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• Omar Garcia Flores

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, Decana de América)

Facultad de Ing. Electrónica, Eléctrica y Telecomunicaciones Curso

:

Planes de Desarrollo de Redes y Servicios

Tema

:

Diseño de Redes Ópticas de Acceso

Profesor:

Ing. José Luis Vidal Roncal

Alumno: Garcia Flores Omar ........................................................................................... 12190269

2016 – I

DISEÑO DE REDES OPTICAS DE ACCESO I.

FIEE – UNMSM

Objetivo Saber cuáles son los parámetros, componentes, topologías que se aplican en la implementación de redes ópticas de acceso FTTH.

II.

Introducción Debido a la sociedad consumista en la que vivimos, desde hace alrededor de 10 años, la tecnología ha protagonizado un crecimiento exponencial imparable. Cada vez más, los españoles requerimos más servicios de mayor calidad y capacidad, a mayor velocidad y precios más bajos y es por ello que el cable y el ADSL están actualmente masificados en los hogares. A su vez, la televisión (analógica y digital comparten escenario) ha crecido de tal forma que no existe únicamente la televisión por cable o CATV, sino que también se ha popularizado la televisión por satélite (de pago) y televisión digital terrestre (TDT). La fibra óptica ocupa un lugar importante actualmente. Tiene grandes características excepcionales como su pequeño peso y volumen, su bajo coste (la fibra en sí misma), es fácil de manejar e instalar, tiene un gran ancho de banda, se han conseguido bajas atenuaciones, grandes velocidades con pocos repetidores (conectores y amplificadores ópticos) además presenta posibilidades subterráneas y submarinas, y es por todo ello, que desde su aparición a finales de los 70, se ha ido haciendo hueco en los sistemas de redes. En el año 2000 aparecieron las redes ópticas (sistemas de transporte con una gran capacidad de transmisión, enrutamiento y recuperación sin necesidad de conversión E/O) sustituyendo en gran parte a los cables coaxiales. Un ejemplo de sustitución son las líneas telefónicas interurbanas, y la distribución de TV por cable es un ejemplo de la coexistencia de la fibra óptica con el coaxial, red formada por fibra óptica que va desde la cabecera de red hasta los nodos ópticos y coaxial conectado desde ese punto hasta el equipo del abonado.

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Ésta red híbrida fibracoaxial, denominada HFC, proporciona servicios de distribución de televisión así como también servicios de telefonía, Internet, radio y vídeo interactivo. Con el tiempo, las redes HFC evolucionaron y actualmente, aunque de forma experimental, la fibra llega hasta la acera, más allá del nodo de acceso, adquiriendo el nombre de: FTTC (Fiber to the curb) o al edificio, llamado FTTB (Fiber To The Building) y hasta la vivienda (evitando totalmente el cobre): FTTH (Fiber to the home). Mediante un gestor de red FTTH, de operadores a usuarios, cabría la posibilidad de una prestación de servicios de banda ancha como el Triple-play, que son los servicios básicos del hogar: telefonía, televisión por cable e Internet pero a grandes velocidades y de mejor calidad que las actuales. III.

Cuestionario 1. ¿Qué es una Red FTTx? (Fibra hacia la …) Fibra a la x ( FTT x ) es un término genérico para cualquier banda ancha utilizando la arquitectura de red de fibra óptica para reemplazar todo o parte del metal habitual bucle local utilizado para la última milla de las telecomunicaciones. Describe un conjunto de topologías utilizadas en las redes de acceso por fibra óptica. Elementos que determinan esta clasificación: • Alcance > Longitud de la fibra óptica • Medios de Transmisión > Únicamente de fibra óptica > Combinación de fibra óptica y par de cobre trenzado • Componentes de Red > Terminales de usuario (ópticos) > Equipos concentradores (DSL) El acrónimo FTTx es conocido ampliamente como Fibre-tothe-x, donde x puede denotar distintos destinos. Los más importantes son:

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Topologías de la Red FTTx

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Comparación de soluciones FTTH Point to Point Ethernet N / 2N Fibras por usuario Costos de inversión muy elevados Curb Switched Ethernet 1 o 2 Fibras desde la Central Requiere energía eléctrica en el nodo remoto Requiere un equipo concentrador remoto Passive Optical Network (PON) 1 Fibra troncal Splitter ópticos pasivos No se necesita de energía eléctrica

Redes de Fibra Óptica Es la única tecnología que cumple todos los requisitos actuales y futuros respecto de las proyecciones de ancho de banda.

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      

Mayor capacidad de ancho de banda Mayor alcance Vida útil de mayor duración Inmunes a interferencias electromagnéticas Bajos costos de mantenimiento Mayor fiabilidad Flexibilidad y escalabilidad de red

FTTH Conocida como fibra hasta el hogar, enmarcada dentro de las tecnologías FTTx, se basa en la utilización de cables de fibra óptica y sistemas de distribución ópticos adaptados a esta tecnología para la distribución de servicios avanzados, como el Triple Play: telefonía, Internet de banda ancha y televisión, a los hogares y negocios de los abonados. La tecnología FTTH propone la utilización de fibra óptica hasta el domicilio del usuario. La red de acceso entre el abonado y el último nodo de distribución puede realizarse con una o dos fibras ópticas dedicadas a cada usuario (una conexión puntopunto que resulta en una topología en estrella) o una red óptica pasiva (del inglés Passive Optical Network, PON) que usa una estructura arborescente con una fibra en el lado de la red y varias fibras en el lado usuario.

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FTTE FTTE es una arquitectura compatible con los estándares del sistema de cableado estructurado que se extiende la red troncal de fibra de la sala de equipos, a través de la sala de telecomunicaciones, y directamente a un recinto de telecomunicaciones (TE) instalado en un espacio común para servir a un número de usuarios en un área de trabajo. Su aplicación se basa en la TIA/EIA-569-B "Caminos y Espacios", la cual define el recinto de Telecomunicaciones (TE), y TIA/EIA568-B.1 Addendum 5, que define el cableado cuando un TE es utilizados. La arquitectura permite FTTE para cualquier elección los medios de comunicación de la TE en el área de trabajo, ya que puede ser de cobre de par trenzado balanceado, fibra óptica multimodo o monomodo de fibra óptica o inalámbrica, incluso si un punto de acceso está instalado en o cerca de la TE.

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FTTC

FTTC es un método de servicios de banda ancha de alta velocidad para negocios y hogares, acortando la distancia que viaja la conexión de la línea de cobre. Esto se logra mediante la instalación de "DSLAM de la calle" que actúan como un cambio pequeño cerca de la casa o negocio. La conexión entre estos DSLAM Street y la central telefónica es de fibra (por lo tanto de fibra hasta el gabinete). El resto de la distancia entre el DSLAM calle y las instalaciones del cliente es el cobre, pero la distancia es lo suficientemente corto como para usar la tecnología VDSL (Very-high-bitrate de línea de abonado digital), que tiene una velocidad máxima de carga teórica de 10 Mbps y una velocidad de descarga de 40Mbps.

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FTTB FTTB (fibra hasta el edificio, también llamada fibra hasta el sótano) es una forma de prestación de comunicación de fibra óptica que necesariamente se aplica sólo a aquellas propiedades que contienen viven múltiples o espacios de trabajo. La fibra óptica termina antes de que realmente llega a los suscriptores que viven o trabajan el espacio en sí, sino que se extiende a la propiedad que contiene ese espacio que viven o trabajan. La señal se transmite a la distancia final utilizando todos los medios no ópticos, incluyendo par trenzado, cable coaxial, conexión inalámbrica, la comunicación o la red eléctrica.

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FTTN Fibra hasta el nodo (FTTN), también llamada fibra para el barrio o la fibra hasta el armario (FTTCab), es una arquitectura de telecomunicaciones basados en cables de fibra óptica para ejecutar un armario que sirve un barrio. Normalmente, los clientes conectarse a este aparato con cable coaxial tradicional o el cableado de par trenzado. El área servida por el gabinete es por lo general menos de 1.500m de radio y puede contener varios cientos de clientes. (Si el gabinete atiende un área de menos de 300 m de radio luego de la arquitectura que se suele llamar la fibra hasta la acera).

Fibra hasta el nodo permite el suministro de servicios de banda ancha, como Internet de alta velocidad. Protocolos de comunicaciones de alta velocidad, tales como acceso de banda ancha por cable (DOCSIS general) o alguna forma de línea de abonado digital (DSL) se utilizan entre el gabinete y los clientes. Las tarifas de datos varían de acuerdo con el protocolo exacto utilizado y de acuerdo con lo cerca que el cliente es el gabinete.

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FTTP La fibra óptica hasta las instalaciones FTTP se refiere a un tipo de tecnología de telecomunicaciones donde se utilizan cables de fibra óptica para conectar el equipo de distribución que se encuentra más cercano al usuario destinatario de la conexión directamente a la red principal de telecomunicaciones. La diferencia entre FTTP y FTTH (Fiber To The Home) radica en que la conexión FTTH tiene un alcance directo hasta el espacio físico donde se encuentra el destinatario final de la conexión (hogar, negocio, etc.) mientras que la conexión de tipo FTTP se realiza hasta "el equipo distribuidor más cercano" al destinatario, llegando hasta el lugar físico donde se encuentra el destinatario de la conexión por otros medios como pueden ser cable coaxial o par trenzado de cobre, entre otros.

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FTTD Conexión de fibra óptica se instala desde la sala de ordenadores principales de un terminal o un convertidor de fibra media, cerca de la mesa de los usuarios.

FTTA

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Diferente del modelo FTTB, la señal óptica transmitida por la prestadora de servicios pasa por un splitter óptico ubicado en la sala de equipos del edificio de atención, dividiéndose y transmitiéndose individualmente a cada departamento/oficina.

2. Características de la Red FTTx

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Fibra Óptica Todo sistema de comunicaciones está formado por una serie de componentes fundamentales o esenciales sin los cuales el sistema no es considerado como tal. Estos componentes fundamentales son la fuente de mensajes, el transmisor, el medio de transmisión o canal, el receptor y el destinatario del mensaje. Un sistema de comunicaciones ópticas no es más que un caso particular de un sistema de comunicaciones genérico y por tanto debe estar formado por los mismos componentes. Sin embargo, el transmisor deberá ser una fuente de luz que se corresponderá con un oscilador a frecuencias ópticas; el medio de transmisión deberá ser bien el aire o bien una guiaonda óptica; y el receptor deberá ser un detector de luz. Actualmente la inmensa mayoría de las comunicaciones ópticas se transmiten por fibra óptica. Una fibra óptica consiste en un finísimo hilo de vidrio muy puro (aunque también se construyen de plástico, por economía), con un diámetro de entre cinco o diez micras. Para darle rigidez mecánica, al fabricarlo se rodea de más vidrio o plástico, pero este vidrio o plástico de fuera no es el que conduce la luz. De hecho las dos partes de la fibra óptica se construyen a propósito con un índice de refracción diferente para que la luz sea reflejada siempre hacia el interior y así confinar el haz. Externamente se le pone un recubrimiento para su protección frente al exterior.

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Desde sus primeras instalaciones, en las líneas que enlazaban las grandes centrales de conmutación, la fibra se está trasladando hoy en día hasta los mismos hogares, extendiéndose su uso a un mayor abanico de aplicaciones. Este papel destacado de las fibras es debido a sus muchas propiedades favorables, entre las que merecen destacarse:  Gran capacidad de transmisión (por la posibilidad de emplear pulsos cortos y bandas de frecuencias elevadas),  Reducida atenuación de la señal óptica,   Inmunidad frente a interferencias electromagnéticas,  Cables ópticos de pequeño diámetro, ligeros, flexibles y de vida media superior a los cables de conductores,  Bajo coste potencial, a causa de la abundancia del material básico empleado en su fabricación (óxido de silicio). La fibra óptica normalmente se comercializa agrupadas en diversos conjuntos (4, 8,16, 32,…) que a su vez se reagrupan en diversos cables para facilitar el despliegue masivo, recubiertos de un revestimiento apto para soportar los daños que pueda infligir el entorno, y cuya apariencia externa es la de un cable flexible. Fibra Monomodo

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Las fibras monomodo poseen un diámetro del núcleo muy estrecho, de manera que solo permiten un modo de transmisión. Poseen una atenuación típica de entre 0,1 dB y 0,4 dB por kilómetro. El núcleo mide entre 8 μm y 10 μm, por lo que requiere un acoplamiento de la luz muy confinado y preciso. Este diámetro tan estrecho causa además, que el haz se propague siguiendo una trayectoria muy paralela al eje de la fibra por lo que se evita el desfase al final de la transmisión y reduce la dispersión causada. Aunque la dispersión modal no tenga sentido en la fibra monomodo, sí que la tiene por contrario, la dispersión cromática. Al disponer de un ancho de banda tan elevado, existe el problema de que no todas las longitudes de onda llegan al mismo tiempo a su destino, por lo que la dispersión cromática tiene un efecto muy considerable sobre el diseño.

El elevado ancho de banda de este tipo de fibras, junto con sus bajas pérdidas y su dispersión modal inexistente, la convierten en una fibra idónea para enlaces de larga distancia. No obstante a menudo requiere de una minuciosa instalación y mantenimiento, ya que su minúsculo diámetro da lugar a un cono de aceptación sustancialmente menor que el de las fibras multimodo. No fue hasta que se solucionaron los problemas del acoplo de la señal de luz al núcleo de la fibra óptica mediante lentes esféricas, y habiendo perfeccionado las técnicas de empalme y conectorización de fibras, cuando se comenzó a trabajar con fibras monomodo para así poder eliminar el problema de la dispersión intermodal. Fue este tipo de fibra el que permitió las redes de larga distancia mediante comunicaciones ópticas.

Fibra Multimodo

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En las fibras multimodo se engloban todas aquellas en las cuales el diámetro del núcleo de este tipo de fibras es amplio, por lo que es capaz de propagar varios modos de transmisión simultáneamente. Poseen una atenuación típica de entre 0,3 dB y 1 dB por kilómetro. El núcleo mide en torno a 50 μm ó 62,5 μm, por lo que el acoplamiento de la luz en sus diferentes modos es más sencillo. Debido a esto, es posible utilizar un LED como fuente emisora, así como conectores más sencillos y una instalación y mantenimiento con menos coste que la fibra monomodo. Las fibras ópticas multimodo pueden construirse de índice de refracción fijo, o bien de índice gradual. Las fibras de índice de refracción fijo o salto de índice, presentan un salto brusco entre el núcleo y el revestimiento que además, es constante en ambos. En las fibras multimodo de índice gradual el núcleo posee un índice que varía decreciendo según el radio desde el eje hacia el exterior. El hecho de que transmitan varios modos simultáneamente, hace que este tipo de fibras posean una dispersión particular llamada dispersión intermodal. Se produce debido a que los haces de luz recorren distancias diferentes y no llegan a su destino al mismo tiempo. Dentro de las fibras multimodo, las de índice gradual poseen menos dispersión intermodal ya que los haces de luz describen direcciones onduladas, de manera que los más cercanos al eje recorren menos distancia pero son más lentos. Una dispersión intermodal más baja, permite que éste tipo de fibras admitan distancias de propagación mayores que las de índice escalonado. Este tipo de fibra inicialmente fue el más utilizado debido a los problemas mecánicos que se presentaban a la hora de trabajar con las fibras monomodo. Estos problemas estaban relacionados con el acoplo de la señal de luz al interior del núcleo de la fibra, con el

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cortado y empalmado de las fibras, así como con la conectorización de estas. De ahí, que los primeros sistemas de comunicaciones ópticas empleasen fibras multimodo de salto de índice. Más tarde se desarrollarían las fibras multimodo de índice gradual que paliaron en gran medida el problema de la dispersión intermodal. Otros elementos presentes en una red de fibra Empalmes y conectores Dado que la red está compuesta de diferentes tramos que atraviesan diferentes entornos, es lógico pensar que hay diferentes tramos de fibra enlazados entre sí para conformar la red. Se debe tener en cuenta además que, en muchas ocasiones es necesario practicar divisiones o segregaciones en los cables de fibra óptica, o bien es necesario rectificar alguna rama para realizar un diseño completo de una red de fibra óptica; sobre todo para dar disponibilidad a una zona nueva o ampliar alguna ya existente. Los empalmes y conectores dan solución a este y a otros problemas, ya que son los elementos que dan dinamismo y flexibilidad de diseño a la red. Al tratarse de los elementos de unión entre dispositivos, causan un gran impacto sobre el funcionamiento del sistema, introduciendo generalmente ciertas pérdidas en la señal transportada. Es por tanto imprescindible seleccionar el elemento adecuado para cada caso práctico. Análogo a los empalmes de cobre, un empalme óptico es el resultado de la fusión permanente de dos fibras ópticas. Para que la contribución en pérdidas al enlace sea mínima, la geometría de la unión de los dos extremos debe ser los más precisa posible, por lo que conlleva ciertas complicaciones técnicas: Los núcleos de las fibras pueden adquirir irregularidades durante el proceso de corte, extracción o fabricación. Los núcleos se pueden desalinear en el momento de la unión, por lo que dejan de compartir la concentricidad.

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Hay que evitar cambios en los índices de refracción de las fibras y las separaciones longitudinales o angulares, etc.

Es por ello, que existen diversas técnicas de empalmes de fibra óptica, que intentan optimizar la unión física entre fibras, intentando reducir al mínimo los efectos descritos anteriormente. Las técnicas de empalmes ópticos más importantes son el empalme por fusión o el empalme mediante adhesivos. En cuanto a las pérdidas nominales, son del orden de 0,1 dB para la soldadura por fusión, mientras que para la unión mecánica/adhesiva son del orden de 0,036 dB. Los conectores ópticos también sirven para unir dos tramos de fibra óptica al igual que los empalmes, con la diferencia de que en estos últimos la unión es permanente, mientras que los conectores pueden acoplarse o desacoplarse sin ningún tipo de repercusión permanente. Esta característica los hace más apropiados para enlaces a otras fibras o a paneles de distribución de señal, en los que es necesariamente imprescindible este tipo de elementos.

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Cualquier conector está constituido básicamente por una parte central llamada casquillo o férula, que contiene a la fibra durante su paso por el conector. Tiene el mayor impacto sobre las pérdidas del conector y puede estar fabricado a partir de cerámica, acero o plástico. La cápsula realiza la unión física con el conector opuesto mediante rosca, o girando y ajustando con un muelle. Va unida al cuerpo del conector y ambos pueden ser de plástico, o metal. El divisor óptico (splitter) Los splitters son divisores ópticos, elementos que dividen y confinan los haces de luz para poder extender la red a lo largo de su recorrido. Debido a que multiplexan y demultiplexan la señal, también confinan y dividen la potencia, en partes iguales. Son dispositivos de distribución óptica bidireccional, es decir, dividen la potencia recibida entre los múltiples puertos de salida, y también confinan los haces de los puertos de salida hacia un único haz hacia la entrada.

Son dispositivos puramente pasivos que funcionan de forma autónoma, lo que los hace susceptibles económicamente ya que abaratan los constes de instalación y necesitan menos mantenimiento. Sin embargo el hecho de dividir la potencia en múltiples salidas causa una atenuación que es función de su factor de división:

Donde N es el factor de división del divisor. Amplificadores En fibra óptica, un amplificador óptico es un dispositivo que amplifica una señal óptica directamente, para así evitar la necesidad de convertir la señal al dominio eléctrico, amplificar en eléctrico y volver a pasar a óptico. Los amplificadores son necesarios en las redes

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ópticas para compensar la atenuación de la fibra que, si bien es muy reducida en comparación con las redes de cobre, no lo es lo suficiente como para obviar la necesidad de amplificar la señal en enlaces de muy larga distancia. Existen diferentes mecanismos físicos que pueden ser utilizados para amplificar una señal de luz, a los que corresponden un gran número de amplificadores ópticos. De todos estos dispositivos, los más habituales son los Amplificadores de fibra dopada con Erbio (EDFA). Este tipo de dispositivos utiliza una fibra óptica dopada con otra sustancia como medio de ganancia para amplificar la señal. En su interior se multiplexa dicha señal con el bombeo externo de un láser de onda continua a una frecuencia óptica ligeramente superior a la que amplifican. Mediante esta tecnología es también posible amplificar un conjunto de longitudes de onda, por lo que es ideal para su uso en WDM (wavelength division multiplexing).

Otros amplificadores empleados en redes ópticas son los SOA (Semiconductor optical amplifier) y los amplificadores Raman. Sin embargo, en la actualidad, sus prestaciones no son tan buenas como las que presentan los EDFAs. Los SOAs presentan mayor factor de ruido, menos ganancia, sensibilidad a la polarización, etc; mientras que los Raman son vulnerables a las no linealidades y por ello es mejor emplear fibras especialmente diseñadas (fibra altamente no lineal) en

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las que se introducen dopantes y se reduce el núcleo de la fibra para incrementar su no linealidad y, de esta forma, compensar el efecto de los amplificadores Raman. Cajas de empalme

A lo largo del recorrido de la red la fibra se verá sometida a divisiones, multiplexaciones y demás operaciones que hacen uso de empalmes y conectores. Debido a que es necesario pelar por completo una sección de la fibra para este fin, el segmento de fibra afectado se vuelve vulnerable ante tensiones o perturbaciones del exterior. Para salvaguardar este inconveniente se instalan cajas de empalme. Las cajas de empalme proporcionan un medio de protección contra las inclemencias del entorno al segmento de fibra que contiene empalmes o conexiones. Existen cajas tanto para montajes interiores como exteriores. Las cajas de tipo exterior deben estar fabricadas a prueba de intemperie y con un sellado impermeable. La capacidad de estas cajas es variable, y existen cajas que permiten resguardar empalmes hasta de cuatro cables de diámetros distintos. Algunos

ejemplos son la caja Torpedo, la caja Mondragón, etc.

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En el extremo de la caja se sitúan unos tubos a través de los cuales se insertan los cables de fibra. Al pasar por estos tubos los cables de fibra se mantienen sujetos mediante abrazaderas y los miembros de refuerzo central se amarran fuertemente al soporte de la caja. Los miembros de refuerzo metálicos se llevan siempre a tierra para evitar derivaciones eléctricas. Una vez en el interior, el cable va a parar a unas bandejas de empalme o casetes, que se utilizan para proteger y mantener los empalmes individuales tanto mecánicos como por fusión. Existen bandejas disponibles para muchos tipos de empalmes, incluyendo varios empalmes mecánicos con marcas registradas, empalmes por fusión desnudos, empalmes por fusión con funda termocontráctil, etc. Las cajas están además diseñadas para almacenar el exceso de cable sobrante, o instrumental óptico pasivo como divisores o acopladores. Transmisores Ópticos

En la cabecera de la red óptica se encuentra el dispositivo transmisor que introduce la señal óptica en la red. Este dispositivo transmite a todos los usuarios clientes y enlaza la red con el exterior. Para ello convierte una señal eléctrica de entrada (información) en una señal óptica, conduciéndola hacia la fibra óptica. También realiza otras funciones derivadas, como multiplexar las señales previas a transmitir o regular el tráfico de la red. Los emisores de luz que contiene cada transmisor, están formados generalmente por láseres. Un láser es un dispositivo que utiliza un efecto de la mecánica cuántica, la emisión inducida o estimulada, para generar un haz de luz coherente con una alta pureza espectral. Son muy aptos para telecomunicaciones, aseguran una calidad de la señal muy elevada debido sobre todo a las ventajas de la pureza espectral de la fuente y a la relativa linealidad de funcionamiento. Hasta hace poco los LEDs eran utilizados como emisores de luz cuando su baja directividad no era un inconveniente en la mayoría de

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fibras multimodo existentes entonces. Hoy en día, este inconveniente junto con su pulso de elevado ancho espectral, desplazan al LED para este tipo de aplicaciones, convirtiendo a los láseres en los dispositivos más utilizados para este fin.

En redes de gran dimensionado, el transmisor óptico normalmente opera junto a otros dispositivos que pueden variar en función de la finalidad de la red. Tales dispositivos no deben ser necesariamente de fibra óptica, ya que depende de las necesidades del teleoperador para ofrecer un servicio adecuado a los clientes. Puede tratarse de instrumental de red (Switches, routers, etc.), difusores de vídeo, procesados digitales de la señal, etc. Receptores Ópticos En el lado final del usuario, o simplemente en la terminación de la fibra, se sitúa el receptor óptico. Es capaz de hacer llegar la señal óptica al destinatario de la misma, y convertirla en señal eléctrica para su procesado El dispositivo que permite esta conversión opto-eléctrica es el fotodiodo. Es el componente fundamental del sistema de comunicaciones ópticas que menos ha evolucionado. Básicamente, el fotodetector no es más que una unión p-n de semiconductor polarizada en inversa que basa su funcionamiento en el fenómeno de absorción estimulada, es decir, el fotodetector produce una corriente eléctrica (genera un par electrón – hueco) cuando sobre la estructura incide luz (fotones). Existen dos tipos de fotodetectores para sistemas de comunicaciones ópticas. El primero de ellos, el fotodiodo PIN, se caracteriza por su alta fiabilidad y facilidad de fabricación, bajo ruido y compatibilidad con los amplificadores de bajo voltaje; mientras que el fotodiodo APD presenta una sensibilidad mucho menor pero necesita altos voltajes de alimentación para su funcionamiento, los que les hace más convenientes en el

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caso de que la potencia recibida sea limitada. Actualmente existen fotodiodos APD funcionando con voltajes bajos pero su precio se encarece mucho.

3. Red GPON y EPON GPON (Gigabit Passive Optical Networks) La Unión Internacional de Telecomunicaciones, sector Telecomunicaciones, ITU-T (International Telecommunications Union – Telecommunication sector) inició sus trabajos en el estándar GPON en el año 2002. GPON está estandarizado en el conjunto de recomendaciones ITU-T G.984.x (x = 1, 2, 3, 4, 5, 6). Las primeras recomendaciones aparecieron durante los años 2003 y 2004, teniendo continuas actualizaciones en los años posteriores. GPON proporciona una estructura de trama escalable desde 622 Mb/s hasta 2,5 Gb/s, así como la capacidad de soportar tasas de bits asimétricas. La velocidad de transmisión más utilizada por los actuales proveedores de plataformas PON es de 2,488 Gb/s en el canal de distribución (sentido de downstream) y de 1,244 Gb/s en el canal de retorno (sentido de upstream) La red de acceso es la parte de la red más próxima al usuario, por lo que se caracteriza por la abundancia de servicios y protocolos. El método de encapsulamiento de la información que utiliza GPON se llama GEM (GPON Encapsulation Method) que permite soportar cualquier tipo de servicio, (Ethernet, ATM, TDM, entre otros) en un protocolo de transporte síncrono basado en tramas periódicas de 125µs. El método GEM se basa en el estándar GFP (Generic Framing Procedure) del ITU-T G.7041 con modificaciones menores para las tecnologías PON. GPON de este modo no solamente ofrece más ancho de banda que sus tecnologías antecesoras (APON, BPON) sino que también es más eficiente y permite a los operadores continuar brindando sus servicios tradicionales (voz basada

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en TDM, líneas alquiladas) sin tener que mudar los equipos instalados en las dependencias de los clientes. Además, GPON implementa capacidades OAM avanzadas (Operation Administration and Maintenance), ofreciendo una potente gestión de servicio extremo a extremo. Entre otras funcionalidades incorporadas cabe destacar: monitoreo de la tasa de error, alarmas y eventos, proceso de descubrimiento y ranging automático. La arquitectura básica para una red GPON se muestra en la figura 1

Las redes GPON se constituyen por tres elementos básicos: Básicamente GPON apunta a velocidades de transmisión mayores o iguales a 1,2 Gb/s. GPON considera 7 combinaciones de velocidades de transmisión y son las siguientes:

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La red GPON puede ser demultiplexada hasta para 64 usuarios, lo que se convierte en un aspecto muy atractivo para los operadores. En el canal de distribución (downstream), las tramas tienen una duración constante de 125µs para los sistemas de 1,24416 Gb/s y 2,48832 Gb/s, con una longitud de 19.440 Bytes y 38.880 Bytes respectivamente. Lo mismo sucede para el canal de retorno (upstream). Las transmisiones en el canal de retorno consisten en una serie de tramas individuales originadas por las ONUs en la GPON. Cada burst (ráfaga) contiene un encabezado de la capa física (PLOu: Physical Layer Overhead of upstream) y adicional al payload (carga útil) del cliente, contiene un campo opcional de PLOAM upstream (PLOAMu), un campo de secuencia de nivelador de potencia de upstream (PLSu) y un campo de reporte dinámico de ancho de banda. La trama de upstream tiene una duración de 125 µs siendo igual a la trama de downstream. Cada trama contiene un número arbitrario de transmisiones de una o más ONUs, las tramas son organizadas de cierta forma definida por el campo BWmap. Durante cada período de asignación de transmisión, la ONU puede transmitir una trama de datos de usuario o enviar los campos de control. El modo de encapsulamiento GEM permite mayor flexibilidad y transmisión de paquete IP de tamaño variable a lo largo de enlaces TDM. El encabezado del estándar GEM contiene los siguientes campos:

EPON (Ethernet Passive Optical Networks)

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El grupo EFM (Ethernet in the first mile) presentó el resultado de su estudio en Junio del 2004, culminando en la ratificación del estándar IEEE 802.3ah. Recientemente los usuarios de las redes de acceso basadas en EPON se tornaron en un factor importante en la industria así como en la investigación académica. Los intereses de las industrias se derivan en el hecho en que EPON es la primera tecnología óptica prometedora para su masificación en la última milla. La finalización del estándar y las predicciones de que la plataforma EPON irá a tener el mismo éxito y proliferación de su antecesora LAN se convirtieron en un factor de impulso para que muchos operadores de telecomunicaciones en el mundo iniciaran las primeras pruebas con las redes EPON o por lo menos comenzar el estudio de la tecnología. Diferente de otros estándares, IEEE 802.3 especifica solamente una pequeña parte de un sistema de comunicaciones (únicamente la capa física y la capa de enlace del modelo OSI). El estándar IEEE 802.3 define dos modos de operación; en la primera configuración la red puede ser desarrollada sobre un medio compartido usando el protocolo CSMA/CD, en la segunda configuración, las estaciones pueden ser conectadas a través de un switch usando enlaces bidireccionales (full-duplex) punto a punto. El medio EPON no puede ser considerado totalmente compartido o una red punto a punto, por el contrario, es una combinación de los dos. Presenta conectividad de un medio compartido en el canal de distribución y el comportamiento de un medio punto a punto en el canal de retorno. Igual que las redes GPON, EPON se compone también por los mismos tres elementos básicos: OLT, ONU/ONT, splitter. En el canal de distribución los paquetes Ethernet transmitidos por la OLT pasan a través de un splitter óptico 1xN o por varios splitters en cascada hasta la ONU. El valor de N oscila entre 4 y 32 (limitado por la potencia óptica disponible). Por naturaleza Ethernet usa broadcast en el canal de distribución, encajando perfectamente con la arquitectura EPON donde los paquetes son transmitidos por broadcast por la OLT y son extraídos por su respectiva ONU de destino. La figura 2 ilustra el proceso.

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En el canal de retorno debido a las propiedades de los combinadores ópticos pasivos (combiner), los paquetes viajan exclusivamente desde la ONU hasta la OLT y no alcanzan a las otras ONUs. En la dirección de upstream, el comportamiento de la red EPON es similar a una arquitectura punto a punto, no obstante, al contrario de una red real de este tipo, en EPON todas las ONUs pertenecen a un mismo dominio de colisión, es decir, paquetes de diferentes ONUs transmitidos simultáneamente pueden colisionar, ver figura 3.

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El estándar IEEE 802.3ah desarrolló el protocolo de control multipunto (MPCP: Multi-point control protocol) que facilita la implementación de varias asignaciones de banda en las redes EPON. El protocolo MPCP fue desarrollado como una función de la subcapa “control MAC (MAC control)”. Esta subcapa tiene como objetivo suministrar control en tiempo real y manipulación de la operación de la subcapa MAC. El protocolo MPCP tiene dos modos de operación:  Modo de asignación de banda: Para mantener comunicación entre la OLT y las ONUs, el protocolo MPCP debe suministrar periódicamente permisos de transmisión para todas las ONUs.  Modo de auto-descubrimiento: Para descubrir nuevas ONUs adicionadas a la red, el protocolo MPCP debe iniciar el proceso de auto-descubrimiento periódicamente. Para otras configuraciones la subcapa de control MAC es opcional, pero para EPON es obligatoria debido a que EPON no consigue operar sin MPCP. 4. Diferencias técnicas entre una Red GPON y EPON Encontrar la tecnología correcta para cubrir la última milla de cualquier red siempre ha sido un desafío para las empresas operadoras. Hallar una solución óptima puede ser un proceso complejo con numerosos factores interviniendo y que deben ser tomados en cuenta. Un factor determinante en el costo efectivo de una red FTTH es entender las características de desempeño de la tecnología PON (EPON, GPON), tales como, ancho de banda, eficiencia y relación de división. Las dos tecnologías tienen una diferencia bien marcada en el aspecto de la arquitectura. GPON ofrece redes complejas de la capa 2 en estructura de árbol, basadas en el protocolo ATM y múltiples protocolos que hacen posible soportar la estructura de la tecnología. EPON usa simples redes de capa 2 utilizando IP para datos, voz y video. La estructura de las redes GPON es soportada mediante una solución de transporte usando diversos protocolos de la capa 2 del modelo OSI. Ese tipo de transporte ofrece un

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servicio de alta calidad. Los circuitos virtuales son generados para cada tipo de servicio ofrecido en la red.

Adicionalmente, los equipos en las redes GPON necesitan de algunas conversiones de protocolos, segmentación, terminación del canal virtual (VC) y del protocolo puntopunto (PPP). Resumiendo, la estructura de la red GPON consiste en múltiples redes de la capa 2 sobre la misma capa física. Cada red tiene un protocolo diferente. EPON suministra conectividad para cualquier tipo de redes basadas en IP. Las redes Ethernet están expandidas por el mundo, desde redes locales, redes nacionales, inclusive hasta backbones de redes internacionales. Existen también diferencias en términos de eficiencia, alcance, ancho de banda, costo por usuario, gerenciamiento, protección, entre otras. Ancho de Banda Las ofertas de ancho de banda disponible varían entre los dos protocolos; GPON promete tasas de 1.25 Gbps o 2.5 Gbps de downstream, y tasas escalables de upstream desde 155 Mb/s hasta 2,5 Gb/s. EPON ofrece una tasa simétrica de 1.25 Gb/s. La eficiencia de los sistemas EPON es pobre en comparación con GPON. La tecnología EPON se caracteriza por extensos encabezados en las tramas, que provocan baja eficiencia y consecuentemente, menor número de bits de carga útil (payload) contra soluciones GPON. Las dos tecnologías soportan televisión por cable (CATV), lo que demanda altas tasas en la dirección de downstream para el servicio de vídeo. Sistema de Gerenciamiento EPON requiere un simple sistema de gerenciamiento, mientras GPON demanda tres sistemas para los tres protocolos de capa 2 que necesita. Factor que significa para EPON un menor costo en la red. Además de eso, EPON no necesita de conversiones de múltiples protocolos, convirtiéndose en otro factor de reducción de costos en la Red.

Seguridad y Protección

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El proceso de encriptación AES (Advanced Encryption Standard) forma parte del estándar ITU-T en las redes GPON. Pero, la encriptación en las redes GPON se realiza solamente en el canal de retorno. En las redes EPON, el mecanismo de encriptación no está definido en el estándar. Algunos vendedores de EPON utilizan también AES, además el proceso de encriptación en las redes EPON se realiza en los dos sentidos de transmisión; downstream y upstream. El servicio de OAM (Operación, Administración y Mantenimiento) también está presente en las dos tecnologías; GPON utiliza PLOAM+OMCI, es decir, PLOAM (Physical Layer Operations, Administration and Maintenance): operaciones de la capa física, administración y mantenimiento, más OMCI (Open Manage Client Instrumentation): instrumentación y control abierto para el cliente. EPON usa el OAM definido para Ethernet. Cantidad de Usuarios por PON El estándar IEEE 802.3ah EPON, soporta solamente dos tipos de ODN: tipo A (5dB hasta 20dB de pérdidas) y tipo B (10dB hasta 25dB de pérdidas), ofreciendo servicio hasta 32 usuarios, mientras el estándar GPON soporta también ODN tipo C (15dB hasta 30dB de pérdidas). La ODN tipo C permite a las redes PON extenderse además de los 20Km atendiendo hasta 64 ONTs. Utilizar redes EPON permite a los vendedores eliminar elementos complejos y caros de las redes ATM y SONET simplificándolas de este modo, reduciendo considerablemente los costos en la red. Escalabilidad y Flexibilidad IEEE EPON soporta solamente una única tasa simétrica de bits; 1,25 Gb/s. El estándar GPON es más flexible y escalable, como ya mostramos, GPON permite tasas de downstream de 1,25 Gb/s y 2,5 Gb/s y tasas de upstream desde 155 Mb/s hasta 2,5 Gb/s. Las dos tecnologías están enfocadas para atender el mercado de las redes de acceso, donde es bien conocido que el tráfico de aquellas redes es

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asimétrico entre las tasas de bajada y subida, y no existe la necesidad de tener una tasa de 1,25 Gb/s de upstream. Mientras GPON permite al vendedor configurar las tasas teniendo en cuenta las necesidades reales y actuales. Mecanismo que no puede ser realizado en las redes EPON. En la tabla 2 presentamos un resumen de las principales características de las redes GPON y EPON.

5.6 Dimensionamiento de redes GPON y EPON En nuestro estudio dimensionamos una red para atender la demanda de 100.000 usuarios, desde tasas de velocidad de transmisión de 10 Mb/s hasta 100 Mb/s. Para el escenario propuesto se asumirán las siguientes características: La eficiencia de la red GPON será establecida en 93%, mientras que para EPON será de 70%, lo que implica que para GPON tendremos una utilización de 2333 Mb/s y para EPON de 896 Mb/s. Por simplicidad el tipo de servicio ofrecido no será considerado, será tenido en cuenta la demanda de ancho de banda por usuario. La relación de división debida a los splitters será para GPON de 1:64 y para EPON de 1:32. El precio para las OLTs será el mismo para las dos redes; US$1800 mientras que para las ONTs asumiremos US$250 para GPON y US$200

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para EPON (el precio de las ONTs no es el mismo porque GPON soporta servicios TDM; POTS, E1/T1, ofreciendo una característica extra en comparación a EPON). Para facilidad en el análisis, tendremos en cuenta que el costo del cableado e instalaciones será el mismo para ambas tecnologías, por lo tanto será despreciado en nuestro estudio. La tabla 3 muestra el dimensionamiento para las redes planteadas en el escenario anterior.

Como se observa, el número de OLTs necesarias para redes EPON es mucho mayor que las necesarias para las redes GPON, convirtiéndose en una ventaja económica visible. La figura 4 y la figura 5 representan el número de ONTs e OLTs necesarias para dimensionar nuestro escenario de 100.000 abonados.

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Mientras que el ancho de banda demandado por el usuario aumenta, EPON rápidamente agota sus recursos. La figura 6 muestra el costo general de las redes GPON/EPON en función del ancho de banda requerido por los abonados.

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5. ¿Qué entiende usted por Arquitectura de Red de Convergencia Local y Arquitectura de Red Distribuida? Podemos comenzar diciendo que son redes de multiservicio que ofrecen: voz, datos y vídeo y todo esto en usa sola red usando IP como su protocolo (requieren la implementación de IPv6 ya que la IPv4 no puede proporcionar todas las direcciones requeridas). Por su parte, debido a las características tan diferentes de estos servicios, las redes convergentes siempre presentarán problemas técnicos qué superar y como en toda red (también) el servicio podría mermar dependiendo del tráfico que tenga. Un buen ejemplo de una red convergente son las redes basadas en IMP (IP Multimedia Subsystem) ya que complementan varios servicios como son: VoIP, Streaming de vídeo y otro tipo de multimedia.

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¿Cuáles son los elementos que pueden componer el cableado estructurado de una red convergente? Pues además de los elementos básicos de la red (Routers, switch, cable UTP, conetores RJ-45, RJ-11 o Jacks, etc) los elementos necesarios para una red convergente son: Patch Panel: El patch panes, panel de conexiones o también denominado bahía de rutas, es el elemento encargado de recibir todos los cables del cableado estructurado. Sirve como un organizador de las conexiones de la red, para que los elementos relacionados de la Red LAN y los equipos de la conectividad puedan ser fácilmente incorporados al sistema y además los puertos de conexión de los equipos activos de la red (Switch, Router, etc.) no tengan algún daño por el constante trabajo de retirar e introducir en sus puertos. Sus paneles electrónicos utilizados en algún punto de una red informática o sistema de comunicaciones analógico o digital en donde todos los cables de red terminan. Se puede definir como paneles donde se ubican los puertos de una

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red o extremos analógicos o digitales de una red, normalmente localizados en un bastidor o rack de telecomunicaciones. Todas las líneas de entrada y salida de los equipos (ordenadores, servidores, impresoras, entre otros) tendrán su conexión a uno de estos paneles. Cuarto de Telecomunicaciones:

Un cuarto de telecomunicaciones es el área en un edificio utilizada para el uso exclusivo de equipo asociado con el sistema de cableado de telecomunicaciones. El espacio del cuarto de comunicaciones no debe ser compartido con instalaciones eléctricas que no sean de telecomunicaciones. El cuarto de telecomunicaciones debe ser capaz de albergar equipo de telecomunicaciones, terminaciones de cable y cableado de interconexión asociado. El diseño de cuartos de telecomunicaciones debe considerar, además de voz y datos, la incorporación de otros sistemas de información del edificio tales como televisión por cable (CATV), alarmas, seguridad, audio y otros sistemas de telecomunicaciones. Todo edificio debe contar con al menos un cuarto de telecomunicaciones o cuarto de equipo. No hay un límite máximo en la cantidad de cuartos de telecomunicaciones que pueda haber en un edificio. Cableado horizontal: El cableado horizontal es la porción del sistema de cableado que se extiende desde el closet de telecomunicaciones (Rack) hasta el usuario final en su estación de trabajo y consta de:

Cable Horizontal y Hardware de Conexión. (Cableado horizontal) Proporcionan los medios para transportar señales de telecomunicaciones entre el área de trabajo y el cuarto de telecomunicaciones. Estos componentes son los

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"contenidos" de las rutas y espacios horizontales. Este incluye:

• Las salidas (cajas/placas/conectores) de telecomunicaciones en el área de trabajo. En inglés: Work Área Outlets (WAO). • Cables y conectores de transición instalados entre las salidas del área de trabajo y el cuarto de telecomunicaciones. • Páneles de empate (patch panel) y cables de empate utilizados para configurar las conexiones de cableado horizontal en el cuarto de telecomunicaciones. Cableado vertical: El Backbone provee interconexión entre el cuarto de telecomunicaciones, cuarto de equipos y la entrada al edificio. Este consiste del cable Backbone, del crossconnect intermedio y principal, de las terminaciones mecánicas y de los patch cords. El Rack, el cuarto de equipos y los puntos demarcados pueden estar localizados en diferentes edificios; el Backbone incluye los medio de transmisión entre diferentes edificios. El cableado vertical debe soportar todos los dispositivos que están dentro del Rack y a menudo todas las impresoras, terminales y servidores de archivo de un piso de un edificio. Si más clientes o servidores son agregados a un piso, ellos compiten por el ancho de banda disponible en le cableado vertical. Sin embargo existe una ventaja, y esta es la poca cantidad de canales verticales en un edificio y por ello se pueden usar equipos más costosos para proveer un mayor ancho de banda. Este es el área donde la fibra óptica se ha convertido en el medio más apropiado. El cableado vertical se presenta en diferentes topologías, la más usada es la topología en estrella.

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6. ¿Cuáles son las consideraciones a tener en cuenta para el Diseño de una Red de Acceso GPON y EPON? Requerimientos de la arquitectura GPON A continuación se enuncian algunos parámetros que GPON debe cumplir en la capa PMD (Physical Medium Dependent). Código de Línea Tanto en sentido ascendente como descendente se utiliza codificación sin retorno a cero (NRZ, Non Return to Zero). El convenio utilizado para el nivel lógico óptico es el siguiente:  Nivel alto de emisión de luz: UNO binario;  Nivel bajo de emisión de luz: CERO binario.

Longitud de Onda de Trabajo

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 El intervalo de longitudes de onda de trabajo en sentido descendente en los sistemas de una sola fibra será de 1480-1500 nm.  El intervalo de longitudes de onda de trabajo en sentido descendente en los sistemas de dos fibras será de 1260-1360 nm.  El intervalo de longitudes de onda de trabajo en sentido ascendente será de 1260-1360 nm. Intervalo de Atenuación Se especifican tres rangos de atenuación, definidas como Clases:  Clase A: 5-20 dB.  Clase B: 10-25 dB.  Clase C: 15-30 dB. Para las especificaciones de atenuación se han supuesto valores del caso más desfavorable, incluyendo pérdidas debidas a los empalmes, conectores, atenuadores ópticos u otros dispositivos ópticos pasivos, y todo margen adicional relativo al cable.

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Sensibilidad Mínima Se define como el valor mínimo aceptable de la potencia media recibida para obtener una BER de 10-10 Sobrecarga Máxima Para (Logroño López, 2008), es el valor máximo aceptable de la potencia media recibida para una BER de 10-10. El receptor debe tener una cierta robustez contra

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el aumento del nivel de potencia óptica debido al arranque o a posibles colisiones durante la determinación de distancia, fase en la que no puede garantizarse una BER de 10-10.

Máximo Alcance Lógico Se define como la longitud máxima que se puede alcanzar en un sistema de transmisión determinado. Se mide en Km. y está limitado a cuestiones relacionadas con la capa TC y la implementación. Máximo Alcance Lógico Diferencial Es la máxima diferencia de alcance lógico entre todas las ONU. Se mide en Km. Y no está limitado por los parámetros PMD sino por la capa TC y las cuestiones de implementación. Pérdida del Trayecto Óptico Diferencial Se define como la diferencia de pérdida de trayecto óptico entre la pérdida de trayecto óptico más alta y la más baja para una misma ODN. La máxima pérdida de trayecto óptico diferencial debe ser 15 dB. Calidad Media de Transmisión La calidad media de transmisión debe tener una tasa muy baja de errores de bit, inferior a 10 -9, a través de todo el sistema PON. Un objetivo de tasa de error requerido para componentes locales debe ser mejor que 10-10. Bloques Funcionales El sistema GPON genérico se basa en tres componentes fundamentales, OLT, ONU y ODN

Optical Line Termination (OLT)

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La OLT está conectada a la red conmutada, vía interfaces estandarizadas. En el lado de la distribución se presenta las interfaces de acceso óptico acorde a éste y a otros estándares de GPON, en términos de velocidad de transmisión, potencia de transmisión máxima, entre otros factores. La OLT consta de tres partes:  Función de interfaz de puerto de servicio.  Función de conexión cruzada  Interfaz de red de distribución óptica (ODN, Optical Distribution Network).

Bloque núcleo de PON Este bloque está formado de dos partes con las siguientes funciones: la función de interfaz ODN y la función de TC PON que incluye el entramado, el control de acceso al medio, la operación, administración y mantenimiento, la alineación de las unidades de datos de protocolo (PDU, Protocol Data Unit) para la función de conexión cruzada, y la administración de la ONU. Bloque de conexión cruzada El bloque de conexión cruzada proporciona un enlace de comunicación entre el bloque núcleo de PON y el bloque de servicio. Las tecnologías para la conexión de este enlace dependen de los servicios, la arquitectura interna de la OLT y de otros factores. Bloque de servicio Este bloque proporciona la traducción entre las interfaces de servicio y la interfaz de trama Transmision Control (TC) de la sección PON.

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Optical Network Unit (ONU) Los bloques funcionales que constituyen el ONU de GPON son comúnmente similares a los bloques funcionales del OLT. Puesto que el ONU opera con solamente una interfaz PON (o máximo dos por protección), la función de conexión cruzada puede ser omitida. Sin embargo, en lugar de esta función, se especifica el servicio MUX y DEMUX (Multiplexación/Demultiplexación) para manejar el tráfico. Una configuración típica de ONU.

Optical Distribution Network (ODN) En general, la red de distribución óptica (ODN) provee el medio de transmisión óptica para la conexión física entre el ONU y las OLTs, estas conexiones se dan a través de elementos ópticos pasivos.

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Servicios En la siguiente tabla se resume los diferentes servicios de GPON en la redes de última generación. Se indica además los protocolos, recomendaciones y requerimientos técnicos a considerarse para la implementación.

7. Proceso de Diseño de una Red GPON

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Elección de los materiales Para determinar los objetivos a cumplir del diseño, se deben establecer y concretar ciertas cuestiones técnicas relacionadas con los dispositivos y elementos que se vayan a montar:    

 

Tipos de cables y conectores. Balance de potencias, tanto para ascendente como descendente. Dispositivos conectados a la fibra, tanto activos como pasivos. Atenuaciones:  Atenuación de la fibra.  Atenuación por conectores.  Atenuación por uniones o empalmes.  Reflexiones máximas. Sensibilidad de los receptores. Margen de envejecimiento o periodo de vida mecánica.

Esta fase de dimensionado de la red permite a los ingenieros decantarse por unos materiales u otros, para así cubrir las necesidades de los usuarios a la vez que abarata tanto el coste inicial de despliegue de la red como los futuros costes de mantenimiento de la misma. La elección de fibra óptica implica decantarse por la clase monomodo o multimodo, alcanzando la primera mucha mayor distancia debido a su nula dispersión intermodal, mientras que la segunda tiene un coste de manipulación menor al tener un cono de aceptación más ancho. Se debe entonces tomar un compromiso para decidir qué característica resulta decisiva en el despliegue, para cumplir con los objetivos al mismo tiempo que se minimizan los costes. En los comienzos de las redes de fibra óptica, las redes de fibra multimodo estaban muy extendidas, debido sin duda a que su manipulación es mucho más sencilla y no se requiere un nivel de precisión tan acusado como en

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monomodo. Los láseres de la época funcionaban a frecuencias más bajas, además la tecnología para introducir la señal en la fibra no era tan avanzada. Hoy en día, las redes monomodo son predominantes pese a su mayor coste de instalación debido a, como se ha dicho antes, sus bajas tasas de atenuación y dispersión, con lo que permiten alcanzar mayores distancias. Por lo tanto y dado que la fibra monomodo tiene mayores prestaciones que su competidora, la fibra multimodo solo se recomienda para conexiones cortas de, como máximo, 500 m entre el usuario y el transmisor activo, junto con una densidad de población elevada para que resulte rentable.

A la hora de distribuir el acceso hacia los usuarios, existen varias posibilidades. Hay operadores que optan por utilizar una fibra dedicada para el enlace de descarga y otra para el de subida. Esta técnica fue muy utilizada en las primeras redes ópticas con topología punto a punto. Sin embargo en la actualidad son muy comunes los sistemas basados en tecnología WDM, multiplexación en el dominio de la longitud de onda. En este sistema los canales de subida y bajada discurren a través de la misma fibra, pero en diferentes longitudes de onda. De esta forma una fibra óptica puede resultar tan versátil como dos y por lo tanto se reducen la cantidad de fibras necesarias, ahorrando coste y espacio. No obstante y aunque se destina una sola fibra para proveer de servicio al usuario, en la práctica se despliegan varias para prevenir futuras ampliaciones de la red, además de instaurar la multioperatividad. A nivel técnico resulta complicado que dos o más operadores presten servicio utilizando el mismo equipamiento activo, por lo que muchas operadoras de cable optan por desplegar varios tubos, y reservan fibras dentro de cada uno de ellos de forma que cada uno de ellos corresponda a cada operador.

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Por lo tanto, y como resumen, se recomienda el uso de fibra óptica multimodo solo para redes de acceso que discurran a lo largo de áreas no muy extensas y con una alta densidad de población. En caso contrario es mejor optar por fibra monomodo. Además es aconsejable desplegar fibras de sobra, aunque se dejen sin conectar, como recurso para ampliar la red o para facilitar la multioperatividad. Los cables ópticos también juegan un papel importante en la calidad del sistema, ya que impermeabilizan la fibra y la aíslan del exterior, además de proporcionar rigidez mecánica. Dependiendo del tipo de instalación se optará por un cable u otro, como se detallará más adelante en la sección de técnicas para el despliegue de fibra. Básicamente existen dos métodos: adquirir el cable con la fibra incluida de fábrica, o introducir la fibra en el interior del cable mediante un método llamado soplado. Los conectores y empalmes también deberán ofrecer una calidad requerida. Aunque es posible utilizar diferentes tipos de conectores en cualquier instalación, es recomendable homogeneizar todas las uniones utilizando conectores del mismo tipo.

Por otro lado los empalmes pueden ser mecánicos o por fusión, siendo estos últimos los más eficaces con unas pérdidas de 0,1-0,2 dB. Es preferible el uso de empalmes al de conectores, ya que aunque la unión sea de carácter permanente, prima siempre la calidad del enlace. Los amplificadores que se incluyan en redes de fibra óptica se instalan para volver a recuperar la potencia que tenía al comienzo del recorrido. En las redes de acceso, sin embargo, la distancia de los enlaces no genera tanta atenuación como las ramificaciones realizadas por los divisores ópticos. Para solventar este problema una buena solución consiste en poner un amplificador óptico antes de la ramificación, que eleve la potencia de la señal al nivel necesario para que la

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potencia después de la ramificación sea suficiente. El amplificador debe contar con un aislamiento externo e impermeabilidad absolutas (ya que se trata de un dispositivo activo), además hay que procurarle un buen acceso a los cables de potencia para minimizar las averías. Balance del enlace Después de haber escogido los componentes para la instalación de la red, es necesario calcular el balance óptico del sistema. Este balance cuantificará las pérdidas máximas de la red y por lo tanto permitirá conocer la capacidad máxima de transmisión del sistema o la distancia máxima de cada enlace, dado que ambos parámetros son inversamente proporcionales entre sí.

El cálculo del balance de red debe tener en cuenta todos los elementos de la red, ya que todos los elementos de alguna forma intervienen en la calidad de la señal a lo largo del trayecto, generalmente empeorándola. Por ello, el análisis matemático del enlace debe contemplar no solo las pérdidas de la fibra, sino además las de todos los dispositivos como divisores o conectores y la ganancia de potencia de los amplificadores. Existe una fórmula general para el cálculo del balance de una transmisión por fibra óptica entre un emisor y un receptor. Esta fórmula viene dada por la siguiente expresión lineal.

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Dadas las restricciones actuales que existen en los núcleos residenciales en lo referente a infraestructura óptica, el parámetro mayormente limitante es la longitud máxima del enlace, o lo que es lo mismo, la longitud máxima de la fibra entre el nodo de acceso y el conversor opto-eléctrico del edificio. Es por ello que la variable de mayor interés en la ecuación anterior deba ser la longitud máxima de la fibra, por lo que es necesaria una modificación de la ecuación anterior para despejar esta variable:

En esta ecuación se han incluido algunos elementos, nuevos, mientras que otros han cambiado: 

Lmax es la máxima longitud que puede alcanzarse entre el nodo y el usuario.



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P es el margen de potencia máxima para el sistema en dB. Es el resultado de la diferencia entre la potencia óptica del transmisor y la sensibilidad del receptor.

Si en la citada expresión sustituimos, a modo de ejemplo, las variables por datos numéricos atendiendo a una situación típica como atenuación de fibra óptica 0,21 dB/km, 3 empalmes y 3 conectores con atenuaciones de 0,2 y 0,5 dB respectivamente, un margen de potencias de 7,5 dB, un margen de seguridad de 2,64 dB y sin amplificadores, entonces la expresión atendería a la forma siguiente:

Por lo tanto una situación con datos típicos determina una longitud máxima de unos 13 km redondeando a la baja, por lo que llegada la hora de diseño debe procurarse de no sobrepasar nunca tal distancia en el despliegue de fibra. Replanteo Antes de comenzar las obras, debe efectuarse cierta toma de datos para certificar la información de partida que se dispone del proyecto, y detectar nuevas cuestiones u obstáculos que puedan afectar al desarrollo de las obras. El Replanteo es la operación que se encarga de este cometido, además de trasladar fielmente al terreno las dimensiones y formas indicadas en los planos que integran la documentación técnica de la obra. Para ello, se envía a un encargado que una vez comprobado e investigado el terreno afectado elaborará un acta de replanteo. Se trata de un documento contractual que se realiza después de comprobar el replanteo general de la obra, constando allí las incidencias del solar, dimensiones, cotas, y la fecha que indica el comienzo oficial del inicio de las obras.

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En el caso de proyectos para la instalación de una red de acceso a las viviendas, el replanteo puede realizarlo un técnico habilitado al efecto por la compañía encargada de las obras, o directamente por la empresa que despliega el cable. En este último caso, el realizador del replanteo puede ser también el encargado de obtener el permiso, además de formalizar el acta de informar a los residentes y al presidente de la comunidad. De esta forma pueden agilizarse los trámites al efectuar una sola visita.

Finalizado el replanteo, se comunica a las partes interesadas, se efectúa una visita de las mismas, y si no existe nada objetable, se firma el Acta de Replanteo, que a partir de ese momento se transforma en un documento contractual de la obra. Es importante volcar en el Acta cualquier incidencia que consideremos relevante y que no perjudique el normal desenvolvimiento de la obra; ya que una vez firmada el Acta, únicamente por un imponderable es posible reclamar y volver marcha atrás. Comienzo de las Obras Cuando ya se posea toda la información necesaria, como planos, permisos y cualquier otro anexo terminado, se da por concluida la fase de diseño y la acción se traslada a la instalación en campo. Las fases de una obra no serán siempre las mismas, ni son fijas o inmutables, siendo el técnico el que las definirá según las necesidades de la misma. En caso de que hubiera que realizar canalizaciones, estas deberían hacerse en primer lugar. Primero mediante un movimiento de tierras o acondicionamiento del terreno, mediante excavaciones, compactaciones, terraplenes, etc. Después se procede a un despliegue general del cable junto con el equipamiento de la red, tanto activo como pasivo. Si existe equipamiento activo deben habilitarse además cables de potencia debidamente homologados para proporcionarles alimentación. Los

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detalles sobre las técnicas y metodologías utilizadas para las obras se detallarán en el capítulo siguiente.

Por último, se realiza una revisión y se recoge el estado final de la red y las posibles variaciones o contratiempos que no se hayan reflejado en el proyecto inicial. Después, se etiquetan minuciosamente cada cable, caja de parcheo o dispositivo, para facilitar posibles obras en el futuro si llegan a realizarse. Una vez finalizadas las obras, la red estará lista para funcionar en calidad de pruebas. La duración de este periodo depende de los resultados de las mismas, obviamente, y también de los datos que aporten los usuarios en relación a la fidelidad del servicio.

IV.

Bibliografía

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http://portal.furukawa.com.br/arquivos/g/gui/guia/1583_G uAiadeaplicaciAonFTTx.PDF

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http://www.ramonmillan.com/tutoriales/gpon.php

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http://oa.upm.es/33869/1/PFC_jaime_prieto_zapardiel.pdf