Transmisión por fibra óptica (página 2)

SECCIÓN TRANSVERSAL DE UN CABLE SUBMARINO Polietileno Cinta “Mylar” Cables de acero ‘Stranded’ Barrera de aluminio protectora del agua Policarbonato Tubo de cobre o de aluminio Gelatina de petróleo Fibras ópticas Barco utilizado para tender cable submarino Fibras submarinas en el mundo Fibra óptica submarina

1ª ventana Absorción producida por el ión hidroxilo, OH- (‘Pico de agua’) Luz visible Longitud de onda, ? (nm) Atenuación (dB/Km) 2,5 2,0 1,0 1,5 0,5 700 1000 900 800 1400 1300 1200 1100 1700 1600 1500 Luz infrarroja Atenuación de la fibra óptica 0 Láser CD-ROM 3,0 Fibra multimodo Fibra monomodo Pérdida debida a la dispersión intrínseca 2ª v Banda O (Original) 3ª v Banda C (Conventional) 4ª v Banda L (Long) Banda E (Extended) Banda S (Short) Banda U (Ultra-long)

Variación de la atenuación de la fibra con las mejoras en el proceso de fabricación Tercera ventana (Banda «C») Cuarta ventana (Banda «L») Segunda ventana (Banda «O») Primera ventana

Corning SMF-28 Corning SMF-28e (enhanced) Fibras sin pico de agua Fibra monomodo normal Fibra monomodo LWP Al mejorar los procesos de fabricación de la fibra el ‘pico de agua’ a 1383 nm se ha atenuado bastante en los últimos años. Actualmente se fabrican fibras que casi no tienen pico de agua, se llaman fibras ZWPF (Zero Water Peak Fiber) o LWP (Low Water Peak). O E S C L O E S C L

Ventanas o bandas de la Fibra Óptica

Emisores Ópticos Como fuente de luz se emplean LEDs (Light Emitting Diode) por su rapidez y bajo consumo. Los LEDs pueden ser de dos tipos: LED de luz normal, no coherente: se utilizan en aplicaciones de corto alcance y baja velocidad (600 Mb/s o menos). Son muy baratos. Solo se emplean en fibra multimodo. LED de luz láser, coherente: son más caros pero permiten alcances y velocidades mayores. Se emplean en fibra multimodo y monomodo. Luz normal Luz láser

Atenuación La F.O. más moderna tiene una atenuación de 0,15 dB/Km. Esto significa que la señal se debilita a la mitad cada 20 Km. Si la señal que llega al receptor es muy débil la relación señal/ruido es baja, el receptor no detecta correctamente los bits y la tasa de error aumentar Algunos sistemas emplean códigos RS (FEC) para reducir la tasa de error y mejorar el alcance Para aumentar la intensidad de la señal se pueden instalar amplificadores intermedios (uno cada 100-500 Km dependiendo del tipo de fibra y la señal transmitida)

Conversor Electroóptico Transmisor Eléctrico (Txe) Transmisor Óptico (Txo) Flujo de bits entrante Fibra óptica Conversor Electroóptico Receptor Eléctrico (Rxe) Receptor Óptico (Rxo) Flujo de bits saliente Esquema de un enlace de fibra óptica simplex sin repetidores Según la distancia es posible que haya que utilizar amplificadores

Amplificadores y Repetidores Los amplificadores realizan la función Restore, es decir aumentan la intensidad de la señal, pero no suprimen el ruido ni corrigen los defectos. Decimos que son dispositivos 1R Si la señal pasa por muchos amplificadores llega a ser indescifrable. Para evitarlo hay que poner de vez en cuando un Repetidor, que es un dispositivo 3R: Restore: restaura la intensidad inicial Reshape: corrige las distorsiones en la forma Resynchronize: corrige las desviaciones de reloj (sincronismo) Dependiendo del tipo de señal hay que colocar un repetidor cada 10-20 amplificadores (2.000 – 10.000 Km) En SONET/SDH no había amplificadores, se ponía un repetidor cada 40 Km

Diferencia entre repetidor y amplificador Proceso ‘3R’ de un Repetidor: Bit Pulso original Pulso llegado al repetidor 1R: Restore 2R: Reshape 3R: Resynchronize. Pulso enviado por el repetidor Proceso ‘1R’ de un Amplificador: Pulso original Pulso llegado al amplificador 1R: Restore. El ruido se acumula Bit Bit Bit Bit Bit Bit Bit El repetidor tiene que saber la velocidad de la señal que recibe, para regenerar pulsos de la misma duración. El amplificador no porque solo maneja la señal a nivel analógico.

Flujo de bits entrante Flujo de bits saliente Flujo de bits saliente Flujo de bits entrante f.o. f.o. f.o. f.o. Esquema de un enlace de fibra óptica full-dúplex con un repetidor Repetidor Txo Rxe Txe Rxo Txo Rxe Txe Rxo Txo Rxe Txe Rxo Txo Rxe Txe Rxo Rg Rg Txe: Transmisor eléctrico Txo: Transmisor óptico Rxe: Receptor eléctrico Rxo: Receptor óptico Rg: Regenerador de la señal

Fibra multimodo Solo se utiliza en LANs, nunca en largas distancias. El alcance máximo es de 2 Km, pero a altas velocidades es menor (500 m a 1 Gb/s, 300 m a 10 Gb/s) Es más cara que la fibra monomodo, pero la optoelectrónica es mas barata. Se utiliza en 850 y 1310 nm (1ª y 2ª Ventanas) El estándar de la ITU-T es G.651 En cableado estructurado (norma ISO 11801) se distinguen cuatro tipos de fibra multimodo: OM1, OM2, OM3 y OM4. Estas difieren en el ancho de banda modal (lo vemos luego)

Dispersión Cuando un pulso de luz se transmite por fibra óptica no conserva su forma original, siempre se ensancha un poco: t t Fibra 10 Km A este efecto lo llamamos dispersión. La dispersión es proporcional a: La longitud del enlace de fibra, y a La frecuencia de los pulsos, es decir la velocidad en bits/s t t Fibra 20 Km Al duplicar la longitud del enlace el efecto de la dispersión se duplica Con pulsos demasiado solapados hay riesgo de errores

Dispersión Si el ensanchamiento es excesivo los pulsos consecutivos se solapan, pudiendo llegar a producirse errores en el receptor. El efecto de la dispersión es mayor cuanto mayor es la longitud del enlace de fibra y cuanto más cortos son los pulsos, es decir cuanto mayor es la velocidad de transmisión Actualmente la dispersión es la mayoría de las veces el factor limitante de la capacidad de transmisión de la fibra óptica Hay diversos tipos de dispersión. Los más importantes son: En fibra multimodo la dispersión modal En fibra monomodo la dispersión cromática

Dispersión modal Se debe a que los haces de luz (modos) por medio de los cuales se propaga el pulso no recorren todos exactamente la misma distancia Solo ocurre en la fibra multimodo, ya que en la monomodo solo hay un haz Pulsos entrantes Pulsos salientes El ensanchamiento es directamente proporcional a la distancia y a la velocidad. Por tanto podemos mantener una dispersión constante si aumentamos una reduciendo la otra proporcionalmente. Se produce la misma dispersión en un enlace de 2 Km a 100 Mb/s que en uno de 200 m a 1 Gb/s Haz largo Haz corto

Fibra multimodo de índice gradual La dispersión modal en la fibra multimodo puede reducirse haciendo que el índice de refracción cambie de forma gradual al pasar del núcleo a la cubierta. De esta forma los modos tienden a seguir un camino más parecido Esto reduce la dispersión modal y aumenta el alcance a altas velocidades. Pero para ello los procesos de fabricación han de estar muy controlados

Ancho de banda modal Para comparar el comportamiento de diferentes fibras ante la dispersión modal se utiliza un parámetro denominado ancho de banda modal (modal bandwidth) que se expresa en MHz*Km. La frecuencia de la señal (MHz) se puede calcular sabiendo la codificación utilizada (por ejemplo para Gb Eth con 8B/10B es 1,25 GHz). De todas formas para cálculos aproximados podemos considerar los Mb/s equivalentes a los MHz. Así p. ej. una fibra con ancho de banda modal de 500 MHz*Km nos permitiría transmitir (aproximadamente): 250 Mb/s a 2 Km, ó 500 Mb/s a 1 Km, ó 1 Gb/s a 500 m

Alcance de fibra multimodo en 1ª ventanaen función del ancho de banda en Gigabit y 10 Gigabit Ethernet (1) Referida como fibra ‘Calidad FDDI’ (2) Referida como fibra ‘Calidad Fibre Channel’ (3) Referida como fibra ‘Calidad 10 Gigabit Ethernet’

Alcance de la fibra multimodo a 1 y 10 Gb/s en función del ancho de banda 200 Distancia (m) 0 400 600 800 1000 1200 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000 Ancho de Banda Modal a 850 nm (MHz*Km) 1000BASE-S 10GBASE-S Alcance teórico para 1,25 GHz Alcance teórico para 10,3125 GHz

Factores que limitan el rendimiento de la F.O. monomodo Atenuación. Pérdida de intensidad de la señal con la distancia. El uso de amplificadores reduce el problema pero los amplificadores también amplifican el ruido. Se mide en dB/Km. Dispersión cromática: se produce por las diferencias en la velocidad de propagación de la luz a distintas longitudes de onda. Se mide en ps/nm/Km Dispersión de Modo Polarización (PMD): las imperfecciones del núcleo provocan que diferentes polarizaciones de la misma longitud de onda viajen a diferente velocidad. Su efecto suele ser importante a partir de 5 Gb/s. Se mide en ps/Km.

Dispersión cromática La luz emitida en la fibra óptica monomodo, incluso siendo de una fuente láser, no tiene toda exactamente la misma longitud de onda. La anchura de banda espectral está entre 0,5 y 5 nm (depende del emisor) Las distintas longitudes de onda viajan a distinta velocidad, lo cual ensancha el pulso en el receptor Puesto que se debe a las diferencias en longitud de onda se la denomina dispersión cromática (debida al color) La dispersión cromática tiene dos componentes: Dispersión material Dispersión por guía de ondas

La dispersión material se debe al material, es decir al vidrio. El índice de refracción del vidrio (y por tanto la velocidad de la luz) varía con la longitud de onda. Las longitudes de onda mayores viajan más despacio y llegan más tarde: Dispersión material

Como ya hemos visto cuando la luz viaja por la fibra monomodo lo hace en parte por la cubierta. La proporción de luz que viaja por la cubierta crece conforme aumenta la longitud de onda, por ejemplo:

Pero la cubierta tiene un índice de refracción menor que el núcleo, por tanto la luz por allí viaja más deprisa (0,3%) y llega antes, ensanchando el pulso La dispersión por guía de ondas acelera las longitudes de onda mayores, ya que las hace ir en mayor proporción por la cubierta. Dispersión por guía de ondas

Compensación de los dos tipos de dispersión Las dos componentes de la dispersión cromática actúan en sentido contrario: La dispersión material ralentiza las longitudes de onda mayores La dispersión por guía de ondas acelera las longitudes mayores En cualquier fibra hay una longitud de onda determinada a la que ambos efectos se neutralizan y la dispersión cromática es nula (o despreciable) Ajustando una serie de características de la fibra se puede conseguir que ese punto de dispersión cero esté justo en los 1310 nm

1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 ? (nm) -30 -20 -10 0 10 20 30 40 Dispersión (ps/nm/km) Dispersión por guía de ondas Dispersión material Dispersión cromática Dispersión en fibra monomodo estándar o fibra NDSF (Non Dispersion Shifted Fiber) 1310 nm

Fibra DSF (Dispersion Shifted Fiber) La fibra NDSF (monomodo estándar) fue diseñada pensando en su uso en 2ª ventana. Por eso se ha buscado que en esa ? las dos formas de dispersión se cancelen. La 3ª ventana tiene menor atenuación y permite mayores distancias, pero en esa ? hay mucha dispersión, lo cual limita el alcance a grandes velocidades. Solución: fabricar fibra en la que la dispersión se cancele a 1550 nm, no a 1310. Esta se denomina fibra DSF (Dispersion Shifted Fiber) y se introdujo a mediados de los 80 para mejorar el alcance en 3ª ventana Para ello se modifica la fibra para hacer que más parte del haz viaje por la cubierta. De este modo se aumenta la dispersión por guía de ondas.

1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 ? (nm) -30 -20 -10 0 10 20 30 40 Dispersión (ps/nm/km) Dispersión por guía de ondas Dispersión material Dispersión cromática Dispersión en fibra DSF (Dispersion Shifted Fiber) 1550 nm

Servicios de fibra oscura El operador solo suministra la fibra y el usuario se encarga de poner los emisores láser, es decir de ‘iluminarla’ El usuario elige el transporte: ATM POS Ethernet Otros La distancia máxima suele ser unos 100 Km para evitar el uso de amplificadores o repetidores Estos servicios se ofrecen ya de forma habitual en régimen de alquiler a largo plazo

4.042 m 5.159 m 10.963 m 18.620 m Campus Burjassot- Paterna Campus Naranjos Edif. Histórico C/Nave Campus Blasco Ibáñez Red de fibra oscura de la UV Escuela de Magisterio Jardín Botánico C. M. Rector Peset

Routing en el anillo de la UV Blasco Ibáñez Burjassot Naranjos El protocolo de routing permite redirigir el tráfico por una ruta alternativa en caso de fallo de algún enlace o equipo. Siempre se elige la ruta de métrica más baja Si falla enlace Burjassot-Blasco Ibáñez el tráfico se reencamina por Burjassot-Naranjos