COMUNICACIONES POR FIBRA ÓPTICA
Las fibras ópticas son filamentos de vidrio de alta pureza
extremadamente compactos: El grosor de una fibra es similar a la de un cabello
humano. Fabricadas a alta temperatura con base en silicio, su proceso de
elaboración es controlado por medio de computadoras, para permitir que el
índice de refracción de su núcleo, que es la guía de la onda luminosa, sea
uniforme y evite las desviaciones, entre sus principales características se
puede mencionar que son compactas, ligeras, con bajas pérdidas de señal, amplia
capacidad de transmisión y un alto grado de confiabilidad debido a que son
inmunes a las interferencias electromagnéticas de radio-frecuencia.
Las fibras ópticas no conducen señales eléctricas por lo
tanto son ideales para incorporarse en cables sin ningún componente conductivo
y pueden usarse en condiciones peligrosas de alta tensión. Tienen la capacidad
de tolerar altas diferencias de potencial sin ningún circuito adicional de
protección y no hay problemas debido a los cortos circuitos Tienen un gran
ancho de banda, que puede ser utilizado para incrementar la capacidad de
transmisión con el fin de reducir el costo por canal; De esta forma es
considerable el ahorro en volumen en relación con los cables de cobre.
Fibra Óptica Como Portadora de Información.
EL MODELO DE RED Y LAS
EXIGENCIAS DE UNA RED ACTUAL: Dentro de una red de telecomunicaciones
existe una gran cantidad de equipos y funcionalidades. El personal del
área de operaciones de las empresas de telecomunicaciones esta dividida
en dos áreas: Conmutación y Transmisión. De estos dos grupos se derivan cuatro
bloques importantes para una red de telecomunicaciones y son los siguientes:
Transmisión o Transporte: la forma de conectar los elementos
de conmutación entre si, puede ser local o de larga distancia.
Conmutación: los equipos responsables de establecer la
comunicación entre dos extremos es decir los usuarios o los clientes.
Acceso: La forma de conectar las instalaciones del usuario
con la empresa que le prestara el servicio.
Equipo Terminal: equipo situado en las instalaciones del
cliente para aprovechar un servicio de
telecomunicaciones.
 |
| Figura 1.1 modelo de red de telecomunicaciones |
En general existen tres tipos de elementos de
conmutación y en consecuencia tres tipos
de servicios de telecomunicaciones. En la siguiente tabla se muestran los diferentes elementos de
conmutación, así como los servicios que de estos se desprenden.
|
ELEMENTOS
DE
CONMUTACIÓN
|
TIPO
DE SERVICIO
|
SERVICIOS
OFRECIDOS
|
|
CENTRAL
TELEFÓNICA
|
SERVICIO
CONMUTADO BASADO
EN
CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
|
TELEFÓNIA
LOCAL, TELEFONIA DE LARGA DISTANCIA, NUMEROS 800, NUMEROS 700, VPNS, CELULAR,
PCS, WLL.
|
|
CROSSCONECTOR
|
SERVICIO
DEDICADO BASADO EN CONMUTACIÓN DE
CIRCUITOS
|
LINEAS
PRIVADAS ANALOGICAS, LINEAS PRIVADAS DIGITALES (DS0,E0,E1,Nx64)
|
|
CONMUTADOR
DE
PAQUETES
|
SERVICIO
CONMUTADO Y DEDICADO VIRTUAL BASADO EN CONMUTACIÓN DE PAQUETES.
|
INTERNET, REDES, IP, X.25,
FRAME RELAY, ATM, SMDS.
|
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.
Adicionalmente a la
capacidad era necesario satisfacer otras necesidades (cantidad y confiabilidad)
por lo que a principios de los 90`s se presentó una nueva jerarquía digital
conocida como SDH promoviendo capacidades mucho mayores que las existentes.
|
JERARQUIA
DIGITAL PLESIOCRONA (PDH)
|
|||
|
JERARQUIA
|
VELOCIDAD
BINARIA Mbps
|
NUMERO
DE LLAMADAS TELEFONICAS SIMULTAN.
|
MEDIO
UTILIZADO
|
|
E1
|
2.048
|
30
|
M.O.F.O,SAT.
|
|
E2
|
8.448
|
120
|
M.O.F.O,SAT.
|
|
E3
|
34.368
|
480
|
M.O.F.O,SAT.
|
|
E4
|
139.264
|
1920
|
M.O.F.O,SAT.
|
|
JERARQUIA
DIGITAL SINCRONA (SDH)
|
|||
|
JERARQUIA
|
VELOCIDAD
BINARIA Mbps
|
NUMERO
DE LLAMADAS TELEFONICAS SIMULTAN.
|
MEDIO
UTILIZADO
|
|
STM-1
|
155.520
|
1920
|
M.O.F.O,SAT.
|
|
STM-4
|
622.080
|
7680
|
F.O
|
|
STM-16
|
2,488.320
|
30,720
|
F.O
|
|
STM-64
|
9,953.280
|
122,880
|
F.O
|
Dentro
de las nuevas tecnologías que se presentan en la actualidad para
accesar a los usuarios podemos identificar diversas tendencias:
Nueva
red de acceso por cobre
En este
tipo de redes se pretende eliminar el par de cobre como alternativa única para
llegar al usuario. En algunos casos se implementa fibra óptica en los segmentos
principales y el par de cobre se utiliza en él ultimo tramo. Otra alternativa
es usar las redes de teléfonos por cable (CATV) mediante el cable coaxial para
ofrecer servicios de telefonía y acceso a Internet, además de los de
distribución de video. Finalmente,
nuevas tecnologías que permiten el uso del par de cobre a mayores velocidades
(ADSL y HDSL).
Redes
de acceso inalámbricas fijas
Las
telecomunicaciones ya han demostrado su capacidad de contribuir al desarrollo
económico de una nación. Por esta razón se han desarrollado tecnologías que
permiten una eficiente y rápida implementación de redes de telefonía que
ofrecen el servicio. Encontramos a las redes
de telefonía inalámbrica o fija o en ingles WLL (Wireless Local Loop).
Con estas tecnologías se permite una rápida implementación de red de telefonía
básica y además la inversión que se debe realizar es proporcional a la demanda
existente, por lo que es posible llegar de una manera eficiente a lugares en
donde se carece del servicio.
Redes
de acceso inalámbricas móviles
Otra
forma es permitir la movilidad, pues él poder estar comunicados en cualquier
lugar y en cualquier momento resulta cada día más importante. Es por esto que
el concepto de sistemas personales de comunicación o en ingles PCS es cada vez
mas utilizado, pues hay un clara tendencia
a crear dispositivos que permitan comunicaciones de voz y datos.
Redes
de acceso de banda ancha alámbricas e inalámbricas
Otra
forma es el implementar redes que
permiten el acceso de banda ancha para nuevas aplicaciones. Por banda ancha
entendemos velocidades entre 2 Mbps y 155 Mbps, para permitir acceso a Internet
de alta velocidad, distribución de vídeo, vídeo en demanda, educación a
distancia y teletrabajo. En esta clase
de redes encontramos las redes alambricas implementadas mediante fibra óptica y
por redes inalámbricas mediante enlaces de microondas punto a punto y también
punto a multipunto, como es el caso de la tecnología LMDS.
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.
En
telecomunicaciones las fibras ópticas son utilizadas tanto para redes de larga
distancia como para redes de acceso y transporte local. Redes trasatlánticas
mediante cables submarinos. También son utilizadas para establecer enlaces
dedicados y en redes de datos LAN y MAN.
Entre
los elementos que componen un enlace mediante fibras ópticas encontramos las
fuentes de transmisión LED y LASER, los foto detectores, los regeneradores, amplificadores
ópticos, acopladores, multiplexores, equipo de medición y equipo para WDM.
2 LAS FIBRAS ÓPTICAS COMO MEDIO DE TRANSMISIÓN
Las
comunicaciones por ondas de luz guiadas fueron consideradas por primera vez
hace más de 100 años. En 1854 John Tyndall
expuso los conceptos en donde se discutía la reflexión interna de la luz,
principio fundamental para las comunicaciones mediante señales de luz guiadas
por fibras ópticas.
En
1880, Alexander Graham Bell hablo de la posibilidad de transmitir señales
usando un haz de luz y en 1884 invento el fotófono, con el cual logro una
transmisión a una distancia de 200 metros.
En
1934,AT&T obtiene la patente para una guía de onda óptica y al inicio de
los años 60 se inventas el LASER (Light Amplification by Simulated Emision of
Radiation). Hasta antes de 1970 la implementación de comunicaciones ópticas
mediante guías de onda de luz estuvo restringida a distancias muy cortas,
debido a las altas atenuaciones de la guía de onda óptica.
En 1966
se implementan las primeras fibras ópticas de forma experimental y operando con
atenuaciones de 1000 dB/km.En 1970 la compañía Corning Glass logró producir una
fibra de silicio (SiO2), con atenuaciones de 20 dB/km aproximadamente. Por otro
lado, el desarrollo de las fuentes de luz LED y LASER comenzaron a madurar por
esas fechas, esto permitió la transmisión de señales sobre unos cuantos
kilómetros.
A
partir de 1970 el desarrollo tecnológico había experimentado una curvatura de
crecimiento muy acelerada. Hoy se cuenta con fibras ópticas con atenuaciones
del orden de los 0.2 dB/km. con capacidades en el orden de los Gbps y Tbps, mediante tecnologías SDH y DWDM.
En 1999
se presentó un multiplexor capaz de transmitir a una capacidad de 1.28 Tbps
sobre una fibra óptica, lo cual significa más de un millón de voz simultáneas.
Hoy las
fibras ópticas se utilizan para enlaces de larga distancia terrestres y
transoceánicos, se espera que algún día la conexión de una milla sea
también mediante fibra óptica. Ello
permite comunicaciones multimedia de alta capacidad y calidad entre todos los
habitantes de la tierra.
A
partir de 1990 se han logrado varias mejoras sobre las tecnologías de fibras
ópticas que han permitido incrementar la capacidad y reducir el costo de las
redes ópticas de hoy.
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.
 |
| Figura 2. Ejemplo de capacidad de la fibra óptica. |
DESVENTAJAS
DE LAS FIBRAS ÓPTICAS
ATENUACIÓN
Se 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, 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.
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.
 |
| Figura 3. Atenuación típica de una fibra óptica de silicio. |
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, 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- 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.
 |
| Figura 4 Gráfica de Dispersión Cromática contra Longitud de Onda |
POLARIZACIÓN
Polarización
es la propiedad de la luz la cual está relacionada con la dirección de sus
vibraciones, el viaje de la luz en una fibra típica puede vibrar en uno o dos
modos de polarización los dos modos principales de una fibra asimétrica que es
uniforme a lo largo de su longitud. El modo en el eje X es arbitrariamente
etiquetado con un modo lento, mientras que en el eje Y es etiquetado en el modo
rápido. La diferencia en los tiempos de arribo en los modos de dispersión por
polarización (PMD), es típicamente medida en picosegundos. Si no 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.
 |
| Figura 5. PMD en una Fibra de
Modo Simple cuya asimetría es uniforme a lo largo de su longitud |
COMPONENTES
DE LA FIBRA ÓPTICA
La fibra es tan pequeña y frágil, que se le
ubica dentro de un cable.
 |
| Figura 6. |
Las
fibras se reúnen en cables, que poseen un número variable de ellas. Los más
difundidos llevan 216 fibras, reagrupadas tres veces de seis en seis. Estos
cables resultan incluso más baratos que los cables de cobre clásicos, y también
son más ligeros manejables y fáciles de instalar. Para empalmar los cables
ópticos hay que fundir con un equipo especial.
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
Las fibras ópticas no tienen competencia en los
enlaces de muy larga distancia, ¿pero que hay en el acceso?, es aquí en donde
los satélites encuentran hoy su mayor aplicación y por lo tanto curva de
crecimiento. Por ejemplo en redes de televisión restringida DTH la única forma
viable para llegar a todos los usuarios es mediante el satélite, la solución
con fibra óptica simplemente no es costearle. Otro ejemplo son las redes de voz
y datos que requieren movilidad, como los sistemas PCS satelitales IRIDIUM, GLOBALSTAR y TELEDESIC.
PROPAGACIÓN DE LA LUZ
3.1 CONCEPTUALIZACIONES FÍSICAS
Definición
de la luz
La
luz es una emisión continua de partículas de energía llamadas fotones. La
emisión de estos fotones se hace en forma analógica, por tanto tiene una
potencia que puede ser medida en decibeles (dB) y una frecuencia que puede
medirse en Hertz (Hz).
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.
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.
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
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.
Factores que propician la
atenuación
Existen tres causas de
perdida de potencia en un enlace óptico, que son por absorción, por empalmes y
por curvaturas.
Perdida por absorción: es
por el simple hecho de propagarse la luz por un medio se perderá potencia
irremediablemente .Hay absorción intrínseca y extrínseca.,la primera no se
puede evitar y la otra se debe a que la naturaleza del vidrio sino a la forma
en que fueron fabricadas..Las impurezas o pequeñas burbujas de aire o de otro material que puedan quedar
como remanentes de impureza serán la causa de que los fotones choquen y se
desvíen, perdiéndose así energía.
Perdidas en un enlace
óptico: son los elementos de unión que pueden ser los conectores o los
empalmes. Los conectores son empleados para unir una fibra con un equipo, y los
empalmes son usados para unir dos fibras y hacer una más grande. La causa de
porque los conectores o empalmes introducen perdidas es que para la luz esto
significa pasar por una frontera y recordando la ley de Snell, de reflexiones y
refracciones. Por diferentes métodos de
fabricación de conectores y métodos de empalmado, se han mejorado
sustancialmente estas pérdidas.
Perdidas por curvaturas:
Siempre que haya una curvatura en un cable de fibra óptica habrán perdidas. Hay
dos tipos de curvaturas, las macro curvaturas y las micro curvaturas. Las
primeras son apreciadas a simple vista y pueden despreciarse si no se excede un
radio de curvatura igual a 20 veces el diámetro del cable. Y las segundas las
macro curvaturas, son apreciables a simple vista, son pequeñas torceduras o
presiones que sufre la fibra y que también introducen perdidas. Este tipo de
curvaturas ocurren cuando se sujeta demasiado fuerte una fibra.
EL PRODUCTO DE ANCHO DE
BANDA POR DISTANCIA
Los fabricantes de fibras
ópticas o bien los cables ópticos proporcionan especificaciones de la fibra,
entre esas especificaciones se encuentran los coeficientes de atenuación y de
dispersión. Con estos datos se pueden hacer los cálculos correspondientes para
saber si esa fibra le servirá en su enlace o no.
Las unidades de este
parámetro son los GHzKm. Un ejemplo de este tipo tenemos que una fibra tiene un
producto de 1000 GHzKm, lo que significa que puede transportar una velocidad de
1000 Gbps sobe una distancia de 1 kilómetro bien esa misma fibra puede emplear
en un enlace una velocidad de 100 Gbps en una distancia de 10 Km. Cualquier combinación siempre y
cuando la multiplicación de la velocidad por la distancia no exceda este valor.
TIPOS DE FIBRAS ÓPTICAS
Existen dos
tipos de fibras ópticas, las cuales son las fibras multimodo y las
fibras monomodo. Por sus características particulares cada tipo se utilizan en
aplicaciones diferentes.
FIBRAS MULTIMODO
Este tipo de fibras fueron
las primeras que se fabricaron para uso comercial en la época de los 80´s.Este
nombre se le atribuyo a su funcionamiento interno. Cuando un haz de luz entra
refractado al núcleo de una fibra, no toda la energía se propaga por la misma
trayectoria, algunos fotones tomarán una trayectoria, otros tomarán otra y
otros otra. Puede haber cientos de trayectorias
dentro de ese tipo de fibras.
Fibras Multimodo de Índice
Escalonado
En este subtipo de fibras
multimodo su núcleo esta ligeramente dopado, lo que hace que su índice de
refracción sea ligeramente mayor que el Indice de Refracción del recubrimiento.
Ese dopado es constante en todo el núcleo, en la frontera, el valor del Indice
de Refracción cambia abruptamente, disminuyendo al valor del índice del
recubrimiento. Este cambio abrupto en el valor de los Indices y su
representación gráfica en el perfil del índice es lo que da nombre a este
subtipo de fibras. Las dimensiones del diámetro del núcleo han variado y se han
fabricado núcleos de 62.5 micras y de 50 micras, seindo más comunes las
primeras.
Fibras multimodo de Índice
Gradual
Este tipo de fibras esta
dopado en el núcleo y va cambiando conforme nos alejamos del eje de la fibra;
justo en el centro habrá un nivel n1 que
irá descendiendo hasta llegar al nivel
n2 correspondiente al recubrimiento. El dopado no es constante en el núcleo, su
valor de índice de refracción va descreciendo en forma gradual hasta llegar al
índice del recubrimiento,donde ya permanece constante.Este cambio gradual
en el valor de los índices y su
representación gráfoca en el perfil del índice,es lo que da nombre a este tipo
de fibras.Las dimensiones del diámetro son las mismas que las del de Índice
Escalonado.
FIBRAS MONOMODO
Este nombre reciben laa
fibras porque solamente un rayo o haz de luz entra refractado al núcleo de una
fibra y toda la energía se propaga por la misma trayectoria y solo hay un modo o trayectoria dentro de este
tipo de fibras. Este tipo de fibras fueron construidas con el fin de evitar el
alto índice de dispersión causada por
los múltiples modos.
A continuación se dan a
conocer algunos de los conectores más comunee en aplicaciones relacionadas con
telecomunicaciones:
Conector tipo ST (Straight
Tip)
Este conector fue diseñado
por la compañía Lucent y es de uso bastante común en sus sistemas de cableado
estructurado.
Conector tipo SC (Subscriber
Conector)
Este tipo de conector tiene
una fijación del tipo “empujar y jalar” conocida en inglés como Push Pull
debido a que en esa forma es como se fijan el conector hembra con el
macho.Debido a que no requiere del espacio necesario para el movimiento de los
dedos alrededor del conector,se le utiliza para paneles de alta densidad en
donde hay que acomodar muchos conectores juntos.
Conector tipo FC (Fiber
Conector)
Este conector es bastante
común en aplicaciones de telecomunicaciones.Muchos de los primeros sistemas de
transmisión para fibras ópticas que se instalaron en México en redes publicas empleaban este
conector.Su fijación es mediante una rosca entre el conector hembra y el
macho.Cuenta con una muesca que permite que el contacto se haga siempre en la
misma posición.
Conector tipo MT-RJ de
SIECOR
Este nuevo conector permite
la conexión de dos fibras de manera simultánea.Funciona con el mecanismo
push-pull.Son tan buenas las caracteristicas de este conector que incluso
existe un grupo de empresas que conformarón un grupo llamado MT-RJ Alliance
para impulsar su estandarización.El conector ocupa la mitad del espacio
requerido por un conector SC.Este conector se usa tanto para fibras monomodo
como multimodo.
Empalmes
Estos se utilizan para las
conexiones que se pretenden ser permanentes.Estas uniones permiten unir los
rollos de cable en un tendido de larga distancia.El numero de empalmes
necesarios en un cierto segmento dependerá de la distancia a cubrir y de la
cantidad de cable por cada rollo.
Existen dos tipos de
empalmes:los mecánicos y los de fusión.Los primeros son más sensillos,de menor
costo pero con ciertas deficiencias que los hacen comunes en aplicaciones
dentro de redes LAN pero no en redes de alta capacidad para redes de
telecomunicaciones públicas.Por el contrario los empalmes de fusión son los más
utilizados en los enlaces de larga distancia y para redes metropolitanas
MAN,SDH y WDM.
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.
Despues de realizado el
empalme,es necesario protegerlo mediante algún mecanismo.Para este efecto, se
usan los protectores de empalmes.Funcionan de manera similar a un “Hot
Dog”,pues están formados por dos tapas unidas al centro.Las fibras empalmadas
se colocan al centro de una de las tapas que cuenta con una superficie pegajosa
a la que se adhiere la fibra.Después se cierran las tapas y la fibra queda bien
protegida en el interior.
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.
INFLUENCIAS DE AGENTES
EXTERNOS A LA FIBRA ÓPTICA
Micro curvaturas
Las micro curvaturas se presentan por ejemplo,
con las variaciones de temperatura, cuando la fibra y el recubrimiento tienen
diferentes coeficientes de dilatación térmica.
La función principal de la
protección secundaria es el de cuidar a la fibra de los esfuerzos mecánicos
derivados del manejo cotidiano de los cables de fibra óptica durante la
instalación.Con esta protección se disminuyen las microcurvaturas.
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.
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 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.
Los métodos empleados son
normalmente dos: por medición de potencias o por gráfica del presupuesto d e potencia.
Medición de Potencia: en
este tipo de método se inyecta una señal óptica de potencia conocida, en un
extremo de la fibra y después se mide la potencia en el otro extremo del
carrete con un equipo medidor de potencia. En este tipo de mediciones se debe
tener cuidado con las lecturas tomadas de los equipos, ya que esta medición
incluye la perdida que hay en los conectores de los propios equipos de
medición.
Presupuesto de Potencia: en
este método se hace uso de un OTDR. En esta medición el equipo OTDR tiene como
función medir la longitud de la fibra a la cual se esta conectado, y graficar
como se va perdiendo potencia. En el eje horizontal se mide la distancia en
kilómetros y en el eje vertical se mide la potencia en dB. Conociendo la
potencia inicial y la potencia final y la distancia medida, es posible deducir
el valor del coeficiente de atenuacióna.
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
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.
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.
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.
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.
::APLICACIÓN DE LA FIBRA
ÓPTICA::
Medicina
En este campo son evidentes
las ventajas que puede aportar el uso de la fibra óptica como ayuda a las
técnicas endoscópicas clásicas y, de hecho, están siendo sustituidos los
sistemas tradicionales por los modernos fibroscopios. Diversos aparatos como
laringoscopios, rectoscopios, broncoscopios, vaginoscopios gastroscopios y
laparoscopios, incluyen ya esta tecnología, la cual nos permite con gran
precisión la exploración de cavidades internas del cuerpo humano.
Los fibroscopios realizados
con ayuda de las técnicas opticoelectrónicas cuentan con un extremo fijo o
adaptable para la inserción de agujas, pinzas para toma de muestras, electrodos
de cauterización, tubos para la introducción de anestésicos, evacuación de
líquidos, etc. Una fibra se encarga de transportar la luz al interior del
organismo y la otra lleva la imagen a un monitor.
Los campos generales de
empleo en medicina son:
- Diagnóstico: complementa a
la radiología, al proporcionar visiones cercanas y amplificadas de puntos
concretos y permitir la toma de muestras. El fibroscopio es particularmente
útil para la detección de cánceres y úlceras en estado inicial que no son
visibles a través de rayos X.
- Terapéutico: permiten la
actuación quirúrgica en vías biliares para eliminar cálculos, extraer cuerpos
extraños, etc.
- Postoperatorio:
observación directa y prácticamente inmediata a la operación de las zonas
afectadas.
Otra importante aplicación
de la fibra óptica aparecida hace relativamente poco tiempo son las operaciones
transatlánticas. Gracias a los inmensos anchos de banda y a la velocidad a la
que viaja la información a través de este medio, hoy en día ya es posible que,
un cirujano pueda operar a un paciente interactuando en tiempo real mediante
altas tecnologías sobre un paciente que se encuentra en otro continente. Esto
es un gran avance en la medicina, ya que en un futuro evitará los costosos
traslados que supone a un paciente -y en la mayoría de los casos a sus
familiares- el trasladarse a otro continente y la estancia de estos durante la
recuperación de dicho paciente.
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. Hoy en día ,
se sabe que la forma más eficiente de que la luz viaje desde un punto hasta
otro es mediante la fibra óptica.
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, etc. Por ello
las líneas telefónicas no son la única vía hacia el ciberespacio. Recientemente
un servicio permite conectarse a Internet a través de la fibra óptica.
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 (redes locales de
información) 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.
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) .El
sonido es mucho mas nítido, y no hace falta, como en el resto de las
telecomunicaciones por fibra el empleo de amplificadores de señal cada pocos
kilómetros.
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.
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.
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