fibra optica

1. DISEÑO DE REDES DE FIBRA OPTICA
CAPITULO 2
DEFINICIONES BÁSICAS
Msc. Raúl Barragán

2. Definiciones Básicas (1)
La fibra óptica es un medio de transmisión empleado
habitualmente en sistemas de comunicaciones.
Es un pequeño filamento de vidrio compuesto muy claro y
capaz de llevar información en la forma de luz, este pequeño
filamento de luz es un poco mas grueso que un cabello
humano.
Las fibra óptica se utiliza ampliamente en
telecomunicaciones, ya que permite enviar gran cantidad de
datos a gran velocidad, mucho más rápido que en las
comunicaciones inalámbricas y cable de cobre.

3. Los tres elementos básicos de la fibra óptica son el core, el
cladding y el recubrimiento primario.
Definiciones Básicas (2)
 El núcleo o core es de plástico o cristal (óxido de silicio y
germanio) con un alto índice de refracción.
 El cladding es de un material similar al core pero con un
índice de refracción menor.
 El recubrimiento primario es de acrílico.

4. Definiciones Básicas (3)
Reflexión: Este fenómeno ocurre cuando un rayo de luz viaja a
través de un material impacta con otro material diferente al primero y
se refleja dentro del material original.
Refracción: Este otro fenómeno ocurre cuando un rayo de luz pasa
de un medio A a un medio B, cambiando la dirección de la onda al
pasar de un medio a otro.

5. Cuando la luz llega a una superficie que limita con un índice de
refracción menor, se va reflejando contra las paredes en ángulos
muy abiertos, de tal forma que prácticamente avanza por su centro.
De este modo, se pueden guiar las señales luminosas sin pérdidas
por largas distancias.
Definiciones Básicas (4)

6. Ángulo Crítico: El ángulo crítico o ángulo límite también es el ángulo mínimo de
incidencia en el cual se produce la reflexión interna total. El ángulo de incidencia se
mide respecto a la normal de la separación de los medios. El ángulo crítico viene dado
por:
donde n1 y n2 son los índices de refracción de los medios con n2<n1
• Reflexión Total Interna - RTI: En óptica la reflexión interna total es el fenómeno que
se produce cuando un rayo de luz atraviesa un medio de índice de refracción n2 menor
que el índice de refracción n1 en el que éste se encuentra, se refracta de tal modo que
no es capaz de atravesar la superficie entre ambos medios reflejándose
completamente.
Para nuestro caso, la RTI es el confinamiento de un pulso de luz dentro de la fibra óptica.
Definiciones Básicas (5)

7. Definiciones Básicas (6)
Apertura Numérica / Ángulo de Aceptación: Es el máximo
ángulo en el cual el rayo de luz incidente es atrapado por las
paredes de la fibra. En este caso el rayo de luz se refleja
totalmente en el recubrimiento de la misma.

8. Definiciones Básicas (7)
Frecuencia: Es la cantidad de períodos completos de una señal que se pueden
transmitir en una unidad de tiempo, regularmente un segundo. Se expresa en Hz.
Atenuación: Es la diferencia entre la potencia emitida y la recibida, debido a la
perdida que produce el medio de transmisión y los elementos que constituyen el
enlace. La medida a utilizar es dB y se debe especificar la longitud de onda.
Longitud de Onda: Es la distancia entre 2 crestas o valles consecutivos de una
señal. Se utiliza mucho en fibra óptica y es inversamente proporcional a la
frecuencia de una señal. Se expresa en nm.

9. Tipos de Fibra Óptica
Los tipos de fibra ópticas se definen según la relación
núcleo/revestimiento, expresado en micras
- Multimodo
• 62.5/125
• 50/125
– Monomodo
• 9/125
Definiciones Básicas (8)

10. Fibra Multimodo
La fibra Multimodo cumple con las siguientes
características:
Distancia de enlace menores a 2Km de Longitud.
La conectorización es de bajo costo (ya casi no se usa)
Perdidas superiores y bajo ancho de banda
Sistema típico: Voz, Dato y Vídeo
225 metros a 550 metros para Gigabit.
Instalación en caminos cortos, campos y edificios.
Transmite luz emitida por un LED.
Trabaja en las ventanas de 850 nm y 1300 nm
Definiciones Básicas (9)

11. Fibra Monomodo
Altos costos para los medios activos
Costos de conectores superiores
Bajo costos del cable de fibra.
Baja perdida y ancho de banda superior.
Distancia a cubrir 100 KM+
Puede ser instalada en aplicaciones “Long Haul”.
Transmite luz emitida por un láser.
Trabaja en las ventanas de 1310 nm y 1550 nm
La fibra monomodo cumple con las siguientes
características:
Definiciones Básicas (10)

12. Espectro Óptico
Ventanas de Trabajo
Definiciones Básicas (11)

13. Bandas de Transmisión en FO
Definiciones Básicas (12)

14. Su ancho de banda es muy grande, gracias a técnicas de multiplexación por
división de frecuencias (X-WDM), que permiten enviar hasta 100 haces de luz (cada
uno con una longitud de onda diferente) a una velocidad de 10 Gb/s cada uno por
una misma fibra, se llegan a obtener velocidades de transmisión totales de 10 Tb/s.
Es inmune totalmente a las interferencias electromagnéticas y por lo tanto presenta
niveles de atenuación muy bajos, requiriéndose así un bajo número de repetidores.
Es segura. Al permanecer el haz de luz confinado en el núcleo, no es posible
acceder a los datos trasmitidos por métodos no destructivos.
Es segura, ya que se puede instalar en lugares donde puedan haber sustancias
peligrosas o inflamables, ya que no transmite electricidad.
Ventajas de la Fibra Óptica
Definiciones Básicas (13)

15. La alta fragilidad de las fibras.
Necesidad de usar transmisores y receptores más caros.
Los empalmes entre fibras son difíciles de realizar, especialmente en el
campo, lo que dificulta las reparaciones en caso de ruptura del cable.
No puede transmitir electricidad para alimentar repetidores intermedios.
La necesidad de efectuar, en muchos casos, procesos de conversión
eléctrica-óptica.
La fibra óptica convencional no puede transmitir potencias elevadas.
Desventajas de la Fibra Óptica
Definiciones Básicas (14)

16. Planta Externa
Es el conjunto de todos los elementos (cables, herrajes,
mangas, accesorios, etc.) que se encuentran FUERA de los
nodos, headends, oficina central, data rooms o cuartos de
equipos.
Se encuentra en la calle, ya sea de manera aérea o canalizada.
 Regularmente, está constituido por elementos pasivos.
Definiciones Básicas (15)

17. Importancia de la Planta Externa
La planta externa es la base de todo sistema de telecomunicaciones ya que constituye el
medio de transmisión.
Es una de las inversiones más fuertes de las empresas de telecomunicaciones debido a las
distancias a cubrir, y en algunos casos, puede constituir hasta el 70% del sistema
completo.
Es el punto más critico de un sistema de comunicaciones, ya que está expuesto a un sin
número de factores externos (tránsito, accidentes, clima, descargas atmosféricas, etc.), los
mismos que normalmente no afectan a los cuartos de equipos, pues estos están en lugares
seguros y ambientes controlados.
Una falla en planta externa, y por ende en el medio de transmisión, puede implicar la caída
completa de toda una plataforma de comunicaciones.
Definiciones Básicas (16)

18. Son rutas redundantes alternativas cuya función es mantener en servicio una red
en caso de una daños en la red primaria.
Su principal característica es que deben seguir CAMINOS FISICOS DIFERENTES a
los de la red principal.
Entre más separadas sean las rutas, más eficaz será el anillo o backup en caso de
una caída del enlace primario.
Debido al alto costo de construir una backup, existen convenios entre empresas
(operadoras o carriers) según los cuales, la red de uno es el backup de otro.
Los backups pueden ser redes de cobre, de fibra óptica o inalámbricos.
Anillos – Backup
Definiciones Básicas (17)

19. Anillos – Backup
Ruta Principal
Backup
ANILLO
Nodo
Nodo
Nodo
Nodo
Nodo
Nodo
Nodo Nodo
Definiciones Básicas (18)

20. Anillos Metropolitanos
Son anillos secundarios, los mismos que se derivan de un anillo principal o red troncal y su
función es dar cobertura a zonas urbanas pequeñas manteniendo la redundancia.
Suelen ser de fibra óptica.
Anillo Principal
Anillos Secundarios
Definiciones Básicas (19)

21. TIPOS DE COMUNICACION
 UNIPLEX : La comunicación es unidireccional, existe un transmisor y un receptor, pero
el transmisor no puede recibir ni el receptor puede transmitir. Un ejemplo típico de
esta comunicación es la televisión y la radio.
 DUPLEX: La comunicación es bidireccional, existe un transmisor y un receptor y ambos
pueden transmitir y recibir, pero no de manera simultanea. Un ejemplo típico de esta
comunicación son los enlaces con radios portátiles.
 FULL DUPLEX: La comunicación es bidireccional, existe un transmisor y un receptor y
ambos pueden transmitir y recibir y de manera simultanea. Un ejemplo típico de esta
comunicación son las llamada telefónicas.
TX RX TX RX TX RX
UNIPLEX DUPLEX FULL DUPLEX
Definiciones Básicas (20)

22. Conexión Punto a Punto (P2P)
La conexión punto a punto consiste en realizar un enlace desde un
punto A a un punto B.
En ambos extremos de la conexión de se cuenta con equipos activos.
Según la aplicación, puede ser de cobre o de fibra óptica, aunque es
más común que sea hecho con fibra.
Es la topología utilizada tradicionalmente para conectar centrales o
nodos debido, al costo de la fibra, aunque esta tendencia está
evolucionando.
A B
Definiciones Básicas (21)

23. Conexión Punto a Multipunto (P2MP)
 La conexión punto a punto consiste en realizar un enlace desde un punto A varios puntos de destino.
 En ambos extremos de la conexión de se cuenta con equipos activos.
 Según la aplicación, puede ser de fibra óptica o enlaces inalámbricos.
 Es la topología utilizada para redes de accesos con tecnologías PON o en televisión y radio.
 Utiliza un solo medio de transmisión y un solo canal o puerto en el equipo principal
Definiciones Básicas (22)

24. Conexión en Estrella
 Consiste en conectar un nodo principal con varios equipos terminales, utilizando un
medio de transmisión para cada enlace.
 A cada equipo terminal se conecta un equipo activo o un puerto de un equipo activo
(puertos de switchs o puertos de centrales telefónicas, por ejemplo)
 Es la topología utilizada tradicionalmente por las redes telefónicas tradicionales de
cobre para los accesos hasta el usuario final debido al costo del cobre, aunque esta
tendencia está evolucionando.
 Otro ejemplo típico de esta conexión son lo sistemas de cableado estructurado.
Definiciones Básicas (23)

25. Conexión en Estrella Anillada
• La conexión en estrella anillada se refiere a una conexión de tipo estrella, la
misma que debe tener redundancia o backup. En ambos extremos de la conexión
de se cuenta con equipos activos.
• Según la aplicación, puede ser de cobre o de fibra óptica, aunque es más común
que sea hecho con fibra para sistemas de control y automatización en plantas.
• Su topología es muy compleja y se necesitan accesorios pasivos especiales para
su implementación.
Definiciones Básicas (24)

26. Multiplexación por División de Tiempo TDM
 En este tipo de multiplexación, la capacidad del canal de transmisión se optimiza
mediante un incremento de la frecuencia de la señal de salida con respecto a la de la
señal de entrada.
 Esto implica que en un mismo intervalo de tiempo, la señal de salida abarca más bits
de información que la entrada.
 La señal multiplexada puede ser óptica o eléctrica, pero siempre seguir el mismo
protocolo.
Definiciones Básicas (25)

27. PDH Y SDH
 Ejemplos de este tipo de multiplexación TDM son PDH y SDH.
 PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy (JPD): Es una tecnologías de transporte por
multiplexación en el tiempo.
 El nivel primario (2 Mbps) consta de tramas de 32 slots: 30 para canales tributarios y 2 de
servicio (el “0” y el “16”), cada uno de 64 kbps.
 La jerarquía digital síncrona abreviado como SDH, es un conjunto de protocolos de
transmisión de datos. Se puede considerar como la revolución de los sistemas de transmisión,
como consecuencia de la utilización de la fibra óptica como medio de transmisión, así como
de la necesidad de sistemas más flexibles y que soporten anchos de banda elevados.
Definiciones Básicas (26)

28. Multiplexación por División de Longitud de Onda - WDM
Definiciones Básicas (27)
 En este tipo de multiplexación, la capacidad del canal de transmisión se optimiza
mediante la transmisión de varias señales distintas a diferente frecuencia y siempre
se realiza sobre fibra óptica.
 Esto implica transmitir varias señales a una diferente longitud de onda sobre un
mismo medio de transmisión y al mismo tiempo.
 En WDM, tanto la entrada como la salida deben estar transmitidas sobre un medio
óptico.

29. Definiciones Básicas (28)
Elementos y Tipos de WDM

30. Definiciones Básicas (29)
Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA)
 Debido a la atenuación que sufre la señal cuando viaja por la fibra, la distancia que
puede alcanzar la señal con potencia suficiente para ser detectada correctamente
del lado del receptor esta limitada. Antes de la llegada de los amplificadores
ópticos había que tener un amplificador por cada señal transmitida. Los
amplificadores ópticas hicieron posible amplificar todas las señales de una sola vez
si tener que hacer conversiones óptico-eléctrica-óptica (OEO).
 Los EDFA fue una tecnología clave en el desarrollo de los sistemas DWDM.
 El erbio es un elemento terrestre que no es muy común que cuando es excitado
emite luz alrededor de los 1540 nm.

31. Definiciones Básicas (30)
Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA)
 Los EDFA solo amplifican la señal y no realizan las funciones 3R (reshape, retime,
retransmit) y están disponibles para las bandas C y L.
 La siguiente figura muestra el funcionamiento de un EDFA. Una señal débil entra
en la fibra dopada con erbio, ahí un láser inyecta una luz a 980 o 1480 nm. Esta
luz estimula los átomos de erbio que liberan su energía almacenada como luz
adicional a 1550 nm.

32. Definiciones Básicas (31)
Dispersión Cromática
 El término Dispersión Cromática se refiere al retardo(deformación) espectral de un
pulso óptico conforme se propaga por la fibra. La Fibra Óptica convencional tiene un
coeficiente de dispersión positivo; esto quiere decir que a mayores longitudes de
ondas se tiene un mayor tiempo de tránsito a través de la fibra comparado con las
longitudes de ondas cortas. Este diferencial de retardo hace que el pulso se
deforme.

33. Definiciones Básicas (32)
Dispersión Cromática
 En la transmisión digital, un pulso esta formado de una serie de longitudes de
ondas, cada uno de ellas viajando a diferentes velocidades dependiendo de las
propiedades del vidrio.
 En tramos largos de fibra la dispersión cromática puede dar por resultado pulsos
que se deforman de tal manera que se sobre solapan, causando interferencia
inter– símbolica, en el receptor que ve incrementado la tasa de error.

34. Definiciones Básicas (33)
Dispersión Cromática
 La dispersión cromática es el resultado combinados de dos efectos diferentes: la
dispersión del material y la dispersión de guía de onda. En el vidrio de sílice, la velocidad
de la luz (ó el índice refractivo) es dependiente de la longitud de onda de la señal. La
dispersión del material explica el ensanchamiento de un pulso óptico debido a las
velocidades diferentes de las frecuencias ópticas que constituyen un pulso. La dispersión
de guía de onda se refiere a las diferencias en la velocidad de la señal que dependen de
la distribución de la potencia óptica sobre el núcleo y el cladding de la fibra óptica.
Conforme la frecuencia de la señal óptica disminuye, la mayoría de la señal óptica es
transportada en el cladding que tiene un índice refractivo diferente que el núcleo de la
fibra.

35. Definiciones Básicas (34)
Dispersión Cromática
 La dispersión material y dispersión de guía de onda tienden efectos opuestos
(vea figura). Los fabricantes de fibra pueden manipular estos efectos para
cambiar la situación y obtener curvas suaves de dispersión cromática.

36. Definiciones Básicas (35)
Dispersión Cromática
La unidad de medida para la dispersión cromática es del ps/(nm-km) que indica que un pulso
con una anchura espectral de un nanometro se ensanchara por un picosegundo por cada
kilómetro que viaja. Por ejemplo, para calcular la dispersión de un pulso de 1550-nm con un
20-pm (0.02 nm) de anchura espectral (FWHM) cuando viaja hasta 10-km longitud en una fibra
que tiene una dispersión de 17 ps/nm-km a 1550nm, se calculara un retardo de:
(17 ps/nm-km) x (0.02nm) x (10 km) = 3.4 ps
Ejercicio
Una FO monomodo estandar (SMF) que cumple con el estándar G652 debe tener una CD entre
16.9 y 18.2 ps/(nm.km) para una transmisión alrededor de 1550 nm. Determine la dispersión
total que se tendría en un enlace de 40km si el ancho espectral de la fuente es de 0.5 nm.

37. Definiciones Básicas (36)
Dispersión Por Modo de Polarización - PMD
 La PMD puede distorsionar la señal, hasta hacer inmanejables los bits, destruyendo la
integridad de una red.
 El problema principal es que el núcleo de la fibra no es perfectamente redondo, lo que
origina dispersión a un grado tal que puede dejar a la señal en un estado que difícilmente
pueda ser leído. Cuando la luz viaja en una fibra monomodo hacia el receptor, tiene dos
modos de polarización que viajan en dos ejes, y se mueven formando un ángulo recto uno
del otro. En una fibra ideal las dos polarizaciones se propagarían a la misma velocidad de fase
pero en realidad cualquier asimetría, curvatura o torsión hace que las dos polarizaciones se
propaguen a diferente velocidad. La causa de la PMD es una pequeña diferencia en el índice
de refracción en una pareja particular de estados de polarización ortogonal, a esta propiedad
se denomina birrefrigencia .
 El PMD se cuantifica en

38. Definiciones Básicas (37)
Dispersión Por Modo de Polarización - PMD
 Con respecto a la Dispersión del Modo de Polarización es importante entender que la
causa real de la degradación de la señal es el retardo diferencial de grupo (también
denominado la PMD instantánea) y que el termino PMD es realmente la media del
valor de la DGD (Differential group delay) a una longitud de onda y en un tiempo
determinado. Cuando la luz es acoplada en una fibra, toma diferentes rutas conforme
viaja a través de ella, la figura muestra como el retardo diferencial de grupo es la
diferencia en el tiempo de los componentes del pulso de luz que viaja a través de la
fibra dependiendo de las rutas que tomen

39. Definiciones Básicas (38)
Dispersión Por Modo de Polarización - PMD
 Las tolerancias de los sistemas a la PMD tiene que ver mucho con las diferentes
velocidades de bits, un método intuitivo para limitar los efectos de la PMD se da
en la siguiente tabla: