RESUMEN DE FIBRAS OPTICAS

COMUNICACIONES POR FIBRA ÓPTICA

I   INTRODUCCION

En poco más de 10 años la fibra óptica se ha convertido en una de las tecnologías más avanzadas que se utilizan como medio de transmisión de información. Este novedoso material vino a revolucionar los procesos de las telecomunicaciones en todos los sentidos, desde lograr una mayor velocidad en la transmisión y disminuir casi en su totalidad los ruidos y las interferencias hasta multiplicar las formas de envío en comunicaciones y recepción por vía telefónica.

Las fibras ópticas son filamentos de vidrio de alta pureza extremadamente compactos: El grosor de una fibra es similar a la de un cabello humano.

Fabricadas a alta temperatura con base en silicio, su proceso de elaboración es controlado por medio de computadoras, para permitir que el índice de refracción de su núcleo, que es la guía de la onda luminosa, sea uniforme y evite las desviaciones, entre sus principales características se puede mencionar que son compactas, ligeras, con bajas pérdidas de señal, amplia capacidad de transmisión y un alto grado de confiabilidad debido a que son inmunes a las interferencias electromagnéticas de radio-frecuencia.

Las fibras ópticas no conducen señales eléctricas por lo tanto son ideales para incorporarse en cables sin ningún componente conductivo y pueden usarse en condiciones peligrosas de alta tensión.

Tienen un gran ancho de banda, que puede ser utilizado para incrementar la capacidad de transmisión con el fin de reducir el costo por canal; De esta forma es considerable el ahorro en volumen en relación con los cables de cobre.

Con un cable de seis fibras se puede transportar la señal de más de cinco mil canales o líneas principales, mientras que se requiere de 10,000 pares de cable de cobre convencional para brindar servicio a ese mismo número de usuarios,

el sistema convencional de cables de cobre donde la atenuación de sus señal, (Decremento o reducción de la onda o frecuencia) es de tal magnitud que requieren de repetidores cada dos kilómetros para regenerar la transmisión, en el sistema de fibra óptica se pueden instalar tramos de hasta 70 km. Sin que halla necesidad de recurrir a repetidores lo que también hace más económico y de fácil mantenimiento este material.

Originalmente, la fibra óptica fue propuesta como medio de transmisión debido a su enorme ancho de banda; sin embargo, con el tiempo se ha planteado para un amplio rango de aplicaciones además de la telefonía, automatización industrial, computación, sistemas de televisión por cable y transmisión de información de imágenes astronómicas de alta resolución entre otros

Fibra Óptica Como Portadora de Información.

EL MODELO DE RED Y LAS  EXIGENCIAS DE UNA RED ACTUAL

Dentro de una red de telecomunicaciones existe una gran cantidad de equipos y funcionalidades.

El personal   del  área de operaciones de las empresas de telecomunicaciones esta dividida en dos áreas: Conmutación y Transmisión. De estos dos grupos se derivan cuatro bloques importantes para una red de telecomunicaciones

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

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

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

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

                                           

                                             

 Figura.1.1-Modelo de red de telecomunicaciones

En la figura tenemos un  ejemplo del modelo, la red de  telecomunicaciones  más antigua y grande del mundo: la red telefónica pública conmutada o por sus siglas en inglés PSTN (Public Switched Telefone Network).

En esta red los elementos que corresponden al modelo de red son  el teléfono como  equipo terminal, el par de cobre como medio de acceso de conmutación y los enlaces de microondas y fibra óptica como medio de transporte.

Los elementos  que componen el modelo de red, todos son de suma importancia en el proceso de  comunicación, pues si alguno de ellos faltara  simplemente no se podría dar la misma.

El elemento de conmutación es el más importante, pues este es quien define  que tipo de servicio se brinda.

El elemento de Conmutación.

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

En  general  existen tres tipos de elementos de conmutación  y en consecuencia tres tipos de servicios de telecomunicaciones. En la siguiente  tabla se muestran los diferentes elementos de conmutación, así como los servicios que de estos se desprenden.

Tabla 1.2.-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.

Central telefónica

Mediante este elemento de conmutación es posible establecer conexiones dinámicas basadas  en circuitos de 64 kps. Cuando se establece una llamada telefónica de un extremo  a otro, se establece una conexión de 64 kps en ambos sentidos, la cual es reservada para uso exclusivo  de los dos extremos en comunicación  mientras la llamada dure.

El servicio que se ofrece es conmutado porque en la contratación del mismo solo  se especifica un extremo de la comunicación, el otro extremo será definido de manera dinámica mediante un plan de numeración  y algún esquema de marcación.

Figura 1.3.-Conmutación de circuitos.

                             

                      Crossconector

                           

                             

Este elemento establece conexiones permanentes entre los dos extremos de la comunicación, utilizando el mismo principio y tecnología que una central telefónica. Los  crossconectores dentro de una red de transporte pueden establecer conexiones a diferentes velocidades, comenzando  en 64 kps (E0) ,2.048 Mbps (E1) y en la actualidad también a velocidades de la jerarquía digital SDH como 155 Mbps (STM-1)

Figura 1.4.-El crossconector para los servicios dedicados punto a punto

Conmutador de paquetes

La conmutación de paquetes  parte de principios totalmente diferentes  a los utilizados en la conmutación de circuitos, utilizada para construir una red telefónica. Y esto no es de extrañar pues, ambos principios fueron diseñados para redes que transportarían tráficos totalmente diferentes y por lo tanto con demanda de recursos diferentes. Estamos hablando de tráficos de voz y datos.

El primer tipo de tráfico demanda un retardo mínimo  y en principio ganara una cantidad de  información constante. Por otro lado los datos no son tan sensibles con respecto al retardo y la cantidad de información que normalmente se genera es variable.

Debido a esta  situación no resultaba eficiente ni económico establecer una comunicación de larga distancia a través de la red telefónica, pues se reserva un recurso el cual no es utilizado todo el tiempo debido a la naturaleza variable del tráfico  de datos.

Figura.1.5. -El conmutador de paquetes.

Con esto en mente se diseñaron las redes basadas  en la conmutación de paquetes, como X.25 e Internet, las cuales permitían al compartir los medios de comunicación y por lo tanto hacer las transmisiones de  datos de  una manera eficiente y económica.

Este principio de conmutación consiste en etiquetar la información  de los usuarios y hacerla viajar del mismo medio de comunicación, aprovechando los instantes en que un usuario no envía información  para enviar la de otro, claro con el compromiso de experimentar congestión o retardo en ciertos momentos pero a un bajo costo.

Con este tipo de elementos se pueden establecer conexiones dinámicas y permanentes, sin embargo estas se realizan de una manera virtual pues solo existen en el momento en el que un usuario desea enviar información.

El elemento de transporte

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

Tabla 1.6..-Capacidades de transporte en redes digitales PDH y SDH.

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.

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:

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.

OPCIONES PARA EL TRANSPORTE

En la actualidad son diversas las exigencias para las redes de transporte.

También existen diversas opciones de medios de transporte, pero la fibra es el medio que mejor satisface dichas exigencias.

 Exigencias en la actualidad para las redes de transporte. Una red de transporte debe de cubrir las siguientes cuatro condiciones:

Capacidad

Calidad

Confiabilidad

Costo.

Figura 1.9.-Integración de servicios

Integración de servicios y tipos de información

En comunicaciones existen diferentes tipos de tráfico.

Encontramos los tráficos de velocidad constante como la voz y el video, los cuales son sensibles a los retardos y requieren una velocidad binaria constante para su transmisión.

Después tenemos a los tráficos de velocidad variable como las imágenes y el texto (datos), los cuales no son altamente sensibles a los retardos pero si a los errores en la comunicación y requieren una velocidad binaria variable o poco ráfagas.

Actualmente utilizar diferentes tipos de redes para transportar cada tipo de trafico de manera eficiente  y económica. Hacia el futuro se persigue integrar ambos tipos de trafico en una misma plataforma de conmutación y transmisión. Este es el concepto propuesto por la Red Digital de Servicios Integrados de Banda Ancha (Broadband Integrated Digital Network) en donde se propone la utilización de ATM (Asynchornous Transfer Mode) como tecnología de conmutación  y transporte  de medios de fibra óptica.

Fibra Óptica Como Portadora de Información.

En poco más de 10 años la fibra óptica se ha convertido en una de las tecnologías más avanzadas que se utilizan como medio de transmisión de información. Este novedoso material vino a revolucionar los procesos de las telecomunicaciones en todos los sentidos, desde lograr una mayor velocidad en la transmisión y disminuir casi en su totalidad los ruidos y las interferencias hasta multiplicar las formas de envío en comunicaciones y recepción por vía telefónica.

Incremento de la 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)

Figura 1.10.-Crecimiento del número de usuarios de telecomunicaciones.

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.

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

Tabla  1.11.-Niveles de disponibilidad de una red de transporte

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

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.

	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

Tabla 1.12.-Opciones de medios de transporte

 

Figura 1.13.-Mercado mundial de fibras ópticas.

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

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.

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.

Figura 1.14.- Protocolo IP como la capa de convergencia.

Hoy se comienza a utilizar  la cuarta y la quinta ventanas ópticas, nuevos estándares ópticos se empiezan a establecer, redes ópticas en configuración de anillos auto restaurables, la utilización de técnicas WDM y DWDM para el uso más eficiente y el uso de los cables de fibra óptica instalados y por instalar.

2  LAS FIBRAS ÓPTICAS COMO MEDIO DE TRANSMISIÓN

2.1  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 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. 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.

Figura.2.1-Desarrollos angulares dentro del área de fibras ópticas.

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.

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.

Actualmente se logra visualizar  la revolución que provocarán los Láser sintonizables, los multiplexores WDM y los Cross conectores ópticos sobre las redes basadas en fibras ópticas. Se manejarán capacidades inimaginables, además de que se podrán proveer servicios de longitud de onda punto a punto, en donde el protocolo utilizado sobre dicha longitud de ondas será independiente.

VENTAJAS  DE LAS FIBRAS ÓPTICAS

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

Muy altas capacidades, en el orden de los  Tbps.

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

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

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

prácticamente de ecualización.

Distancia grande entre repetidores, entre 150 y 600 kms.

Inmunidad a ruidos e interferencias.

Menor costo por circuito que cualquier otro medio.

Cables más ligeros, pequeños y flexibles.

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

Seguridad en la transmisión.

Facilidad de mantenimiento.

Como observamos la diferencia en niveles de atenuación es enorme, por lo que las diferencias en distancias máximas soportadas o anchos de banda máximos a distancias razonables es muy marcada entre los cables coaxiales y las fibras ópticas.

                                                                                                                                                 

                                                                                                                                                                     

                                                                                                                                                       

                                                                                                                                           

                                                                                                                                                           

                                                                                                                                             

DESVENTAJAS DE LAS FIBRAS ÓPTICAS

ATENUACIÓN

        La figura 1  muestra el espectro de la curva de atenuación de una típica fibra óptica hecha de silicio. La curva tiene tres características principales. Una gran tendencia de atenuarse conforme se incrementa la longitud de onda (Dispersión Rayleigh),  Atenuación en los picos de absorción asociados con el ión hidroxyl (OH-), y  Una tendencia por la atenuación para incrementar las longitudes de onda por arriba de los 1.6 um,

        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.

Figura 1 Atenuación de una Típica Fibra Óptica hecha de Silicio 

DISPERSIÓN

La dispersión cromática describe la tendencia para diferentes longitudes de onda que viajan a diferentes velocidades en una fibra. En longitudes onda donde la dispersión cromática es alta, los pulsos ópticos tienden a expandirse en el tiempo y provocar interferencia, lo cual puede producir una inaceptable velocidad del bit, la figura 2 muestra como la dispersión cromática cambia con la longitud de onda para tres diferentes tipos de fibra. La dispersión cromática de una fibra consiste de dos componentes - Material y Guía de  Onda- como se muestra en la figura 3, el componente material depende de las características de dispersión de los dopantes y del silicio de construcción. Estos materiales no ofrecen mucha flexibilidad a ajustes significantes en la dispersión de la fibras.

(Figura 2) Gráfica de Dispersión Cromática contra Longitud de Onda
 
 

(Figura 3) Componentes de Dispersión de los Materiales y Guías de Onda 

POLARIZACIÓN

Polarización es la propiedad de la luz la cual está relacionada con la dirección de sus vibraciones, el viaje de la luz en una fibra típica puede vibrar en uno o dos modos de polarización

 La figura 4 muestra los dos modos principales de una fibra asimétrica que es uniforme a lo largo de su longitud. El modo en el eje X es arbitrariamente etiquetado con un modo lento, mientras que en el eje Y es etiquetado en el modo rápido. La diferencia en los tiempos de arribo en los modos de dispersión por polarización (PMD), es típicamente medida en pico segundos. 
 

(Figura 4)  PMD en una Fibra de Modo Simple cuya asimetría es uniforme a lo largo de su longitud 

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

        La fibra es tan pequeña y frágil, que se le ubica dentro de un cable, como se ve en la figura.

Cable de una fibra

       

 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.,

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.

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.. 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.

       

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 tiene 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 FIBRAS ÓPTICAS COMO MEDIO DE TRANSMISIÓN

En telecomunicaciones, las fibras ópticas se presentan como el medio más adecuado para las redes de larga distancia y de gran capacidad. Es en ese terreno en donde ningún otro medio puede competir contra las fibras ópticas. Sin embargo en otros elementos del modelo de red como el acceso no es siempre posible justificar la utilización de fibras ópticas, o bien cuando se desea movilidad, o que diversos usuarios reciban la misma señal en diversas ubicaciones geográficas.

Las  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.

Figura 2.8-Fibras ópticas vs. Microondas digitales

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.

2.5 APLICACIONES PRINCIPALES DE LAS FIBRAS ÓPTICAS

Las aplicaciones  de las fibras ópticas van más allá del campo de las telecomunicaciones .De hecho, las fibras ópticas y las tecnologías relacionadas como el LASER están revolucionando diversos ámbitos de la actividad humana.

Se mencionan algunas de las principales aplicaciones de las fibras ópticas en las siguientes áreas: Telecomunicaciones, Redes de Computadoras, Medicina e Industria.

Telecomunicaciones

En telecomunicaciones el papel de las fibras ópticas ha sido clave. Su utilización la encontramos en redes de larga distancia, redes submarinas, redes de acceso, redes de televisión por cable (CATV).Debido a su gran ancho de banda, el uso de las fibras ópticas dentro de las telecomunicaciones está permitiendo las comunicaciones multimedia de alta velocidad y calidad. Es decir, se están logrando comunicaciones a distancia con la misma sensación y a través de todos los medios que podrían tener dos o más personas, cuando llevan a cabo una comunicación presencial; lo cual esta transformando todas las actividades humanas, como la educación, el trabajo, el entretenimiento. etc.

Figura 2.9 .Estructura de redes de larga distancia y acceso mediante fibras ópticas.

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.

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

Tabla.2.10.-Redes de larga Distancia en México

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.

Figura 2.11.-Proyecto Global Crossing de fibra óptica submarina y terrestre

               (Solo se muestra una parte del proyecto)

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).

Redes de computadoras

En redes LAN la utilización del par trenzado tiene gran aceptación, pues es mucho más económico para el cableado horizontal en donde se requieren distancias menores a los 100 m y con lo que se obtienen velocidades en el orden de los  Mbps. Para el cableado vertical se prefiere la utilización de fibras ópticas.

Aplicaciones médicas

Hoy a través del LASER es posible realizar operaciones que tenían antes demasiado riesgo o en donde los tiempos de recuperación eran demasiado prolongados con el uso de Endoscopios que son dispositivos construidos a base de fibras ópticas.

Aplicaciones Industriales

Las fibras ópticas encuentran aplicación dentro de la industria debido a su característica de inmunidad al ruido, porque en ambientes industriales hay altos niveles de interferencias.

3 PROPAGACIÓN DE LA LUZ

3.1  CONCEPTUALIZACIONES FÍSICAS

Definición de la luz

La luz es una emisión continua de partículas de energía llamadas fotones. La emisión de estos fotones se hace en forma analógica, por tanto tiene una potencia que puede ser medida en decibeles (dB) y una frecuencia que puede medirse en Hertz (Hz)

Figura.3.1-Una fuente de luz

En la figura anterior se muestra un esquema representativo muy sencillo de cómo una fuente emite constantemente cantidades de fotones, mismos que forman un flujo constante de energía que es lo que nosotros llamamos luz.

Figura.3.2-La luz como señal analógica.

La luz tiene una frecuencia y se le llama señal analógica, esa frecuencia corresponde al número de veces  que se repite cierta cantidad de fotones por. segundo.

La frecuencia en señales ópticas

Las señales ópticas pueden ser vistas en función de su frecuencia, junto con las señales de radio. En la siguiente figura se muestra la representación del espectro ubicando todo tipo de señales según  el valor de su frecuencia.

En estas figura tenemos indicados a la derecha algunos valores claves en el orden de magnitud de algunas señales, como por ejemplo, para las señales de radiofrecuencia, su valor más alto es alrededor de 1 Ghz (109 Hz) mientras que las microondas se ubican hasta el orden de las decenas de GHz.Para la luz que el ojo humano percibe, los valores de las frecuencias de sus señales van de 1014 a 1016 Hz.Para las ondas de radio, se tendrán valores de longitudes de onda mayores a 10 cm. Para las M.O se tendrán longitudes de onda de alrededor de 1 cm y para la luz visible al ojo humano se tendrán longitudes de onda de entre 770 y 390 nm.

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Figura.3.3-Espectro de Frecuencias

La longitud de onda

La letra griega Landa representa  la longitud de onda .Y su ecuación  es la siguiente:

Figura.3.4.-Expresión de la Longitud de Onda.

La Longitud de Onda indica cuanto mide esa señal en el espacio, y se mide en metros (m) o más formalmente en nanómetros (nm).

Figura.3.5-La longitud de Onda.

En esta representación, se ha dibujado una potencia decreciente de la señal, dado que la representación gráfica en este caso está en función del espacio, es decir de la distancia que recorre la luz. Conforme recorre más distancia, más potencia va perdiendo.

Figura.3.6-La luz blanca y sus componentes.

Índice de Refracción

La luz viaja a 300,000 km./s, donde C es la constante universal de celeridad de la luz en el vacío. Sin embargo, no siempre viaja a esa velocidad. Esa velocidad corresponde al vacío, cuando la luz alcanza su máxima velocidad.

En otros medios, como el aire, la luz viajara a otra velocidad que será menor a C. Aproximadamente la luz viaja en el aire a una velocidad de 290,000 km./s; en el vidrio viaja a una velocidad de 200,000 km./s. Cada cuerpo tiene una resistencia natural al paso de la luz, entre más opaco sea un material mayor resistencia tendrá al paso de la luz y menor será la velocidad de la luz en ese medio.

Este parámetro de cada cuerpo que determina la velocidad de la luz en él, se llama Índice de Refracción. Este Índice de Refracción indica cuantas veces es menor la velocidad de la luz en ese cuerpo, con relación a la velocidad de la luz en el vacío. Su notación es la siguiente:

Figura.3.7-Indice de Refracción

Por ejemplo el caso del aire. La velocidad de la luz en el aire es Caire =290,000 km./s; y C=300,000 Km./s. Entonces, el Índice de Refracción del aire naire es naire =1.03.Para el vidrio, Cvidrio  =200,000 km./s, entonces vidrio =1.5.

Todos los índices de refracción son mayores a 1, solo para  el vacío que este es igual a 1.Entre más grande sea el Índice de Refracción de un material, menor será la velocidad de la luz en ese  medio.

LA LEY DE SNELL

Cuando hablamos de dos medios con diferente Índice de Refracción, implícitamente hablamos de la frontera que se forma entre esos dos medios. Para ver en que consiste la Ley de Snell., tenemos la siguiente figura:

                                                                                                                                                     

                                                                                                                                                       

                                                                                                                                                         

                                                                                                                                                         

                                                                                                                                                             

                                                                                                                                                         

Cada medio cuenta con un índice de refracción y entre ambos medios tenemos formada la frontera. Como se indica en la ley de Snell, cuando se hace incidir un haz de luz sobre una

Para el ángulo de refracción tendremos:

Figura 3.9.-La Ley de Snell

Cuando el ángulo de refracción rebasa los 900 es decir rebasa  la frontera, en este preciso momento decimos que no hay refracción y al valor del ángulo de incidencia correspondiente se le llama ángulo crítico θc. Si se incrementa el ángulo de incidencia es decir si se excediera el ángulo crítico ocurre el fenómeno llamado reflexión Interna Total.

Figura.3.10.-Variación del Angulo de Incidencia.

Ahora en ves de variar el ángulo de incidencia con índices de refracción constantes, hay una dirección de incidencia constante, un medio 1 con índice de refracción constante y el índice de refracción del medio 2 variable. En esta representación gráfica tenemos la frontera en forma horizontal, esto no afecta en nada y servirá como se propaga la luz dentro de las fibras ópticas.

Figura 3.11.-Variaciones del Índice de Refracción

ESTRUCTURA DE LA FIBRA ÓPTICA

Para describir  la estructura de las fibras, debemos saber las dimensiones de ellas. Es un hilo de vidrio de hasta 15 kilómetros de largo y de 125 micrómetros de diámetro. Tan delgado como el cabello humano de tan sólo 70 micrómetros o micras de diámetro. Este hilo de vidrio esta conformado por dos elementos, el núcleo y el recubrimiento, mostrado en la figura  siguiente:

Figura.3.12-Estructura de  la fibra óptica.

Los dos elementos son de vidrio, específicamente de sílice (óxido de silicio) y de una pureza muy elevada. Esta sílice como el resto de los vidrios, tiene un Índice de Refracción.

PROPAGACIÓN DE LA LUZ EN LAS FIBRAS ÓPTICAS.

En la siguiente figura se muestra el perfil de la capa longitudinal central de la fibra, se ve detalladamente como sigue su trayecto la luz al propagarse al interior de la fibra:

           Figura.3.13-Perfil de una fibra óptica

Para poder entender este diagrama iniciaremos con la frontera vertical que se forma entre el medio 0 y el núcleo que es el medio 1.Dado que hay una frontera, entonces existe un ángulo critico que depende de n0 y de n1, para que el haz de luz en el punto A pueda traspasar al núcleo es necesario que incida en esta frontera con un ángulo menor a ese ángulo crítico determinado por n0  y n1. Requerimos de una refracción en el punto A

Una vez que el haz de luz ha entrado en el núcleo, éste debe incidir en la frontera horizontal formada por el núcleo y el revestimiento, de tal forma que haya una reflexión total interna.

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 θcA, 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 θCB, con el fin de que haya una reflexión en el punto B.

Figura.3.14-La Apertura Numérica.

Esta formula  indica en forma directa y proporcional qué tanto margen en dirección tenemos para incidir sobre el punto A teniendo la garantía de que una vez dentro, la luz refractada en A, se reflejara en B.

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.

Figura.3.15-Angulo de Aceptación.

                                                                                                                                                 

                                                                                                                                                   

                                                                                                                                                 

                                                                                                                                               

En la figura anterior tenemos 3 medios y 2 fronteras. En la primera frontera 0-1 hay un ángulo crítico impuesto por n0  y n1 igual a 69.60.Si se incide en la dirección referenciada como A, el haz de luz se reflejará y no podrá ni siquiera pasar al interior del núcleo dado que está por fuera de ese ángulo crítico. Si se incide en la dirección B, se está incidiendo dentro del ángulo crítico; entonces la luz logrará pasar al núcleo refractandose; sin embargo, cuando llegue a la frontera núcleo-recubrimiento cuyo nuevo ángulo crítico está determinado por n1 y n2, o podrá reflejarse y pasará inevitablemente al recubrimiento y ahí se perderá.

Tampoco hay propagación. El tercer caso es cuando se incide en la dirección C. Este Cono de Aceptación ya considera las condiciones del primer ángulo crítico y del segundo que aplica ya dentro de la fibra. Siempre que se incida en una dirección que este dentro de ese espacio dibujado en color sólido en forma de cono, se tendrá garantizada la propagación.

ATENUACIÓN Y DISPERSIÓN

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

La Atenuación: es la pérdida de potencia conforme la luz se propaga, entre más camino recorra la luz, mayor será la atenuación y por lo tanto menor será la potencia de luz a su llegada al otro extremo del enlace.

La Dispersión: consiste en el retardo que toma parte de la luz al viajar a lo largo de la fibra óptica. Por ejemplo si un pulso de segundo de duración y ese pulso lo hacemos entrar a un extremo de la fibra, del otro extremo obtendremos ese pulso con menor potencia, debido a la atenuación. La dispersión es el ensanchamiento en el tiempo de la luz.

Entre más camino recorra la luz, mayor será el ensanchamiento y por lo tanto mayor será la duración del pulso de la luz a su llegada al otro extremo del enlace.

Figura.3.17-La Atenuación y la Dispersión

Vemos como un pulso de luz que inicialmente tiene una potencia de entrada va perdiendo esta potencia conforme viaja a lo largo de una fibra de longitud determinada L, en kilómetros. Al recuperarse el pulso en el otro extremo, el pulso tiene tan solo una potencia menor que la potencia de entrada y la duración inicial del pulso es T segundos.

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.

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 τ.

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

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:

Figura 3.18.-Expresiones de la 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.

Figura 3.19.-Expresiones de la dispersión

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

Factores que propician la atenuación

Existen tres causas de perdida de potencia en un enlace óptico, que son por absorción, por empalmes y por curvaturas.

Perdida por absorción: es por el simple hecho de propagarse la luz por un medio se perderá potencia irremediablemente .Hay absorción intrínseca y extrínseca.,la primera no se puede evitar y la otra se debe a que la naturaleza del vidrio sino a la forma en que fueron fabricadas..Las impurezas o pequeñas burbujas  de aire o de otro material que puedan quedar como remanentes de impureza serán la causa de que los fotones choquen y se desvíen, perdiéndose así energía.

Perdidas en un enlace óptico: son los elementos de unión que pueden ser los conectores o los empalmes. Los conectores son empleados para unir una fibra con un equipo, y los empalmes son usados para unir dos fibras y hacer una más grande. La causa de porque los conectores o empalmes introducen perdidas es que para la luz esto significa pasar por una frontera y recordando la ley de Snell, de reflexiones y refracciones. Por diferentes métodos  de fabricación de conectores y métodos de empalmado, se han mejorado sustancialmente estas pérdidas.

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

Figura 3.20.-Pérdidas por unión.   Causas  que propician la dispersión

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

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.

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 40 nm,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.

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.

La formula que se emplea para calcular el ancho de banda máximo que puede transportar una fibra es la siguiente:

B representa el ancho de banda máximo o velocidad máxima que puede manejar en una fibra con un coeficiente de dispersión σ y una distancia L.

3.6 EL PRODUCTO DE ANCHO DE BANDA POR DISTANCIA

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

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

4  TIPOS DE FIBRAS ÓPTICAS

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

PERFIL DE INDICE DE REFRACCIÓN

El Perfil de Índice de Refracción muestra  los diferentes valores del Índice de Refracción a lo ancho de una fibra, mostrando también sus dimensiones de diámetros.

                       

             

Figura.4.1-Perfil del Índice de Refracción

Figura 4.6.-Propagación de la luz en fibras multimodo de índice gradual.

El avance que presento al pasar de índice escalonado a índice gradual significo una reducción de 10 del total de dispersión que se tenía en las primeras,en estos días las fibras multimodo que mas se usan son del tipo gradual.

Características de las fibras multimodo de índice gradual

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

Dispersión modal 10 veces menor que las de índice escalonado.

Uso de LED`s como fuentes ópticas.

Apertura Numérica grande.

Requerimientos más holgados para conectores.

Aplicaciones LAN´s;distancias cortas,velociodades pequeñas.

FIBRAS MONOMODO

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

Figura 4.7.-Propagación Monomodal

Fue posible  emitir  un solo modo reduciendo el diámetro del núcleo de 62.5 micras que tenían las multimodo a 9 micras, con esto un solo haz o modo se propagaría.

Figura 4.8.-Perfil de una fibra monomodo.

Este tipo de fibra es de tipo de índice escalonado por la forma en que se dopa al núcleo y por la forma de su perfil.

En el siguiente diagrama se muestra como se propaga la luz en una fibra monomodo:

Figura 4.9.-Propagación de la luz en una fibra óptica monomodo

Ene esta figura se aprecia que el núcleo es mas pequeño y la luz viaja casi paralelamente al eje de la fibra, haciendo menos reflexiones.

Características de las fibras monomodo

Produce  mejor producto de ancho de banda por distancia.

Solo se presenta dispersión cromática.

Se requieren conectores muy adecuados.

Se requieren fuentes de luz precisas.

Se aplican para altas velocidades y redes de larga distancia.

FABRICACIÓN DE UNA FIBRA ÓPTICA

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.

La Preforma: La preforma es un tubo de vidrio de óxido de silicio o silice de gran pureza y con dimensiones de un metro de longitud y 5 cm de diámetro.

Con la preforma ya hecha esta lista para empezar el proceso de dopado (OH) el cual consiste en dejar al tubo libre de impurezas,se pone a una temperatura de1300 oC con una flama que se pasa alrededor del tubo el cual se mantiene girando sobre su propio eje.

Despues de esto se introducen vapores al tubo y al calentarse estos se depositan en el interior del tubo hueco,adhiriendosele y formando parte de la cara cilíndrica interior.En este paso de deja el tiempo necesario para alcanzar el índice de refracción deseado.

Entonces que ya se ha calculado el índice de refracción deseado de dejan de introducir los vapores y comienza un calentamiento más intenso a 1900ºC.

Figura 4.10.-La preforma

Este calentamiento tan intenso causa un colapso en el tubo fundiendose completamente y desechando al huecoDespues de esto ya tenemos una estructura casi identica a una fibra óptica con un núcleo y un recubrimento con diferentes índices de refracción y lo único que no se obtiene son las dimensiones.

Para fabricar una fibra monomodo o multimodo se obtienen haciendo variaciones sobre todos los parámetros que intervienen en la fabricación de la fibra los cuales son temperatura de calentamiento,la velocidad de traslación,la velocidad de rotación y la cantidad de dopantes etc.

La fibra óptica

Una vez teniendo la preforma cilíndrica se procede a estirarla hasta que quede tan delgada como el cabello humano. Este proceso consiste en calentar la prefroma hasta que se derrita. Dos rodillos se encargan de jalar con fuerza necesaria para obtener el diámetro de 125 μm. Un rayo láser monitorea todo el proceso de estirado, si el diámetro se pasa de los 125 μm los rodillos jalaran con mas fuerza y sie el diámetro de la fibra es menor a los 125 μm los rodillos jalaran con menos fuerza para compensar en diámetro requerido. Después de esto se pasa la fibra por una etapa de bañado de pintura que es la protección primaria y después será enrollada en la bobina la cual es el producto final de los fabricantes de fibra óptica.

Figura 4.11.-Proceso total de la fabricación de las fibras ópticas.

5. DISEÑO DE ENLACES

5.1 DIAGRAMA A BLOQUES DE UN ENLACE ÓPTICO

En la siguiente figura se observa un diagrama de un sistema de telecomunicaciones basado en fibras ópticas. Este enlace tiene una topología punto a punto (PAP).Esta red es de tipo anillo ya que se conforma de varios enlaces punto a punto que inician y terminan en un mismo punto.  

                                                       

                                                                                                                                                                                 

                                                                                                                                                                                 

                                                                                                                                                                           

                                                                                                                                                                             

                                                                                                                                                                                       

                                                                                                                                                                                       

           

Figura 5.1 Diagrama de un enlace.

Describiremos el funcionamiento de este sistema; por el lado izquierdo una señal eléctrica que puede ser analógica o digital entra en  el equipo de transmisión óptico. Este equipo adecua la señal para su transmisión a través de la fibra óptica, convirtiendo la señal eléctrica a una señal óptica. La señal ya en forma de luz pasa a la fibra óptica la cual se conecta al equipo de transmisión con el cable de fibras ópticas que se usara posteriormente para el enlace exterior.

Este enlace esta formado por varios segmentos, cada segmento consta de una emisión de luz, un tramo de fibra óptica y un regenerador. Por causa de la atenuación tenemos que regenerar la señal cada cierta distancia en el enlace para que no pierda su potencia y llegue la señal completa hasta el otro extremo.

Dentro de cada segmento hay empalmes que estos se utilizan para unir dos tramos de fibra a cada cierta distancia.

Una vez que ha llegado al otro extremo el mismo sistema de transmisión recibe la señal y ahora la convierte de óptica a eléctrica para dar por terminada la tarea de todo el sistema de comunicaciones.

SISTEMA DE TRANSMISIÓN

Este es el primer elemento del sistema de comunicaciones basado en fibras ópticas y a continuación se muestra un proceso de transmisión y recepción que simultáneamente se lleva a cabo dentro del sistema de transmisión:

                                                                                                                                                                 

                                                                                                                                                   

En la figura anterior se muestra todo un sistema de transmisión. Su operación esta dividida en dos partes. Del lado izquierdo esta la etapa de transmisión que consta desde la entrada de la señal óptica para su recorrido a través de la fibra óptica. La parte de la derecha es la etapa de recepción, que comprende desde la llegada de la fibra de la señal óptica hasta que se entrega la señal eléctrica.

Etapa de transmisión

En la siguiente tabla se muestran aplicaciones de las señales que es común 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.

Tabla 5.1.-Aplicaciones de las señales  comunes en la practica.

Posteriormente, lo primero que se hace con la señal eléctrica es agregar información adicional. El propósito de agregar información esta en la necesidad de incorporar funciones que permitieran una mejor administración del enlace como son las siguientes:

Canal de voz para comunicación de los usuarios de terminal a terminal (order wire)

Canal de datos para el usuario. Canales de control para la operación del sistema de control de potencia para casos de corte de fibra. Estructura de una trama propia del sistema.

Palabra de sincronía propia del sistema.

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 alimento. Por ultimo se resta el adecuar la señal eléctrica al código de línea que corresponda la interfaz eléctrica en cuestión.

Tipos de fuentes ópticas

Tenemos dos tipos de fuentes ópticas:

1. -Fuentes tipo LED (Light-Emiting Diode)

TRANSMISORES ÓPTICOS

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.

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. Las fuentes LED se usan bastante con este tipo de fibras en la 1ª  y 2ª 1 ventanas ópticas, a 850 y 1310 nm respectivamente.

2. -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 2ª y 3ª  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.

Figura 5.3.Comportamiento y Modulación  de una fuente tipo LASER

Como conclusión comparemos en un tabla las diferencias entre una fuente tipo LED y la fuente tipo LASER:

Características	LED	LASER
Potencia acoplada en μW	>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

Tabla 5.2.-Comparación entre fuentes LED y LASER

Figura 5.4.Fotografías  de  una fuente óptica.

Tipos de foto detectores

Estos dispositivos tienen la función de generar una señal eléctrica al ser excitados por una fuente de luz. Existen dos tipos de fotodetectores, tenemos a los tipo PIN   y a los APD.

Foto detectores tipo PIN

Este tipo de foto detectores  tienen una vida mayor útil que los de tipo APD y son más estables. No son muy sensibles. El nombre PIN de deriva de la estructura de estos fotodiodos,están conformados por una placa de material P otra de material intrínseco  I y una tercera de material tipo N. La sensibilidad y sobre todo la longitud de onda a la que se obtiene mejor sensibilidad depende del material con el que este fabricado.

Foto detectores tipo APD

Los foto detectores APD deben su nombre al funcionamiento del diodo que los constituye APD (Avalanche Photodiode).Lo que ocurre con este tipo de diodos cuando se les aplica un voltaje externo adicional tienen un efecto de ganancia interna que redunda en que ofrezcan una sensibilidad más alta. Esto quiere decir que la foto detectora responde a intensidades de luz más tenues, lo que puede operar en enlaces de mayor distancia lo  que trae consigo más luz atenuada.

RECEPTORES ÓPTICOS

 En las comunicaciones por fibra óptica se usan como detectores de luz, principalmente los diodos PIN y APD. El comportamiento de estos semiconductores ha sido constantemente mejorado, especialmente en los que se refiere al tiempo de elevación del pulso y sensibilidad. En la actualidad se presentan en tamaños adecuados para ser acoplados en las fibras ópticas.

Receptor PIN

Receptor APD

Figura 5.5.Fotografía de un foto detector.

En la siguiente tabla se muestran las 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. En la siguiente figura se muestra la función interna de los regeneradores:

                                                                                                                                                                                     

                                                                                                                                                                                     

                                                                                                                                                                                     

                                                                                                                                                                                   

                                                                                                                                                                                     

                                                                                                                                                                                   

Figura 5.6.-Funcionamiento de un regenerador.

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. En la siguiente figura se muestran los principales componentes de un empalme:

                                                                                                                                                                                 

                                                                                                                                                                                 

                                                                                                                                                                           

                                                                                                                                                                 

                                                                                                                                                                                     

                                                                                                                                                                           

                                                                                                                                                             

                                                                                                                                                                         

                                                                                                                                                                             

                                                                                                                                                                                   

                                                                                                                                                         

Figura 5.7.-Estructura general de un conector

 Existen dos versiones de conectores;el conector macho y el conector hembra.La función del conector hembra es la de proveer el mecanismo que pone en contacto a los conectores machos.En cuanto a los componentes de un conector la férula cuenta con un orificio de gran precisión justo en el centro a través del cual se conduce la fibra óptica.Este orificio tiene un díametro  de 125 μ 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.

Figura 5.8 Tipos de contacto entre las férulas.

En la parte de la izquierda se muestra el contacto entre férulas conocido como Contacto Físico (PC,Physical Contact) y en el lado derecho se muestra el Contacto Fisico Angulado  (APC,Angled Physical Contact).La diferencia entre los dos esta en la reflexión que presentan.En el contacto tipo PC,yendo de izquierda a derecha,del 100% de la luz que se incide,el 4% se refleja a la salida de la primera fibra óptica.Un 4% adicional se reflaja en la entrada de la siguiente fibra,con lo que en total se pierde el 8% de la potencia de señal óptica.Ahora,ese 8% viaja en dirección contraria  a la señal incidente y aparecerá como señal reflejada en el extremo de emisión.En el contacto de tipo APC también se pierde el 8% por lo que la atenuación es la misma en ambos tipos de contacto.El ángulo de entre 8 y 12 grados con el que esta efectuando el contacto hace que las dos señales reflejadas,en la primera y en la segunda fibras no se regresen al punto de emisión.En la primera fibra esta señal se pierde en el recubrimiento y en la segunda se refleja fuera del cono de aceptación de la primera fibra por lo que no se propaga.

En aplicaciones tipo Lan no es tan importante la atenuación mientras que  en redes de telecomunicaciones  de larga distancia es muy importante la atenuación así como la reflexión generada,esto ultimo sobretodo en altas capacidades por encima de los 622 Mbps.

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

Conector tipo ST (Straight Tip)

Este conector fue diseñado por la compañía Lucent y es de uso bastante común en sus sistemas de cableado estructurado.

Conector tipo SC (Subscriber Conector)

Este tipo de conector tiene una fijación del tipo “empujar y jalar” conocida en inglés como Push Pull debido a que en esa forma es como se fijan el conector hembra con el macho.Debido a que no requiere del espacio necesario para el movimiento de los dedos alrededor del conector,se le utiliza para paneles de alta densidad en donde hay que acomodar muchos conectores juntos.

Conector tipo FC (Fiber Conector)

Este conector es bastante común en aplicaciones de telecomunicaciones.Muchos de los primeros sistemas de transmisión para fibras ópticas que se instalaron  en México en redes publicas empleaban este conector.Su fijación es mediante una rosca entre el conector hembra y el macho.Cuenta con una muesca que permite que el contacto se haga siempre en la misma posición.

Conector tipo MT-RJ de SIECOR

Este nuevo conector permite la conexión de dos fibras de manera simultánea.Funciona con el mecanismo push-pull.Son tan buenas las caracteristicas de este conector que incluso existe un grupo de empresas que conformarón un grupo llamado MT-RJ Alliance para impulsar su estandarización.El conector ocupa la mitad del espacio requerido por un conector SC.Este conector se usa tanto para fibras monomodo como multimodo.

Empalmes

Estos se utilizan para las conexiones que se pretenden ser permanentes.Estas uniones permiten unir los rollos de cable en un tendido de larga distancia.El numero de empalmes necesarios en un cierto segmento dependerá de la distancia a cubrir y de la cantidad de cable por cada rollo.

Existen dos tipos de empalmes:los mecánicos y los de fusión.Los primeros son más sensillos,de menor costo pero con ciertas deficiencias que los hacen comunes en aplicaciones dentro de redes LAN pero no en redes de alta capacidad para redes de telecomunicaciones públicas.Por el contrario los empalmes de fusión son los más utilizados en los enlaces de larga distancia y para redes metropolitanas MAN,SDH y WDM.

a).- Empalmes de fusión

Para realizar estos empalmes,se utiliza una máquina conocida como empalmadora de fusión.El primer paso es la preparación de cada uno de los dos extremos de cable.Para esto se retiran todas las cubiertas que protegen a la fibra óptica hasta dejar a la fibra desnuda completamente.Los extremos de la fibra desnuda se cortan con una herramienta de corte de precisión (cleaving tool) para que ambos extremos de la fibra queden perfectamente horizontales a fin de asegurar un buen contacto entre ambos.Después de este corte,los extremos de la fibra se limpian usando pañuelos especiales  una sustancia basada en alcoholes que sirven especificamente para este proposito eliminando así las impurezas.Inmediatamente después,ambos extremos de fibra se ponen a cada lado de la empalmadora.Las empalmadoras automaticas a partir de este momento sólo requieren de la indicación para proceder al empalme.Usando un sistema robotizado alinean en los dos ejes a ambos extremos de la fibra y los acercan para ponerlos en contacto.Uuna vez realizado el contactom,la empalmadora aplica un arco eléctrico durante un tiempo muy preciso con lo que se funde el vidrio de la funda y queda hecho el empalme.

Despues de realizado el empalme,es necesario protegerlo mediante algún mecanismo.Para este efecto, se usan los protectores de empalmes.Funcionan de manera similar a un “Hot Dog”,pues están formados por dos tapas unidas al centro.Las fibras empalmadas se colocan al centro de una de las tapas que cuenta con una superficie pegajosa a la que se adhiere la fibra.Después se cierran las tapas y la fibra queda bien protegida en el interior.

b).-  Empalmes mecánicos

Estos empalmes se emplean en redes LAN en donde no es necesario un desempeño tan alto por parte de los empalmes.También se usan como reparaciones temporales en redes de larga distancia después de algún corte a fin de reestablecer de manera rápida el servicio.La preparación de los cables de fibra óptica para estos empalmes es la misma.Se desnuda la fibra,se hace el corte de presición en ambos extremos y se limpian.El empalme mecánico consiste en mantenener las fibras en contacto permanente mediante algún mecanismo.

Contenedores de empalmes

Ya que se han empalmado todas las fibras que estan contenidas en un cable,se deben de proteger los mismos para garantizar que duren y que se mantengan sus caracteristicas.Para esto  se utilizan los contenedores de empalmes.Las caracteristicas de esos equipos varian de acuerdo a su uso.Algunos se utilizan en postes,en isntalaciones aéreas,otros se depositan dentro de contenedores de fibra de vidrio,de asbesto o de concreto.Todos los equipos cuentan con un  mecanismo para sujetar firmemente a los cables de fibra cuando entran al contenedor.A partir de este punto los cables se pelan y se dejan las fibras con sus empalmes.Los empalmes se depositan en charolas especiales para este fin.Las fibras empalmadas dan varias vueltas dentro del contenedor para evitar la entrada de humedad.

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.

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.

Haz de 19 fibras con cubierta protectora

Estructuras típicas. Tiene un elemento de refuerzo, central o periférico. Las fibras tienen un revestimiento apretado o flojo (en un tubo), todo ello recubierto por un revestimiento protector.

Cable óptico con estructura típica.

      

 Las fibras con revestimiento apretado o flojo generalmente están cableadas en forma de hélice para que estén repartidas las tensiones en las curvaturas del cable. El numero de fibras varia de 1 a mas de 20. Para aumentar el numero de fibras, se pueden introducir varias unidades en un mismo cable o sobreponer capas de fibras.

Cables ópticos.

a) Cable con 7 unidades de 7 fibras.

b) Cable con repartición concéntrica de fibras

Estructura de cinta. Los laboratorios Bell fueron los primeros que estudiaron este tipo de estructuras en las que las cintas están contra-pegadas sobre 12 fibras, después agrupadas y retorcidas en grupos de 12. Se tienen así 144 fibras en una sola estructura.

Cable con estructura de cinta.

       

En las estructuras de cinta, las fibras pueden tener revestimiento apretado (fibras contra-pegadas) o revestimiento flojo (fibras colocadas en tubos de aluminio y recubiertas con polietileno). La ventaja primordial de una estructura como esta es el gran numero de fibras que se pueden agrupar (144 fibras para un cable de diámetro exterior de 12 mm).

Estructuras cilíndricas ranuradas. Esta estructura, elaborada en Francia por el CNET, permite utilizar fibras provistas solo de su revestimiento primario; después se depositan, libres y sin tensión, en las ranuras helicoidales de un soporte central

Canal con estructura cilíndrica ranurada

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.        

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.

Curvaturas.

  

      Debido a que el ángulo de incidencia "y", para muchos rayos (modos), decrece considerablemente en una curvatura, y no alcanzan la condición para la reflexión total, muchos rayos abandonan el núcleo. Esta perdida será notable si el radio de curvatura "R" es menor que 5-10 mm.

Micro curvaturas de la fibra. Además de las curvaturas continuas en la fibra, el cableado puede causar pequeñas curvaturas que se repiten a lo largo de la fibra.

Micro curvaturas

 Las micro curvaturas se presentan por ejemplo, con las variaciones de temperatura, cuando la fibra y el recubrimiento tienen diferentes coeficientes de dilatación térmica.

Estas micro curvaturas son especialmente desfavorables cuando sus longitudes de onda (geométrica) son menores de 1 mm, para evitar esto, se puede recubrir la fibra con una capa protectora relativamente blanda gracias a la cual los efectos de la rigurosidad de las superficies en contacto con la fibra no se transmitan fácilmente a esta. Las micro curvaturas también se presentan como resultado de esfuerzos mecánicos.

Figura 5.9.-Diagrama para la protección secundaria.

La función principal de la protección secundaria es el de cuidar a la fibra de los esfuerzos mecánicos derivados del manejo cotidiano de los cables de fibra óptica durante la instalación.Con esta protección se disminuyen las microcurvaturas.

a).-Protección secundaria holgada.

Una de las protecciones más utilizadas consiste en que la estructura de la protección secundaria sea un tubo hueco en cuyo interior descansa el cable de fibra óptica.El espacio de aire dentro del tubo permite amortiguar los esfuerzos sobre la fibra.Uno de los inconvenientes que en este caso es que la pared interna de la protección no es completamente lisa por lo que se pueden generar fricciones y curvaturas indeseables en la fibra.Una variante para evitar esto consiste en rellenar el vacio con una sustancia gelatinosa que evita la fricción y repele la humedad.Otra forma es darle un acabado acanalado a la pared interna del tubo y en forma de hélice porque la fibra tiene una superficie de contacto con la pared interna mucho menor.

b).-Protección secundaria ajustada.

En esta segunda capa existe un espacio hueco entre la fibra y la pared interna de la protección secundaria.Este espacio esta relleno por el mismo material de la protección secundaria por lo que ahora la fibra se encuentra firmemente rodeada por dicho material sin posibilidad de movimiento.El resto de la estructura varia de acuerdo a ala aplicación que tendrá cada cable de fibra óptica.

Cables para interconexión en interiores

Estos cables se utilizan en el interior de una sala de comunicaciones.Sirven para efectuar conexiones entre los puntos de distribución y de consumo en los paneles de parcheo y también entre el panel de parcheo y los equipos de comunicaciones.

Estos cables se pueden presentar en un formato individual,conocido como simplex o en formato duplex con dos cables unidos.En este tipo de cable es bastante común que cuando se use el color amarillo para las fibras monomodo y el color anaranjado para las fibra multimodo.

Cables con múltiples fibras para interiores

Estos cables son de aplicación amplia en la construcción de redes dorsales,en redes LAN corporativas.Se usan por ejemplo para hacer la red que conecta varios pisos dentro de un edificio o en un estadio.

El numero de fibra contenidas en este tipo de cable siempre son de un número par y algunos de los cables más usados tienen 6,12 ó 18 fibras.

Cables para exteriores en ducto y de inmersión directa

Estos cables se utizan para comunicar sitios distantes entre sí.Son los que se emplean para la construcción de redes metropolitanas o de larga distancia.Estan clasificados en dos grupos.Primero están los cables diseñados para ser conducidos através de los ductos.Es decir,primero se entierra el ducto y posteriormente a través del mismo se inserta a los cables de fibra.El ducto provee un cierto nivel de protección.Por otra parte,cuando no se usan ductos,el cable se entierra directamente por lo que se requiere de una mayor protección contra los agentes externos que se pueden presentar.

Cables submarinos

Una de las aplicaciones mas fabulosas de las fibras ópticas es el tendido de sistemas de comunicación entre continentes por debajo del mar.En estas aplicaciones se requiere que las fibras ópticas esten bien protegidas contra la enorme presión que el mar tierne.Estos cable deben llevar elementos metálicos para la alimentación que energiza a los amplificadores ópticos que están bajo el agua también.Estos cables llevan un número reducido de fibras pues el número de amplificadores que se pueden encapsularno es muy alto.

Cables de tendido aéreo

En otras ocaciones  es mejor hacer un tendido aéreo del cable en lugar de abrir zanjas en la tierra para su inmersión.En redes MAN se pueden colocar postes y de ahí colgar los cables de fibra.Otra aplicación es en las redes WAN o de larga distancia,está en el tendido del cable apoyándose del hilo de guarda que hay entre las torres que llevan cables de alta tensión.

Figura 5.10.Cables para tendido aereo en forma de ocho y Cable aéreo con hilo de tensión interno.

La diferencia entre estos dos tipos de cables esta en que el primero el cable de fibra óptica va por debajo del hilo de tensión formando un ocho y el segundo tipo de cable el hilo de tensión va  en el centro del mismo .Una de las ventajas con este tipo de tendido es que ofrece menor resistencia al aire y no tiene área en la que se pueda acumular algún tipo de residuo que dañe sus estructura física y es de menor peso total del cable por unidad de longitud es menor con este tipo de tensión.

Tipos de cable:

Patchcord simple CPS

Se usa para fabricar latiguillos o para interconectar equipos de audio, video, datos así como instrumentación y control.

Patchcord doble CPD/CIP

Se usa para la transmisión horizontal de datos y señales en el interior de edificios

Cable de distribución interior CDI

Se usa para la transmisión horizontal de datos y señales en el interior de edificios

Cable interior-exterior armado dieléctrico CDAD

Cable muy robusto con una excelente resistencia mecánica, para instalaciones de interior y

exterior con armadura dieléctrica como protección antirroedores.

Cable interior-exterior armado metálico CDAM

Cable muy robusto ideal para instalaciones en interior, así como en exterior con armadura metálica como protección antirroedores.

Cable de Distribución interior reforzado CDIR

Cable muy robusto con una excelente resistencia mecánica y gran facilidad de conectorización. Se usa para la transmisión horizontal de datos y señales en el interior de edificios.

Cable de Interconexión Simple: CPS 

Descripción y aplicaciones:

- Se utilizan para la confección de cordones y latiguillos así como para la interconexión de equipos terminales.

Construcción

1 - Fibra óptica

2 - Recubrimiento ajustado

3 - Refuerzos de aramida

4 - Cubierta HFLSFR

Ventajas

- Multimodo o Monomodo.

- Compacto y ligero.

- Conectorización directa.

- Flexible y resistente.

- Antihumedad.

- Excelente resistencia mecánica.

- Muy fácil de pelar, libre de gel.

- No propagador de la llama, baja emisión de humos y libre de halógenos (HFLSFR).

Totalmente dieléctrico.

Opciones

- PVC-FR flexible

Poliuretano FR

Fibras	Simple
Diámetro (mm)	3,0
Peso (Kg/Km)	10
Tensión máxima en instalación (Kg)	50
Tensión máxima permanente (Kg)	30
Radio de curvatura (cms)	3

Cable de interconexión dual: CIP

Descripción y aplicaciones:

Se utiliza fundamentalmente para la interconexión de equipos terminales.

Construcción

1 - Fibra óptica

2 - Recubrimiento ajustado

3 - Refuerzos de aramida

4 - Cubierta individual HFLSFR

5 - Cubierta HFLSFR

Ventajas

- Dos fibras ópticas.

- Conexión directa

- Compacto y ligero.

- Flexible y resiliente.

- Muy resistente.

- Antihumedad.

- Dieléctrico.

- Excelente resistencia mecánica.

- Muy fácil de pelar, libre de gel.

No propagador de la llama, baja emisión de humos y libre de halógenos (HFLSFR).

Opciones

- PVC-FR flexible

Poliuretano FR

	CIP	CPD
Número de fibras	2	2
Diámetro (mm)	4 x 7	3.0 x 6. 5
Peso (Kg/Km)	25	20
Tensión máxima en instalación (Kg)	100	100
Tensión máxima permanente (Kg)	50	50
Radio de curvatura (cms)	4	3

Cable de distribución interior-exterior: CDI

Descripción y aplicaciones:

Cable compacto y ligero, que se utiliza para la distribución de datos y señales en interiores de edificios y en campus.

Construcción

1 - Fibra óptica

2 - Recubrimiento ajustado

3 - Refuerzos de aramida

4 - Cubierta HFLSFR

Ventajas

- Compacto y ligero.

- Múltiples fibras ópticas.

- Conectorización directa.

- Flexible y resistente.

- Antihumedad.

- Dialéctrico

- Excelente resistencia mecánica.

- Muy fácil de pelar, libre de gel.

- No propagador de la llama, baja emisión de humos y libre de halógenos (HFLSFR).

Totalmente dieléctrico.

Opciones

- PVC-FR flexible

- Poliuretano FR

Fibras	2	4	6	8	12
Diámetro (mm)	4,5	4,5	5	6	7
Peso(kg/Km)	18	20	25	35	40
Tensión máxima en instalación (Kg)	100	100	130	140	160
Tensión máxima permanente (Kg)	40	40	50	55	60
Radio de curvatura (cms)	5	5	5	6	7

 Cable distribución de armadura dieléctrica: CDAD

Descripción y aplicaciones

                                 

 Muy robusto, totalmente dieléctrico y protegido de  los roedores, con fibra de vidrio. Puede ser instalado indistintamente en interiores o exteriores.

Construcción

1 - Fibra óptica

2 - Recubrimiento ajustado

3 - Refuerzos de aramida

4 - Asiento de armadura

5 - Armadura de fibra de vidrio

6 - Cubierta de Caucho Acrílico-FR

Ventajas

- Construción muy robusta y resistente.

- Flexible y resiliente.

- Múltiples fibras ópticas.

- Compacto y ligero.

- Excelente resistencia mecánica.

- Muy fácil de pelar, libre de gel.

- No propagador de la llama.

- Totalmente dieléctrico.

- Protección antirroedores.

Opciones

HFLSFR

Poliuretano-FR

Fibras	4	6	8	12
Diámetro (mm)	8	9,5	10	11
Peso (Kg/Km)	80	100	110	130
Tensión máxima instalación (Kg)	110	140	160	170
Tensión máxima permanente (Kg)	50	60	65	70
Radio de curvatura (cms)	9	10	11	12

                                                                     

Cable distribución armadura metálica: CDAM

Descripción y aplicaciones

  - Se trata de un cable para instalación interior-exterior muy robusto y protegido de los roedores con hilos de acero.

Construcción

1 - Fibra óptica

2 - Recubrimiento ajustado

3 - Refuerzos de aramida

4 - Asiento de armadura

5 - Armadura de hilos de acero

6 - Cubierta de Caucho Acrílico-FR

                                 

 Ventajas

- Construción muy robusta y resistente.

- Conectorización directa.

- Múltiples fibras ópticas.

- Compacto y ligero.

- Muy resistente.

- Antihumedad.

- Flexible y resiliente, excelente resistencia mecánica.

- Muy fácil de pelar, libre de gel.

- No propagador de la llama.

- Protección antirroedores.

Opciones

- HFLSFR

Poliuretano-FR

Fibras	4	6	8	12
Diámetro (mm)	8	9,5	10	11
Peso (Kg/Km)	95	120	140	170
Tensión máxima instalación (Kg)	160	200	210	230
Tensión máxima permanente (Kg)	60	70	80	95
Radio de curvatura (cms)	9	10	11	12

Cable de distribución: Interior Reforzado CDIR

Descripción y aplicaciones

 El más robusto, flexible y cómodo de instalar. Totalmente dieléctrico que se utiliza para la distribución de datos y señales en el interior de edificios.

Construcción

1 - Fibra óptica

2 - Recubrimiento ajustado

3 - Refuerzos de aramida

4 - Cubierta individual de PVC-FR

5 - Cubierta de PVC-FR

Ventajas

- Múltiples fibras ópticas.

- Compacto y ligero.

- Construción muy robusta y resistente.

- Conexión directa

- Flexible y resistente.

- Excelente resistencia mecánica.

- Muy fácil de pelar, libre de gel.

- No propagador de la llama.

- Totalmente dieléctrico.

Opciones

- HFLSFR

- Poliuretano FR

Fibras	2	4	6	8	12
Diámetro (mm)	8	8	9.5	11.5	13
Peso (Kg/Km)	60	60	90	120	150
Tensión máxima en instalación (Kg)	120	200	300	400	600
Tensión máxima permanente (Kg)	50	80	120	170	250
Radio de curvatura (cms)	8	8	10	12	13

Características Nominales.

	10/125	62,5/125	50/125
Diámetro del núcleo (µm)	9,5+/-0,5	62,5+/-3	50+/-3
Diámetro revestimiento (µm)	125+/-2	125+/-2	125+/-2
Diámetro recubrimiento (µm)	250+/-15                                                    500+/-25	500+/-25                                                                  250+/-15	250+/-15                                                                  500+/-25
Concentridad recubrimiento (µm)	<16	<16	<16
No circularidad del núcleo	<=6%	<=5%	<=5%
No circularidad del revestimiento	<=2%	<=2%	<=2%
Compensación núcleo-revest. (µm)	<=1	<=3	<=3

	10/125	62,5/125	50/125
Rango de atenuación (dB/Km)  850 nm  1300 nm  1550 nm	<=0,45 <=0,30	2,5 - 3,7 0,6 - 1,2	2,2 - 3,5 0,5 - 1,1
Rango de ancho de banda  (MHz x Km)  850 nm  1300 nm		160 - 400 400 - 700	200  -   1000 400 - 1500
Apertura numérica		0,275+/-0,15	0,20+/-0,15
Long. de onda de dispersión nula (nm)	1310+/-10
Pendiente de dispersión nula (ps/(nm2 x Km))	<=0,093
Longitud de onda de corte (nm)	1215+/-65
Diámetro del campo modal (µm) 1300 nm	9,5+/-0,50
Perfil del índice de refracción  850 nm  1300 nm 1550 nm	1,675 1,681	1,496 1,491	1,483 1,479

                                                 

                                                             

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.

5.7 CÁLCULOS PARA EL DISEÑO DE UN ENLACE

Para el diseño de un enlace bien definido es necesario el diseño de varios segmentos por separado.

Este diseño estará dividido en dos partes. Primero está el diseño de potencias en el que se establece la longitud máxima de los segmentos de acuerdo a las características de los equipos y de la fibra óptica.Y segundo tenemos al cálculo del ancho de banda, es decir; de la máxima velocidad binaria que se podrá utilizar en el enlace.

Cálculos de potencia

Para calcular  la atenuación, es decir la disminución  de la potencia y la potencia de recepción se tiene la siguiente formula:

                                                                PRX=PTX – Att

En la anterior formula las potencias de recepción PRX  se expresa en decibeles relativos a un miliwatt (dBm ) y la atenuación (Att) se expresa en decibeles (dB).

Una cosa muy importante en el diseño es el asegurar que la potencia de recepción (PRX) sea adecuada y correspondiente con las características del equipo de transmisión a fin de garantizar u  funcionamiento adecuado.

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

Atenuación debida a la fibra óptica.

Atenuación debida a los conectores.

Atenuación debida a los empalmes.

a).Atenuación debida a la fibra óptica

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

b).-Atenuación causada por  conectores

La unión entre dos férulas que se da en los conectores crea un pequeñísimo  espacio de aire que a su vez implica una atenuación. El valor de esta atenuación depende de las características de cada conector, siendo valores típicos entre 0.2 y 1 dB.

c).-Atenuación causada por empalmes

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

Tenemos un ejemplo practico de un calculo con los siguientes datos:

Potencia de transmisión PTX =5 dB

Longitud del tramo= 126 Km

Coeficiente de atenuación @ 1550 nm α=0.2 dB/Km

Longitud de los carretes de fibra =8 Km

Atenuación por cada junta de conectores = 0.5 dB

Atenuación por cada empalme de fusión = 0.2 dB

Valor a calcular = PRX.

Aplicando la formula para calcular la atenuación total tenemos:

Att fibra =(126 Km) (0.2 dB/Km)=25.2 dB

Si en este caso solo consideramos dos juntas de conectores;entonces la atenuación debida será:

Att conectores = (2) (0.5 dB) = 1 dB

Para calcular la atenuación debida a los empalmes primero tenemos que calcular el número de empalmes:

Número de empalmes = (Longitud del enlace/longitud de cada carrete) – 1

Número de empalmes = (126/8)=15.17=16 (16 – 1 ) = 15

La atenuación queda como sigue:

Att empalmes = (15) (0.2 dB) = 3 dB

La atenuación total se obtiene sumando los tres resultados:

Att = 25.2 dB + 1 dB + 3 db = 29.2 dB

Si ya tenemos la atenuación total podemos calcular la potencia de recepción:

PRx = 5 dB – 29.2 dBm = -24.2 dBm

El equipo de transmisión que se va a emplear debe de tener las características del equipo de transmisión sean tales que con una potencia de –24 dBm pueda garantizar un buen desempeño. En la práctica se debe considerar un margen adicional porque es posible que se presenten atenuaciones o cambios en la potencia de transmisión:

Algunas de las características que se deben considerar para estimar el margen adicional para la potencia de recepción son las siguientes:

Disminución en la potencia de transmisión debido al envejecimiento de la fuente de luz.

Atenuación por empalmes adicionales debido a cortes en la fibra.

Atenuación causada a variación de las características de los conectores en las conexiones y reconexiones.

Atenuación debido a curvaturas en el manejo del cable de fibra óptica.

Cálculos de ancho de banda

Mediante estos cálculos se define el ancho de banda máximo que se podrá manejar en un enlace de fibra óptica dada la longitud de los tramos.

El factor que limita el ancho de banda es la característica de la fibra conocida como dispersión que incluye la dispersión modal, cromática o intramodal. Para las fibras monomodo típicamente el coeficiente de dispersión es expresado en ps/(nm x Km. Lo anterior quiere decir que el ensanchamiento de los pulsos depende del ancho espectral de la fuente que está en nm y de la longitud en kilómetros del tramo. Ejemplo numérico:

PStota (Dispersión total)l= ps x Lt x ABfuente

Coeficiente de dispersión = 20 ps/(nm x Km)

Longitud del tramo = 120 Km

Ancho espectral de la fuente = 0.3 nm

Dispersión total (PStotal) = 20 ps /(nm x Km) x 120 Km x 0.3 nm = 0.9 ns.

Con lo anterior se sabe ya el ensanchamiento total que sufrirán los pulsos al viajar por la fibra óptica. Con la siguiente formula se calcula el ancho de banda máximo:

AB máx = (½ τ)

Donde τ es el ensanchamiento total derivado de la dispersión total. El factor 2 implica que con ese ensanchamiento los pulsos de luz justo comienzan a tocarse y a interferirse.

El ancho de banda máximo será:

AB máx = 1 / (2 x 0.9 ns ) = 555 Mbps.

6  MEDICIONES ÓPTICAS

6.1 CUANDO Y QUÉ SE DEBE MEDIR

Las mediciones en fibras son evaluaciones que hacemos a las fibras y a los equipos como respuesta a la longitud de onda, al tiempo y la distancia.

En la siguiente tabla se tiene una referencia en donde encontramos en la primera columna, todas las mediciones que se llevan a acabo en el ámbito de las fibras ópticas, después en cada una de las posteriores columnas se tienen las etapas en la que se llevan acabo tales mediciones.

En la segunda columna, I + D, se refiere a la investigación y al Desarrollo. Es en esta etapa cuando los científicos desarrolladores buscan disminuir la atenuación α y la dispersión σ debida a la propia fibra óptica, que puede acercarse al cero dispersión:

Tabla 6.1. -Mediciones ópticas

	I + D	Producción	Instalación	Mantenimiento
Continuidad			X
Localización de fallas		X	X	X
Atenuación óptica	X	X	X	X
Nivel de emisión	X	X	X	X
Reflexiones	X	X	X	X
Rango Dinámico Rx	X	X	X	X
Ancho Espectral	X	X
Dispersión Cromática	X	X

En la tercera columna tenemos a la Producción, que es la etapa de fabricación de las fibras y durante la cual, también de debe de supervisar con cuidado las características que presenta el producto final, asegurando así su nivel de  calidad.

MEDICIONES ÓPTICAS DURANTE LA INVESTIGACIÓN, EL DESARROLLO Y LA PRODUCCIÓN.

Localización de fallas

Esta prueba se lleva acabo en una bobina o carrete de fibra óptica para saber cuanto afecto el proceso de fabricación de la fibra o el proceso de armado del cable, al núcleo, que finalmente es el que transporta la lu

 

                                                                                                                                                             

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 

Atenuación óptica

Esta prueba se realiza a un carrete de fibra o cable para medir el coeficiente de atenuación en una fibra justo después de su fabricación. Esta medición permitirá evaluar el método de fabricación que se esta empleando.

El objetivo es medir el coeficiente α de un segmento óptico.

Los métodos empleados son normalmente dos: por medición de potencias o por gráfica del  presupuesto d e potencia.

Medición de Potencia: en este tipo de método se inyecta una señal óptica de potencia conocida, en un extremo de la fibra y después se mide la potencia en el otro extremo del carrete con un equipo medidor de potencia. En este tipo de mediciones se debe tener cuidado con las lecturas tomadas de los equipos, ya que esta medición incluye la perdida que hay en los conectores de los propios equipos de medición.

Presupuesto de Potencia: en este método se hace uso de un OTDR. En esta medición el equipo OTDR tiene como función medir la longitud de la fibra a la cual se esta conectado, y graficar como se va perdiendo potencia. En el eje horizontal se mide la distancia en kilómetros y en el eje vertical se mide la potencia en dB. Conociendo la potencia inicial y la potencia final y la distancia medida, es posible deducir el valor del coeficiente de atenuaciónα.

Nivel de emisión

Esta prueba se hace sobre el equipo de transmisión en un enlace. El nivel de emisión o potencia de Tx en un equipo óptico puede ser variable o fija. El objetivo de esta medición es vigilar la estabilidad de esta potencia de transmisión  y detectar si hay variaciones. Si hay, se debe investigar a que son debidas  para que un equipo mantenga siempre su valor de potencia de emisión.

Esta es una medición sencilla que se realiza con un medidor de potencia óptica conectado justo a la salida de la interfase óptica  del Tx del equipo, que para redes de transporte es el multiplexor SDH. El equipo de Tx introduce cierta perdida en su conector.

Figura 6.3. -Medición del nivel de emisión óptico.

Reflexiones

Esta medición se realiza en un extremo de un enlace óptico. El cual es un trayecto donde se han empalmado varios segmentos de fibra mediante empalmes. Las distancias que se pueden alcanzar son de hasta cientos de kilómetros. El objetivo de esta medición es saber cuanta potencia sé esta reflejando del total de la potencia emitida. La forma de hacer esta medición es con un OTDR o con un equipo medidor universal con la función de back-reflections.

La medición se puede hacer sobre todo el enlace óptico que resulta de varios segmentos de fibra empalmados, por ejemplo cada 10 o 15 kilómetros. Entre las principales causas de las reflexiones tenemos a los empalmes y a los conectores.

Rango Dinámico

Esta medición se realiza sobre el equipo de recepción o Rx.Los dispositivos foto detectores tienen  un máximo  de potencia y un mínimo: sí reciben más potencia de lo especificado se pueden quemar y si reciben menor potencia no tienen la capacidad de detectar la señal binaria. El objetivo de esta prueba es verificar que el equipo de Rx trabaje con la misma calidad BER, en todo el  margen de potencia especificado por el fabricante.

Figura 6.4. -Medición del  Rango Dinámico.

Con el analizador de tasa de error o de BER, se genera una señal patrón conocida para enviársela al equipo de Tx aún en el ámbito eléctrico. Esta señal comúnmente es una PRBS (Pseudo Random Binary Sequence) de    2 23-1.Esta misma señal es convertida  a óptico y emitida por el puerto Tx ya en el ámbito óptico.

Ancho Espectral

Esta medición se realiza sobre los equipos de transmisión ,los dispositivos fotoemisores trabajan en una longitud de onda con una Δλ.Entre más pequeña sea esta Δλ ,hablamos de una señal coherente, y entre más grande sea, hablamos de una señal incoherente. El objetivo de esta medición es saber que tan grande es ese Δλ y ver como se puede reducir cada vez más.

Se emplea un analizador de espectro óptico ( OSA, Optical Spectrum Analyzer) que nos mostrará directamente en la pantalla el contenido de longitudes de frecuencia que esta emitiendo la fuente a la cual esta conectado. En la pantalla del analizador de espectro óptico se verá gráficado cuanta potencia se emite en función de la longitud de onda.

Figura 6.5. -Medición del Ancho Espectral

Otra medición en la actualidad que esta relacionada con el ancho espectral es la visualización de los canales ópticos en una señal WDM.En esta visualización del contenido óptico es posible medir cuanto ancho espectral tiene cada canal, cuánta separación existe entre canales, que potencia tiene cada canal y en que longitud de onda sé esta emitiendo cada canal y el contenido total de la WDM.

Dispersión Cromática

Una vez medido el ancho espectral de la fuente, podemos medir cuanta dispersión representará ese ancho espectral. El objetivo es medir cuanto se ensancha un pulso de duración conocida, para así poder determinar cuál será la velocidad máxima que soporta esa fibra. Teniendo la información de ese ensanchamiento se pueden hacer más análisis e investigaciones para reducirlo cada vez más. La forma de medir la dispersión en una fibra es con un equipo generador de una señal patrón en el tiempo y con un osciloscopio. Se introduce en la fibra que se va a medir y del otro extremo se conecta el osciloscopio. En la pantalla aparecerá información del pulso inicial y la señal que se recibe realmente.

MEDICIONES DURANTE LA INSTALACIÓN Y EL MANTENIMIENTO

Se subdivide en dos etapas; cuando se trabaja ya con una red óptica, en la Instalación y el Mantenimiento.

 Prueba de Continuidad

Esta prueba se realiza en dos grandes partes de un enlace, primero en las puntas del cable donde ya han sido separadas todas las fibras, después en las fibras dentro de los cables que pueden ir enterrados, aéreos o submarinos. El propósito de estas pruebas es detectar donde ha ocurrido un corte para proceder a repararlo inmediatamente. Un enlace se compone de dos fibras aunque hay veces que se puede realizar con una sola, a lo largo de estos kilómetros puede ocurrir un corte y hay que detectarlo.

Se procede a hacer pruebas sobre los extremos del cable para lo que se utilizan  equipos detectores de falla como clip o visualizadores. Así se prueban todos los cables de parcheo o pigtails como se les conoce.

Localización de Fallas

Mas que verificar la simple integridad de la fibra nos interesa ver que no haya ninguna falla a lo largo del enlace. Los eventos llamados eventos ópticos, pueden ser conectarizaciones, empalmes de fusión, mecánicos, microcurvaturas, segmentos de fibra y cortes, en la pantalla de un OTDR se muestran  todos los eventos. El fin de esta medición es obtener un resultado gráfico real del presupuesto de potencia. Esto es parte del mantenimiento

EQUIPOS DE MEDICIÓN

En la siguiente tabla tenemos una referencia e donde encontramos en la columna de la izquierda, todas las mediciones que se realizan en el ámbito de las fibras ópticas, después en cada una de las siguientes columnas tenemos los equipos con los que podemos llevar al cabo tales mediciones.

	Trazador  clip	OTDR	Medidor potencia	Fuente	Atenuador variable	Medidor BER	OSA
Continuidad	X	X	X	X
Localización de fallas	X	X		X	X	X	X
Atenuación óptica		X	X	X	X	X	X
Nivel de emisión			X		X	X	X
Back-reflections		X	X	X	X	X	X
Rango dinámico Rx			X		X
Ancho espectral							X

Tabla 6.6.-Mediciones y equipos de medición.

Trazador o Clip

Equipo manual operado con baterías, indica en su panel si hay tráfico en la fibra. Algunos pueden incluso, indicar el sentido del tráfico.

Su funcionamiento se basa en hacer doblar la fibra más del límite de curvatura establecido para hacer que la luz escape por  la cubierta y poder entonces detectarla.

Talkset

Es un dispositivo el cual tiene la forma de un teléfono digital óptico, ya que cuenta con las interfases del auricular, digitaliza la voz y la convierte a una señal óptica, que envía y recibe por una sola fibra.

Fuentes

Estos son equipos generadores de señales de prueba, como transmisores ópticos, son manuales y operados por baterías; apropiados para su propio campo. Su funcionamiento es sencillo, generan una señal eléctrica que puede ser una señal de corriente continua o puede ser  una señal senoidal de 2 KHz, por lo general. Posteriormente convierten esa señal en una señal óptica a cierta potencia, esa señal óptica puede acoplarse a una fibra mediante un conector. Entre sus características técnicas podemos incluir: tipo de fuente: LED ó LASER; longitud de onda de operación: 850,1350,1550nm; potencia de transmisión, tipo de conector.

Medidor de Potencia

El equipo de complemento de una fuente es el medidor de potencia, nos indicará la potencia en dB que tiene la luz que sé esta recibiendo en el equipo. En su interior cuenta con detectores de luz fotosensible  porque convierten la luz que les llega en una corriente eléctrica que es completamente medible con un amperímetro. Después  esta cantidad es calibrada para medir la luz en dB ópticos y este valor es el que se puede leer en la pantalla de cristal líquido. Entre sus características técnicas podemos mencionar: posibilidad de manejar valores de referencia, para fibras monomodo y multimodo, longitud de operación.

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.

Para fibras monomodo y multimodo

Longitudes de onda desde 635 a 1625 nm

32000 puntos de precisión

rango de operación de 43 dB

4 mediciones por segundo

Alcance de 200 km

Ranuras de expansión para fuente,medidor de potencia y talkset

Batería de 16 horas de uso continúo

Impresora incluida

Interfaz para control remoto

Almacenamiento de datos,1 GB

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.

Entre sus principales características técnicas de operación encontramos:

Rango de longitud: 550 a 1750 nm

Resolución : 0.1 nm

Rango dinámico: -85 a + 10 dB

Respaldo de baterías

Unidad de disco de 3.5 pulgadas

Conector  tipo FC

Alimentación 90 – 220 V, 48-66 Hz

Medidor Universal

Este tipo de medidores incluye a todos  los equipos de medición que se mencionaron anteriormente. Funcionan en  forma modular, es decir el equipo cuenta con un número de ranuras  donde se le pueden insertar diferentes módulos para que el equipo opere como OTDR, Clip, como Medidor de Potencia, como fuente o atenuador.

VII.-IMPLEMENTACIONES DE REDES DE FIBRA ÓPTICA

Son muchos los campos de aplicación  de las fibras ópticas en la vida moderna.

Nos enfocaremos solamente a cuatro de las aplicaciones dentro del ámbito de las redes de fibra óptica las cuales se nombran a continuación:

Redes de larga distancia

Redes metropolitanas de acceso

Redes de televisión por cable, CATV

Redes submarinas

Redes LAN corporativas

REDES DE LARGA DISTANCIA

En este tipo de redes el primer transporte que había dominado eran los sistemas multicanal a través de cables de cobre y de cable coaxial, después los enlaces de microondas analógicas y luego digitales dominaron estas redes. Mas que redes de  larga distancia. ,se trataba de muchos enlaces de larga distancia dada la característica de punto a punto que tienen estos enlaces de microondas.

Las características de calidad y confiabilidad que ofrecen las fibras ópticas rápidamente encontraron un espacio en las redes de larga distancia de casi todo el mundo. A mediados de la década de los 80´s comenzaron a darse instalaciones masivas de redes de larga distancia.

En estas redes la distancia entre regeneradores está mas bien marcada por la distancia entre las ciudades que forman parte de la red que por los alcances derivados de la capacidad de los equipos y de las características de las fibras. Por ejemplo, aunque una distancia de 250 km sea factible, sea la siguiente ciudad a conectar se encuentra a 80 km, pues hasta ahí llega el enlace. En cuanto a las rutas, aquí surge un tema muy controvertido en las redes de larga distancia y este es el derecho de vía.

REDES METROPOLITANAS DE ACCESO

Una característica muy importante en la evolución de las redes públicas de telecomunicaciones es la digitalización masiva del acceso para los clientes. Accesos digitales son sinónimos de la capacidad de contar con servicios multimedia que combinen voz, video y datos en una sola red. Estos accesos digitales permiten acceso a Internet a altas velocidades. En los últimos diez años y en la mayoría de los países con cierto avance en telecomunicaciones las empresas operadoras han comenzado a ofrecer accesos digitales a  sus grandes clientes con lo que han surgido redes metropolitanas de acceso basadas en fibras ópticas.

Entorno en el mercado para las redes de acceso

Estructura de una red metropolitana de acceso

En la actualidad las redes de acceso se pueden distinguir los siguientes tipos de servicios que son ofrecidos por las empresas que instalan redes metropolitanas de acceso:

Enlaces privados locales

Acceso de alta velocidad a Internet

Enlaces de última milla entre cliente y otros operadores que ofrecen servicios como: telefonía de larga distancia, Frame Relay, ATM, videoconferencias

Accesos digitales analógicos para telefonía local

Acceso a redes ISDN

Figura 7.1. -Estructura de la red de acceso metropolitana

Todos los servicios anteriores implican que dentro de los nodos que conforman la red se defina un nodo principal en el que se ubicarán los equipos de conmutación tales como centrales telefónicas, crossconectores, conmutadores Frame Relay y/o de ATM y ruteadores de  Internet.En verdad la función de toda la red es la de recolectar tráfico de los clientes para llevarlo a este nodo. En este nodo, dichos equipos de conmutación realizan los enrutamientos necesarios para dirigir el tráfico hacia otros nodos de la red en el caso de los servicios locales y hacia otros operadores en el caso de los demás servicios. En la gráfica anterior, este nodo se ubica en el extremo inferior izquierdo en el edificio que lleva el nombre de operador ficticio I.P.N. Evidentemente, toda la operación de la red depende de este nodo. Si faltan los equipos en ese punto, no habrá comunicación alguna en la red. De ahí que los equipos instalados en este nodo deben contar con configuraciones redundantes. Es posible, aunque representa un costo importante, el contar con un segundo nodo con los mismos equipos y que sirva de respaldo en caso de falla del primero.

REDES DE TELEVISIÓN POR CABLE, CATV

Estas redes han venido proporcionando exclusivamente el servicio de televisión y música restringida y por lo tanto de paga. No obstante, por un lado la convergencia digital y por el otro lado la verticalización estructural de la industria de telecomunicaciones hacer ver ahora de otra forma a estas empresas. Desde la nueva óptica, ahora estas empresas cuentan con redes de acceso, presencia comercial, base de clientes y derechos de vía que en conjunto conforman una red a través de la cual es posible llevar no solo señales de TV a los clientes, sino también acceso a Internet, telefonía, videoconferencia, etc.En esta nueva dimensión de negocios para esta industria la inclusión de fibra óptica en sus redes es un favor vital. Antes de todo es necesario conocer las características de su infraestructura.

REDES SUBMARINAS

Anteriormente las comunicaciones entre continentes se realizaban mediante el uso de enlaces satelitales. Posteriormente al satélite comenzaron a instalarse enlaces submarinos utilizando cable coaxial. La rapidez con que se desarrollaron las fibras ópticas ha hecho que en estos días la gran mayoría de las comunicaciones entre continentes e incluso dentro del mismo continente se estén realizando  a través de fibras ópticas. Una razón para desplazar a los satélites y a los cables coaxiales está en la gran capacidad que ofrecen las fibras. Lo anterior permite que aunque la inversión sea grande, el costo por cada Mbps sea adecuado y rentable.

Configuraciones

Como primer punto, los sistemas submarinos se pueden dividir en dos grandes tipos. Primero están los sistemas sin repetición y en segundo plano los sistemas con repetición. Los primeros no involucran equipo activo bajo el mar y sólo se tienen empalmes. Estos sistemas se usan para enlaces de corta distancia como para cruzar golfos o para unir islas con tierra. Los sistemas con repetición permiten el alcanzar grandes distancias ya que cada cierta distancia de fibra se emplean los repetidores.

Algunas de las características de los equipos con repetición se dan a continuación:

Distancias desde 300 a 450 Km hasta miles de kilómetros en sistemas transoceánicos.

Profundidades de hasta 800 metros.

Capacidades típicas de 2.5 Gbps y hasta 10 Gbps por fibra.

Usando WDM se pueden obtener sistemas de 16 x 2.5 Gbps y hasta de 60 canales de 10 Gbps.

Sistemas con un par de fibras y hasta 8 pares por sistema.

Tiempos de vida estimados del orden de los 25 años.

En la siguiente figura se muestra la estructura de un sistema de fibras ópticas submarinas:

Figura 7.2. -Enlace submarino de fibra óptica

En el diagrama anterior de muestra dos enlaces punto a punto (PAP) desde la estación en tierra de la derecha hasta las dos estaciones de la izquierda. Se nota la función de la unidad de derivación que bifurca la ruta original en dos. También se aprecia la función que cumplen los repetidores. En los repetidores normalmente se incluyen adicionalmente amplificadores ópticos que elevan la potencia para aumentar así la distancia.

En cuanto al equipamiento de las estaciones terrenas tenemos lo siguiente. En el extremo izquierdo esta el equipo de conmutación que bien puede ser una combinación de centrales telefónicas, crossconectores y ruteadores del protocolo IP. En realidad para estos equipos es transparente el hecho de que el enlace sea submarino o no. El equipo terminal que se muestra aparentemente cuenta con una sola etapa. Sin embargo, en el caso de los sistemas con WDM habrá equipos SDH en primera instancia que alimentarán al multiplexor WDM que conformará una sola señal óptica. Este equipo terminal también incorpora las funciones de protección en caso de cortes.

Arquitecturas

La tecnología actual disponible permite una mayor variedad de arquitecturas. Para la configuración de las mismas se disponen básicamente de las siguientes variantes de equipos terminales:

Multiplexores terminales (TM, Terminal Multiplexer)

Multiplexores de extracción e inserción (ADM, Add and Drop Multiplexers)

Crossconectores (DXC, Digital Crossconectors)

Los primeros son los de operación más sencilla pues simplemente reciben varias tributarias de menor capacidad y las multiplexan para obtener una señal agregada de velocidad superior. Los ADM permiten efectuar funciones de extracción e inserción de manera muy flexible. Lo anterior quiere decir que estos equipos permiten que en un nodo intermedio, algo de tráfico se quede en dicho punto y otra parte siga de largo al siguiente nodo y que también algo de tráfico se incorpore en este nodo para viajar hacia las siguientes. Por último los crossconectores van más allá. Cuentan con varios puertos de entrada y salida de alta capacidad y realizan funciones de conexión cruzada entre los tributarios presentes en cada uno de los puertos. En los diagramas siguientes ilustran varias de las configuraciones que son posibles gracias a la combinación de estos tres tipos de equipos terminales:

Figura 7.3 Diagrama de redes submarinas

En el diagrama de la izquierda muestra un enlace punto a punto que une a una isla con otros tres puntos en tierra. Los ADM ´s permiten que se derive tráfico de la isla a cualquiera de los tres puntos así como entre ellos. No existe redundancia por lo que en un corte dejaría incomunicados unos puntos de los demás.

REDES LAN CORPORATIVAS

Otra aplicación de mucha importancia para las fibras ópticas se encuentra en la construcción de redes de área local (LAN).Tenemos dos áreas de aplicación dentro de este contexto para lo cual utilizaremos el siguiente diagrama:

Figura.-7.4 Diagrama de un Cableado Estructurado

En la gráfica se muestran los elementos que conforman un sistema de cableado estructurado. Son dos partes en la que se emplean los cables. Primeramente está el cableado horizontal que conecta a cada una de las computadoras con los paneles de parcheo y por ende con los equipos de comunicaciones. En esta parte no es muy común que se emplee fibra óptica pues más bien domina el cable de cobre conocido como UTP en sus diversas categorías. Si existe la posibilidad de usar fibra óptica, por ejemplo en el caso de conexiones a grandes servidores o a estaciones de trabajo de alto desempeño.

En el caso del cableado vertical, también conocido como Backbone  o red dorsal, si es bastante común el uso de fibras ópticas. Este cableado conecta a los closets de telecomunicaciones en donde se ubican paneles de parcheo además de concentradores y switches con la sala de equipos principales en donde se ubica el equipo activo de mayor capacidad. Algunas de las tecnologías que se utilizan en estas redes LAN y que emplean fibras ópticas son las siguientes:

FDDI (Fiber Distribuited Data Interface) a 100 Mbps

100-BaseFX a 100 Mbps

ATM  a 155 y 622 Mbps

100-BaseSX y 1000-Base CX a 1 Gbps

Además  de la  conexión entre closets y la sala de equipos principal. También se utilizan fibras ópticas para  la conexión entre edificios dentro de un corporativo o entre naves de un complejo industrial. Esta ultima aplicación es de particular beneficio pues uno de los problemas comunes que se presentan al comunicar edificios está en la unificación de tierras que es necesaria. Para lograr esto es necesario tener una tierra común y una barra para todos los edificios. Lo anterior tiene ciertas complejidades. Al utilizar fibra óptica se aíslan eléctricamente los edificios con lo que el problema desaparcion