuerte migración hacia los ambientes gráficos y el contenido multimedia. Esto es de esperarse pues lo que se pretende es lograr una comunicación con todos los medios que pueden ser utilizados cuando dos personas se comunican de manera presencial, pero ahora a distancia.

Fibra Óptica Como Portadora de Información.

Con un cable de seis fibras se puede transportar la señal de más de cinco mil canales o líneas principales, mientras que se requiere de 10,000 pares de cable de cobre convencional para brindar servicio a ese mismo número de usuarios, con la desventaja que este último medio ocupa un gran espacio en los ductos y requiere de grandes volúmenes de material, lo que también eleva los costos.

Originalmente, la fibra óptica fue propuesta como medio de transmisión debido a su enorme ancho de banda; sin embargo, con el tiempo se ha planteado para un amplio rango de aplicaciones además de la telefonía, automatización industrial, computación, sistemas de televisión por cable y transmisión de información de imágenes astronómicas de alta resolución entre otros

Incremento de la calidad

Hoy día las telecomunicaciones se han convertido en la herramienta estratégica para las empresas y en un facilitador de toda actividad humana. Se presentan como el medio del futuro para el intercambio de bienes y servicios, manejando toda la información estratégica y critica involucrada en las diferentes actividades.

Por estas razones contar con redes de telecomunicaciones capaces de garantizar que la información en sus diversos formatos será transmitida libre de errores, en otras palabras con calidad.

Las empresas prestadoras de servicios de telecomunicaciones ofrecen niveles de disponibilidad cercanos al 100%. Un nivel de cinco nueves (99.999%) es altamente deseable para las redes de transporte de la actualidad.

En la tabla siguiente se muestran los niveles de disponibilidad que se pueden conseguir, junto con la indisponibilidad y en porcentaje con respecto a un año.

DISPONIBILIDAD	INDISPONIBILIDAD	EN TIEMPO
99.1%	0.9%	3 Días, 6Hrs,50Min,24s
99.5%	0.5%	1 Día, 19Hrs,48Min
99.9%	0.1%	8Hrs,45Min,36S
99.95%	0.05%	4Hrs,22Min,48S
99.99%	0.01%	52Min,33S
99.999%	0.001%	5 Min, 15s

Tabla 1.11.-Niveles de disponibilidad de una red de transporte

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.

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.

	Distancia entre repetidores	Vida útil	Efectos Climáticos	Complejidad de Operación	Capacidad
Satélite	Solo uno	Limitada	Si	Alta	Media
Par de Cobre Cable coaxial	Corta 2-10 Km	Larga	No mucho Humedad	Moderada	Media
Microondas	Media 25-75 km	Larga	Si Lluvias	Moderada	Media-alta
Fibras ópticas	Larga Hasta 600 km	Muy larga	Nulos	Moderada	Muy alta

Tabla 1.12.-Opciones de medios de transporte

Cuando comenzaron las redes de larga distancia el medio utilizado era el par de cobre aéreo (open wire), el cual podría llevar una sola llamada a la vez y con muy baja calidad. Después vinieron los enlaces de microondas y satelitales analógicos. Cuando se inventaron los primeros sistemas digitales se utilizó el par de cobre y el cable coaxial para llevar treinta llamadas de voz simultaneas por un mismo medio, pero con una necesidad de repetidores cada 2 km. aproximadamente. Hoy existen las microondas digitales con capacidades hasta de 1920 llamadas de voz, así como enlaces satelitales de la misma capacidad. Sin embargo las fibras ópticas son el medio que en la actualidad, mediante sistemas SDH y WDM, permiten más de 1, 000,000 de llamadas de voz sobre una misma fibra óptica.

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.

A partir de 1970 el desarrollo tecnológico había experimentado una curvatura de crecimiento muy acelerada. Hoy se cuenta con fibras ópticas con atenuaciones del orden de los 0.2 dB/km. con capacidades en el orden de los Gbps y Tbps, mediante tecnologías SDH y DWDM.

En 1999 se presentó un multiplexor capaz de transmitir a una capacidad de 1.28 Tbps sobre una fibra óptica, lo cual significa más de un millón de voz simultáneas.

Hoy las fibras ópticas se utilizan para enlaces de larga distancia terrestres y transoceánicos, se espera que algún día la conexión de una milla sea también mediante fibra óptica. Ello permite comunicaciones multimedia de alta capacidad y calidad entre todos los habitantes de la tierra.

A partir de 1990 se han logrado varias mejoras sobre las tecnologías de fibras ópticas que han permitido incrementar la capacidad y reducir el costo de las redes ópticas de hoy.

Los primeros trabajos de WDM (Wavelenght Division Multiplexing) fueron realizados en 1994,cuando se utilizaron acopladores bicónicos para combinar dos señales sobre la misma fibra. Otro pilar dentro de las comunicaciones ópticas son los amplificadores del tipo EDFA (Erbium Dopped Fiber Amplifier), pues permiten que la señal sea amplificada sin necesidad de convertirla a una señal eléctrica para su regeneración. Por otro lado reducen enormemente los costos en enlaces de largas distancias en contraste a la utilización de regeneradores eléctricos.

La utilización de amplificadores ópticos dopados con erbio (EDFA)permite la implementación de WDM para el incremento de la capacidad de una fibra, pues este tipo de amplificadores tiene una respuesta plana en el espectro óptico. En los sistemas actuales se utilizan 40,80 y 128 longitudes de onda sobre la misma fibra óptica, a esto ya se le conoce como DWDM (Dense Wavelenght Division Multiplexing).

Otro elemento que permite el incremento de la capacidad lo encontramos en los emisores LASER con ancho de banda angosto, los cuales permiten la combinación de diversas longitudes de onda sobre una la misma fibra; además de lograr mayores distancias entre repetidores.

Actualmente se logra visualizar la revolución que provocarán los Láser sintonizables, los multiplexores WDM y los Cross conectores ópticos sobre las redes basadas en fibras ópticas. Se manejarán capacidades inimaginables, además de que se podrán proveer servicios de longitud de onda punto a punto, en donde el protocolo utilizado sobre dicha longitud de ondas será independiente.

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.

La alta capacidad que se consigue sobre las fibras ópticas se debe al gran ancho de banda que estas pueden manejar. En la figura anterior se compara la capacidad de un enlace de radio digital frente a uno con fibra óptica, en función del ancho de banda de la portadora y la frecuencia de operación.

Para el radio digital tenemos un ancho de banda para un enlace de 140 Mbps, mediante modulación 16 QAM (Quadrature Amplitud Modulation)de 35 MHz y una frecuencia de portadora de 7 GHz, logrando así una relación de 200 a 1.Para el caso de las fibras ópticas tenemos que un enlace de la misma capacidad pero con una modulación OOK (On Off Keying) de 140 MHz, una portadora en la banda de 193 THz (1550 nm) y con una relación de 1.382,488 a 1.Esto nos da una idea del número de portadoras que pueden manejarse o del ancho de banda que resta a las fibras ópticas para su utilización.

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 figura 2 muestra como la dispersión cromática cambia con la longitud de onda para tres diferentes tipos de fibra. La dispersión cromática de una fibra consiste de dos componentes -Material y Guía de Onda- como se muestra en la figura 3, 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

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, como se ve en la figura.

Cable de una fibra

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.

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:

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.

Ahora veamos que pasa con las microondas digitales y las fibras ópticas. En los años 70 el principal medio de transporte para las redes de larga distancia eran las microondas, inicialmente sistemas analógicos utilizando técnicas de multiplexación FDM y posteriormente sistemas digitales con técnicas de multiplexación TDM. En sistemas PDH y señales STM-1 para sistemas SDH; las fibras ópticas pueden soportar hasta señales STM-64 de la SDH, sin mencionar el incremento sustancial que además se obtiene con WDM.

Sin embargo en el segmento de acceso y debido a la gran infraestructura instalada en la planta externa de redes de telefonía local y de televisión por cable (CATV),los pares de cobre y el cable coaxial se siguen utilizando y desarrollando.

Para el par de cobre se han desarrollado nuevas tecnologías que permiten utilizarlo a grandes velocidades, en el orden de los Mbps .Por lo que permite su uso para nuevas aplicaciones hasta que la instalación de fibras ópticas hasta el usuario sea viable. A estas nuevas tecnologías de cobre se les agrupa como tecnologías xDSL, y encontramos entre ellas a HDSL,ADSL,VDSL,RADSL,ISDL,etc.

2.5 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.

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.

Actualmente, cualquier empresa que planea implementar una red de larga distancia de gran capacidad incluye a las fibras ópticas como un elemento estratégico para su éxito. Sin embargo, las inversiones son cuantiosas y su implementación sólo es justificada si se tienen relativamente altos volúmenes de información.

El costo de implementación de fibra óptica por kilómetro oscila entre los $10,000 y los $20,000 USD, dependiendo del tipo de terreno. Por lo tanto una red de apenas 1000 km se encuentra por arriba de los millones de dólares.

En la tabla se muestran las principales redes de larga distancia instaladas en México antes y después de la apertura de las telecomunicaciones en 1997.Los datos que se presentan en dicha tabla corresponden a cifras oficiales en 1997 presentada en las concesiones otorgadas a cada una de las empresas respectivamente, sin embargo las cifras reales se han ido modificando por diferentes causas.

Empresa	Inversión en MDD 15 años	Km .de F:O (5 años)	Cobertura (Ciudades en 5 años)
ALESTRA	1,000	8,600	32
AVANTEL	1,800	20,000	33
BESTEL	200	2,250	60%
IUSATEL	1,200	7,500	69
MARCATEL	2,500	1,300	61
MIDITEL	300	Red Satelital	5,000
PROTEL	412	1,600	36
TELMEX	12,000	30,000	20,554

Tabla.2.10.-Redes de larga Distancia en México

Por otro parte en redes de acceso las fibras ópticas también se están implementando a gran escala. La estrategia consiste en establecer anillos metropolitanos como red primaria, enlazando sitios o edificios estratégicos y de a partir de ahí derivar diversos anillos secundarios para contar con varios puntos de presencia, también sobre edificios estratégicos.

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.

3 PROPAGACIÓN DE LA LUZ

3.1 CONCEPTUALIZACIONES FÍSICAS

Definición de la luz

La luz es una emisión continua de partículas de energía llamadas fotones. La emisión de estos fotones se hace en forma analógica, por tanto tiene una potencia que puede ser medida en decibeles (dB) y una frecuencia que puede medirse en Hertz (Hz)

En la figura anterior se muestra un esquema representativo muy sencillo de cómo una fuente emite constantemente cantidades de fotones, mismos que forman un flujo constante de energía que es lo que nosotros llamamos luz.

La longitud de onda

La letra griega Landa representa la longitud de onda .Y su ecuación es la siguiente:

La Longitud de Onda indica cuanto mide esa señal en el espacio, y se mide en metros (m) o más formalmente en nanómetros (nm).

En esta representación, se ha dibujado una potencia decreciente de la señal, dado que la representación gráfica en este caso está en función del espacio, es decir de la distancia que recorre la luz. Conforme recorre más distancia, más potencia va perdiendo.

Este parámetro de cada cuerpo que determina la velocidad de la luz en él, se llama Índice de Refracción. Este Índice de Refracción indica cuantas veces es menor la velocidad de la luz en ese cuerpo, con relación a la velocidad de la luz en el vacío. Su notación es la siguiente:

Por ejemplo el caso del aire. La velocidad de la luz en el aire es C_aire =290,000 km./s; y C=300,000 Km./s. Entonces, el Índice de Refracción del aire n_aire es n_aire=1.03.Para el vidrio, C_vidrio=200,000 km./s, entonces v_idrio=1.5.

Todos los índices de refracción son mayores a 1, solo para el vacío que este es igual a 1.Entre más grande sea el Índice de Refracción de un material, menor será la velocidad de la luz en ese medio.

LA LEY DE SNELL

Cuando hablamos de dos medios con diferente Índice de Refracción, implícitamente hablamos de la frontera que se forma entre esos dos medios. Para ver en que consiste la Ley de Snell., tenemos la siguiente figura:

Cada medio cuenta con un índice de refracción y entre ambos medios tenemos formada la frontera. Como se indica en la ley de Snell, cuando se hace incidir un haz de luz sobre una

Ahora en ves de variar el ángulo de incidencia con índices de refracción constantes, hay una dirección de incidencia constante, un medio 1 con índice de refracción constante y el índice de refracción del medio 2 variable. En esta representación gráfica tenemos la frontera en forma horizontal, esto no afecta en nada y servirá como se propaga la luz dentro de las fibras ópticas.

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, mostrado en la figura siguiente:

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.

En la siguiente figura se muestra el perfil de la capa longitudinal central de la fibra, se ve detalladamente como sigue su trayecto la luz al propagarse al interior de la fibra:

Para poder entender este diagrama iniciaremos con la frontera vertical que se forma entre el medio 0 y el núcleo que es el medio 1.Dado que hay una frontera, entonces existe un ángulo critico que depende de n₀y 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 n_1.Requerimos de una refracción en el punto A

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.

En conclusión; la luz entra al núcleo retractándose en la frontera formada por los medios

0-1; posteriormente se ira rebotando a lo largo de la fibra mediante reflexiones internas totales en las fronteras formadas por los medios 1-2.

Apertura Numérica

Para asegurarnos de que haya una propagación de la luz al interior de la fibra, se deben cumplir dos condiciones:

El ángulo de incidencia sobre el núcleo sea menor al ángulo q_cA, con el fin de que haya una refracción en el punto A.

El ángulo de incidencia en la frontera núcleo-revestimiento, que será la misma dirección con que saldrá refractado del punto A, sea mayor al ángulo q_CB,con el fin de que haya una reflexión en el punto B.

Esta formula indica en forma directa y proporcional qué tanto margen en dirección tenemos para incidir sobre el punto A teniendo la garantía de que una vez dentro, la luz refractada en A, se reflejara en B.

Angulo de Aceptación

Se mide en grados y que dice más fácilmente cual es la región en que debemos incidir el haz de luz sobre A para garantizar la propagación.

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.

Vemos como un pulso de luz que inicialmente tiene una potencia de entrada va perdiendo esta potencia conforme viaja a lo largo de una fibra de longitud determinada L, en kilómetros. Al recuperarse el pulso en el otro extremo, el pulso tiene tan solo una potencia menor que la potencia de entrada y la duración inicial del pulso es T segundos.

Coeficientes de Atenuación y Dispersión

En cualquier segmento de fibra es posible medir cuánta potencia se pierde en el trayecto,recordemos que esas pérdidas son debidas a diferentes causas. Para hacer tal medición bastaría con medir la potencia en la entrada,luego medir la potencia en la salida y la diferencia entre ambas equivaldría a la atenuación total de esa fibra. Entre más pequeña sea esa atenuación la fibra tendrá una mayor calidad,pero esta medición depende de la longitud del segmento de fibra.

En la dispersión es posible medir cuánto tiempo de más tiene un pulso dado al recorrer un trayecto. Para medir la duración a la salida y la diferencia entre ambas equivaldría al ensanchamiento sufrido por el pulso. La letra con que se simboliza este ensanchamiento es la letra t.

Otro parámetro independiente de la longitud de la fibra y que expresa el ensanchamiento,se ha definido el coeficiente de dispersión s,que indica cuanto tiempo se ensancha un pulso por cada kilómetro recorrido y la formula del valor del coeficiente est/L.

Expresiones para la atenuación y la dispersión

Para la atenuación tenemos dos fórmulas,una empleando Watts como unidad de potencia y otra que se emplea para los cálculos efectuados al hacer el presupuesto de Potencia:

Para la dispersión tenemos dos expresiones, una para cada una de los dos tipos de dispersión que existen. En las fibras ópticas tenemos dispersión modal y dispersión intramodal o cromática.

En la fibra óptica se presentan ambos casos, aunque hoy en día la dispersión modal es casi nula, restando sólo la dispersión intramodal.

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.

B representa el ancho de banda máximo o velocidad máxima que puede manejar en una fibra con un coeficiente de dispersión sy una distancia L.

3.6 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.

4 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.

El hecho de tener múltiples modos da lugar al nombre de este tipo de fibras.

El gran inconveniente de tener múltiples trayectorias o modos es que unos llegaran mas pronto al tener que dar menos rebotes, por lo tanto recorrer menos distancia que otros. Tiempo después llegaran los modos que dieron mas rebotes, obviamente llegaran con un retardo en relación a los primeros modos, esto provocara una especie de eco de la señal y cono resultado tendremos una señal prolongada en el tiempo. En este tipo de fibras hubo dos subtipos dentro del tipo multimodo, estos son: Multimodo de Índice Escalonado y Multimodo de Índice Gradual.

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.

En la siguiente figura se muestra como se propaga una señal en una fibra de índice escalonado. Los múltiples modos toman su trayectoria y se propagan en forma independiente.

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.

ELEMENTOS PARA DISTRIBUCIÓN

A este tipo de elementos se les conoce como BDTO o bastidor distribuidor de troncales ópticas. La principal función de estos elementos estriba en proporcionar un punto fácil de conexión y desconexión para funciones de operación y mantenimiento entre los equipos de transmisión y los cables de uso externo. Las conexiones y desconexiones se presentan cuando se desean hacer tareas de mantenimiento preventivo y correctivo a los equipos.

Los elementos de distribución permiten además, no realizar las conexiones sobre los equipos protegiendo así a los mismos. Existen cuatro opciones que se tienen para la terminación de los cables de uso externo cuando llegan a una sala de comunicaciones:

Cuando el cable de uso exterior llega a la caja de la acometida. En la entrada de la caja se fija el cable mediante algún tipo de herraje. Después se empalman las fibras entrantes con fibras que se fijan en el otro extremo de la caja y que están rematados en conectores que van directamente al equipo de transmisión. Los pigtails ya van incluidos en la caja de acometida. Esta opción es sencilla, económica pero no prevé mucha flexibilidad de cambio en la configuración.

Esta opción, remata los pigtails empalmados con las fibras de entrada en conectores en el interior de la caja. Luego se tienen cuerdas de interconexión entre la caja y los equipos de transmisión. Aunque se gasta en cuatro conectores más esta opción ofrece la posibilidad de intercambiar fibras en la caja y no directamente en los equipos. Una variante de esta configuración sería el no realizar los empalmes. En lugar de ellos se rematan las fibras externas directamente en los conectores al interior de la caja.

En ocasiones, el panel de parcheo y los sistemas de transmisión no se encuentran juntos, en estos casos se requiere de canalizaciones especiales para conducir las cuerdas de fibra de un lugar a otro.

5.7 CÁLCULOS PARA EL DISEÑO DE UN ENLACE

Para el diseño de un enlace bien definido es necesario el diseño de varios segmentos por separado.

Este diseño estará dividido en dos partes. Primero está el diseño de potencias en el que se establece la longitud máxima de los segmentos de acuerdo a las características de los equipos y de la fibra óptica.Y segundo tenemos al cálculo del ancho de banda, es decir; de la máxima velocidad binaria que se podrá utilizar en el enlace.

Cálculos de potencia

Para calcular la atenuación, es decir la disminución de la potencia y la potencia de recepción se tiene la siguiente formula:

P_RX=P_TX – A_tt

En la anterior formula las potencias de recepción P_RX se expresa en decibeles relativos a un miliwatt (dBm ) y la atenuación (Att) se expresa en decibeles (dB).

Una cosa muy importante en el diseño es el asegurar que la potencia de recepción (P_RX) sea adecuada y correspondiente con las características del equipo de transmisión a fin de garantizar u funcionamiento adecuado.

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.

Tenemos un ejemplo practico de un calculo con los siguientes datos:

Potencia de transmisión P_TX=5 dB

Longitud del tramo= 126 Km

Coeficiente de atenuación @ 1550 nm a=0.2 dB/Km

Longitud de los carretes de fibra =8 Km

Atenuación por cada junta de conectores = 0.5 dB

Atenuación por cada empalme de fusión = 0.2 dB

Valor a calcular = P_RX.

Aplicando la formula para calcular la atenuación total tenemos:

Att fibra =(126 Km) (0.2 dB/Km)=25.2 dB

Si en este caso solo consideramos dos juntas de conectores;entonces la atenuación debida será:

Att conectores = (2) (0.5 dB) = 1 dB

Para calcular la atenuación debida a los empalmes primero tenemos que calcular el número de empalmes:

Número de empalmes = (Longitud del enlace/longitud de cada carrete) – 1

Número de empalmes = (126/8)=15.17=16 (16 – 1 ) = 15

La atenuación queda como sigue:

Att empalmes = (15) (0.2 dB) = 3 dB

La atenuación total se obtiene sumando los tres resultados:

Att = 25.2 dB + 1 dB + 3 db = 29.2 dB

Si ya tenemos la atenuación total podemos calcular la potencia de recepción:

PRx = 5 dB – 29.2 dBm = -24.2 dBm

El equipo de transmisión que se va a emplear debe de tener las características del equipo de transmisión sean tales que con una potencia de –24 dBm pueda garantizar un buen desempeño. En la práctica se debe considerar un margen adicional porque es posible que se presenten atenuaciones o cambios en la potencia de transmisión:

Algunas de las características que se deben considerar para estimar el margen adicional para la potencia de recepción son las siguientes:

Disminución en la potencia de transmisión debido al envejecimiento de la fuente de luz.

Atenuación por empalmes adicionales debido a cortes en la fibra.

Atenuación causada a variación de las características de los conectores en las conexiones y reconexiones.

Atenuación debido a curvaturas en el manejo del cable de fibra óptica.

Cálculos de ancho de banda

Mediante estos cálculos se define el ancho de banda máximo que se podrá manejar en un enlace de fibra óptica dada la longitud de los tramos.

El factor que limita el ancho de banda es la característica de la fibra conocida como dispersión que incluye la dispersión modal, cromática o intramodal. Para las fibras monomodo típicamente el coeficiente de dispersión es expresado en ps/(nm x Km. Lo anterior quiere decir que el ensanchamiento de los pulsos depende del ancho espectral de la fuente que está en nm y de la longitud en kilómetros del tramo. Ejemplo numérico:

PStota (Dispersión total)l= ps x Lt x ABfuente

Coeficiente de dispersión = 20 ps/(nm x Km)

Longitud del tramo = 120 Km

Ancho espectral de la fuente = 0.3 nm

Dispersión total (PStotal) = 20 ps /(nm x Km) x 120 Km x 0.3 nm = 0.9 ns.

Con lo anterior se sabe ya el ensanchamiento total que sufrirán los pulsos al viajar por la fibra óptica. Con la siguiente formula se calcula el ancho de banda máximo:

AB máx = (½ t)

Donde t es el ensanchamiento total derivado de la dispersión total. El factor 2 implica que con ese ensanchamiento los pulsos de luz justo comienzan a tocarse y a interferirse.

El ancho de banda máximo será:

AB máx = 1 / (2 x 0.9 ns ) = 555 Mbps.

6 MEDICIONES ÓPTICAS

6.1 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:

Tabla 6.1. -Mediciones ópticas

	I + D	Producción	Instalación	Mantenimiento
Continuidad			X
Localización de fallas		X	X	X
Atenuación óptica	X	X	X	X
Nivel de emisión	X	X	X	X
Reflexiones	X	X	X	X
Rango Dinámico Rx	X	X	X	X
Ancho Espectral	X	X
Dispersión Cromática	X	X

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.

MEDICIONES ÓPTICAS DURANTE LA INVESTIGACIÓN, EL DESARROLLO Y LA PRODUCCIÓN.

Localización de fallas

Esta prueba se lleva acabo en una bobina o carrete de fibra óptica para saber cuanto afecto el proceso de fabricación de la fibra o el proceso de armado del cable, al núcleo, que finalmente es el que transporta la luz. El objetivo primordial de esta prueba es verificar que exista continuidad en el resultado final que sé esta recibiendo. Existen diferentes formas de llevarlo acabo. Desde un sencillo acoplamiento con una fuente de luz visible y a muy baja potencia, hasta una complicada medición con equipo OTDR.Si se verifica la continuidad, entonces se garantiza la propagación interna total dentro de esa fibra o cable.

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:

Con el analizador de tasa de error o de BER, se genera una señal patrón conocida para enviársela al equipo de Tx aún en el ámbito eléctrico. Esta señal comúnmente es una PRBS (Pseudo Random Binary Sequence) de 2 ^23-1.Esta misma señal es convertida a óptico y emitida por el puerto Tx ya en el ámbito óptico.

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.

Otra medición en la actualidad que esta relacionada con el ancho espectral es la visualización de los canales ópticos en una señal WDM.En esta visualización del contenido óptico es posible medir cuanto ancho espectral tiene cada canal, cuánta separación existe entre canales, que potencia tiene cada canal y en que longitud de onda sé esta emitiendo cada canal y el contenido total de la WDM.

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

EQUIPOS DE MEDICIÓN

En la siguiente tabla tenemos una referencia e donde encontramos en la columna de la izquierda, todas las mediciones que se realizan en el ámbito de las fibras ópticas, después en cada una de las siguientes columnas tenemos los equipos con los que podemos llevar al cabo tales mediciones.

	Trazador clip	OTDR	Medidor potencia	Fuente	Atenuador variable	Medidor BER	OSA
Continuidad	X	X	X	X
Localización de fallas	X	X		X	X	X	X
Atenuación óptica		X	X	X	X	X	X
Nivel de emisión			X		X	X	X
Back-reflections		X	X	X	X	X	X
Rango dinámico Rx			X		X
Ancho espectral							X

Tabla 6.6.-Mediciones y equipos de medición.

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.

Entre sus principales características técnicas de operación encontramos:

Para fibras monomodo y multimodo

Longitudes de onda desde 635 a 1625 nm

32000 puntos de precisión

rango de operación de 43 dB

4 mediciones por segundo

Alcance de 200 km

Ranuras de expansión para fuente,medidor de potencia y talkset

Batería de 16 horas de uso continúo

Impresora incluida

Interfaz para control remoto

Almacenamiento de datos,1 GB

Medidor de OSA (Optical Spectrum Analyzer)

Su función principal de este equipo de medición es representar la potencia de una señal en función de la longitud de onda, entonces desplegará una gráfica de la potencia en el eje vertical y la longitud de onda en el eje horizontal. Su funcionamiento es el mismo que todos los analizadores de frecuencia (longitud de onda)mediante filtros y desplegar su valor de contenido de energía, luego pasar a otra frecuencia y hacer los mismo, esto será repetitivo tantas veces como resolución tenga el equipo.

Estos equipos han sido utilizados para medir el ancho espectral de fuentes e investigar como se puede reducir, la aplicación más importante en la actualidad que coloca a los OSA´s al mismo nivel de importancia que los OTDR es la tecnología DWDM, llamada versión densa de WDM.

Entre sus principales características técnicas de operación encontramos:

Rango de longitud: 550 a 1750 nm

Resolución : 0.1 nm

Rango dinámico: -85 a + 10 dB

Respaldo de baterías

Unidad de disco de 3.5 pulgadas

Conector tipo FC

Alimentación 90 – 220 V, 48-66 Hz

Medidor Universal

Este tipo de medidores incluye a todos los equipos de medición que se mencionaron anteriormente. Funcionan en forma modular, es decir el equipo cuenta con un número de ranuras donde se le pueden insertar diferentes módulos para que el equipo opere como OTDR, Clip, como Medidor de Potencia, como fuente o atenuador.

VII.-IMPLEMENTACIONES DE REDES DE FIBRA ÓPTICA

Son muchos los campos de aplicación de las fibras ópticas en la vida moderna.

Nos enfocaremos solamente a cuatro de las aplicaciones dentro del ámbito de las redes de fibra óptica las cuales se nombran a continuación:

Redes de larga distancia

Redes metropolitanas de acceso

Redes de televisión por cable, CATV

Redes submarinas

Redes LAN corporativas

REDES DE LARGA DISTANCIA

En este tipo de redes el primer transporte que había dominado eran los sistemas multicanal a través de cables de cobre y de cable coaxial, después los enlaces de microondas analógicas y luego digitales dominaron estas redes. Mas que redes de larga distancia. ,se trataba de muchos enlaces de larga distancia dada la característica de punto a punto que tienen estos enlaces de microondas.

Las características de calidad y confiabilidad que ofrecen las fibras ópticas rápidamente encontraron un espacio en las redes de larga distancia de casi todo el mundo. A mediados de la década de los 80´s comenzaron a darse instalaciones masivas de redes de larga distancia.

Características generales de aplicación

En este tipo de aplicación la topología por mucho más utilizada es red en forma de anillo. De esta forma, cuando se presentan cortes se tiene una ruta alterna para llevar el tráfico. Esta topología hace evidente y necesario que en cada uno de los nodos de un anillo se requieran de funciones de extracción e inserción. En principios de las fibras ópticas en las técnicas de multiplexaje para redes de transporte predominaba la Jerarquía Digital Plesiócrona

(PDH).En esta forma de multiplexar señales digitales las funciones de extracción e inserción requieren demasiado equipo además de que presentan una solución poco flexible y no escalable.

En estas redes la distancia entre regeneradores está mas bien marcada por la distancia entre las ciudades que forman parte de la red que por los alcances derivados de la capacidad de los equipos y de las características de las fibras. Por ejemplo, aunque una distancia de 250 km sea factible, sea la siguiente ciudad a conectar se encuentra a 80 km, pues hasta ahí llega el enlace. En cuanto a las rutas, aquí surge un tema muy controvertido en las redes de larga distancia y este es el derecho de vía.

REDES METROPOLITANAS DE ACCESO

Una característica muy importante en la evolución de las redes públicas de telecomunicaciones es la digitalización masiva del acceso para los clientes. Accesos digitales son sinónimos de la capacidad de contar con servicios multimedia que combinen voz, video y datos en una sola red. Estos accesos digitales permiten acceso a Internet a altas velocidades. En los últimos diez años y en la mayoría de los países con cierto avance en telecomunicaciones las empresas operadoras han comenzado a ofrecer accesos digitales a sus grandes clientes con lo que han surgido redes metropolitanas de acceso basadas en fibras ópticas.

Entorno en el mercado para las redes de acceso

En U.S.A durante la etapa de 1984,cuando se inicio la competencia en larga distancia, hasta 1996 prevaleció una situación de monopolio en lo que a telefonía local se refiere. En estos años surgió un tipo de empresa de telecomunicaciones que si bien no daba servicios de telefonía local sí se dedicaron a construir redes de acceso basadas en fibra óptica y con un enfoque en grandes clientes empresariales y de gobierno.Este género de operadores es conocido en el mercado estadounidense como CAP (Competitive Acces Provider) y entre sus servicios se encontraban el hacer conexiones directas entre operadores de larga distancia y los clientes y también con operadores de otros servicios como operadores de Frame Relay, de Internet, etc.

Estructura de una red metropolitana de acceso

En la actualidad las redes de acceso se pueden distinguir los siguientes tipos de servicios que son ofrecidos por las empresas que instalan redes metropolitanas de acceso:

Enlaces privados locales

Acceso de alta velocidad a Internet

Enlaces de última milla entre cliente y otros operadores que ofrecen servicios como: telefonía de larga distancia, Frame Relay, ATM, videoconferencias

Accesos digitales analógicos para telefonía local

Acceso a redes ISDN

Todos los servicios anteriores implican que dentro de los nodos que conforman la red se defina un nodo principal en el que se ubicarán los equipos de conmutación tales como centrales telefónicas, crossconectores, conmutadores Frame Relay y/o de ATM y ruteadores de Internet.En verdad la función de toda la red es la de recolectar tráfico de los clientes para llevarlo a este nodo. En este nodo, dichos equipos de conmutación realizan los enrutamientos necesarios para dirigir el tráfico hacia otros nodos de la red en el caso de los servicios locales y hacia otros operadores en el caso de los demás servicios. En la gráfica anterior, este nodo se ubica en el extremo inferior izquierdo en el edificio que lleva el nombre de operador ficticio I.P.N. Evidentemente, toda la operación de la red depende de este nodo. Si faltan los equipos en ese punto, no habrá comunicación alguna en la red. De ahí que los equipos instalados en este nodo deben contar con configuraciones redundantes. Es posible, aunque representa un costo importante, el contar con un segundo nodo con los mismos equipos y que sirva de respaldo en caso de falla del primero.

En cuanto al anillo, hay un anillo principal que conecta a los principales nodos de la red metropolitana. Estos nodos pueden no estar ubicados en edificios particulares de clientes. Más bien actúan como puntos de presencia de la red y se ubican en medio de zonas con alta densidad de clientes que correspondan al mercado meta que en plan de negocios se han definido. Para la conexión con los clientes se pueden usar varias alternativas. Una opción muy utilizada por los operadores de este tipo son los enlaces de microondas. Estos enlaces van de los nodos del anillo principal de fibra óptica a los edificios en que se ubican los clientes. Los enlaces son normalmente a distancias cortas por lo que se emplean radios en las bandas de 15,18,23 y 38 GHz. Inicialmente han predominado los enlaces punto a punto. Sin embargo, hay varias tecnologías para enlaces punto a multipunto como, LMDS (Local Multipoint Distribution System) que son más eficiente cuando crece el número de sitios a conectar.

En zonas en donde ya se cuenta con un cierto número de clientes, se puede optar por hacer un anillo de fibras ópticas de segundo nivel. Es común que ha estos anillos se les conozca como anillos "colectores". La diferencia con el anillo principal es que los nodos de un anillo colector normalmente en edificios en donde se ubiquen ya clientes finales.

REDES DE TELEVISIÓN POR CABLE, CATV

Estas redes han venido proporcionando exclusivamente el servicio de televisión y música restringida y por lo tanto de paga. No obstante, por un lado la convergencia digital y por el otro lado la verticalización estructural de la industria de telecomunicaciones hacer ver ahora de otra forma a estas empresas. Desde la nueva óptica, ahora estas empresas cuentan con redes de acceso, presencia comercial, base de clientes y derechos de vía que en conjunto conforman una red a través de la cual es posible llevar no solo señales de TV a los clientes, sino también acceso a Internet, telefonía, videoconferencia, etc.En esta nueva dimensión de negocios para esta industria la inclusión de fibra óptica en sus redes es un favor vital. Antes de todo es necesario conocer las características de su infraestructura.

Estructura de una red de CATV

El corazón de la red es la cabeza (Headend) en este sitio se reciben señales de televisión vía satélite, vía microondas terrestres de televisoras locales y también se realizan producción de algunos programas propios. Con estas señales de televisión y en su caso de música se constituye una señal compuesta. Si la transmisión es analógica como sucede en muchos de los sistemas, la señal compuesta es una FDM en donde cada canal de TV ocupa 6 MHz.El ancho de señal FDM depende, de la cantidad de canales que se tengan dentro de la programación. La red está formada por cable coaxial y está dividida en tres segmentos. La primera parte conocida como red troncal que consta de un cable coaxial grueso (hasta 3 cm de diámetro) y a cada cierta distancia se colocan amplificadores. De algunos de estos amplificadores se derivan uno o varios cables que se conocen como alimentadores. Esto es la segunda parte de la red. En estos cables también se utilizan cada cierta distancia amplificadores. Por último, de los cables alimentadores se deriva la tercera y la última sección formada por cables conocidos como bajantes. Estos últimos son los cables que llegan a cada una de las casas suscritas al servicio.

Toda la red esta diseñada para llevar las señales en un solo sentido de la cabeza a los usuarios. Lo anterior es congruente con el tipo de servicio que se presta. El cable coaxial cuenta con un cierto ancho de banda. En algunos sistemas parte del mismo (de 6 a 50 MHz) se reserva para implementar un canal de retorno-del usuario a la cabeza-para los sistemas de pago por evento. Para poder prestar servicios como telefonía e Internet se requiere de un canal de retorno de mucha mayor capacidad. Los primeros servicios de Internet en redes CATV se prestan asignando un canal de TV para la señal de Internet de ida y para el retorno se asignan canales de 600 kHz.Sin embargo, el ancho de banda de 10 Mbps y en sistemas más recientes de 27 Mbps es compartido entre todos los usuarios que se encuentran conectados en ese troncal. Lo anterior hace que el sistema tenga un límite de capacidad. Aquí es donde aparecen las fibras ópticas. Hay varias propuestas por parte de los distintos fabricantes de equipo. En general todas proponen la substitución de la parte troncal de la red por fibras ópticas. La mayoría propone topologías de anillo en donde se encuentren varios nodos de los cuales se deriven los cables alimentadores. A estas redes se les conoce como redes HFC (Hybrid Fiber Coax). Con esta configuración la limitación del ancho de banda y el número de usuarios posibles se traslada ahora a cada cable alimentador con lo que la capacidad del sistema se multiplica. No obstante el uso de fibras ópticas, la señal que se maneja en el sistema puede ser analógica o digital. En el caso de las señales analógicas se deben utilizar fuentes con una linealidad muy alta a fin de poder reproducir fielmente con variaciones de luz las variaciones de la señal que modula. Las fibras ópticas que se utilizan son las monomodo y los cables son casi exclusivamente para tendido aéreo.

REDES SUBMARINAS

Anteriormente las comunicaciones entre continentes se realizaban mediante el uso de enlaces satelitales. Posteriormente al satélite comenzaron a instalarse enlaces submarinos utilizando cable coaxial. La rapidez con que se desarrollaron las fibras ópticas ha hecho que en estos días la gran mayoría de las comunicaciones entre continentes e incluso dentro del mismo continente se estén realizando a través de fibras ópticas. Una razón para desplazar a los satélites y a los cables coaxiales está en la gran capacidad que ofrecen las fibras. Lo anterior permite que aunque la inversión sea grande, el costo por cada Mbps sea adecuado y rentable.

Normalmente en estos proyectos participan más de una empresa de esta manera la inversión y por ende la capacidad son repartidas.En muchos de los casos hay una empresa que liderea el proyecto y que es el accionista mayoritario. Actualmente existen más de un millón de kilómetros de fibra óptica bajo las aguas de los océanos de todo el mundo. A continuación se describe paso a paso como se instalan los cables submarinos:

Instalación de los cables

Es mucha la complejidad que trae consigo la instalación de los sistemas submarinos y no son muchas las compañías que se dedican a esto. Entre las más importantes se pueden mencionar a la división de sistemas submarinos de ALCATEL, Submarine Systems International-antes subsidiaria de AT & T, entre otros.

Procedimiento a seguir en la instalación de los cables submarinos:

Para la instalación de un sistema, se establece una instalación terrena en la costa de donde partirá el cable. En esta estación se ubica el equipo terminal óptico, el sistema de alimentación y los sistemas de administración del mismo.

Para la instalación se utilizan barcos especiales con capacidad para contener grandes distancias de cableado. Del cableado que esta contenido en el barco se deja un extremo flotando a cierta distancia de la costa usando para ello boyas especiales. Posteriormente y usando un sistema de tracción jalado por u vehículo terrestre se jala el cable hasta la estación en tierra. Una vez fijo se quitan las boyas para que el cable caiga sobre el lecho marino. La tracción no se hace sobre el lecho marino para evitar daños innecesarios de la fuerte tensión.

Para continuar con la instalación, el barco va avanzando y mediante una gran polea se va soltando el cable a fin de que vaya cayendo al mar. El cable puede ir simplemente tendido sobre el lecho marino o puede ir enterrado. Para la supervisión de esto en ocasiones se utilizan submarinos sin tripulación que operan como robots para ir realizando el tendido. El cable que se va soltando puede contener varios regeneradores.

Cuando se acaba el tramo de cable contenido en el barco es necesario hacer el empalme con el siguiente tramo. Para esto, el siguiente tramo ya debe encontrarse tendido y con una punta flotando con la ayuda de boyas. Este extremo se sube a bordo y se empalma con el tramo que recién se ha terminado de tender para luego soltar el empalme al mar.

Configuraciones

Como primer punto, los sistemas submarinos se pueden dividir en dos grandes tipos. Primero están los sistemas sin repetición y en segundo plano los sistemas con repetición. Los primeros no involucran equipo activo bajo el mar y sólo se tienen empalmes. Estos sistemas se usan para enlaces de corta distancia como para cruzar golfos o para unir islas con tierra. Los sistemas con repetición permiten el alcanzar grandes distancias ya que cada cierta distancia de fibra se emplean los repetidores.

Algunas de las características de los equipos con repetición se dan a continuación:

Distancias desde 300 a 450 Km hasta miles de kilómetros en sistemas transoceánicos.

Profundidades de hasta 800 metros.

Capacidades típicas de 2.5 Gbps y hasta 10 Gbps por fibra.

Usando WDM se pueden obtener sistemas de 16 x 2.5 Gbps y hasta de 60 canales de 10 Gbps.

Sistemas con un par de fibras y hasta 8 pares por sistema.

Tiempos de vida estimados del orden de los 25 años.

En el diagrama anterior de muestra dos enlaces punto a punto (PAP) desde la estación en tierra de la derecha hasta las dos estaciones de la izquierda. Se nota la función de la unidad de derivación que bifurca la ruta original en dos. También se aprecia la función que cumplen los repetidores. En los repetidores normalmente se incluyen adicionalmente amplificadores ópticos que elevan la potencia para aumentar así la distancia.

En cuanto al equipamiento de las estaciones terrenas tenemos lo siguiente. En el extremo izquierdo esta el equipo de conmutación que bien puede ser una combinación de centrales telefónicas, crossconectores y ruteadores del protocolo IP. En realidad para estos equipos es transparente el hecho de que el enlace sea submarino o no. El equipo terminal que se muestra aparentemente cuenta con una sola etapa. Sin embargo, en el caso de los sistemas con WDM habrá equipos SDH en primera instancia que alimentarán al multiplexor WDM que conformará una sola señal óptica. Este equipo terminal también incorpora las funciones de protección en caso de cortes.

Arquitecturas

La tecnología actual disponible permite una mayor variedad de arquitecturas. Para la configuración de las mismas se disponen básicamente de las siguientes variantes de equipos terminales:

Multiplexores terminales (TM, Terminal Multiplexer)

Multiplexores de extracción e inserción (ADM, Add and Drop Multiplexers)

Crossconectores (DXC, Digital Crossconectors)

Los primeros son los de operación más sencilla pues simplemente reciben varias tributarias de menor capacidad y las multiplexan para obtener una señal agregada de velocidad superior. Los ADM permiten efectuar funciones de extracción e inserción de manera muy flexible. Lo anterior quiere decir que estos equipos permiten que en un nodo intermedio, algo de tráfico se quede en dicho punto y otra parte siga de largo al siguiente nodo y que también algo de tráfico se incorpore en este nodo para viajar hacia las siguientes. Por último los crossconectores van más allá. Cuentan con varios puertos de entrada y salida de alta capacidad y realizan funciones de conexión cruzada entre los tributarios presentes en cada uno de los puertos. En los diagramas siguientes ilustran varias de las configuraciones que son posibles gracias a la combinación de estos tres tipos de equipos terminales:

En el diagrama de la izquierda muestra un enlace punto a punto que une a una isla con otros tres puntos en tierra. Los ADM ´s permiten que se derive tráfico de la isla a cualquiera de los tres puntos así como entre ellos. No existe redundancia por lo que en un corte dejaría incomunicados unos puntos de los demás. Todos los enlaces deben de ser de la misma capacidad en el diagrama de la derecha se muestra una arquitectura en la que no se emplean ADM´s.En realidad se tienen cuatro enlaces punto a punto, el dimensionamiento de cada enlace se puede hacer por separado y de manera independiente. No obstante, el tendido de la fibra si se hace por una misma ruta a fin de economizar en la instalación y en el cable. En este caso se aprecia muy bien la función de las unidades de derivación que sólo dividen las rutas de fibra sin tener una función activa en el tráfico.

REDES LAN CORPORATIVAS

Otra aplicación de mucha importancia para las fibras ópticas se encuentra en la construcción de redes de área local (LAN).Tenemos dos áreas de aplicación dentro de este contexto para lo cual utilizaremos el siguiente diagrama:

En la gráfica se muestran los elementos que conforman un sistema de cableado estructurado. Son dos partes en la que se emplean los cables. Primeramente está el cableado horizontal que conecta a cada una de las computadoras con los paneles de parcheo y por ende con los equipos de comunicaciones. En esta parte no es muy común que se emplee fibra óptica pues más bien domina el cable de cobre conocido como UTP en sus diversas categorías. Si existe la posibilidad de usar fibra óptica, por ejemplo en el caso de conexiones a grandes servidores o a estaciones de trabajo de alto desempeño.

En el caso del cableado vertical, también conocido como Backbone o red dorsal, si es bastante común el uso de fibras ópticas. Este cableado conecta a los closets de telecomunicaciones en donde se ubican paneles de parcheo además de concentradores y switches con la sala de equipos principales en donde se ubica el equipo activo de mayor capacidad. Algunas de las tecnologías que se utilizan en estas redes LAN y que emplean fibras ópticas son las siguientes:

FDDI (Fiber Distribuited Data Interface) a 100 Mbps

100-BaseFX a 100 Mbps

ATM a 155 y 622 Mbps

100-BaseSX y 1000-Base CX a 1 Gbps

Además de la conexión entre closets y la sala de equipos principal. También se utilizan fibras ópticas para la conexión entre edificios dentro de un corporativo o entre naves de un complejo industrial. Esta ultima aplicación es de particular beneficio pues uno de los problemas comunes que se presentan al comunicar edificios está en la unificación de tierras que es necesaria. Para lograr esto es necesario tener una tierra común y una barra para todos los edificios. Lo anterior tiene ciertas complejidades. Al utilizar fibra óptica se aíslan eléctricamente los edificios con lo que el problema desaparece.

En esta aplicación predominan las fibras multimodo, dado que las distancias son cortas.

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