RESUMEN ( Fibra Óptica )

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Comunicaciones por Fibra Óptica

Este 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. 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 personal   del  área de operaciones de las empresas de telecomunicaciones está 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:

ü  Transmisión o Transporte: la forma de conectar  los elementos  de conmutación entre sí, puede ser local o de larga distancia.

ü  Conmutación: los equipos responsables de establecer la comunicación entre dos extremos es decir los usuarios o los clientes.

ü  Acceso: La forma de conectar las instalaciones del usuario con la empresa que le prestara el servicio.

ü  Equipo Terminal: equipo situado en las instalaciones del cliente para aprovechar  un servicio de telecomunicaciones.

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 qué tipo de servicio se brinda.

El elemento de conmutación  es quien propiamente se encarga de establecer la comunicación  entre un punto con otro, dependiendo como sea llevado a cabo esta tarea será el servicio ofrecido.

En  general  existen tres tipos de elementos de conmutación  y en consecuencia tres tipos de servicios de telecomunicaciones.

Elementos de conmutación y servicios de telecomunicaciones

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

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.

El elemento de transporte

Un enlace de transporte se distingue por dos elementos:

El primero que nos define físicamente 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.

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.

Capacidades de transporte en redes digitales PDH y SDH.

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

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.

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

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

Dentro de las  nuevas tecnologías  que se presentan en la actualidad para accesar a los usuarios podemos identificar diversas tendencias:

ü  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).

ü  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.

ü  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.

ü  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

Una red de transporte debe de cubrir las siguientes cuatro condiciones:

ü  Capacidad

ü  Calidad

ü  Confiabilidad

ü  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.

Mayor capacidad de transmisión

En general la necesidad de mayores anchos de banda o capacidades en el transporte sé esta viendo acotada por dos aspectos:

·         Incremento de tráfico multimedia sobre las redes de telecomunicaciones.

·         Incremento del número de usuarios de las redes de telecomunicaciones.

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

Por otro lado, cada vez es más necesario trasladar la información y no a las personas desde diferentes puntos de vista, como sociales, económicos. Esto trae como resultado el crecimiento  de usuarios de redes de telecomunicaciones y cuando estas tienen contenido como el   caso de Internet como se ve en la figura.

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.

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

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.

Opciones de medios de transporte

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

Aunque las fibras ópticas presentan la mejor relación costo beneficio, esto solo ocurre cuando realmente se necesita la capacidad que estas pueden soportar, así como distancias encima de los 100 km. En situaciones en donde la capacidad es menor la utilización de sistemas de microondas y en algunos satelitales pueden ser una mejor alternativa, sobre todo cuando se trata de terrenos accidentados o muy apartados de las zonas urbanas. El tiempo de implementación es otro factor de decisión, el cual en algunos casos puede ser determinante para elegir un medio diferente a las fibras ópticas.

Aspectos Generales de las Fibras Ópticas

Existen diversas razones que apuntalan a las fibras ópticas como el medio por excelencia para redes de transporte, entre ellas la gran disponibilidad de materia prima; el silicio. Las grandes distancias que se pueden conseguir entre repetidores. En la actualidad una distancia promedio es de 200 km. y se hablan ya de distancias por encima de los 600 km. La inmunidad al ruido e interferencia electromagnéticas al ser un medio no conductor, al mismo tiempo no genera radiaciones electromagnéticas. Las dimensiones de las fibras son pequeñas y por lo tanto los cables fabricados son más ligeros y fáciles de manejar. El tiempo de vida se entiende por encima de los 25 años y en realidad se asume como indeterminado pues no ha transcurrido el tiempo desde que se instalaron las primeras fibras ópticas. Por ultimo la gran capacidad, que como dijimos antes, permite en la actualidad transportar mas de un millón de llamadas a través un par de fibras ópticas.

Sin embargo y a pesar de todas las ventajas de las fibras ópticas existen ciertas desventajas. Como el requerimiento de derecho de vía, la exposición a accidentes y actos vandálicos. Procesos de fabricación muy estrictos y complicados, equipo de transmisión costoso y tiempo de instalación alto y dependiente del terreno. También el proceso de instalación debe realizarse  con equipo y conocimiento especial.

En telecomunicaciones las fibras ópticas son utilizadas tanto para redes de larga distancia como para redes de acceso y transporte local. Redes trasatlánticas mediante cables submarinos. También son utilizadas para establecer enlaces dedicados y en redes de datos LAN y MAN.

Entre los elementos que componen un enlace mediante fibras ópticas encontramos las fuentes de transmisión LED y LASER, losfoto detectores, los regeneradores, amplificadores ópticos, acopladores, multiplexores, equipo de medición y equipo para WDM.

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.

LAS FIBRAS ÓPTICAS COMO MEDIO DE TRANSMISIÓN

MARCO HISTÓRICO

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.

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

VENTAJAS  DE LAS FIBRAS ÓPTICAS

Tenemos  diversas ventajas que favorecen la utilización de las fibras óptica sobre redes de telecomunicaciones.

ü  Muy altas capacidades, en el orden de los  Tbps.

ü  Calidad en transmisión, en el orden de BER=10^-12

ü  Niveles bajos de atenuación, en el orden de 0.2 dB/km.

ü  Respuesta a la frecuencia plana dentro de las ventanas ópticas, por lo tanto se prescinde

ü  prácticamente de ecualización.

ü  Distancia grande entre repetidores, entre 150 y 600 kms.

ü  Inmunidad a ruidos e interferencias.

ü  Menor costo por circuito que cualquier otro medio.

ü  Cables más ligeros, pequeños y flexibles.

ü  No generan interferencia y por lo tanto no existe la diafonía.

ü  Seguridad en la transmisión.

ü  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 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, 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

NO LINEALIDAD

Niveles de alta potencia de la fibra óptica disponibles y amplificadores ópticos provocan señales que interactúan con la fibra en las cuales produce una variedad de efectos no lineales, sino son controlados propiamente, estas no linealidades pueden afectar de forma adversa al desarrollo del sistema, las no linealidades de la fibra caen dentro de dos categorías:-dispersión estimulada e índices de fluctuación refractivos.

Los niveles de potencia en los cuales los diferentes fenómenos no lineales se manifiestan ellos mismos, son conocidos como thresholds.

DISPERSIÓN ESTIMULADA (STIMULATEDSCATTERING).

Esta no linealidad ocurre en sistemas de modulación intensos cuando las señales ópticas interactúan con las ondas acústicas o con vibraciones moleculares en la fibra de Si. Esta interacción dispersa la luz y la cambia a una longitud de onda mayor.

Hay dos formas de dispersión estimulada: -Stimlated Brillouin Scattering y Stimulated Raman Scattering- Índices de Fluctuaciones Refractivas ( Refractive Index Fluctuations).

Aunque el índice de refacción de una fibra óptica de Si presenta una constante a bajos niveles de potencia óptica, las altas potencias relacionadas con los amplificadores ópticos pueden modular el índice variando la intensidad óptica de la señal de transmisión.

Los efectos de la no linealidad de los índices refractivos caen dentro de tres categorías:-Self -Phase Modulation, Croos-Phase Modulation y Four-Wave Mixing.

COMPONENTES DE LA FIBRA ÓPTICA

   

 El núcleo que consiste de vidrio de cuarzo, tiene un índice de refracción más alto que el revestimiento de vidrio, cuarzo o plástico que lo rodea. A su vez la superficie del revestimiento esta protegida por una cubierta primaria de acrilato. La fibra esta protegida contra esfuerzos mecánicos debidos al cableado, instalación, cambios de temperatura, etc., ya que usualmente se coloca libre en el tubo que forma la cubierta secundaria.

Los aspectos principales para la propagación de luz en las fibras ópticas son:

Que la pureza del material del núcleo sea tan alta, que la atenuación se mantenga dentro de los límites razonables.

Que los rayos, que por una razón u otra tiendan a cambiar su dirección de propagación, se mantengan dentro del núcleo de la fibra.

La alta pureza fue un problema en el procesamiento del material de la fibra que ya ha sido resuelto. Se debe tener en cuenta que tanto el índice de refracción como la transparencia, varían con la longitud de onda y la temperatura. Una cierta pérdida por dispersión de la fibra no puede ser evitada por razones teóricas. A mayores longitudes de onda las perdidas aumentan debido a la absorción de rayos infrarrojos (absorción del calor). Los rayos son mantenidos en el núcleo debido a que el índice de refracción disminuye cuando aumenta la distancia desde el centro de una sección transversal imaginaria del núcleo de la fibra. Por esto el índice de refracción puede disminuir por pasos, como en la fibra con índice escalonado o hacerlo gradualmente como en la fibra con índice gradual. Las fibras ópticas son también unos medios especialmente adecuados para el transporte de impulsos digitales de alta velocidad.

       

 Formados por finos tubos de vidrio plástico o cuarzo fundido metidos de varias milésimas de milímetro. Su nombre deriva del hecho de que son excelentes guías de onda para los impulsos lumínicos, y se emplean para transmitir informaciones de cualquier naturaleza transformadas en bits, en forma de ondas electromagnéticas de elevadísimas frecuencias, iguales a la de la luz.

        Se utilizan concretamente frecuencias cercanas de infrarrojo, de unos 300 billones de hertzios, para las cuales tanto el vidrio como el cuarzo fundido son perfectamente transparentes, mientras que la envoltura de plástico es completamente opaca: de esta forma, las fibras ópticas tienen la gran ventaja de evitar los fenómenos de interferencia electromagnética, lo que las hace inmunes a las escuchas abusivas.

Las fibras se reúnen en cables, que poseen un número variable de ellas. Los más difundidos llevan 216 fibras, reagrupadas tres veces de seis en seis. Estos cables resultan incluso más baratos que los cables de cobre clásicos, y también son más ligeros manejables y fáciles de instalar. Para empalmar los cables ópticos hay que fundir con un equipo especial.

A pesar de todas las ventajas de que existen también hay ciertas desventajas que deben ser consideradas al momento de tomar la decisión de instalar un enlace mediante fibras ópticas; ya que dependiendo del escenario podría resultar que la utilización de otro medio de transmisión  sea más rentable .A continuación las principales desventajas de las fibras ópticas:

Por el tipo de tecnología utilizada los sistemas de transmisión todavía  son más caros.

Los conectores utilizados sobre fibras ópticas son muy caros actualmente.

El costo-beneficio que se puede obtener depende de la distancia a cubrir, así como el ancho de banda a utilizar.

Las canalizaciones para redes de larga distancia tienen complicaciones dependiendo del tipo de terreno.

La conectorización exige nuevas técnicas y herramientas. El manejo de las fibras ópticas requiere mayor adiestramiento y capacitación del personal. Hay  demasiado cobre instalado en la última milla como para pensar que la fibra óptica lo sustituya en corto plazo. La instalación de los cables es más sensible a las curvaturas.

Las  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.

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.

Otra área en donde se siguen utilizando los satélites es en la transmisión de señales de vídeo entre televisoras, pues en ocasiones es necesario generar señales desde algún punto remoto o cambiante a través del tiempo, por lo que resulta necesario contar con unidades móviles satelitales capaces de transmitir  desde cualquier punto.

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

En términos de distancia, los repetidores entre sitios de microondas para la regeneración de señales no deben estar separados mas allá de 79 km típicamente, dependiendo d diversos factores de diseño; las fibras ópticas  soportan cuando menos 150 km como distancia mínima entre repetidores.

La utilización de un enlace de microondas en lugar de uno con fibras ópticas solo se justifica cuando la capacidad requerida es poca, digamos menos de un E3 y a distancias entre 3 y 15 km. Este es el caso precisamente cuando se prefieren las microondas como acceso para usuarios que desean estar conectados a algún tipo de servicio de telecomunicaciones. Por ejemplo troncales digitales, acceso permanente a redes de Frame Relay o Internet o como última milla de enlaces dedicados punto a punto.

En cuanto a calidad  tenemos existe  misma situación que en enlaces satelitales, existe una dependencia a factores climáticos y a interferencias.

La utilización de  cables de cobre y las fibras ópticas. Realmente tanto el cable coaxial como el par de cobre como medio de transporte han quedado fuera de toda posibilidad, debido a las diferencias con medios como las fibras ópticas y las microondas con respecto a calidad, atenuación, tamaño, costo por circuitos, etc. son sustanciales.

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

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

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.

ü  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 está transformando todas las actividades humanas, como la educación, el trabajo, el entretenimiento. etc.

En redes de larga distancia el uso de fibras ópticas es el preferido, pues provee la mejor relación costo beneficio, gracias a la gran  capacidad de información y a las grandes distancias entre repetidores.

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

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

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

Redes de larga Distancia en México

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

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

Los  objetivos son poder brindar servicio a las empresas localizadas en los edificios incluidos en los anillos y tener un punto cercano a muchos otros edificios, en donde la implementación de enlaces de microondas punto a punto (PAP) o punto a multipunto (PAM) y enlaces por cobre con tecnologías xDSL sea factible.

En México, dentro del marco de la apertura y adicionalmente a la red de TELMEX, se están implementando redes de acceso local basadas en fibra óptica, tanto para nuevos operadores de redes de acceso o CAPs (Competitive Access Provider) o bien operadores de telefonía local o CLEC (Competitive Local Exchange Carrier).Como ejemplo de estos nuevos operadores encontramos a AXTEL, ALESTRA, AVANTEL, MAXCOM, MCM, MetroRed, Metronet, PEGASO, UNEFON etc. Las cuales comenzaron en 1999.

En redes submarinas el uso de fibra óptica ha sido un factor importante dentro del concepto de la globalización, haciendo desaparecer las fronteras, pues con ellas las comunicaciones entre continentes de gran capacidad, de gran calidad y de bajo costo han sido posibles.

Existen decenas de cables submarinos instalados y decenas de proyectos por instalar. Por mencionar algunos sistemas de cable submarinos tenemos al sistema Columbus 11, con 12,300 km entre América y Europa y en donde México tiene participación a través de TELMEX. Otro proyecto importante es el de OXYGEN el cual se perfila como una plataforma para la INTERNET2.La última aplicación de las fibras ópticas dentro del ámbito de las telecomunicaciones se refiere a las redes d e televisión por cable (CATV).

ü  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.

ü  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.

ü  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.

PROPAGACIÓN 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 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.

ü  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.

ü  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).

ü  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. 

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 está conformado por dos elementos, el núcleo y el recubrimiento, mostrado en la figura  siguiente:

Los dos elementos son de vidrio, específicamente de sílice (óxido de silicio) y de una pureza muy elevada. Este sílice como el resto de los vidrios, tiene un Índice de Refracción de  1.47.La causa por la cual se construyen las fibras ópticas con dos elementos concéntricos es para formar un tubo con Índice de Refracción menor al cilindro que contiene, cuyo Indice de Refracción es mayor. De tal forma el Recubrimiento tiene un Índice de Refracción de 1.47 y el Núcleo tiene un Indice de refracción de 1.5.con esto se obtiene la Reflexión Interna Total dentro de la fibra.

PROPAGACIÓN DE LA LUZ EN LAS FIBRAS ÓPTICAS.

ü  Apertura Numérica

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

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

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

ü  Angulo de Aceptación

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

ATENUACIÓN Y DISPERSIÓN

Al propagarse la luz a lo largo de la fibra va a sufrir algunos fenómenos o cambios debidos a características de la fibra óptica los cuales son:

ü  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.

ü  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.

ü  Coeficientes de Atenuación y Dispersión

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

Para manejar este parámetro que no dependa de la longitud de la fibra y que exprese la calidad de la fibra, tenemos al coeficiente de atenuación a,que indica cuanta potencia se pierde en cada kilómetro recorrido de fibra.

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

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

ü  Expresiones para la atenuación y la dispersión

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

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

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

ü  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.

ü  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.

ü  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.

ü  Perdidas por curvaturas: Siempre que haya una curvatura en un cable de fibra óptica habrán pérdidas. Hay dos tipos de curvaturas, las macro curvaturas y el micro curvaturas. Las primeras son apreciadas a simple vista y pueden despreciarse si no se excede un radio de curvatura igual a 20 veces el diámetro del cable. Y las segundas las macro curvaturas, son apreciables a simple vista, son pequeñas torceduras o presiones que sufre la fibra y que también introducen perdidas. Este tipo de curvaturas ocurren cuando se sujeta demasiado fuerte una fibra.

Existen dos causas principales, la dispersión modal y la dispersión intramodal o cromática.

ü  Dispersión modal: es cuando se tiene una onda electromagnética que se radia para su propagación en una guía de onda, la onda viajera encontrara varios caminos para propagarse a lo largo de la guía. A estos caminos se les llama modos de propagación dependiendo de las dimensiones de la guía de onda y de la frecuencia o longitud de onda se podrán propagarse uno o más modos.

ü  Dispersión intramodal o cromática: esta dispersión de debe a que el índice de refracción del material no es independiente de la longitud de onda de la luz que viaja por dicho material. Al variar el índice de refracción y de  acuerdo a la Ley de Snell se varía también el ángulo con el que la luz incide a la  frontera núcleo-cubierta y por lo tanto esa componente de luz seguirá una trayectoria propia. En las fuentes LED que se emplean, se tiene un ancho espectral del haz de luz de aproximadamente 40nm, lo que genera una dispersión cromática fuerte.Para evitar este problema se han desarrollado fuentes como las Láser tipo DFB (distributed feedback) con anchos menores a 1 nm que reducen notablemente la dispersión cromática.

ü  Efectos de la atenuación y la dispersión en un sistema de Telecomunicaciones

En un sistema de telecomunicaciones a base de enlaces ópticos, la atenuación es muy importante ya que de ella dependerá el alcance que tenga dicho alcance. Si en el enlace se emplea fibra con un coeficiente de atenuación muy malo, la distancia del enlace será muy pequeña. Por lo contrario si se emplean fibras con un buen coeficiente de atenuación, la distancia será mayor. Actualmente la distancia máxima de un enlace óptico es de 600 km.

EL PRODUCTO DE ANCHO DE BANDA POR DISTANCIA

Los fabricantes de fibras ópticas o bien los cables ópticos proporcionan especificaciones de la fibra, entre esas especificaciones se encuentran los coeficientes de atenuación y de dispersión. Con estos datos se pueden hacer los cálculos correspondientes para saber si esa fibra le servirá en su enlace o no.

Las unidades de este parámetro son los GHzKm. Un ejemplo de este tipo tenemos que una fibra tiene un producto de 1000 GHzKm, lo que significa que puede transportar una velocidad de 1000 Gbps sobe una distancia de 1 kilómetro bien esa misma fibra puede emplear en un enlace una velocidad de 100 Gbps en una distancia  de 10 Km. Cualquier combinación siempre y cuando la multiplicación de la velocidad por la distancia  no exceda este valor.

TIPOS DE FIBRAS ÓPTICAS

Existen  dos  tipos de fibras ópticas, las cuales son las fibras multimodo y las fibras monomodo. Por sus características particulares cada tipo se utilizan en aplicaciones diferentes.

ü  Fibras Multimodo

Este tipo de fibras fueron las primeras que se fabricaron para uso comercial en la época de los 80´s.Este nombre se le atribuyo a su funcionamiento interno. Cuando un haz de luz entra refractado al núcleo de una fibra, no toda la energía se propaga por la misma trayectoria, algunos fotones tomarán una trayectoria, otros tomarán otra y otros otra. Puede haber cientos de trayectorias  dentro de  ese tipo de fibras.

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

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

ü  Fibras Multimodo de Índice Escalonado

En este subtipo de fibras multimodo su núcleo está ligeramente dopado, lo que hace que su índice de refracción sea ligeramente mayor que el Índice de Refracción del recubrimiento. Ese dopado es constante en todo el núcleo, en la frontera, el valor del Índice de Refracción cambia abruptamente, disminuyendo al valor del índice del recubrimiento. Este cambio abrupto en el valor de los Índices 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, siendo más comunes las primeras.

ü  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 decreciendo 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 gráfica 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.

Este tipo de perfil fue fabricado para evitar el problema de la dispersión que era tan fuerte en el perfil de las fibras de índice escalonado. En las fibras de índice escalonado el problema era que los modos se adelantaban unos de otros.

La solución a este problema fue la construcción de hacer que cada uno de los modos presentes en una fibra multimodo, se reflejara en diferentes radios para que al final en un punto todos coincidieran.

Características de las fibras multimodo de índice gradual

ü  Producto de Ancho de Banda por Distancia mayor que las de índice escalonado.

ü  Dispersión modal 10 veces menor que las de índice escalonado.

ü  Uso de LED`s como fuentes ópticas.

ü  Apertura Numérica grande.

ü  Requerimientos más holgados para conectores.

ü  Aplicaciones LAN´s;distancias cortas,velociodades pequeñas.

ü  FIBRAS MONOMODO

Este nombre reciben las fibras porque solamente un rayo o haz de luz entra refractado al núcleo de una fibra y toda la energía se propaga por la misma trayectoria  y solo hay un modo o trayectoria dentro de este tipo de fibras. Este tipo de fibras fueron construidas con el fin de evitar el alto índice de  dispersión causada por los múltiples modos.

ü  Características de las fibras monomodo.

Produce  mejor producto de ancho de banda por distancia.

Solo se presenta dispersión cromática.

Se requieren conectores muy adecuados.

Se requieren fuentes de luz precisas.

Se aplican para altas velocidades y redes de larga distancia.

FABRICACIÓN DE UNA FIBRA ÓPTICA

Para el proceso de fabricación de una fibra óptica tenemos dos etapas:

La primera es la preforma la cual es un tubo de vidrio de alta pureza,y la segunda es el estiramiento de la preforma.

ü  La Preforma.

La preforma es un tubo de vidrio de óxido de silicio o sílice 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.

Después de esto se introducen vapores al tubo y al calentarse estos se depositan en el interior del tubo hueco, adhiriéndosele 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 1900^ºC.

Este calentamiento tan intenso causa un colapso en el tubo fundiéndose completamente y desechando al hueco. Después de esto ya tenemos una estructura casi idéntica a una fibra óptica con un núcleo y un recubrimiento 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.

DISEÑO DE ENLACES

Aplicaciones de las señales  comunes en la práctica.

Entorno de aplicación	Velocidades	Interfases/Comentarios
Enlaces de datos a corta distancia.	Desde 64 Mbps hasta 2 Mbps	Interfaces típicas de datos como V.35, EIA-530,HSSI y para E1 o E3 la G.703.En categoría están equipos conocidos como modems ópticos
Redes LAN	10 Mbps,100 Mbps y ahora 1 Gbps	Interfaces AUI y MII.Se usan en equipos conocidos popularmente como Transceivers.
Enlaces de alta capacidad	Desde 2 Mbpsn hasta 155 Mbps	Interfaces G.703, hay velocidades ópticas mayores, pero en estos casos ya no hay interfaces eléctricas al exterior de los equipos.

ü  Etapa de recepción

Consiste en revertir lo realizado en la etapa de transmisión. Primeramente se tiene la interfaz  de línea en la que al igual que en la etapa de transmisión se conecta al cable de fibra óptica exterior, con el foto detector, este tiene una misión de convertir la energía de luz percibida en impulsos eléctricos cuya amplitud es proporcional a la intensidad de la luz, el ser excitado con una intensidad alta de luz, el foto detector generará un nivel alto de señal eléctrica lo que significará un uno.

Posteriormente sigue la etapa de decodificación o desaleatorización, estos dos procesos se llevaran a cabo solo si sucedieron en la etapa de transmisión. De ser así, es necesario para que el efecto neto sobre la información real sea nulo. Asimismo, si en la etapa de transmisión de dio el agregado de información se procederá de retirar esta a fin de dejar únicamente la señal eléctrica que originalmente se alimentó. Por ultimo se resta el adecuar la señal eléctrica al código de línea que corresponda la interfaz eléctrica en cuestión.

ü  Tipos de fuentes ópticas

Fuentes tipo LED (Light-Emiting Diode)

ü  Transmisores Ópticos

Muchas de las propiedades del láser no pueden aun ser explotadas, por ejemplo, el pequeño ancho de banda y la coherencia de la luz del mismo. En la actualidad los láser son usualmente fabricados a partir de materiales semiconductores (Diodo láser, LD).

Además de los laceres, también se usan los diodos emisores de luz, LED. Ellos fueron desarrollados en la década de los 70's y son sencillos y baratos. Lamentablemente emiten una luz de gran ancho de banda y como irradian en forma esférica, solamente una pequeña parte de la potencia puede ser introducida en la fibra.

ü  Diferentes LED

Estas son las fuentes más usuales cuando se requiere de un bajo costo y las aplicaciones no son tan demandantes en términos de distancia y ancho de banda. Una de las ventajas de las fuentes tipo LED es su alta estabilidad en el nivel de emisión contra el tiempo, su vida útil y su comportamiento prácticamente lineal en cuanto al nivel de potencia con relación a la corriente eléctrica de excitación.

Sin embargo para aplicaciones de alta velocidad hay una gran desventaja con las fuentes tipo LED, esta es el ancho espectral de haz emitido. Por ejemplo aunque la longitud de onda nominal de una fuente LED sea por ejemplo de 850 nm ± 20 ó 30 nm. Este ancho significa que la emisión de luz contiene toda una gama de componentes con diferentes longitudes de onda.

Fuentes tipo LASER (Llght Amplification by Simulated Emision of Radiation).

Estas fuentes son las ideales para aplicaciones de alta capacidad y velocidad como las que corresponden a las fibras monomodo. Normalmente se trabaja con estas fuentes en la 2^ª y 3^ª  ventanas ópticas a 1310 y 1550 nm respectivamente.

Las fuentes tipo LASER ofrecen la posibilidad de potencias bastantes mayores, el ancho espectral de la fuente es bastante pequeño y soportan velocidades de modulación muy altas. Uno de los inconvenientes  es que no son tan lineales. Esto significa que la curva de potencia de luz emitida contra corriente de excitación presenta un punto de quiebre en donde se pierde completamente la linealidad.

Con este comportamiento resulta difícil la modulación del LASER para la transmisión de señales. Esto también ocasiona que el LASER nunca se apague. Cuando se transmite un uno se tiene una potencia alta y cuando se transmite un cero se tiene una potencia baja, pero nunca nula.

Comparación entre fuentes LED y LASER

Características	LED	LASER
Potencia acoplada en mW	>50	3000
Ancho espectral	30 a 150	<1 a 5
Ancho de banda máximo	1 GHz	6 GHz
Tiempo de vida estimado en horas	105 a 106	104 a 105
Costo	Bajo	Alto
Fibras	Multimodo	Multimodo y Monomodo

Fotografías  de  una fuente óptica

ü  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.

ü  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.

ü  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.

Diferencias entre los foto detectores PIN y APD

Característica	PIN	APD
Sensibilidad (dBm para una tasa de error de 1 x 10-6	-30 a –45	-40 a –50
Rango de longitud de onda de respuesta en nm.	200 a 1700	200 a 1700
Potencia de ruido equivalente (W/Hz)1/2	1 x 10-10 a 27 x 10-14	1 x 10-14
Costo	Bajo	Alto

EQUIPOS DE REGENERACIÓN

 Cuando la luz se propaga a lo largo de la fibra va sufriendo el fenómeno de la atenuación, por lo que va disminuyendo su intensidad. La combinación entre la potencia de la fuente en un extremo y la sensibilidad del foto detector en el otro determinan la distancia máxima que se puede recorrer.

Para alcanzar esa distancia es necesario regenerar la señal a fin de que pueda restablecer el viaje a lo largo de otro segmento de fibra.

El primer paso es recibir la señal óptica con los pulsos atenuados y ensanchados y convertirla en una señal eléctrica, esta señal eléctrica se regenera la sincronía mediante un circuito conocido como PLL (Phased Locked Loop).Este circuito consta de un oscilador interno que varía a la velocidad nominal de la señal eléctrica en cuestión y que va corrigiendo su fase mediante la comparación de la misma con la fase de la señal entrante. Con esta sincronía regenerada se va leyendo la información y si se identifica un uno se regenera un uno y así también con los ceros de manera que se tiene una señal 100% renovada como se ve a la derecha del circuito de regeneración de pulsos.Por ultimo esta señal es de nuevo convertida en una señal óptica a fin de que continúe hasta el siguiente regenerador o punto terminal.

Todo regenerador esta diseñado y construido para operar a una cierta velocidad binaria o sea que si el regenerador trabaja a 165 Mbps y se desea aumentar la velocidad del enlace a 544 Mbps, se tiene que cambiar el regenerador a otro de 544 Mbps. En los equipos SDH permiten que para este paso no se requiera cambiar el regenerador en su totalidad y solo algunas tarjetas.

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.

Existen dos versiones de conectores;el conector macho y el conector hembra.La función del conector hembra es la de proveer el mecanismo que pone en contacto a los conectores machos.En cuanto a los componentes de un conector la férula cuenta con un orificio de gran precisión justo en el centro a través del cual se conduce la fibra óptica.Este orificio tiene un díametro  de 125 m por lo que pasa la fibra desnuda incluyendo solamente a l núcleo y a la cubierta.Justo en el centro del conector hembra se pone en contacto,frente a frente,las dos ferulas con lo que se logra el contacto también entre las dos fibras.Es evidente que este contacto es de mucha presición,pues cualquier falla en el alineamiento o cualquier separación de más entre las mismas fibras provoca una atenuación y una reflexión que afecta al desempeño de todo el sistema.

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.

A continuación se dan a conocer algunos de los conectores más comunee en aplicaciones relacionadas con telecomunicaciones:

ü  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.

ü  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.

ü  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.

ü  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.

ü  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.

ü  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.

ü  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.

  

ü  Protección básica

La estructura básica de la fibra comprende el núcleo y la cubierta con un díametro exterior de 125 mm,a esto se le conoce como fibra desnuda;sin protección alguna.La protección básica que lleva la fibra óptica dentro de la estructura de los distintos tipos de cables consiste en una protección primaria y en otra conocida como secundaria.

La protección primaria consta de una cubierta a base de un material acrílico con un diámetro exterior de 250 mm.En muchas ocaciones este material se tiñe con colores para pder identificar a las diferentes fibras dentro de un mismo cable.Esta cubierta está bien pegada a la fibra y además de la protección le da rigidez para su manejo.

La cubierta secundaria tiene sus variantes.En general consta de una protección a base de un material polimérico con un diámetro exterior hasta de 900 mm.

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.

       

Estas microfisuras pueden tener varios orígenes; inhomogeneidades del vidrio, separación de fase del vidrio debido al tratamiento térmico que sufre la fibra durante su fabricación, interacciones con el medio ambiente externo a la superficie de la fibra a la salida del horno de formación, daños mecánicos.

 Ahora se entiende el papel de la cubierta plástica sobre la fibra desde su salida del horno de formación, los daños mecánicos provocan fisuras mayores y se pueden producir al enrollar la fibra sobre un tambor. Bajo esfuerzo la fibra envejece y se rompe después de un cierto tiempo; a esto se le llama fatiga estática de la fibra. La probabilidad de ruptura de una fibra es una función del tiempo y este fenómeno de fatiga se debe al medio ambiente exterior principalmente a la humedad. Una fibra sometida a tensión en el vacío, en ausencia total de la humedad, escapa prácticamente al fenómeno de fatiga.

Influencia de las curvaturas y microcurvaturas. En una instalación real, la fibra óptica es cableada, lo que implica contacto mecánico, ya que la fibra debe ser soportada por los elementos constitutivos del cable. Además, el cable debe sufrir curvaturas para vencer obstáculos sobre el terreno.

Curvatura de la fibra. En el interior del cable, una fibra puede no seguir una trayectoria rigurosamente recta, y por el contrario sufrir curvaturas. Si la fibra esta curvada, el ángulo de reflexión ya no es constante entre una reflexión y otra.

 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.

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.

1.      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.

2.      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.

ü  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.

ü  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.

ü  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.

ü  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.

ELEMENTOS PARA DISTRIBUCIÓN

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

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

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

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

En este caso se realizan los empalmes entre las fibras del cable de uso exterior y fibras de otro cable para uso en interiores. Esto es adecuado para cuando la acometida se encuentra en una parte de la construcción y las instalaciones de la acometida en otra. También  para cuando no todas las fibras externas son  para el mismo usuario, si el cable exterior viene con 44 fibras y sólo 12 son para un cliente y el resto para otros, se pueden realizar empalmes con varios cables internos para distribuir a cada usuario sus fibras.

En esta opción se analizan la conexión entre las cajas de acometida o registros y los equipos de transmisión. En esta alternativa las cuerdas de parcheo van de las cajas a los equipos. Existe otra configuración que requiere de más equipo y costo también añade flexibilidad a las opciones de conexión y de reconfiguración. Normalmente en los paneles de parcheo hay  oportunidad de etiquetar muy bien cada posición, por lo que resulta sencillo saber qué fibra se esta conectando con qué equipo.

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

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.

La atenuación que se presenta en el enlace se debe a los siguientes factores:

1.      Atenuación debida a la fibra óptica

Para conocer el valor del coeficiente de atenuación se debe multiplicar el valor del coeficiente  atenuación por la longitud del tramo de la fibra. Por ejemplo si a=0.2 dB/km y la distancia del enlace o del segmento es de 100 km, entonces la atenuación de la fibra óptica será de 20 dB.

2.      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.

3.      Atenuación causada por empalmes

Para calcular la atenuación se debe conocer la atenuación planeada por cada empalme y se multiplica por el número de empalmes que se tengan. El valor de atenuación para cada empalme se especifica de acuerdo al tipo de empalme (fusión o mecánico) y en su caso la herramienta a utilizar. Sus valores típicos de atenuación están alrededor de 0.05 a 0.2 dB. La cantidad de empalmes que serán necesarios depende de la relación entre la distancia a cubrir y la longitud de los carretes de fibra que se requieran.

MEDICIONES DURANTE LA INSTALACIÓN Y EL MANTENIMIENTO

ü  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.

ü  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

ü  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.

ü  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.

ü  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.

ü  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.

ü  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.

ü  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.

ü  Medidor de OSA (Optical Spectrum Analyzer)

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

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

IMPLEMENTACIONES DE REDES DE FIBRA ÓPTICA

ü  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. Más 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.

ü  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.

ü  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.

ü  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.