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lunes, 21 de noviembre de 2016
sábado, 12 de noviembre de 2016
Ejemplos de Fibra Optica
APLICACIONES DE LA FIBRA ÓPTICA EN SENSORES:
SENSORES DE PRESIÓN:
Aquí, la fibra no actúa como sensor en sí, sino que detecta las variaciones de características de un sensor mecánico que está bajo el efecto de una presión. El sensor clásico de presión es aquel en el que la intensidad de la luz sobre la fibra es modulada directamente por la deformación de un sensor de presión convencional, lo que aleja el peligro de las temidas chispas. Esto permite la aplicación de fibras ópticas a sistemas de seguridad de instalaciones con riesgos de incendios
Otro tipo de sensores de presión, en el cual, aquí si que ya actúa la fibra como sensor son las esterillas de detección. Aquí, una débil presión sobre la esterilla activará la fibra, provocando una señal de alarma, control, parada de máquinas, ... Otras aplicaciones de las esterillas son las de detectores militares, sensor de contacto de los parachoques, acotamiento de espacios, ...
El hidrófono, en un principio, consistía en transductores que reciben oscilaciones sonoras de un líquido y las transforma en corriente eléctrica mediante sistemas piezoeléctricos, amplificándolas posteriormente y levándolas a registradores gráficos. Fueron muy usadas en aplicaciones militares, para detectar la proximidad de buques enemigos por el ruido de sus hélices. Pero con la aparición del radar dejaron de usarse. Actualmente, ya se construyen hidrófonos con fibras. Su funcionamiento se basa en la propiedad que tienen las fibras de que el camino óptico recorrido varía de acuerdo a las fuerzas externas aplicadas; la fuerza externa, procedente del frente de ondas del medio líquido, produce una presión, y, si la fibra no está sujeta entre sus extremos, producirá un cambio en su curvatura.
SENSORES DE TEMPERATURA:
Estos sensores están basados en el hecho de que el núcleo y la envoltura de la fibra varían según el índice de refracción al cambiar la temperatura del medio en que está envuelta la fibra.
Cuando la temperatura aumenta, disminuye la diferencia de índices, con lo que se modifican las condiciones para la reflexión total, y, parte de la luz que antes permanecía en el núcleo ahora escapa refractada por el revestimiento, dando origen a una disminución de la intensidad lumínica en el extremo de medida de la fibra.
SENSORES DE CAMPO MAGNÉTICO:
Es sabido que un campo magnético hace variar el plano de polarización de la luz en un ángulo proporcional a la intensidad de campo y a la longitud recorrida por el rayo dentro de este. Si aplicamos a esta propiedad la tecnología óptica, podremos perfectamente medir corrientes en corrientes en sistemas de alta tensión, con tan solo disponer de un sensor compuesto de unas vueltas de fibra alrededor de los conductores.
Existen otras numerosas aplicaciones de la fibra óptica en sensores, y cada día aparecen más. Estos son algunos ejemplos:
Perforación de pozos
Detector de escapes
Electrónica
Aparatos de microondas y alta frecuencia
APLICACIONES MILITARES DE LOS SISTEMAS DE FIBRAS
En contraste con situaciones anteriores, en las que el impulso de las tecnologías avanzadas venía provocado a veces por necesidades militares previas, en este caso el estamento militar se ha visto favorecido posteriormente por los desarrollos conseguidos en la industria civil de las telecomunicaciones, de modo que no le ha sido preciso realizar grandes inversiones para proyectos específicos.
Los beneficios de esta tecnología para los militares radican fundamentalmente en la seguridad de este medio de transmisión frente a las comunicaciones por radio y cables convencionales. De este modo se reduce notablemente la necesidad de la codificación de mensajes en virtud de la seguridad antidetección inherente a las fibras.
Otra razón de tanta importancia como la anterior, y que justifica su aplicación militar, es el poco peso de los cables de fibras, lo que proporciona importantes ahorros logísticos de material de campaña y personal.
También es muy importante para el empleo de fibras es su inmunidad a las detecciones de carácter electromagnético, aunque debe advertirse que sí pueden ser interferidas por modificación de la polarización del haz de luz, no de su intensidad, No por esto deja de ser interesante esta propiedad, ya que es imposible seguir electrónicamente un cable de fibras hasta llegar al equipo
El comportamiento de los conductores ópticos frente a las radiaciones nucleares es de alta seguridad, porque éstas no se transmiten hasta los equipos terminales. Además, en el caso de las actuales fibras monomodo ha mejorado notablemente su factor de ennegrecimiento ante una radiación nuclear frente al comportamiento de las fibras multimodo anteriores; la capacidad de transmisión, por otra parte, se recupera en pocos minutos tras una explosión.
Una aplicación táctica muy interesante es el uso de la fibra para la colocación de rádares distantes del centro de operaciones; así se pueden disponer con gran margen de seguridad los radares de detección en cualquier punto de las operaciones, ya que la seguridad de la fibra frente a los factores ambientales es extraordinaria.
También en el caso de mísiles de crucero lanzados desde guerra se lleva a cabo el control de] lanzamiento mediante fibras ópticas. Los mísiles se controlan desde uno o más centros y las rampas están interconectadas por una red redundante de cables ópticos. También se puede llevar a cabo el guiado del misil mediante fibras ópticas.
Factores muy importantes a considerar en el uso de estos sistemas en el campo militar es el de la sencillez, fiabilidad y duración de los componentes de intemperie, tales como los conectores.
APLICACIÓN DE LA FIBRA ÓPTICA EN LA ILUMINACIÓN:
Es obvio que, ante todo, lo que la fibra óptica transporta es luz. Al margen de la información que esta pueda enviar, esta aplicación es bastante importante, ya que, debido a sus particulares características nombradas anteriormente, nos permite con suma facilidad iluminar zonas especiales sometidas a toxicidades, riesgos de incendio,... tales como industrias petrolíferas, explotaciones mineras, industrias de altos componentes inflamables,...
Otra aplicación en la que la fibra está tomando importancia, es en la señalización en las carreteras, aumentando considerablemente la visión de estas a los conductores nocturnos.
En cuanto a ocio, y para mayor seguridad en cuanto a la no necesidad de uso de la electricidad, la fibra a tomado gran relevancia en lo que a iluminaciones de fuentes y piscinas se refiere, evitando así el riesgo de electrocutarse como puede suceder en piscinas que son iluminadas mediante sistemas convencionales.
APLICACIONES DE LA FIBRA ÓPTICA EN LAS TELECOMUNICACIONES
Un sistema de comunicaciones ópticas es una forma de transmitir información cuyo soporte básico es la luz. La información viaja en forma de luz a lo largo de dicho sistema. Las ondas de luz, al igual que las de radio, son una forma de radiación electromagnética. Es por ello que pueden usarse, al igual que se usan las ondas de radio para la transmisión de información. Esta idea surgió hace más de un siglo, pero no se pudo aplicar ya que no había fuentes de luz ni medios para transportarla adecuados. Hoy en día , en cambio, ya se sabe que la forma más eficiente de que la luz viaje desde un punto hasta otro es mediante la fibra óptica. En un principio fueron los militares los que idearon este sistema debido a las grandes ventajas que esto le reportaría:
La fibra óptica no permite que nadie pueda acceder a la información transmitida en el proceso comunicativo sin que el usuario pueda detectarlo.
La información que se transmite viaja a la velocidad de la luz, lo que permite comunicaciones de todo tipo en tiempo real y con cualquier punto del planeta.
El inmenso ancho de banda (de gigaherzios) nos da la posibilidad de establecer comunicaciones múltiples tales como videoconferencias, Internet a altas velocidades, redes de área local (como las redes LAN).
En fibra óptica la atenuación es bajísima, por los que las pérdidas de información sueles ser inapreciables.
El precio de la fibra, debido a la gran cantidad de materia prima que existe en el planeta para fabricarla, cada vez es más barato.
A continuación vamos a analizar mas detalladamente aplicaciones de la fibra óptica en diversos ámbitos de las comunicaciones:
Aplicaciones de la fibra óptica en Internet
El servicio de conexión a Internet por fibra óptica, derriba la mayor limitación de este medio: La lentitud del trato de la información. La conexión de Internet mediante fibra a parte de ser mucho mas rápida, no nos plantea un gran problema que sucede con el método convencional: caerse de la red continuamente. La fibra también nos resuelve en gran medida los problemas de masificación de interlocutores, aunque esto todavía no está totalmente resuelto.
Nos permite trabajar con gran rapidez en entornos multimedia, tales como videos, sonidos, ... Pero las líneas telefónicas no son la única vía hacia el ciberespacio. Recientemente un servicio permite conectarse a Internet a través de la fibra óptica.
La fibra óptica hace posible navegar por Internet a una velocidad de dos millones de bps , impensable en el sistema convencional, en el que la mayoría de usuarios se conecta a 28.000 0 33.600 bps.
Aplicaciones de la fibra óptica en redes
La fibra óptica ha ganado gran importancias en el campo de las redes de área local. Al contrario que las comunicaciones de larga distancia, estos sistemas conectan a una serie de abonados locales con equipos centralizados como ordenadores (computadoras) o impresoras. Este sistema aumenta el rendimiento de los equipos y permite fácilmente la incorporación a la red de nuevos usuarios. El desarrollo de nuevos componentes electroópticos y de óptica integrada aumentará aún más la capacidad de los sistemas de fibra.
Las computadoras de una red de área local están separadas por distancias de hasta unos pocos kilómetros, y suelen usarse en oficinas o campus universitarios. Una LAN permite la transferencia rápida y eficaz de información en el seno de un grupo de usuarios y reduce los costes de explotación.
Otros recursos informáticos conectados son las redes de área amplia (WAN, Wide Area Network) o las centralitas particulares (PBX). Las WAN son similares a las LAN, pero conectan entre sí ordenadores separados por distancias mayores, situados en distintos lugares de un país o en diferentes países; emplean equipo físico especializado y costoso y arriendan los servicios de comunicaciones.
Las redes de comunicación públicas están divididas en diferentes niveles; conforme al funcionamiento, a la capacidad de transmisión, así como al alcance que definen. Por ejemplo, si está aproximándose desde el exterior hacia el interior de una gran ciudad, se tiene primeramente la red interurbana y red provisional, a continuación las líneas prolongadas aportadoras de tráfico de más baja capacidad procedente de áreas alejadas (red rural), hacia el centro la red urbana y finalmente las líneas de abonado. Los parámetros dictados por la práctica son el tramo de transmisión que es posible cubrir y la velocidad binaria específica así como el tipo de fibra óptica apropiado, es decir, cables con fibras monomodo ó multimodo.
En las redes de semáforos, en las que la precisión ha de ser casi exacta, para que no se produzcan accidentes, también toma un papel importante la fibra óptica.
Aplicaciones de la fibra óptica en telefonía
En este campo es en el que más se está extendiendo la fibra óptica. Actualmente, en todas las modernas ciudades se está introduciendo el sistema de fibra para el teléfono e Internet. La fibra nos permite una comunicación libre de interferencias, así como de posibilidad de boicoteo de la línea (tan común en las líneas de cobre) La escucha es mucho mas nítida, y no hace falta, como en el resto de las telecomunicaciones por fibra el empleo de amplificadores de señal cada pocos kilómetros. Debido a todo esto, la fibra está consiguiendo abaratar las tarifas telefónicas.
Otra ventaja del teléfono mediante fibra óptica es la posibilidad de establecer conexión de Internet y teléfono al mismo tiempo y con tan solo una línea. Esto no sería posible en una línea de teléfono convencional debido a lo reducido de su ancho de banda para transmitir información.
Otras aplicaciones de la fibra óptica en telecomunicaciones:
La fibra óptica permite acceder a una infinidad de servicios referente a las telecomunicaciones tales como:
Televisión: Recepción de una gran número de canales con distintas opciones de compra. Paquete básico, canales premium, vídeo bajo demanda, pago por visión ... una oferta amplísima compuesta por canales informativos, musicales, espectáculos, deportivos, documentales, infantiles...
Banco en Casa: Realización de cualquier tipo de transacción bancaria, desde movimientos entre cuentas, contratación de un depósito o la cancelación y cambio de entidad.
Telecompra: Tendrá acceso directo a anuncios por palabras con opción a compra, hasta navegar por un centro comercial con la posibilidad de adquirir el objeto que más desee.
Telemedida: La fibra óptica permite recoger información sobre medidas de servicios como el agua, el gas o la electricidad que, posteriormente serán enviados a las empresas correspondientes que nos pasarán la factura de acuerdo con lo consumido.
Web TV. Será uno de los mejores ejemplos de la interactividad que permite la fibra óptica. Facilitará el acceso a información sobre restaurantes, comercios, eventos, espectáculos...
Radio Digital. Canales temáticos para todos los gustos musicales, pero con la mejor calidad de sonido.
APLICACIONES DE LA FIBRA ÓPTICA EN LOS TRANSPORTES:
Las especiales características de la fibra óptica han suscitado su interés en aplicaciones a otros sectores de actividad con exigencias especiales en materia de comunicaciones; un ejemplo típico es el sector de los transportes ferroviarios y metropolitanos.
Las instalaciones de telecomunicación de interés en estos sectores pueden subdividirse en:
Redes de telecomunicación (telefonía y transmisión de datos).
Sistemas punto a punto - transmisión de video.
Instalaciones de control y adquisición de datos.
Instalaciones de mando y señalización.
En lo que se refiere a redes de telecomunicación, los requisitos ferroviarios y metropolitanos son parecidos en principio a los que se encuentran en las redes de telecomunicación telefónica urbana e interurbana. Los estándares de calidad que se alcanzan en este sector se pueden transferir íntegramente a las redes telefónicas realizadas en el ámbito ferroviario.
En cuanto a las demás realizaciones, se han de abordar especiales problemas, típicos del entorno en que han de funcionar, y que en general es especialmente severo y requiere la adopción de precauciones especiales incluso desde el punto de vista de la seguridad.
Por otra parte, la mejora de los medios de transporte colectivo, requiere soluciones innovadoras incluso en el campo de las señales y la clasificación.
Los ambientes caracterizados por perturbaciones electromagnéticas intensas, especialmente los ferroviarios y metropolitanos, y especialmente severos desde el punto de vista climático, constituyen un óptimo campo de pruebas para las fibras ópticas, que se pueden instalar incluso junto a las redes de alimentación eléctrica, ya que no contienen materiales conductores.
Esto facilita su puesta en servicio, que se puede realizar simultáneamente mediante "cables mixtos", es decir, metálicos para el transporte de energía y de fibra óptica para las señales.
Pueden encontrarse otras aplicaciones interesantes de la fibra óptica a bordo de vehículos, especialmente en el sector del automóvil, donde hace años que existen usos especiales, como la monitorización de las luces exteriores (pares) y la distribución de la iluminación en zonas del vehículo con dificultades especiales de acceso o limitaciones en la disipación de potencia (pulsadores, cerraduras, cuadros indicadores, etc). Esta aplicación en particular, ha encontrado una difusión tan amplia que en la actualidad cada vehículo tiene por término medio dos metros de haz de fibras ópticas, con un consumo medio estimable en unos 2400 Km/año.
Además, también han adquirido una severa importancia en los transportes aéreos, debido a su ligereza y a su resistencia a condiciones climáticas adversas.
Referencias
1. Introducción a la ingeniería de la fibra óptica; Baltazar Rubio Martínez;
Addison – Wesley iberoamericana
2. Introducción a las telecomunicaciones por fibras ópticas; Jean Pierre Nerou;
Trillas
3. Fibras ópticas. Transmisión de luz; J. Carlos Jiménez Cortes; ceac
4. Sistemas de comunicaciones electrónicas; Wayne Tomasi; Pearson
Educación
5. www.monografias.com
6. www.promax.es/downloads/products/esp/historiaFO_e.pdf
7. www.textoscientificos.com/redes/fibraoptica
SENSORES DE PRESIÓN:
Aquí, la fibra no actúa como sensor en sí, sino que detecta las variaciones de características de un sensor mecánico que está bajo el efecto de una presión. El sensor clásico de presión es aquel en el que la intensidad de la luz sobre la fibra es modulada directamente por la deformación de un sensor de presión convencional, lo que aleja el peligro de las temidas chispas. Esto permite la aplicación de fibras ópticas a sistemas de seguridad de instalaciones con riesgos de incendios
Otro tipo de sensores de presión, en el cual, aquí si que ya actúa la fibra como sensor son las esterillas de detección. Aquí, una débil presión sobre la esterilla activará la fibra, provocando una señal de alarma, control, parada de máquinas, ... Otras aplicaciones de las esterillas son las de detectores militares, sensor de contacto de los parachoques, acotamiento de espacios, ...
El hidrófono, en un principio, consistía en transductores que reciben oscilaciones sonoras de un líquido y las transforma en corriente eléctrica mediante sistemas piezoeléctricos, amplificándolas posteriormente y levándolas a registradores gráficos. Fueron muy usadas en aplicaciones militares, para detectar la proximidad de buques enemigos por el ruido de sus hélices. Pero con la aparición del radar dejaron de usarse. Actualmente, ya se construyen hidrófonos con fibras. Su funcionamiento se basa en la propiedad que tienen las fibras de que el camino óptico recorrido varía de acuerdo a las fuerzas externas aplicadas; la fuerza externa, procedente del frente de ondas del medio líquido, produce una presión, y, si la fibra no está sujeta entre sus extremos, producirá un cambio en su curvatura.
SENSORES DE TEMPERATURA:
Estos sensores están basados en el hecho de que el núcleo y la envoltura de la fibra varían según el índice de refracción al cambiar la temperatura del medio en que está envuelta la fibra.
Cuando la temperatura aumenta, disminuye la diferencia de índices, con lo que se modifican las condiciones para la reflexión total, y, parte de la luz que antes permanecía en el núcleo ahora escapa refractada por el revestimiento, dando origen a una disminución de la intensidad lumínica en el extremo de medida de la fibra.
SENSORES DE CAMPO MAGNÉTICO:
Es sabido que un campo magnético hace variar el plano de polarización de la luz en un ángulo proporcional a la intensidad de campo y a la longitud recorrida por el rayo dentro de este. Si aplicamos a esta propiedad la tecnología óptica, podremos perfectamente medir corrientes en corrientes en sistemas de alta tensión, con tan solo disponer de un sensor compuesto de unas vueltas de fibra alrededor de los conductores.
Existen otras numerosas aplicaciones de la fibra óptica en sensores, y cada día aparecen más. Estos son algunos ejemplos:
Perforación de pozos
Detector de escapes
Electrónica
Aparatos de microondas y alta frecuencia
APLICACIONES MILITARES DE LOS SISTEMAS DE FIBRAS
En contraste con situaciones anteriores, en las que el impulso de las tecnologías avanzadas venía provocado a veces por necesidades militares previas, en este caso el estamento militar se ha visto favorecido posteriormente por los desarrollos conseguidos en la industria civil de las telecomunicaciones, de modo que no le ha sido preciso realizar grandes inversiones para proyectos específicos.
Los beneficios de esta tecnología para los militares radican fundamentalmente en la seguridad de este medio de transmisión frente a las comunicaciones por radio y cables convencionales. De este modo se reduce notablemente la necesidad de la codificación de mensajes en virtud de la seguridad antidetección inherente a las fibras.
Otra razón de tanta importancia como la anterior, y que justifica su aplicación militar, es el poco peso de los cables de fibras, lo que proporciona importantes ahorros logísticos de material de campaña y personal.
También es muy importante para el empleo de fibras es su inmunidad a las detecciones de carácter electromagnético, aunque debe advertirse que sí pueden ser interferidas por modificación de la polarización del haz de luz, no de su intensidad, No por esto deja de ser interesante esta propiedad, ya que es imposible seguir electrónicamente un cable de fibras hasta llegar al equipo
El comportamiento de los conductores ópticos frente a las radiaciones nucleares es de alta seguridad, porque éstas no se transmiten hasta los equipos terminales. Además, en el caso de las actuales fibras monomodo ha mejorado notablemente su factor de ennegrecimiento ante una radiación nuclear frente al comportamiento de las fibras multimodo anteriores; la capacidad de transmisión, por otra parte, se recupera en pocos minutos tras una explosión.
Una aplicación táctica muy interesante es el uso de la fibra para la colocación de rádares distantes del centro de operaciones; así se pueden disponer con gran margen de seguridad los radares de detección en cualquier punto de las operaciones, ya que la seguridad de la fibra frente a los factores ambientales es extraordinaria.
También en el caso de mísiles de crucero lanzados desde guerra se lleva a cabo el control de] lanzamiento mediante fibras ópticas. Los mísiles se controlan desde uno o más centros y las rampas están interconectadas por una red redundante de cables ópticos. También se puede llevar a cabo el guiado del misil mediante fibras ópticas.
Factores muy importantes a considerar en el uso de estos sistemas en el campo militar es el de la sencillez, fiabilidad y duración de los componentes de intemperie, tales como los conectores.
APLICACIÓN DE LA FIBRA ÓPTICA EN LA ILUMINACIÓN:
Es obvio que, ante todo, lo que la fibra óptica transporta es luz. Al margen de la información que esta pueda enviar, esta aplicación es bastante importante, ya que, debido a sus particulares características nombradas anteriormente, nos permite con suma facilidad iluminar zonas especiales sometidas a toxicidades, riesgos de incendio,... tales como industrias petrolíferas, explotaciones mineras, industrias de altos componentes inflamables,...
Otra aplicación en la que la fibra está tomando importancia, es en la señalización en las carreteras, aumentando considerablemente la visión de estas a los conductores nocturnos.
En cuanto a ocio, y para mayor seguridad en cuanto a la no necesidad de uso de la electricidad, la fibra a tomado gran relevancia en lo que a iluminaciones de fuentes y piscinas se refiere, evitando así el riesgo de electrocutarse como puede suceder en piscinas que son iluminadas mediante sistemas convencionales.
APLICACIONES DE LA FIBRA ÓPTICA EN LAS TELECOMUNICACIONES
Un sistema de comunicaciones ópticas es una forma de transmitir información cuyo soporte básico es la luz. La información viaja en forma de luz a lo largo de dicho sistema. Las ondas de luz, al igual que las de radio, son una forma de radiación electromagnética. Es por ello que pueden usarse, al igual que se usan las ondas de radio para la transmisión de información. Esta idea surgió hace más de un siglo, pero no se pudo aplicar ya que no había fuentes de luz ni medios para transportarla adecuados. Hoy en día , en cambio, ya se sabe que la forma más eficiente de que la luz viaje desde un punto hasta otro es mediante la fibra óptica. En un principio fueron los militares los que idearon este sistema debido a las grandes ventajas que esto le reportaría:
La fibra óptica no permite que nadie pueda acceder a la información transmitida en el proceso comunicativo sin que el usuario pueda detectarlo.
La información que se transmite viaja a la velocidad de la luz, lo que permite comunicaciones de todo tipo en tiempo real y con cualquier punto del planeta.
El inmenso ancho de banda (de gigaherzios) nos da la posibilidad de establecer comunicaciones múltiples tales como videoconferencias, Internet a altas velocidades, redes de área local (como las redes LAN).
En fibra óptica la atenuación es bajísima, por los que las pérdidas de información sueles ser inapreciables.
El precio de la fibra, debido a la gran cantidad de materia prima que existe en el planeta para fabricarla, cada vez es más barato.
A continuación vamos a analizar mas detalladamente aplicaciones de la fibra óptica en diversos ámbitos de las comunicaciones:
Aplicaciones de la fibra óptica en Internet
El servicio de conexión a Internet por fibra óptica, derriba la mayor limitación de este medio: La lentitud del trato de la información. La conexión de Internet mediante fibra a parte de ser mucho mas rápida, no nos plantea un gran problema que sucede con el método convencional: caerse de la red continuamente. La fibra también nos resuelve en gran medida los problemas de masificación de interlocutores, aunque esto todavía no está totalmente resuelto.
Nos permite trabajar con gran rapidez en entornos multimedia, tales como videos, sonidos, ... Pero las líneas telefónicas no son la única vía hacia el ciberespacio. Recientemente un servicio permite conectarse a Internet a través de la fibra óptica.
La fibra óptica hace posible navegar por Internet a una velocidad de dos millones de bps , impensable en el sistema convencional, en el que la mayoría de usuarios se conecta a 28.000 0 33.600 bps.
Aplicaciones de la fibra óptica en redes
La fibra óptica ha ganado gran importancias en el campo de las redes de área local. Al contrario que las comunicaciones de larga distancia, estos sistemas conectan a una serie de abonados locales con equipos centralizados como ordenadores (computadoras) o impresoras. Este sistema aumenta el rendimiento de los equipos y permite fácilmente la incorporación a la red de nuevos usuarios. El desarrollo de nuevos componentes electroópticos y de óptica integrada aumentará aún más la capacidad de los sistemas de fibra.
Las computadoras de una red de área local están separadas por distancias de hasta unos pocos kilómetros, y suelen usarse en oficinas o campus universitarios. Una LAN permite la transferencia rápida y eficaz de información en el seno de un grupo de usuarios y reduce los costes de explotación.
Otros recursos informáticos conectados son las redes de área amplia (WAN, Wide Area Network) o las centralitas particulares (PBX). Las WAN son similares a las LAN, pero conectan entre sí ordenadores separados por distancias mayores, situados en distintos lugares de un país o en diferentes países; emplean equipo físico especializado y costoso y arriendan los servicios de comunicaciones.
Las redes de comunicación públicas están divididas en diferentes niveles; conforme al funcionamiento, a la capacidad de transmisión, así como al alcance que definen. Por ejemplo, si está aproximándose desde el exterior hacia el interior de una gran ciudad, se tiene primeramente la red interurbana y red provisional, a continuación las líneas prolongadas aportadoras de tráfico de más baja capacidad procedente de áreas alejadas (red rural), hacia el centro la red urbana y finalmente las líneas de abonado. Los parámetros dictados por la práctica son el tramo de transmisión que es posible cubrir y la velocidad binaria específica así como el tipo de fibra óptica apropiado, es decir, cables con fibras monomodo ó multimodo.
En las redes de semáforos, en las que la precisión ha de ser casi exacta, para que no se produzcan accidentes, también toma un papel importante la fibra óptica.
Aplicaciones de la fibra óptica en telefonía
En este campo es en el que más se está extendiendo la fibra óptica. Actualmente, en todas las modernas ciudades se está introduciendo el sistema de fibra para el teléfono e Internet. La fibra nos permite una comunicación libre de interferencias, así como de posibilidad de boicoteo de la línea (tan común en las líneas de cobre) La escucha es mucho mas nítida, y no hace falta, como en el resto de las telecomunicaciones por fibra el empleo de amplificadores de señal cada pocos kilómetros. Debido a todo esto, la fibra está consiguiendo abaratar las tarifas telefónicas.
Otra ventaja del teléfono mediante fibra óptica es la posibilidad de establecer conexión de Internet y teléfono al mismo tiempo y con tan solo una línea. Esto no sería posible en una línea de teléfono convencional debido a lo reducido de su ancho de banda para transmitir información.
Otras aplicaciones de la fibra óptica en telecomunicaciones:
La fibra óptica permite acceder a una infinidad de servicios referente a las telecomunicaciones tales como:
Televisión: Recepción de una gran número de canales con distintas opciones de compra. Paquete básico, canales premium, vídeo bajo demanda, pago por visión ... una oferta amplísima compuesta por canales informativos, musicales, espectáculos, deportivos, documentales, infantiles...
Banco en Casa: Realización de cualquier tipo de transacción bancaria, desde movimientos entre cuentas, contratación de un depósito o la cancelación y cambio de entidad.
Telecompra: Tendrá acceso directo a anuncios por palabras con opción a compra, hasta navegar por un centro comercial con la posibilidad de adquirir el objeto que más desee.
Telemedida: La fibra óptica permite recoger información sobre medidas de servicios como el agua, el gas o la electricidad que, posteriormente serán enviados a las empresas correspondientes que nos pasarán la factura de acuerdo con lo consumido.
Web TV. Será uno de los mejores ejemplos de la interactividad que permite la fibra óptica. Facilitará el acceso a información sobre restaurantes, comercios, eventos, espectáculos...
Radio Digital. Canales temáticos para todos los gustos musicales, pero con la mejor calidad de sonido.
APLICACIONES DE LA FIBRA ÓPTICA EN LOS TRANSPORTES:
Las especiales características de la fibra óptica han suscitado su interés en aplicaciones a otros sectores de actividad con exigencias especiales en materia de comunicaciones; un ejemplo típico es el sector de los transportes ferroviarios y metropolitanos.
Las instalaciones de telecomunicación de interés en estos sectores pueden subdividirse en:
Redes de telecomunicación (telefonía y transmisión de datos).
Sistemas punto a punto - transmisión de video.
Instalaciones de control y adquisición de datos.
Instalaciones de mando y señalización.
En lo que se refiere a redes de telecomunicación, los requisitos ferroviarios y metropolitanos son parecidos en principio a los que se encuentran en las redes de telecomunicación telefónica urbana e interurbana. Los estándares de calidad que se alcanzan en este sector se pueden transferir íntegramente a las redes telefónicas realizadas en el ámbito ferroviario.
En cuanto a las demás realizaciones, se han de abordar especiales problemas, típicos del entorno en que han de funcionar, y que en general es especialmente severo y requiere la adopción de precauciones especiales incluso desde el punto de vista de la seguridad.
Por otra parte, la mejora de los medios de transporte colectivo, requiere soluciones innovadoras incluso en el campo de las señales y la clasificación.
Los ambientes caracterizados por perturbaciones electromagnéticas intensas, especialmente los ferroviarios y metropolitanos, y especialmente severos desde el punto de vista climático, constituyen un óptimo campo de pruebas para las fibras ópticas, que se pueden instalar incluso junto a las redes de alimentación eléctrica, ya que no contienen materiales conductores.
Esto facilita su puesta en servicio, que se puede realizar simultáneamente mediante "cables mixtos", es decir, metálicos para el transporte de energía y de fibra óptica para las señales.
Pueden encontrarse otras aplicaciones interesantes de la fibra óptica a bordo de vehículos, especialmente en el sector del automóvil, donde hace años que existen usos especiales, como la monitorización de las luces exteriores (pares) y la distribución de la iluminación en zonas del vehículo con dificultades especiales de acceso o limitaciones en la disipación de potencia (pulsadores, cerraduras, cuadros indicadores, etc). Esta aplicación en particular, ha encontrado una difusión tan amplia que en la actualidad cada vehículo tiene por término medio dos metros de haz de fibras ópticas, con un consumo medio estimable en unos 2400 Km/año.
Además, también han adquirido una severa importancia en los transportes aéreos, debido a su ligereza y a su resistencia a condiciones climáticas adversas.
Referencias
1. Introducción a la ingeniería de la fibra óptica; Baltazar Rubio Martínez;
Addison – Wesley iberoamericana
2. Introducción a las telecomunicaciones por fibras ópticas; Jean Pierre Nerou;
Trillas
3. Fibras ópticas. Transmisión de luz; J. Carlos Jiménez Cortes; ceac
4. Sistemas de comunicaciones electrónicas; Wayne Tomasi; Pearson
Educación
5. www.monografias.com
6. www.promax.es/downloads/products/esp/historiaFO_e.pdf
7. www.textoscientificos.com/redes/fibraoptica
Resumen Fibra Óptica
COMUNICACIONES POR FIBRA ÓPTICA
INTRODUCCIÓN
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.
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.
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.
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.
A partir de los 80 ´s se habían logrado grandes avances en todo lo relacionado con fibras ópticas. Por ejemplo la atenuación por kilómetro se ha logrado reducir de niveles alrededor de 1000 dB/km. a 0.2 dB/km. A pesar de esto, aún faltan muchos aspectos por desarrollar y otros nuevos derivados de las necesidades de mayor ancho de banda a menor costo. La Internet y las aplicaciones multimedia serán detonadores exponenciales de las necesidades de mayor ancho de banda.
Menor costo por circuito que cualquier otro medio.
Los cables de fibras ópticas son más ligeros pequeños y flexibles. En la figura siguiente se muestra un cable de 900 pares de cobre con capacidad para un número igual de llamadas; por otro lado el cable de fibra óptica puede transportar miles (30,000 sobre redes con señales SDH STM-16) de llamadas pero con un peso del cable de hasta 60 veces menor, mayor flexibilidad, manejabilidad y por supuesto menor costo. Los cables de fibras ópticas ofrecen una muy alta baja atenuación, en el rango de 0.2 dB/km. Esto permite manejar grandes distancias entre repetidores, en el rango de los 150 km y los 600 km dependiendo de la capacidad del enlace.
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.
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.
La figura 4 muestra 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.
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.
Las diferencias que existen entre el satélite y las fibras ópticas son: En materia de enlaces transoceánicos las fibras ópticas han desplazado al satélite por diversas razones. En la figura se compara un enlace entre continentes mediante el satélite y fibras ópticas. Un enlace mediante fibras ópticas es capaz de transportar más de 30,000 canales de voz por una sola fibra, mientras que el satélite solo puede transportar 1440 canales de voz por cada traspondedor. Otro factor de diferencia se refiere al retardo de transmisión, en el satélite es necesario que la señal viaje 36,000 km de subida aproximadamente, y la misma cantidad de bajada, lo cual produce un retardo promedio de 0.75 seg por este simple hecho, mediante fibras ópticas la distancia es mucho menor y el retardo es imperceptible. Finalmente, en cuanto a calidad se refiere indudablemente las fibras ópticas ofrecen la mejor relación, ya que el satélite esta expuesto tanto a factores climáticos como interferencias, las fibras ópticas no se ven afectados por esos factores.
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.
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).
Ya que hemos visto la emisión de luz a través de una fuente de luz veamos una representación más formal en función del tiempo. En la siguiente figura aparece la luz como una señal analógica con una potencia Pot, en todo momento, cada cierto periodo se repite la emisión de esa potencia.
En estas figura tenemos indicados a la derecha algunos valores claves en el orden de magnitud de algunas señales, como por ejemplo, para las señales de radiofrecuencia, su valor más alto es alrededor de 1 Ghz (109 Hz) mientras que las microondas se ubican hasta el orden de las decenas de GHz.Para la luz que el ojo humano percibe, los valores de las frecuencias de sus señales van de 1014 a 1016 Hz.Para las ondas de radio, se tendrán valores de longitudes de onda mayores a 10 cm. Para las M.O se tendrán longitudes de onda de alrededor de 1 cm y para la luz visible al ojo humano se tendrán longitudes de onda de entre 770 y 390 nm.
Este fenómeno se observará sobre distancias del orden de los kilómetros. La longitud de onda es un parámetro que puede percibirse en la luz visible, ya que este parámetro el que determina el color de la luz. Así cuando hablamos de luz a cierta longitud de onda, estamos hablando de una luz a cierto color. Cuando hablamos de luz blanca, en realidad se trata de una suma de luces de todos los colores.Recordemos que el blanco es la suma de todos los colores.En la siguiente figura se muestra la luz blanca y todos sus componentes.
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:
Cuando el ángulo de refracción rebasa los 900 es decir rebasa la frontera, en este preciso momento decimos que no hay refracción y al valor del ángulo de incidencia correspondiente se le llama ángulo crítico c. Si se incrementa el ángulo de incidencia es decir si se excediera el ángulo crítico ocurre el fenómeno llamado reflexión Interna Total.
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 CB, con el fin de que haya una reflexión en el punto B.
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.
Una vez teniendo la preforma cilíndrica se procede a estirarla hasta que quede tan delgada como el cabello humano. Este proceso consiste en calentar la prefroma hasta que se derrita. Dos rodillos se encargan de jalar con fuerza necesaria para obtener el diámetro de 125 m. Un rayo láser monitorea todo el proceso de estirado, si el diámetro se pasa de los 125 m los rodillos jalaran con mas fuerza y sie el diámetro de la fibra es menor a los 125 m los rodillos jalaran con menos fuerza para compensar en diámetro requerido. Después de esto se pasa la fibra por una etapa de bañado de pintura que es la protección primaria y después será enrollada en la bobina la cual es el producto final de los fabricantes de fibra óptica.
Las perdidas ópticas que se deben al acoplamiento modal son ocasionadas cuando los modos (rayos) que forman ángulos pequeños con el eje cambian a modos con ángulos muy grandes, los cuales no pueden mantenerse dentro de la fibra y la abandonan con el correspondiente aumento en la atenuación.
Curvaturas.
Debido a que el ángulo de incidencia "y", para muchos rayos (modos), decrece considerablemente en una curvatura, y no alcanzan la condición para la reflexión total, muchos rayos abandonan el núcleo. Esta perdida será notable si el radio de curvatura "R" es menor que 5-10 mm.
Micro curvaturas de la fibra. Además de las curvaturas continuas en la fibra, el cableado puede causar pequeñas curvaturas que se repiten a lo largo de la fibra.
Las micro curvaturas se presentan por ejemplo, con las variaciones de temperatura, cuando la fibra y el recubrimiento tienen diferentes coeficientes de dilatación térmica.
Estas micro curvaturas son especialmente desfavorables cuando sus longitudes de onda (geométrica) son menores de 1 mm, para evitar esto, se puede recubrir la fibra con una capa protectora relativamente blanda gracias a la cual los efectos de la rigurosidad de las superficies en contacto con la fibra no se transmitan fácilmente a esta. Las micro curvaturas también se presentan como resultado de esfuerzos mecánicos.
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.
Tipos de cable:
Patchcord simple CPS
Se usa para fabricar latiguillos o para interconectar equipos de audio, video, datos así como instrumentación y control.
Patchcord doble CPD/CIP
Se usa para la transmisión horizontal de datos y señales en el interior de edificios
Cable interior-exterior armado metálico CDAM
Cable muy robusto ideal para instalaciones en interior, así como en exterior con armadura metálica como protección antirroedores.
Cable de Distribución interior reforzado CDIR
Cable muy robusto con una excelente resistencia mecánica y gran facilidad de conectorización. Se usa para la transmisión horizontal de datos y señales en el interior de edificios.
Cable de Interconexión Simple: CPS
Descripción y aplicaciones:
- Se utilizan para la confección de cordones y latiguillos así como para la interconexión de equipos terminales.
Construcción
1 - Fibra óptica
2 - Recubrimiento ajustado
3 - Refuerzos de aramida
4 - Cubierta HFLSFR
Ventajas
- Multimodo o Monomodo.
- Compacto y ligero.
- Conectorización directa.
- Flexible y resistente.
- Antihumedad.
- Excelente resistencia mecánica.
- Muy fácil de pelar, libre de gel.
- No propagador de la llama, baja emisión de humos y libre de halógenos (HFLSFR).
Totalmente dieléctrico.
Opciones
- PVC-FR flexible
Poliuretano FR
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.
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.
Acceso de alta velocidad a Internet
INTRODUCCIÓN
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.
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.
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 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.
Los elementos que componen el modelo de red, todos son de suma importancia en el proceso de comunicación, pues si alguno de ellos faltara simplemente no se podría dar la misma.
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. En la siguiente tabla se muestran los diferentes elementos de conmutación, así como los servicios que de estos se desprenden.
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.
Los elementos que componen el modelo de red, todos son de suma importancia en el proceso de comunicación, pues si alguno de ellos faltara simplemente no se podría dar la misma.
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. En la siguiente tabla se muestran los diferentes elementos de conmutación, así como los servicios que de estos se desprenden.
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.
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.
Dicho de otra manera se establece una conexión dedicada punto a punto, se reservan ancho de banda y se paga una renta mensual fija, sin importar si se usa el 100% del ancho de banda disponible y contar con este tipo de elementos dentro de una red de telecomunicaciones, donde se permite usar de manera más flexibles los medios de transmisión, optimizando los recursos disponibles y reduciendo así los costos de los servicios
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).
En términos de la capacidad de las redes de transporte han ido evolucionando a través del tiempo. Situemos dicha operación a partir de la era digital. Esta comienza cuando resulta posible transmitir por un par de cobre 30 llamadas simultáneas. A esta capacidad se le denomino primera jerarquía digital plesiocrona o simplemente E1.
Por razones evidentes esto siguió avanzando a siguientes jerarquías E2, E3 y E4 como se muestra en la tabla.
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).
En términos de la capacidad de las redes de transporte han ido evolucionando a través del tiempo. Situemos dicha operación a partir de la era digital. Esta comienza cuando resulta posible transmitir por un par de cobre 30 llamadas simultáneas. A esta capacidad se le denomino primera jerarquía digital plesiocrona o simplemente E1.
Por razones evidentes esto siguió avanzando a siguientes jerarquías E2, E3 y E4 como se muestra en la tabla.
Norma europea.
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.
Aunque existe esta clasificación los modos y medios de transmisión utilizados en ambos casos son los mismos, probablemente la capacidad requerida puede diferir.
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.
La implementación de redes de acceso representa uno de los grandes retos para las empresas del sector de las telecomunicaciones. Por un lado, esto permite el acceso a usuarios que no cuentan con los servicios básicos. Tal vez para el segundo caso la dificultad no sea tan grande, pues estos servicios serán llevados a zonas en donde la rentabilidad económica esté más o menos garantizada, Sin embargo para el primer caso, la situación es totalmente opuesta, pues las empresas deben llevar los servicios a lugares en donde la rentabilidad probablemente ni siquiera exista, por lo que se requieren de incentivos y condiciones que lo permitan. Aquí el papel importante del gobierno como entidad reguladora.
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
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.
Actualmente utilizar diferentes tipos de redes para transportar cada tipo de trafico de manera eficiente y económica. Hacia el futuro se persigue integrar ambos tipos de trafico en una misma plataforma de conmutación y transmisión. Este es el concepto propuesto por la Red Digital de Servicios Integrados de Banda Ancha (Broadband Integrated Digital Network) en donde se propone la utilización de ATM (Asynchornous Transfer Mode) como tecnología de conmutación y transporte de medios de fibra óptica.
Fibra Óptica Como Portadora de Información.
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.
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
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:
CapacidadCalidad
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.
Actualmente utilizar diferentes tipos de redes para transportar cada tipo de trafico de manera eficiente y económica. Hacia el futuro se persigue integrar ambos tipos de trafico en una misma plataforma de conmutación y transmisión. Este es el concepto propuesto por la Red Digital de Servicios Integrados de Banda Ancha (Broadband Integrated Digital Network) en donde se propone la utilización de ATM (Asynchornous Transfer Mode) como tecnología de conmutación y transporte de medios de fibra óptica.
Fibra Óptica Como Portadora de Información.
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.
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 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.
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.
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.
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.
TEMAS ACTUALES EN LAS FIBRAS ÓPTICAS
A partir de los 80 ´s se habían logrado grandes avances en todo lo relacionado con fibras ópticas. Por ejemplo la atenuación por kilómetro se ha logrado reducir de niveles alrededor de 1000 dB/km. a 0.2 dB/km. A pesar de esto, aún faltan muchos aspectos por desarrollar y otros nuevos derivados de las necesidades de mayor ancho de banda a menor costo. La Internet y las aplicaciones multimedia serán detonadores exponenciales de las necesidades de mayor ancho de banda.
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.
Los cables de fibras ópticas son más ligeros pequeños y flexibles. En la figura siguiente se muestra un cable de 900 pares de cobre con capacidad para un número igual de llamadas; por otro lado el cable de fibra óptica puede transportar miles (30,000 sobre redes con señales SDH STM-16) de llamadas pero con un peso del cable de hasta 60 veces menor, mayor flexibilidad, manejabilidad y por supuesto menor costo. Los cables de fibras ópticas ofrecen una muy alta baja atenuación, en el rango de 0.2 dB/km. Esto permite manejar grandes distancias entre repetidores, en el rango de los 150 km y los 600 km dependiendo de la capacidad del enlace.
DESVENTAJAS DE LAS FIBRAS ÓPTICAS
ATENUACIÓN
La figura 1 muestra el espectro de la curva de atenuación de una típica fibra óptica hecha de silicio. 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 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
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
La figura 4 muestra 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.
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.
Las diferencias que existen entre el satélite y las fibras ópticas son: En materia de enlaces transoceánicos las fibras ópticas han desplazado al satélite por diversas razones. En la figura se compara un enlace entre continentes mediante el satélite y fibras ópticas. Un enlace mediante fibras ópticas es capaz de transportar más de 30,000 canales de voz por una sola fibra, mientras que el satélite solo puede transportar 1440 canales de voz por cada traspondedor. Otro factor de diferencia se refiere al retardo de transmisión, en el satélite es necesario que la señal viaje 36,000 km de subida aproximadamente, y la misma cantidad de bajada, lo cual produce un retardo promedio de 0.75 seg por este simple hecho, mediante fibras ópticas la distancia es mucho menor y el retardo es imperceptible. Finalmente, en cuanto a calidad se refiere indudablemente las fibras ópticas ofrecen la mejor relación, ya que el satélite esta expuesto tanto a factores climáticos como interferencias, las fibras ópticas no se ven afectados por esos factores.
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.
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.
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.
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.
Ya que hemos visto la emisión de luz a través de una fuente de luz veamos una representación más formal en función del tiempo. En la siguiente figura aparece la luz como una señal analógica con una potencia Pot, en todo momento, cada cierto periodo se repite la emisión de esa potencia.
-La luz como señal analógica.
La luz tiene una frecuencia y se le llama señal analógica, esa frecuencia corresponde al número de veces que se repite cierta cantidad de fotones por. segundo.
La frecuencia en señales ópticas
Las señales ópticas pueden ser vistas en función de su frecuencia, junto con las señales de radio. En la siguiente figura se muestra la representación del espectro ubicando todo tipo de señales según el valor de su frecuencia.
En estas figura tenemos indicados a la derecha algunos valores claves en el orden de magnitud de algunas señales, como por ejemplo, para las señales de radiofrecuencia, su valor más alto es alrededor de 1 Ghz (109 Hz) mientras que las microondas se ubican hasta el orden de las decenas de GHz.Para la luz que el ojo humano percibe, los valores de las frecuencias de sus señales van de 1014 a 1016 Hz.Para las ondas de radio, se tendrán valores de longitudes de onda mayores a 10 cm. Para las M.O se tendrán longitudes de onda de alrededor de 1 cm y para la luz visible al ojo humano se tendrán longitudes de onda de entre 770 y 390 nm.
Expresión de la Longitud de Onda.
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 fenómeno se observará sobre distancias del orden de los kilómetros. La longitud de onda es un parámetro que puede percibirse en la luz visible, ya que este parámetro el que determina el color de la luz. Así cuando hablamos de luz a cierta longitud de onda, estamos hablando de una luz a cierto color. Cuando hablamos de luz blanca, en realidad se trata de una suma de luces de todos los colores.Recordemos que el blanco es la suma de todos los colores.En la siguiente figura se muestra la luz blanca y todos sus componentes.
La luz blanca y sus componentes.
Índice de Refracción
La luz viaja a 300,000 km./s, donde C es la constante universal de celeridad de la luz en el vacío. Sin embargo, no siempre viaja a esa velocidad. Esa velocidad corresponde al vacío, cuando la luz alcanza su máxima velocidad.
En otros medios, como el aire, la luz viajara a otra velocidad que será menor a C. Aproximadamente la luz viaja en el aire a una velocidad de 290,000 km./s; en el vidrio viaja a una velocidad de 200,000 km./s. Cada cuerpo tiene una resistencia natural al paso de la luz, entre más opaco sea un material mayor resistencia tendrá al paso de la luz y menor será la velocidad de la luz en ese medio.
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:
Indice de Refracción
Por ejemplo el caso del aire. La velocidad de la luz en el aire es Caire =290,000 km./s; y C=300,000 Km./s. Entonces, el Índice de Refracción del aire naire es naire =1.03.Para el vidrio, Cvidrio =200,000 km./s, entonces vidrio =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:
La Ley de Snell
Cuando el ángulo de refracción rebasa los 900 es decir rebasa la frontera, en este preciso momento decimos que no hay refracción y al valor del ángulo de incidencia correspondiente se le llama ángulo crítico c. Si se incrementa el ángulo de incidencia es decir si se excediera el ángulo crítico ocurre el fenómeno llamado reflexión Interna Total.
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:
Estructura de la fibra óptica.
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:
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 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 CB, con el fin de que haya una reflexión en el punto B.
Angulo de Aceptación.
En la figura anterior tenemos 3 medios y 2 fronteras. En la primera frontera 0-1 hay un ángulo crítico impuesto por n0 y n1 igual a 69.60.Si se incide en la dirección referenciada como A, el haz de luz se reflejará y no podrá ni siquiera pasar al interior del núcleo dado que está por fuera de ese ángulo crítico. Si se incide en la dirección B, se está incidiendo dentro del ángulo crítico; entonces la luz logrará pasar al núcleo refractandose; sin embargo, cuando llegue a la frontera núcleo-recubrimiento cuyo nuevo ángulo crítico está determinado por n1 y n2, o podrá reflejarse y pasará inevitablemente al recubrimiento y ahí se perderá.
Tampoco hay propagación. El tercer caso es cuando se incide en la dirección C. Este Cono de Aceptación ya considera las condiciones del primer ángulo crítico y del segundo que aplica ya dentro de la fibra. Siempre que se incida en una dirección que este dentro de ese espacio dibujado en color sólido en forma de cono, se tendrá garantizada 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.
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.
Propagación de la luz en una fibra óptica monomodo
Ene esta figura se aprecia que el núcleo es mas pequeño y la luz viaja casi paralelamente al eje de la fibra, haciendo menos reflexiones.
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
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.
La preforma
Este calentamiento tan intenso causa un colapso en el tubo fundiendose completamente y desechando al huecoDespues de esto ya tenemos una estructura casi identica a una fibra óptica con un núcleo y un recubrimento con diferentes índices de refracción y lo único que no se obtiene son las dimensiones.
Para fabricar una fibra monomodo o multimodo se obtienen haciendo variaciones sobre todos los parámetros que intervienen en la fabricación de la fibra los cuales son temperatura de calentamiento,la velocidad de traslación,la velocidad de rotación y la cantidad de dopantes etc.
La fibra óptica
Una vez teniendo la preforma cilíndrica se procede a estirarla hasta que quede tan delgada como el cabello humano. Este proceso consiste en calentar la prefroma hasta que se derrita. Dos rodillos se encargan de jalar con fuerza necesaria para obtener el diámetro de 125 m. Un rayo láser monitorea todo el proceso de estirado, si el diámetro se pasa de los 125 m los rodillos jalaran con mas fuerza y sie el diámetro de la fibra es menor a los 125 m los rodillos jalaran con menos fuerza para compensar en diámetro requerido. Después de esto se pasa la fibra por una etapa de bañado de pintura que es la protección primaria y después será enrollada en la bobina la cual es el producto final de los fabricantes de fibra óptica.
.Fotografías de una fuente óptica.
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:
Estructura general de un conector
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 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.
Los otros elementos sirven para darle soporte a las férulas asegurando que el contacto sea estable y preciso.El cuerpo es la parte que sirve de base para la acción del elemento de fijación.El aliviador de tensión permite que cuando un una persona especializada este manipulando el cable aplique la presión de sus dedos en esta parte y no directamente sobre la fibra.Esta parte esta hecha de un material de plastico que puede ser rigido o blando según su uso.La principal función del aliviador de tensión es que al efectuar una conexión,el radio del arco que forma el cable de fibra no exceda el radio minimo adecuado que evita una atenuación en la luz.
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.
a).- Empalmes de fusión
Para realizar estos empalmes,se utiliza una máquina conocida como empalmadora de fusión.El primer paso es la preparación de cada uno de los dos extremos de cable.Para esto se retiran todas las cubiertas que protegen a la fibra óptica hasta dejar a la fibra desnuda completamente.Los extremos de la fibra desnuda se cortan con una herramienta de corte de precisión (cleaving tool) para que ambos extremos de la fibra queden perfectamente horizontales a fin de asegurar un buen contacto entre ambos.Después de este corte,los extremos de la fibra se limpian usando pañuelos especiales una sustancia basada en alcoholes que sirven especificamente para este proposito eliminando así las impurezas.Inmediatamente después,ambos extremos de fibra se ponen a cada lado de la empalmadora.Las empalmadoras automaticas a partir de este momento sólo requieren de la indicación para proceder al empalme.Usando un sistema robotizado alinean en los dos ejes a ambos extremos de la fibra y los acercan para ponerlos en contacto.Uuna vez realizado el contactom,la empalmadora aplica un arco eléctrico durante un tiempo muy preciso con lo que se funde el vidrio de la funda y queda hecho el empalme.
b).- Empalmes mecánicos
Estos empalmes se emplean en redes LAN en donde no es necesario un desempeño tan alto por parte de los empalmes.También se usan como reparaciones temporales en redes de larga distancia después de algún corte a fin de reestablecer de manera rápida el servicio.La preparación de los cables de fibra óptica para estos empalmes es la misma.Se desnuda la fibra,se hace el corte de presición en ambos extremos y se limpian.El empalme mecánico consiste en mantenener las fibras en contacto permanente mediante algún mecanismo.
Contenedores de empalmes
Ya que se han empalmado todas las fibras que estan contenidas en un cable,se deben de proteger los mismos para garantizar que duren y que se mantengan sus caracteristicas.Para esto se utilizan los contenedores de empalmes.Las caracteristicas de esos equipos varian de acuerdo a su uso.Algunos se utilizan en postes,en isntalaciones aéreas,otros se depositan dentro de contenedores de fibra de vidrio,de asbesto o de concreto.Todos los equipos cuentan con un mecanismo para sujetar firmemente a los cables de fibra cuando entran al contenedor.A partir de este punto los cables se pelan y se dejan las fibras con sus empalmes.Los empalmes se depositan en charolas especiales para este fin.Las fibras empalmadas dan varias vueltas dentro del contenedor para evitar la entrada de humedad.
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 m,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 m.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.
Estos empalmes se emplean en redes LAN en donde no es necesario un desempeño tan alto por parte de los empalmes.También se usan como reparaciones temporales en redes de larga distancia después de algún corte a fin de reestablecer de manera rápida el servicio.La preparación de los cables de fibra óptica para estos empalmes es la misma.Se desnuda la fibra,se hace el corte de presición en ambos extremos y se limpian.El empalme mecánico consiste en mantenener las fibras en contacto permanente mediante algún mecanismo.
Contenedores de empalmes
Ya que se han empalmado todas las fibras que estan contenidas en un cable,se deben de proteger los mismos para garantizar que duren y que se mantengan sus caracteristicas.Para esto se utilizan los contenedores de empalmes.Las caracteristicas de esos equipos varian de acuerdo a su uso.Algunos se utilizan en postes,en isntalaciones aéreas,otros se depositan dentro de contenedores de fibra de vidrio,de asbesto o de concreto.Todos los equipos cuentan con un mecanismo para sujetar firmemente a los cables de fibra cuando entran al contenedor.A partir de este punto los cables se pelan y se dejan las fibras con sus empalmes.Los empalmes se depositan en charolas especiales para este fin.Las fibras empalmadas dan varias vueltas dentro del contenedor para evitar la entrada de humedad.
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 m,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 m.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.
INFLUENCIAS
DE AGENTES EXTERNOS A LA FIBRA ÓPTICA
La
fibra desde su salida del horno hasta su instalación y su utilización en el
campo, esta sometida a una serie de interacciones con agentes externos. Estos
pueden influir al enrollar la fibra sobre tambores, durante las operaciones de
cableado y de colocación del cable, así como en el transcurso de su
utilización. Las interacciones son mecánicas o químicas. Es importante conocer
la influencia de estos agentes externos sobre las propiedades ópticas y
mecánicas de la fibra, con el fin de fabricar un cable con muy buena calidad.
Influencia
de agente externos sobre las propiedades mecánicas. Cuando una fibra esta
sometida a una fuerza en sentido longitudinal, se dice que se ha aplicado un
esfuerzo normal a la fibra. Por la acción de este esfuerzo normal, la fibra
sufre un alargamiento o una dilatación lineal relativa, este comportamiento se
explica por la presencia de pequeñas fisuras en la superficie de la fibra.
Cuando se aplica una elongación relativa a una fibra, esta se concentra al
rededor de la fisura, la que se abre por efecto del esfuerzo. Como resultado de
este fenómeno, la resistencia de una fibra a la ruptura depende mucho más del
estado de la superficie y de las microfisuras que se encuentran, de las fuerzas
de enlace de los átomos de vidrio.
Las perdidas ópticas que se deben al acoplamiento modal son ocasionadas cuando los modos (rayos) que forman ángulos pequeños con el eje cambian a modos con ángulos muy grandes, los cuales no pueden mantenerse dentro de la fibra y la abandonan con el correspondiente aumento en la atenuación. Curvaturas.
Debido a que el ángulo de incidencia "y", para muchos rayos (modos), decrece considerablemente en una curvatura, y no alcanzan la condición para la reflexión total, muchos rayos abandonan el núcleo. Esta perdida será notable si el radio de curvatura "R" es menor que 5-10 mm.
Micro curvaturas de la fibra. Además de las curvaturas continuas en la fibra, el cableado puede causar pequeñas curvaturas que se repiten a lo largo de la fibra.Las micro curvaturas se presentan por ejemplo, con las variaciones de temperatura, cuando la fibra y el recubrimiento tienen diferentes coeficientes de dilatación térmica.
Estas micro curvaturas son especialmente desfavorables cuando sus longitudes de onda (geométrica) son menores de 1 mm, para evitar esto, se puede recubrir la fibra con una capa protectora relativamente blanda gracias a la cual los efectos de la rigurosidad de las superficies en contacto con la fibra no se transmitan fácilmente a esta. Las micro curvaturas también se presentan como resultado de esfuerzos mecánicos. 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.Patchcord simple CPS
Se usa para fabricar latiguillos o para interconectar equipos de audio, video, datos así como instrumentación y control.
Patchcord doble CPD/CIP
Se usa para la transmisión horizontal de datos y señales en el interior de edificios
Cable de distribución interior CDI
Se usa para la transmisión horizontal de datos y señales en el interior de edificios
Cable interior-exterior armado dieléctrico CDAD
Cable muy robusto con una excelente resistencia mecánica, para instalaciones de interior y exterior con armadura dieléctrica como protección antirroedores.
Cable interior-exterior armado metálico CDAM
Cable muy robusto ideal para instalaciones en interior, así como en exterior con armadura metálica como protección antirroedores.
Cable de Distribución interior reforzado CDIR
Cable muy robusto con una excelente resistencia mecánica y gran facilidad de conectorización. Se usa para la transmisión horizontal de datos y señales en el interior de edificios.
Cable de Interconexión Simple: CPS
Descripción y aplicaciones:
- Se utilizan para la confección de cordones y latiguillos así como para la interconexión de equipos terminales.
Construcción
1 - Fibra óptica
2 - Recubrimiento ajustado3 - Refuerzos de aramida
4 - Cubierta HFLSFR
Ventajas
- Multimodo o Monomodo.
- Compacto y ligero.
- Conectorización directa.
- Flexible y resistente.
- Antihumedad.
- Excelente resistencia mecánica.
- Muy fácil de pelar, libre de gel.
- No propagador de la llama, baja emisión de humos y libre de halógenos (HFLSFR).
Totalmente dieléctrico.
Opciones
- PVC-FR flexible
Poliuretano FR
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.
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:
En la anterior formula las potencias de recepción PRX 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 (PRX) 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 =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 PTX =5 dB
Longitud del tramo= 126 Km
Coeficiente de atenuación @ 1550 nm =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 = PRX.
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 )
Donde 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.
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 y la dispersión debida a la propia fibra óptica, que puede acercarse al cero dispersión:
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.
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 atenuación.
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:
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.
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
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.
Estas nuevas tecnologías asumen que el medio de transmisión dominante son las fibras ópticas en estas redes, se puede decir que las fibras utilizadas son las fibras monomodo. Las primeras redes se instalaron con fibra monomodo tradicional y apartir de estas épocas de manera casi exclusiva se han venido utilizando fibras monomodo pero de dispersión corrida (NZ-DSF,Non Zero Dispersion Shifted Fiber).
Los cables pueden ser aéreos o subterráneos. Por el lado de los tendidos aéreos la mayoría de las veces se tienen los cables del hilo de guarda que va entre las torres que también llevan cables de alta tensión. En este caso se utilizan cables cuyo elemento de tensión es dieléctrico o en su caso un cable que lleva una protección metálica alrededor conocida como OPGW (Optical Ground Wire). En cuanto a los tendidos subterráneos, hay dos formas de realizar la inmersión. La más costosa, pero también la más flexible consiste en utilizar conductos de materiales plásticos y a través de ellos guiar a los cables de fibras ópticas. Inclusive existen en el mercado conductos que llevan a su vez subconductos de menor diámetro de tal forma que se puede hacer la instalación entre varios operadores y cada uno ellos utiliza un subconducto. La otra forma de hacer redes subterráneas es el realizar la inmersión directa del cable de fibra óptica en la zanja que para tal efecto se abre.
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
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.
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.
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:
Diagrama de redes submarinas
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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