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Universidad de Costa Rica
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Eléctrica
IE – 0502 Proyecto Eléctrico
Ventajas de la nueva tecnología de comunicaciones
UDWDM
Por:
Dagoberto A. Montero Hidalgo
Diciembre del 2004
Ventajas de la nueva tecnología de comunicaciones
UDWDM
Por:
Dagoberto A. Montero Hidalgo
Sometido a la Escuela de Ingeniería Eléctrica
de la Facultad de Ingeniería
de la Universidad de Costa Rica
como requisito parcial para optar por el grado de:
BACHILLER EN INGENIERÍA ELÉCTRICA
Aprobado por el Tribunal:
___________________
Ing. Jhonny Cascante
Profesor Guía
___________________
___________________
Ing. Roberto Santamaría
Inga. Elizabeth Chavarría
Miembro del Tribunal
Miembro del Tribunal
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DEDICATORIA
A Dios, a mi padre y madre
por su apoyo incondicional y comprensión,
que ha hecho posible el logro de una etapa tan importante en mi vida.
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RECONOCIMIENTOS
Un agradecimiento muy especial al Prof. Jhonny Cascante por permitirme elaborar bajo
su guía y apoyo la presente investigación.
A la Ing. Elizabeth Chavarría por su ayuda y confianza en esta investigación; al
Ing. Roberto Santamaría por aceptar ser parte de este proyecto. Ana, gracias por tu sincero e
incondicional apoyo.
A mi hermano, por estar siempre a mi lado. A mis padres, por todo el gran esfuerzo que
han hecho a través de los años para que sus hijos puedan cumplir sus sueños; por su comprensión
y confianza.
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ÍNDICE GENERAL
ÍNDICE DE FIGURAS ......................................................................................vii
ÍNDICE DE TABLAS ..........................................................................................x
NOMENCLATURA ............................................................................................xi
RESUMEN.........................................................................................................xiv
CAPÍTULO 1: Introducción................................................................................1
1.1 Justificación ...............................................................................................................................1
1.2 Objetivos....................................................................................................................................5
1.2.1 Objetivo General............................................................................................................ 5
1.2.2 Objetivos Específicos .................................................................................................... 5
1.3 Metodología ...............................................................................................................................6
CAPÍTULO 2: Introducción a los sistemas de comunicación
ópticos..7
2.1 Estructura de un sistema de comunicación ................................................................................7
2.1.1 Comunicación, Mensajes y Señales............................................................................... 8
2.1.2 Los Elementos de un Sistema de Comunicación ........................................................... 9
2.1.4 La Modulación............................................................................................................. 11
2.2 Estructura de un sistema de comunicación óptica ...................................................................17
2.3 Evolución de los sistemas de comunicación ópticos ...............................................................19
2.3.1 El Láser ........................................................................................................................ 26
2.3.2 Cronología de la comunicación eléctrica..................................................................... 27
2.4 Funcionamiento General..........................................................................................................30
2.4.1 La apertura numérica (NA.)......................................................................................... 31
2.4.2 Propagación de la Luz en el conductor de fibra óptica................................................ 33
CAPÍTULO 3: La Fibra Óptica ........................................................................35
3.1 Introducción .............................................................................................................................35
3.3 Dispersión Cromática ..............................................................................................................37
3.4 Dispersión por Modo de Polarización .....................................................................................39
3.5 No linealidad de la Fibra Óptica ..............................................................................................39
3.5.1 Dispersión Estimulada (Stimulated Scattering)........................................................... 40
3.5.2 Índices de Fluctuaciones Refractivas ( Refractive Index Fluctuations) ...................... 41
3.6 Tipos de fibra óptica ................................................................................................................43
3.6.1 Fibras Monomodo y Multimodo.................................................................................. 43
3.7 Aplicaciones.............................................................................................................................48
3.7.1 Internet ......................................................................................................................... 48
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3.7.2 Redes............................................................................................................................ 49
3.7.3 Telefonía ...................................................................................................................... 50
3.7.4 Otras aplicaciones ........................................................................................................ 50
3.8 Ventajas y desventajas .............................................................................................................51
Capítulo 4. Introducción a los métodos de multiplexación ..............................55
4.1 Métodos de Multiplexación Tradicionales .............................................................................56
4.1.1 Multiplexación por División del Espacio (SDM) ........................................................ 56
4.1.2 Multiplexación por División de Frecuencia (FDM) .................................................... 57
4.1.3 Multiplexación por División de Tiempo (TDM) ......................................................... 58
4.1.4 Multiplexación por Dirección...................................................................................... 59
4.2 Estructuras PDH, SDH-SONET ..............................................................................................61
4.3 Introducción al método de multiplexación por longitud de onda WDM.................................64
4.3.1 Evolución de la tecnología DWDM............................................................................. 66
4.4 Funcionamiento de un sistema DWDM...................................................................................68
4.5 Topologías y esquemas de protección para DWDM ...............................................................71
4.5.1 Topología punto-a punto.............................................................................................. 72
4.5.2 Topología de anillo ...................................................................................................... 73
4.5.3 Topología de malla ...................................................................................................... 73
Capítulo 5. Multiplexación UDWDM................................................................75
5.1 Necesidad de los sistemas UDWDM.......................................................................................75
5.2 Funcionamiento General de Sistemas UDWDM.....................................................................78
5.2.1 Partes de un sistema UDWDM .................................................................................... 79
5.2.2 Requerimientos de la Tecnología UDWDM ............................................................... 81
5.3 Los límites del ancho de banda................................................................................................83
5.4 No linealidad en la fibra óptica para sistemas UDWDM ........................................................85
5.5 Tipos de Láser..........................................................................................................................88
5.5.1 Dispersión en el láser.................................................................................. 89
5.5.2. Láser ECDL ( External Cavity Diode Laser) y DFB (Distributed Feedback)............ 90
5.6 Ventajas y Desventajas de la Multiplexación Ultra Densa......................................................93
Capítulo 6. Tendencias UDWDM ......................................................................97
6.1 Aplicaciones.............................................................................................................................97
6.2 Tendencias de uso UDWDM...................................................................................................98
6.2.1 IP sobre ATM sobre SDH para transmisiones WDM................................................ 100
6.2.2 IP sobre ATM directamente en WDM....................................................................... 101
6.2.3 IP sobre SDH, Paquetes sobre SONET (POS) .......................................................... 101
6.2.4 IP sobre SDL directamente sobre WDM ................................................................... 102
Capítulo 7. Conclusiones y Recomendaciones ................................................104
7.1 Conclusiones..........................................................................................................................104
7.2 Recomendaciones ..................................................................................................................106
Apéndice............................................................................................................109
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ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.Elementos de un sistema de comunicación .................................................................. 9
Figura 2.Estructura de un sistema de comunicación óptica...................................................... 17
Figura 3. Los Rayos de Luz con ángulo menor al ángulo crítico se pierden en el cladding, las
otras son atrapadas en el núcleo por la reflexión total de la misma.......................................... 31
Figura 4. Cono de Aceptación en fibras ................................................................................... 31
Figura 5.Conducción de la luz en un conductor de fibra óptica ............................................... 32
Figura 6.Atenuación de una Típica Fibra Óptica hecha de Silicio ........................................... 37
Figura 7. Gráfica de Dispersión Cromática contra Longitud de Onda ..................................... 38
Figura 8. Componentes de Dispersión de los Materiales y Guías de Onda.............................. 38
Figura 9. PMD en una Fibra de Modo Simple cuya asimetría es uniforme a lo largo de su
longitud ..................................................................................................................................... 39
Figura 10. Scattering................................................................................................................. 40
Figura 11. Stimulated Brillouin Scattering ............................................................................... 40
Figura 12. Stimulated Raman Scattering .................................................................................. 40
Figura 13. Efecto de SPM en un pulso ..................................................................................... 41
Figura 14. Resultado de los productos cruzados de las longitudes de onda ............................. 43
Figura 15. Fibra Óptica Monomodo o Multimodo con protección contra roedores, resistente a
la corrosión para aplicaciones en ducto o en áreas. .................................................................. 46
Figura 16. Típico diámetro externo y diámetros del núcleo para dos fibras comunes multimodo
y una fibra de modo simple....................................................................................................... 46
Figura 17. La dispersión de guía de onda compensa la dispersión cromática para producir un
dispersión cero a 1.31 µm en una fibra monomodo del tipo escalonado (step-index).............. 47
Figura 18. Dispersión en fibras para DWDM........................................................................... 48
Figura 19. Multiplexación por División de Frecuencia (FDM)................................................ 58
Figura 20. Multiplexación por División de Tiempo (TDM)..................................................... 59
Figura 21. Multiplexación Estadística por División del Tiempo (STDM). .............................. 60
Figura 22. Multiplexación con PDH......................................................................................... 62
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Figura 23. Multiplexación con SDH......................................................................................... 63
Figura 24. Incremento de la capacidad con WDM ................................................................... 64
Figura 25. Espectro Electromagnético...................................................................................... 66
Figura 26. Evolución de los sistemas DWDM ......................................................................... 67
Figura 27. Crecimiento de la capacidad en la fibra .................................................................. 68
Figura 28. Esquema funcional DWDM. ................................................................................... 69
Figura 29. Función de un transpondedor .................................................................................. 70
Figura 30. Esquema de un sistema DWDM ............................................................................. 70
Figura 31. Topología punto-a-punto ......................................................................................... 72
Figura 32. Topología anillo ...................................................................................................... 73
Figura 33. Arquitecturas malla, punto-a-punto y anillo............................................................ 74
Figura 34. EDFA capaz de amplificar la luz en la región de los 1550nm cuando ésta es
impulsada por una fuente externa de luz .................................................................................. 76
Figura 35. Tipo de Aplicaciones de Sistemas WDM y variantes ............................................. 76
Figura 36. Bandas correspondientes a las variantes WDM ...................................................... 77
Figura 37. Nivelación de subportadoras en sistemas de canales de varias longitudes de onda 78
Figura 38. Diagrama de bloques para un sistema 4x40Gbits/s en Nx80km con esquema de
compensación de dispersión ..................................................................................................... 80
Figura 39. Bragg Grating en fibra óptica .................................................................................. 81
Figura 40. Sistema UDWDM de 320 canales........................................................................... 82
Figura 41. Portadora con bandas laterales de 10GHz ............................................................... 83
Figura 42. Distintos espaciamientos en canales DWDM y UDWDM...................................... 84
Figura 43. Medición de desempeño Q en transmisiones limitadas SPM.................................. 87
Figura 44. Mediciones de Q en transmisión limitada de XPM................................................. 87
Figura 45. Típico ancho espectral en láser MLM correspondiente a valores RMS.................. 88
Figura 46. Ancho de banda de un láser SLM ........................................................................... 89
Figura 47. Dispersión en un láser DFB..................................................................................... 89
Figura 48. La separación longitudinal de la región semiconductora activa de la región del
enrejado es el secreto para el éxito del ECDL .......................................................................... 91
Figura 49. Longitud de la cavidad en ECDL y DFB ................................................................ 92
Figura 50. Ancho espectral para DFB y ECDL ........................................................................ 93
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Figura 51. Ancho de banda de canales y enlaces. (en MBits por segundo, escala logarítmica)94
Figura 52. Separación de canales en DWDM y UDWDM....................................................... 95
Figura 53. Demanda de la Internet............................................................................................ 97
Figura 54. Red de servicio IP basada en DWDM..................................................................... 99
Figura 55. Ejemplo de IP siendo transportada por un anillo WDM ....................................... 100
Figura 56. Sistema IP sobre ATM sobre SDH transportado en WDM................................... 101
Figura 57. Estructura IP sobre SDH en redes WDM.............................................................. 102
Figura 58. Esquema SDL........................................................................................................ 102
Figura 59. Aplicación de UDWDM........................................................................................ 103
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ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Comparación de elementos de varios métodos de multiplexación .............................. 96
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NOMENCLATURA
APD: Fotodiodo de avalancha
ATM: Asychronous transfer mode
CCITT: Comité Consulativo Internacional de Telegrafía y Telefonía
CWDM: Coarse Wavelength Division Multiplexing
DBR: Distributed Braga reflector, reflectores de braga distribuidos
DFB: Distributed Feedback, láser de realimentación distribuida
DSF: Dispersión Shifted Fiber, fibre de dispersión desplazada
DWDM: Dense Wavelength Division Multiplexing, Multiplexación por división de longitud
de onda.
EDFA: Erbium Doped Fiber Amplifier, amplificador de fibra dopado con erbio
FDM: Frequency Division Multiplexing, multiplexación por división de tiempo
FTTP: Fibra hasta el edificio
FTTC: Fibra hasta la acera
FTTH: Fibra hasta la casa
FWM: Four Wave Mixing, mezclado de cuatro ondas
ISDN: Integrated service digital networks, red digital de servicios integrados
ITU: International Telecommunication Union, Unión Internacional de
Telecomunicaciones.
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LASER: Light amplification by stimulated emisión of radiation, emission estimulada de
la radiación por amplificación de luz.
MI-DD: Modulación de intensidad y detección directa
NZDSF: Non zero dispersion shifted fiber
OADM: Optical Add/Drop Module
OC: Optical Carrier, Portador Óptico
OFDM: Multiplexación por división de frecuencia óptica.
OTDM: Multiplexación por división del tiempo óptico
OXC: Optical cross connector
PCM: Modulación por codificación de pulsos
PDH: Jerarquía digital plesiosíncrona
PMD: Dispersión por polarización de modos
PST: Proveedor de servicios en telecomunicaciones
RF: Radio Frecuencia
SCTE: Sociedad de ingenieros de televisión por cable
SDH: Synchronous Digital Hierarchy
Solitón: Grupo de pulsos muy estrechos viajando en conjunto
Sonet: Synchronous Optical Network
SPM: Auto modulación de fase
STDM: Multiplexación estadística por división de tiempo
STS: Señal de transporte sincrónica
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TDM: Time Division Multiplexing
UDWDM: Ultra Dense Wavelength Division Multiplexing
WDM: Wavelength Division Multiplexing
XPM: Modulación cruzada de fase
ZWPF: Fibras de Pico de Agua Cero
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RESUMEN
El tema de la multiplexación en fibra óptica crece cada día más a nivel mundial. La necesidad de
comunicación en los seres humanos es inevitable. A medida que la población crece, los sistemas
de comunicación digitales deben perfeccionarse para poder aprovechar al máximo la capacidad
que los materiales ofrecen.
Esta investigación analiza la técnica UDWDM, sus posibles aplicaciones futuras y características
de funcionamiento. Además, muestra los avances que se han dado en el láser para poder trabajar
a espaciamientos estrechos entre canales necesarios en esta técnica. Se encontró que aún se
trabaja el tema de la multiplexación ultra densa por división de longitud de onda a nivel de
laboratorio. Se hacen pruebas para lograr hacer eficiente este método.
Este tipo de multiplexación presenta varios problemas a ser resueltos en años venideros por los
científicos encargados de llevar adelante el funcionamiento exitoso de esta tecnología. Aspectos
como velocidad, reducción del ruido en la señal, dispersión para altas velocidades y efectos no
lineales.
La técnica UDWDM ofrece grandes ventajas en cuanto a cantidad de transmisión de datos. Es
capaz de transmitir hasta 1022 canales diferenciados en contraste con tecnologías como DWDM
que es capaz de transmitir a menos de una décima parte. Es un tipo de multiplexación con
aplicaciones en redes a nivel internacional, de grandes distancias. Por ésto, se hace necesario
como una de las características importantes el uso de amplificadores dopados con Erbio.
Sin duda esta nueva tecnología viene a ser una solución a los problemas de transmisión de datos
en fibra óptica. En años muy cercanos veremos resuelto el problema que ha sido la creciente
demanda de ancho de banda en los sistemas digitales con tecnologías como UDWDM.
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CAPÍTULO 1: Introducción
1.1 Justificación
La tecnología actual avanza día con día de acuerdo a las necesidades con que se va
enfrentando el hombre en su vida cotidiana, es el caso de las telecomunicaciones en general
y específicamente en las comunicaciones vía fibra óptica, que se encuentra en una etapa de
evolución. Desde su entrada en el mercado comercial de los pasados años 70´s, la fibra
óptica ha madurado y encontrado aceptación en las telecomunicaciones, red de datos, y en
empresas de TV por Cable.
Las aplicaciones en telecomunicaciones incluyen sistemas de “trunking” terrestre para ínter
oficinas, lazos de retroalimentación, y largos sistemas de transportación submarina. Las
aplicaciones de la red de datos incluyen áreas de redes locales (LAN´s) tales como una gran
cobertura de una área de red metropolitana (MAN´s) y grandes áreas de redes amplias
(WAN´s). Las señales usadas para las telecomunicaciones y redes de datos son llevadas por
fibras ópticas en forma digital. Las fuertes imperfecciones de señales digitales las hacen
olvidar varias imperfecciones de las fibras y de los láser. La gran fragilidad de las señales
traen consigo nuevos retos que estimulan el desarrollo de láser lineales y el mejoramiento
de la tecnología de la Fibra Óptica.
La red óptica posee actualmente nuevos retos, la esencia de la red óptica es que la fibra
debe llevar más longitud de onda sobre distancias cada vez más largas. Desde su
comercialización en los años 70´s ciertas fibras ópticas han encontrado su uso en
aplicaciones determinadas. Hoy las nuevas demandas impuestas por las redes ópticas han
resultado en la perfección y especialización de las fibras ópticas.
Los primeros cables submarinos que sirvieron para la comunicación entre continentes
fueron los cables telegráficos, instalados en los tiempos de la guerra de Recesión. Les han
sucedido los
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cables coaxiales, para realizar conversaciones telefónicas. El primer cable coaxial que unió
los dos lados del Atlántico, tendido en 1955, correspondía a 48 líneas telefónicas. Un solo
par de estos largos y delgados cabellos de vidrio, que trasmiten la información en forma de
impulsos de luz, transmite simultáneamente cerca de 500.000 comunicaciones telefónicas
de un continente a otro, es decir a una distancia de 6.000 a 10.000 Km.
La idea de fabricar fibras de vidrio de sílice suficientemente puro para transportar la luz a
grandes distancias se ha ido abriendo camino desde finales de los años 60. El fundamento:
la luz enviada por el interior de la fibra se refleja en sus paredes, lo que tiene como
consecuencia guiar el haz luminoso a lo largo de la fibra, incluso cuando está curvada.
La fibra óptica está compuesta por filamentos de vidrio de alta pureza muy compactos. El
grosor de una fibra es como la de un cabello humano aproximadamente. 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.
La concretización de esta idea requirió tiempo: han sido necesarias sucesivas innovaciones
tecnológicas relativas tanto al soporte material —las fibras ópticas— como a la manera de
enviar y hacer circular la información por ellas. También se han tenido que desarrollar
focos láser en miniatura (los diodos láser) y dispositivos de recepción (fotodiodos), así
como la electrónica numérica de los circuitos integrados. Por todo ello, la regla general
durante mucho tiempo para las comunicaciones a larga distancia fueron los enlaces de radio
por satélite, que no cedieron el paso a los cables ópticos hasta el final de los años ochenta.
Pero, en la actualidad, la mayor parte de las comunicaciones intercontinentales se realizan a
través de cables ópticos submarinos que, depositados en el fondo de los océanos, tejen una
verdadera red alrededor del planeta. De este modo, las fibras ópticas han sustituido
completamente a los cables coaxiales. Y, para el usuario, un signo tangible de esta
mutación a las fibras ópticas en las comunicaciones telefónicas intercontinentales fue la
desaparición en 1988 del tiempo muerto de 0,4 segundos, debido al enlace vía satélite.
Para extender el alcance de los enlaces a varios centenares de kilómetros sin degradar la
tasa de error, basta con mantener el número de fotones por bit por encima del valor fatídico
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por medio de dispositivos que regeneran la señal debilitada. Los repetidores opto
electrónicos aparecieron en el mercado en los años 80. El repetidor mismo incluye un
fotodiodo (chip de material semiconductor sometido a una tensión) que convierte la señal
óptica en una señal eléctrica, un amplificador, una báscula electrónica que decide si se trata
de un 0 o de un 1, y finalmente un diodo láser controlado por la señal eléctrica resultante
para la conversión inversa. El amplificador es alimentado por una fuente eléctrica,
introducida en una envoltura de cobre aislada que rodea al cable óptico. A la amplificación
de la señal óptica, el repetidor añade también un tratamiento electrónico de reajuste y de
filtrado del ruido.
En la última década la fibra óptica ha pasado a ser una de las tecnologías más avanzadas
que se utilizan como medio de transmisión. Los logros con este material fueron más que
satisfactorios, desde lograr una mayor velocidad y disminuir casi en su totalidad ruidos e
interferencias, hasta multiplicar las formas de envío en comunicaciones y recepción por vía
telefónica.
Pero el hecho de poder trabajar con luz no es en sí todo en lo que se basa el uso de la fibra
óptica. Para poder trabajar con ella se han ideado métodos de multiplexación de las señales
que se desean transmitir. Existen varios métodos, entre ellos los más tradicionales
utilizando luz coherente son: “Time Division Multiplexing” y el “Frequency Division
Multiplexing”.
El primer método, el TDM, se basa en la división en tiempo. El segundo método, el FDM
se basa en la división en frecuencia de la señal aplicada al sistema. Más aún así, en la
actualidad se ha utilizado con gran éxito el método de división por longitud de onda ó
WDM (Wavelength Division Multiplexing). Este permite introducir diferentes señales de
láser con diferentes longitudes de onda, lo cual hace posible utilizar mucho mejor la fibra
óptica. La señal transmitida por la fibra es filtrada por el receptor sin ningún problema.
Como características de la fibra podemos destacar que son compactas, ligeras, con bajas
pérdidas de señal, amplia capacidad de transmisión y un alto grado de confiabilidad ya que
son inmunes a las interferencias electromagnéticas de radio-frecuencia. Las fibras ópticas
no conducen señales eléctricas, conducen rayos luminosos, por lo tanto son ideales para
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incorporarse en cables sin ningún componente conductivo y pueden usarse en condiciones
peligrosas de alta tensión.
Existen varias derivaciones de este método WDM. Algunos de ellos son CWDM (Coarse
Wavelength Division Multiplexing), DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) y
el principal a tratar en el presente trabajo, el UDWDM (Ultra Dense Wavelength Division
Multiplexing). Este sistema permite la transmisión de datos a una alta velocidad y con
ancho de banda bastante amplio.
La técnica del CWDM (Coarse WDM) es la técnica esparcida. Esta multiplexa una menor
cantidad de longitudes de onda por canal de fibra óptica. En la técnica DWDM el espaciado
entre longitudes de onda es de aproximadamente 1.6nm mientras que en la técnica del
CWDM es de 20nm. La técnica de DWDM es una de las más caras ya que es necesario la
implementación de equipo mucho más desarrollado, esto por el espaciamiento entre la
longitud de onda de las señales. Los emisores deben ser mucho más finos para poder
diferenciar las señales a transmitir. Además no se permiten variaciones significativas ya
que pueden causar la pérdida de información debido al acople de las señales.
En la actualidad, los sistemas de información buscan enviar la mayor cantidad posible de
datos a una mayor velocidad. El sistema de multiplexación UDWDM permite utilizar al
máximo la fibra óptica ya que permite trabajar con una amplia gama de longitudes de onda.
Se logra enviar una gran cantidad de información utilizando un solo canal de fibra óptica
con la ventaja de que la velocidad a la cual opera es bastante alta.
En sistemas de gran distancia y para la transmisión de voz e información este método puede
ser utilizado. Redes metropolitanas, redes de área local, y transmisión de Cable TV. están
estudiando la posible utilización del método UDWDM. En ciudades como Manhattan, el
costo de cablear nuevas redes de fibra óptica a través de la ciudad para transmitir
información, puede llegar a ser mucho más caro que el implementar la multiplexación ultra
densa. La competencia entre proveedores de red por aumentar el ancho de banda a un
menor precio hace que se deban abaratar costos utilizando la fibra instalada existente.
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Conociendo estas características, y a sabiendas de que gran parte del territorio mundial ya
tiene instalado redes de fibra óptica que se deben utilizar de manera adecuada, es que se
pretende profundizar en el estudio de esta tecnología. El presente trabajo intentará mostrar
los fundamentos teóricos de la multiplexación ultra densa UDWDM, sus ventajas y
aplicaciones futuras, todo esto debido a la necesidad de cada día de utilizar los recursos
existentes de una manera mucho más eficiente.
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo General
Conocer a profundidad los fundamentos del sistema de multiplexación por división de
longitud de onda ultra densa UDWDM, así como poner en evidencia los avances,
ventajas y aplicaciones que tiene actualmente.
1.2.2 Objetivos Específicos
•
Conocer el fundamento teórico de un sistema de comunicaciones ópticas.
•
Realizar una introducción de otros sistemas de multiplexación.
•
Estudiar el desarrollo que han tenido los sistemas de multiplexación
en
longitud de onda.
•
Estudiar los aspectos relevantes del sistema UDWDM, funcionamiento,
partes, equipo utilizado y principales aplicaciones.
•
Investigar las tendencias del UDWDM, posibles avances, ventajas y
aplicaciones de éstas.
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1.3 Metodología
La metodología utilizada para la realización de la presente investigación es la siguiente:
•
Recopilación de información bibliográfica acerca de los aspectos generales de los
sistemas de comunicaciones ópticos. Toda la búsqueda de la información se realiza
en artículos publicados en revistas especializadas, libros técnicos y publicaciones en
Internet.
•
Recopilación de información bibliográfica acerca de sistemas tradicionales de
multiplexación. Toda la búsqueda de la información se realiza en artículos
publicados en revistas especializadas, libros técnicos y publicaciones en Internet.
•
Redacción de aspectos generales de los métodos de multiplexación tradicionales.
•
Recopilación bibliográfica acerca del funcionamiento del sistema UDWDM,
tendencias, ventajas y futuras aplicaciones. Toda la búsqueda de la información se
realiza en artículos publicados en revistas especializadas, libros técnicos y
publicaciones en Internet.
•
Redacción de los aspectos técnicos del método de multiplexación UDWDM.
•
Análisis de las tendencias en UDWDM
•
Redacción de conclusiones y recomendaciones.
•
Elaboración del informe escrito final incluyendo todas sus partes.
•
Preparación de la presentación para la defensa del proyecto.
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CAPÍTULO 2: Introducción a los sistemas de comunicación
ópticos
2.1 Estructura de un sistema de comunicación
¡Atención el universo! Por reinos, ¡A la derecha! (voz de mando en el ejercito
estadounidense.) Esta frase profética es el primer mensaje telegráfico registrado, que envió
a través de una línea de 16 Km Samuel Morse, en 1838. Así nació una nueva era de en la
comunicación, la era de la comunicación eléctrica.
Hoy, los sistemas de comunicación eléctrica se encuentran en todas partes donde se
transmite la información de un punto a otro. El teléfono, la radio y la televisión han venido
a ser factores de la vida diaria. Los circuitos de larga distancia cubren el globo terráqueo
llevando texto, voces e imágenes. Los sistemas de radar y telemetría desempeñan papeles
importantes, vitales, en navegación, defensa e investigación científica. Las computadoras
hablan a otras computadoras por medio de enlaces transcontinentales de datos. Los logros
son muchos y la lista es, al parecer, interminable. Ciertamente se han logrado grandes
avances desde los días de Morse; también es cierto que en las próximas décadas veremos
muchas nuevas hazañas en la ingeniería de la comunicación, aunque las aplicaciones
potenciales sólo están limitadas por las necesidades, aspiraciones e imaginación del
hombre.
Un sistema típico está formado de numerosas y diversas partes cuya comprensión escapa
virtualmente a todas las especialidades de la ingeniería eléctrica: conversión de la energía,
teoría de redes, electrónica y teoría electromagnética, para citar unas cuantas. Más aún, en
el análisis pormenorizado se perdería el punto esencial de que un sistema es un todo
integrado que realmente excede la suma de las partes.
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El contacto con la ingeniería de sistemas es algo poderoso, y al mismo tiempo algo
abstracto, pero confinado en las matemáticas, podemos llegar al corazón de los más
complejos problemas. Sin embargo, debemos de tener en mente que las matemáticas son un
medio para lograr un fin, y éste sigue siendo un conocimiento básico de la comunicación
eléctrica.
2.1.1 Comunicación, Mensajes y Señales
Para empezar, definimos a la comunicación como un proceso por medio del cual la
información se transfiere de un punto llamado fuente, en espacio y tiempo, a otro punto que
es el destino o usuario. Un sistema de comunicación es la totalidad de mecanismos que
proporcionan el enlace para la información entre fuente y destino. Un sistema de
comunicación eléctrica es aquel que ejecuta esta función principal, pero no exclusivamente,
por medio de dispositivos y fenómenos eléctricos.
Hay mucha clases de fuentes de información, incluso hombres y máquinas; por eso, los
mensajes aparecen en muchas formas; una secuencia de símbolos o letras discretas; una
magnitud sencilla variando con el tiempo, varias funciones del tiempo y otras variables.
Pero, sea cual fuere el mensaje, el objeto de un sistema de comunicación, es proporcionar
una réplica aceptable de él en su destino.
Como regla, establezcamos que el mensaje producido por una fuente no es eléctrico y, por
lo tanto, es necesario un transductor de entrada. Este transductor convierte el mensaje en
una señal, una magnitud eléctrica variable, tal como un voltaje o una corriente.
Similarmente, otro transductor convierte la señal de salida a la forma apropiada del
mensaje. En lo sucesivo, los términos señal y mensaje se usarán indistintamente.
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2.1.2 Los Elementos de un Sistema de Comunicación
La figura 1 muestra los elementos funcionales de un sistema completo de comunicación.
Figura 1.Elementos de un sistema de comunicación
Elementos funcionales
Omitiendo los transductores, hay tres partes esenciales en un sistema de comunicación
eléctrica, el transmisor, el canal de transmisión y el receptor. Cada uno con su función
característica.
a) Transmisor:
El transmisor pasa el mensaje al canal en forma de señal. Para lograr una transmisión
eficiente, se deben desarrollar varias operaciones de procesamiento de la señal. La más
común e importante de estas operaciones es la modulación, un proceso que se distingue por
el acoplamiento de la señal transmitida a las propiedades del canal, por medio de una onda
portadora.
b) Canal de transmisión:
El canal de transmisión o medio es el enlace eléctrico entre el transmisor y el receptor,
siendo el puente de unión entre la fuente y el destino. Puede ser un par de alambres, un
cable coaxial, una onda de radio o un rayo láser. Todos caracterizados por la atenuación, la
disminución progresiva de la potencia de la señal conforme aumenta la distancia. La
magnitud de la atenuación puede ser pequeña o muy grande, generalmente es grande.
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c) Receptor:
La función del receptor es extraer del canal la señal deseada y entregarla al transductor de
salida, como las señales son frecuentemente débiles, resultado de la atenuación, el receptor
debe tener varias etapas de amplificación.
d) Contaminaciones:
Durante la transmisión de la señal ocurren ciertos efectos no deseados. Uno de ellos es la
atenuación, la cual reduce la intensidad de la señal; sin embargo, son más serios la
distorsión, la interferencia y el ruido, los cuales se manifiestan como alteraciones de la
forma de la señal. Estos efectos se clasifican de la manera siguiente:
d.1) Distorsión:
Es la alteración de la señal debida a la respuesta imperfecta del sistema a ella misma. A
diferencia del ruido y la interferencia, la distorsión desaparece cuando la señal deja de
aplicarse.
En la práctica debe permitirse cierta distorsión, aunque su magnitud debe estar dentro de
límites tolerables.
d.2) Interferencia:
Es la contaminación, por señales extrañas, generalmente artificiales y de forma similar a
las de la señal. La solución al problema de interferencia es obvia: eliminar en una u otra
forma la señal interferente o su fuente.
d.3) Ruido:
Se le llama así a las señales aleatorias e impredecibles de tipo eléctrico originadas en forma
natural dentro o fuera del sistema. Cuando estas variaciones se agregan a la señal portadora
de la información, ésta puede quedar en gran parte oculta o eliminada totalmente. Como
veremos, el ruido no suprimible es uno de los problemas básicos de la comunicación
eléctrica.
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2.1.4 La Modulación
La modulación es la alteración sistemática de una onda portadora de acuerdo con el
mensaje (señal moduladora) y puede ser también una codificación.
Existen muchas formas de comunicación no eléctricas, que también encierran un proceso
de modulación, y la voz es un buen ejemplo. Cuando una persona habla, los movimientos
de la boca ocurren de una manera más bien lenta, del orden de los 10 Hz, que realmente no
pueden producir ondas acústicas que se propaguen. La transmisión de la voz se hace por
medio de la generación de tonos portadores, de alta frecuencia, en las cuerdas vocales,
tonos que son modulados por los músculos y órganos de cavidad oral. Lo que el oído capta
como voz, es una onda acústica modulada.
a) Tipos de modulación:
Es posible identificar dos tipos básicos de modulación en relación a la clase de onda
portadora: la modulación de onda contínua (CW), en la cual la portadora es simplemente
una forma de onda senoidal, y la modulación de pulsos, en la cual la portadora es un tren
periódico de pulsos.
Puesto que la modulación de onda continua es un proceso continuo, es posible adaptarla a
señales que están variando constantemente con el tiempo. Generalmente la portadora
senoidal es de mayor frecuencia que cualquiera de las componentes de frecuencia
contenidas en la señal moduladora. El proceso de modulación se caracteriza pues por una
traslación de frecuencia, es decir el espectro del mensaje se corre hacia arriba a otra banda
de mayor frecuencia.
La modulación de pulsos es un proceso discontinuo, en el sentido de que los pulsos
aparecen sólo en ciertos intervalos de tiempo. Por eso la modulación de pulsos se adapta
mejor a los mensajes que son discretos por naturaleza. Tanto en los telégrafos como en los
teletipos, la modulación de pulsos y la codificación van de la mano.
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Como alternativa a la clasificación anterior, algunas veces es preferible designar a la
modulación como analógica o codificada (digital). Esto es cierto en los sistemas más
complejos que emplean ambas técnicas (modulación CW y pulsada), haciendo distinción de
su tipo indefinido de portadora. La diferencia entre analógica y digital es la siguiente: en la
primera, el parámetro modulado varía en razón directa a la señal moduladora. En la
modulación codificada, ocurre una transformación digital, por medio de la cual el mensaje
se cambia de un lenguaje simbólico a otro. Si el mensaje es originalmente una función
continua de tiempo, debe ser muestreado y digitalizado (cuantificado) antes de ser
codificado.
Independientemente del tipo CW o pulsada analógica o codificada la modulación debe ser
un proceso reversible, de tal manera que el mensaje pueda ser recuperado en el receptor por
medio de la operación complementaria de desmodulación.
Modulación por facilidad de radiación
Una radiación eficiente de energía electromagnética requiere de elementos radiadores
(antenas) cuyas dimensiones físicas sean por lo menos de 1/10 de su longitud. Pero muchas
señales, especialmente de audio, tienen componentes de frecuencia del orden de los 100 Hz
o menores, para lo cual necesitan antenas de unos 300 Km de longitud si se radian
directamente.
Utilizando la propiedad de traslación de frecuencia de la modulación, estas señales se
pueden imprimir sobre una portadora de alta frecuencia, con lo que se logra una reducción
sustancial del tamaño de la antena. Por ejemplo, en la banda de radio de FM, donde las
portadoras están en el rango de 88 a 108 MHz, las antenas no deben ser mayores a un
metro.
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Modulación para reducir el ruido y la interferencia
Se dice que es imposible eliminar totalmente el ruido del sistema. Y aunque es posible
eliminar la interferencia, puede ser no práctico. Por fortuna, ciertos tipos de modulación
tienen la útil propiedad de suprimir tanto el ruido como la interferencia. La supresión, sin
embargo, ocurre a un cierto precio; generalmente requiere de un ancho de banda de
transmisión (intervalo de frecuencia) mucho mayor que la señal original; de ahí la
designación de reducción del ruido de banda ancha. Este convenio de ancho de banda para
la reducción del ruido es uno de los interesantes y a veces desventajosos aspectos del
diseño de un sistema de comunicaciones.
Modulación por asignación de frecuencia
El propietario de un aparato de radio o televisión puede seleccionar una de varias
estaciones, aun cuando todas las estaciones estén transmitiendo programación en el mismo
medio de transmisión. Es posible seleccionar y separar cualquiera de las estaciones, dado
que cada una tiene asignada una frecuencia portadora diferente. Si no fuera por la
modulación, sólo operaría una estación en un área dada. Dos o más estaciones que
transmiten directamente en el mismo medio, sin modulación, produciría una mezcla inútil
de señales interferentes.
Modulación para multicanalización
A menudo se desea transmitir muchas señales en forma simultánea entre dos puntos. Las
técnicas de multicanalización son formas, intrínsecas de modulación, permiten la
transmisión de señales múltiples sobre un canal, de tal manera que cada señal puede ser
captada en el extremo receptor, Las aplicaciones de la multicanalización comprenden
telemetría de datos, emisión de FM estereofónica y telefonía de larga distancia. Es muy
común, por ejemplo, tener hasta 1,800 conversaciones telefónicas de ciudad a ciudad,
multicanalizadas y transmitidas sobre un cable coaxial de un diámetro menor a un
centímetro.
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Modulación para superar las limitaciones del equipo
El diseño de un sistema queda generalmente a la disponibilidad de equipo, el cual a menudo
representa inconvenientes en relación con las frecuencias involucradas. La modulación se
puede usar para situar una señal en la parte del espectro de frecuencia donde las
limitaciones del equipo sean mínimas o donde se encuentren más fácilmente los requisitos
de diseño. Para este propósito, los dispositivos de modulación se encuentran también en los
receptores, como ocurre con los transmisores.
b) Limitaciones fundamentales en la comunicación eléctrica
En el diseño de un sistema de comunicación existen dos clases generales de restricciones:
los factores tecnológicos, es decir los factores vitales de la ingeniería y por otro lado las
limitaciones físicas fundamentales impuestas por el propio sistema, o sea las leyes de la
naturaleza en relación con el objetivo propuesto.
Ambas clases de restricciones deben ser analizadas al diseñar el sistema. Hay más de una
diferencia, pues los problemas tecnológicos son problemas de practicidad que incluyen
consideraciones tales como disponibilidad de equipo, interacción con sistemas existentes,
factores económicos, problemas que pueden resolverse en teoría, aunque no siempre en la
práctica. Las limitaciones físicas fundamentales son justamente eso; cuando aparecen, no
existen recursos, incluso en teoría. Sin embargo los problemas tecnológicos son las
limitaciones que en última instancia señalan si pueden o no ser salvadas. Las limitaciones
fundamentales en la transmisión de la información por medios eléctricos son el ancho de
banda y el ruido.
La limitación del ancho de banda
La utilización de sistemas eficientes conduce a una reducción del tiempo de transmisión, es
decir, que se transmite una mayor información en el menor tiempo. Una transmisión de
información rápida se logra empleando señales que varían rápidamente con el tiempo. Pero
estamos tratando con un sistema eléctrico, el cual cuenta con energía almacenada; y hay
una ley de física bien conocida que expresa que en todos los sistemas, excepto en los que
no hay pérdidas, un cambio en la energía almacenada requiere de una cantidad definida de
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tiempo. Así, no podemos incrementar la velocidad de la señalización en forma arbitraria, ya
que en consecuencia el sistema dejará de responder a los cambios de señal.
Una medida conveniente de la velocidad de la señal, es su ancho de banda, o sea, el ancho
del espectro de la señal. En forma similar, el régimen al cual puede un sistema cambiar
energía almacenada, se refleja en su respuesta de frecuencia útil medida en términos del
ancho de banda del sistema. La transmisión de una gran cantidad de información en una
pequeña cantidad de tiempo, requiere señales de banda ancha para representar la
información y sistemas para acomodar las señales. Por tanto, dicho ancho de banda surge
como una limitación fundamental.
Cuando se requiere de una transmisión en tiempo real, el diseño debe asegurar un adecuado
ancho de banda del sistema. Sí el ancho de banda es insuficiente, puede ser necesario
disminuir la velocidad de señalización, incrementándose así el tiempo de transmisión. Debe
recalcarse que el diseño del equipo no es con mucho un problema de ancho de banda
absoluto o fraccionario, o sea, el ancho, de banda absoluto dividido entre la frecuencia
central; si con una señal de banda ancha se modula una portadora de alta frecuencia, se
reduce el ancho de banda fraccionaria con ello se simplifica el diseño del equipo. Esto es
una razón por la qué en señales de TV cuyo ancho de banda es de cerca de 6 MHz se
emiten sobre portadoras mucho mayores que en la transmisión de AM, donde el ancho de
banda es de 10 KHz.
Así mismo, dado un ancho de banda fraccionaria resultado de las consideraciones del
equipo, el ancho de banda absoluto puede incrementarse casi indefinidamente llegando
hasta frecuencias portadoras mayores. Un sistema de microondas de 5 GHz puede
acomodar 10,000 veces más información en un período determinado que una portadora de
radio frecuencia de 500 KHz, mientras que un rayo láser cuya frecuencia sea de 5 E+14 Hz
tiene una capacidad teórica de información que excede al sistema de microondas en un
factor de 1 E+5, o sea, un equivalente aproximado de 10 millones de canales de TV. Por
ello es que los ingenieros en comunicaciones están investigando constantemente fuentes de
portadoras de altas frecuencias nuevas y utilizables para compensar el factor ancho de
banda.
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La limitación ruido
Un instrumento de medición que posee un 1% de resolución da lugar a una mayor
información que un instrumento con un 10%; la diferencia es 1 de exactitud. En forma
similar, el éxito en la comunicación eléctrica depende de la exactitud con que el receptor
pueda determinar cual señal es la que fue realmente transmitida, diferenciándola de las
señales que podrían haber sido transmitidas. Una identificación perfecta de la señal sería
posible sólo en ausencia de ruido y otras contaminaciones, pero el ruido existe siempre en
los sistemas eléctricos y sus perturbaciones sobrepuestas limitan nuestra habilidad para
identificar correctamente la señal que nos interesa y así, la transmisión de la información.
¿Por qué es inevitable el ruido? Detalle curioso, la respuesta proviene de la teoría cinética.
Cualquier partícula a una temperatura diferente de cero absoluto, posee una energía térmica
que se manifiesta como movimiento aleatorio o agitación térmica. Si la partícula es un
electrón, su movimiento aleatorio origina una corriente aleatoria. Luego, si esta corriente
aleatoria ocurre en un medio conductor, se produce un voltaje aleatorio conocido como
ruido térmico o ruido de resistencia. Mientras el ruido de resistencia es solo una de las
posibles fuentes en un sistema, muchos otros están relacionados, en una u otra forma, al
movimiento electrónico aleatorio. Más aún, como era de esperarse de la dualidad ondapartícula, existe ruido térmico asociado con la radiación electromagnética. En
consecuencia, como no podemos tener comunicación eléctrica sin electrones u ondas
electromagnéticas, tampoco podemos tener comunicación eléctrica sin ruido.
Las variaciones de ruido típicas son muy pequeñas, del orden de los micro voltios. Si las
variaciones de la señal son sustancialmente mayores, el ruido puede ser ignorado. En
realidad, en sistemas ordinarios bajo condiciones ordinarias, la relación señal a ruido es
bastante grande para que el ruido no sea perceptible. Pero en sistemas de alto régimen o de
potencia mínima, la señal recibida puede ser tan pequeña como el ruido o más. Cuando esto
suceda, la limitación por ruido resulta muy real.
Es importante señalar que si la intensidad de la señal es insuficiente, añadir más pasos de
amplificación en el receptor no resuelve nada; el ruido será amplificado junto con la señal,
lo cual no mejora la relación señal a ruido. Aumentar la potencia transmitida ayuda, pero la
potencia no se puede incrementar en forma indefinida por razón de problemas tecnológicos.
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En forma alterna, como se mencionó al principio, podemos permutar el ancho de banda por
la relación señal a ruido por medio de técnicas de modulación y codificación. No es de
sorprender que la más efectiva de esas técnicas generalmente sea la mas costosa y difícil de
instrumentar. Nótese que el trueque del ancho de banda por la relación señal a ruido puede
llevarnos de una limitación a otra.
En el análisis final, dado un sistema con ancho de banda y relación señal a ruido fijo, existe
un límite superior definido, al cual puede ser transmitida la información por el sistema. Este
límite se conoce con el nombre de capacidad de información y es uno de los conceptos
centrales de la teoría de la información. Como la capacidad es finita, se puede decir, que el
diseño de sistemas de comunicación es un asunto de compromiso; un compromiso entre
tiempo de transmisión, potencia transmitida, ancho de banda y relación señal a ruido.
2.2 Estructura de un sistema de comunicación óptica
Un sistema de comunicaciones óptica está constituido por cinco partes elementales: una
fuente, un transmisor, un medio de transmisión, un receptor y un destino.
Figura 2.Estructura de un sistema de comunicación óptica
Existen dos tipos de sistemas ópticos, los guiados y los no guiados. Los guiados son
aquellos que cuentan con un medio de propagación que guía la onda enviada. Por otro lado
los sistemas no guiados son aquellos que se basan en transmisiones atmosféricas. Sin
embargo, estos últimos no resultaron ser los mejores sistemas ya que se tienen dificultades
en la atmósfera así como precipitaciones, contaminación y turbulencias.
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Basando nuestro análisis de los sistemas ópticos en la configuración básica de los sistemas
de comunicaciones, como lo mencionamos anteriormente, tenemos bloques funcionales
elementales.
Las fuentes utilizadas para los sistemas de comunicaciones ópticas son los diodos emisores
de luz o comúnmente llamados LED. Estos dispositivos producen luz del tipo no coherente.
O sea, con varias longitudes de onda. Además se utilizan los diódos emisores láser que
producen luz coherente; o sea, de una sola longitud de onda. Este dispositivo, el LED, es
muy utilizado debido a su bajo costo y su resistencia al uso. A diferencia del diodo láser, el
LED no puede conmutar a altas velocidades y emite una potencia baja.
Como medio de propagación tenemos en nuestro caso a la fibra óptica. Luego de enviar una
señal por este medio, la señal se atenúa y distorsiona con la distancia debido a los
fenómenos de la reflexión, absorción y dispersión. Un aspecto importante a tomar en cuenta
a la hora de trabajar con la fibra óptica es la eficiencia de la interconexión. Se debe calcular
debidamente y así se sabrá si la señal emitida y transmitida llegará al lugar de destino.
En nuestro caso, el receptor del sistema de comunicaciones ópticas consiste en un foto
detector. Estos son los dispositivos asociados a la amplificación y restauración de la señal.
Los fotodetectores son los dispositivos encargados de convertir la señal óptica en una señal
eléctrica. Hay dos tipos de dispositivos utilizados, uno es el fotodiodo pin y el fotodiodo
avalancha. La diferencia entre ambos dispositivos es que el diodo avalancha presenta una
mayor sensibilidad.
Finalmente, tomando en cuenta la atenuación y distorsión que presenta la señal transmitida
por la fibra óptica se debe tener un repetidor para amplificar y reconfigurar la señal. El
repetidor consiste en un receptor y un transmisor que se colocan a intervalos a lo largo del
sistema de acuerdo con las pérdidas esperadas.
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2.3 Evolución de los sistemas de comunicación ópticos
La ciencia de la óptica tiene sus raíces enterradas en tiempos antiguos. Alrededor de 300
A.C., Euclides escribió un tratado titulado "Óptica y Catóptrica" en la cual menciona la
correcta ley de reflexión y la aplicó al estudio de espejos planos y curvos. También
menciona el fenómeno de refracción pero la verdadera ley matemática que la describe no
fue descubierta hasta 1621 por Willebrord Snell. Los antiguos filósofos griegos especularon
acerca de la naturaleza física de la luz y la visión, pero la falta de método experimental
provocó poco progreso en la ciencia óptica.
La primera contribución substancial al entendimiento del proceso visual fue hecha por
Alhazen en el siglo XI. El dedujo que la luz proveniente de varias porciones de un objeto
iluminado forma una imagen en el ojo. El proceso de visión fue uno de muchos temas
estudiados por Johannes Kepler a inicios del siglo XVII. El fue el primero en dar una
descripción completa de la forma en que la lente del ojo forma una imagen en la retina.
Una de las primeras figuras en el desarrollo de la ciencia óptica fue Christiaan Huygens,
cuyo "Tratado de la luz" fue publicado en 1690. Huygens consideró a la luz un disturbio de
ondas más que un flujo de partículas, y formuló un útil método ahora llamado Principio de
Huygens, para estudiar la propagación de ondas de luz. Usando este principio él fue capaz
de deducir las leyes de reflexión y refracción, y aplicó el principio a la explicación de otros
fenómenos ópticos como la doble refracción.
Un contemporáneo de Huygens fue Isaac Newton quien, entre sus muchos logros, realizó
numerosos experimentos originales en óptica. El descubrió que la luz blanca puede
separarse en sus colores componentes por medio de un prisma y puede ser recombinada con
otro prisma. El perfeccionó el telescopio reflectante e investigó el fenómeno de
interferencia. En su famoso libro Optiks, publicado en 1704, Newton rechazó la teoría de
onda de Huygens, y apoyó la teoría corpuscular en la cual un cuerpo luminoso emite
partículas diminutas que se propagan en líneas rectas.
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La controversia sobre la teoría de onda versus la teoría corpuscular continuó por muchos
años, hasta después de la muerte de Newton. A inicios del siglo 19, apoyada en el trabajo
de Thomas Young en interferencia de la luz y posteriores investigaciones de Augustin
Fresnel en difracción e interferencia de luz polarizada, la teoría de onda gradualmente ganó
aceptación sobre la teoría corpuscular.
A finales del siglo XIX el trabajo monumental de James Clerk Maxwell mostró que
virtualmente todos los fenómenos ópticos conocidos en ese tiempo podían ser explicados
en términos de su teoría de onda electromagnética. Uno de los resultados fundamentales de
esta teoría concierne a la velocidad de ondas electromagnéticas. Esta velocidad puede ser
calculada por mediciones puramente eléctricas y es precisamente la misma velocidad
medida experimentalmente por Armand Fizeau en 1849 y por muchos otros investigadores
desde entonces.
La culminación de la teoría de Maxwell llegó en 1888, cuando Heinrich Hertz demostró la
existencia de ondas eléctricas (conocidas ahora como ondas de radio), las cuales viajan a la
velocidad de la luz y otras radiaciones. Esta demostración fue la prueba experimental de las
teorías de onda de Maxwell. Irónicamente Hertz también descubrió en el año previo, el
efecto fotoeléctrico, un fenómeno mejor explicado al tratar la luz como un tren de
partículas llamadas ahora fotones. Este descubrimiento resultó ser el primero de una serie
de desarrollos que eventualmente condujo a la teoría cuántica de la luz, la cual postula que
la energía de la luz siempre se da en paquetes discretos. La moderna descripción de la luz
es de una naturaleza dual, como onda en algunas circunstancias y como partículas en otra.
Así en un sentido tanto Newton como Huygens estaban en lo correcto.
En 1988 se instaló el primer sistema de fibra óptica entre Francia, Inglaterra y Estados
Unidos. Opera a un caudal global de 2 x 0,28 Gbit/s (dos pares de fibras) y está constituido
por un cable submarino de 7.500 kilómetros de longitud, dotado de unos 110 repetidores
situados cada 70 kilómetros. La capacidad correspondiente es de 40.000 circuitos
telefónicos.
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Los cables submarinos ofrecen algunas ventajas respecto de las comunicaciones por
satélite: Tienen una vida de más de 25 años mientras que la de los satélites es de 10;
funcionan bien independientemente del clima y disturbios magnéticos, mientras que los
receptores y transmisores para comunicaciones vía satélite son afectados por el clima,
lluvias, tormentas, etcétera; su tecnología admite reparaciones y mantenimiento, mientras
que en los satélites normalmente es muy complicado.
La innovación más importante en la última década en los cables submarinos es la
introducción de fibra óptica. Las ondas ópticas conducidas por tales cables dan la vuelta a
la tierra en fracciones de segundos. El primer cable intercontinental, el TAT 8 transporta
más de 32 mil conversaciones al mismo tiempo aparte de una masa de datos, que puede ser
enviada a intervalos. Sus altos costos de inversión comparado con el cable coaxial (que se
introdujo en los cincuenta y que ahora son tendidos donde la frecuencia de su uso o
crecimiento es bajo), son compensados con el incremento de la capacidad. Los cables de
fibra óptica normalmente pueden ser operados sin amplificadores y debido a su diminuto
diámetro de 25 a 30 mm son de peso liviano, más elásticos y fáciles de enterrarse. Aunque
su pequeñez los hace más sensibles a las mordidas de los tiburones, son protegidos por
cubiertas especiales para resistir esos peligros.
Además de los países industrializados como Inglaterra, Canadá, Rusia, Estados Unidos y
Francia, el tendido de cables submarinos es realizado por otros como Singapur y México,
mediante su participación en proyectos comunes de distintas empresas.
Desde agosto de 1993, Teléfonos de México es socio mayoritario, del sistema de cable
submarino Columbus II. Este cable es de fibra óptica y se programó para entrar en servicio
en diciembre de 1994, con capacidad para 23 mil canales telefónicos y para transmitir 90
mil conferencias simultáneamente. Sus amarres se encuentran en Cancún, México; West
Palm Beach, Estados Unidos; Saint Thomas e Islas Vírgenes, EE.UU.; Isla Gran Canaria,
España; Isla Madeira, Portugal; y Palermo, Italia. En el proyecto participaron 58 compañías
de telecomunicaciones de 41 países, entre las que se encuentran Telefónica de España,
AT&T, Italcable y Companhia Portuguesa Radio Marconi.
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Las ventajas que brindan las transmisiones por cables submarinos han llevado a una intensa
competencia entre empresas constructoras y operadoras de los mismos, así como con las de
comunicaciones por satélite. La compañía estadounidense American Telephone and
Telegraph (AT&T), compite con International Telecommunications Satellite (INTELSAT)
por la preeminencia en las comunicaciones intercontinentales. AT&T ha intensificado la
construcción de cables submarinos: cinco por todo el mundo. En octubre de 1990 empezó a
construir junto con la empresa japonesa Kokusai Denshim Denmwa un cable transpacífico,
con capacidad para proveer hasta 600 mil líneas telefónicas y entrará en operación en 1996.
A mediados de 1992 puso en operación su más reciente sistema de comunicación
submarina intercontinental denominado TAT-10, que utiliza cables de fibra óptica, conduce
80 mil conversaciones telefónicas simultáneas y enlaza directamente a los Estados Unidos,
Alemania y los Países Bajos.
De ninguna manera los cables submarinos han sido desplazados por otras tecnologías y por
el contrario se han consolidado como una importante opción de comunicación para largas
distancias. En la actualidad, la competencia entre diferentes sistemas de comunicación es
común, y frente a los satélites, por ejemplo, tienen algunas ventajas por los menores riesgos
durante la instalación y el mayor tiempo de duración de las redes.
Pero los repetidores optoelectrónicos conllevaban en sí mismos una limitación. Para las
distancias transoceánicas, el caudal máximo de estos enlaces por fibra óptica estaba
limitado no por la fibra misma, sino por la rapidez de la electrónica de los repetidores. En
efecto, para frecuencias de funcionamiento superiores al giga hercio, los circuitos
electrónicos resultan caros y su fiabilidad disminuye.
Para las largas distancias es indispensable la regeneración de las señales luminosas por
medio de amplificadores. Este obstáculo se ha superado gracias a la aparición
revolucionaria, al final de los años 80, de los amplificadores ópticos de fibra de vidrio
dopada con erbio.
Un amplificador óptico funciona según un principio análogo al de un láser. Los átomos de
erbio contenidos en la fibra se excitan por medio de un diodo láser auxiliar que los
«bombea» a un estado de energía superior, energía que pueden ceder al desexcitarse para
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amplificar la señal debilitada que pasa por la fibra. De este modo la potencia de la señal
óptica se multiplica en un factor que va de 100 a 10.000.
En las telecomunicaciones ópticas, el interés de utilizar estos amplificadores ópticos en
vez de los electrónicos es enorme. En primer lugar, como los amplificadores mismos son
fibras, se conectan por simple soldadura (efectuada por medio de un arco eléctrico) a las
fibras de transmisión. Pero, sobre todo, evitan las conversiones optoelectrónicas efectuadas
por los repetidores y por lo tanto la limitación de caudal asociada a estos últimos. La gama
de frecuencias que acepta el amplificador óptico se extiende a menudo a varios terahercios
(1 THz = 1.000 GHz), un intervalo que engloba muy ampliamente la señal a amplificar.
Estas cualidades eran bien conocidas desde hace unos treinta años. El éxito de los
repetidores ópticos se explica por la puesta en común de tecnologías llegadas a la madurez:
la fabricación de fibras ópticas ultrapuras, las técnicas de dopado con erbio y la fabricación
de los diodos láser necesarios para los amplificadores.
Hasta los años sesenta, era justo el inicio del láser y Elias Snitzer, de la American Optical
Company, ya había inventado el láser a base de vidrios dopados con tierras raras. En
particular, su equipo estudió fibras amplificadoras dopadas con la tierra rara neodimio (Nd),
caracterizadas por un rendimiento de bombeo altamente eficaz. Luego, durante los años
setenta, investigadores de la Universidad de Stanford y de los laboratorios AT&T-Bell
exploraron las posibilidades del bombeo por medio de diodos láser de estas fibras al
neodimio, con vistas a desarrollar las telecomunicaciones ópticas a una longitud de onda de
1,06 µm.
Lamentablemente para estos intentos, los rápidos progresos de los diodos de
semiconductores permitieron mientras tanto fabricar fuentes infrarrojas eficaces y fiables,
que proporcionaban directamente una señal a las longitudes de onda de 1,3 µm y 1,5 µm,
las más adecuadas para las telecomunicaciones. Y no fue hasta 1985 que un grupo de la
Universidad de Southampton (Gran Bretaña) demostró que también las fibras dopadas con
erbio podían emitir y amplificar la luz a 1,5 µm de longitud de onda. Algunos meses más
tarde, un equipo dirigido en los laboratorios AT&T-Bell empezaba a descubrir las notables
propiedades físicas de estas fibras y su interés para las comunicaciones a muy alto caudal.
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Los trabajos iniciales de Southampton y de AT&T-Bell se consideraron inicialmente con
una cierta indiferencia, ya que la tecnología de los repetidores optoelectrónicos estaba
entonces relativamente a punto. Se pensaba que el aumento del caudal seguiría de forma
natural a los progresos de la electrónica de los repetidores, mientras que la amplificación
óptica estaba en un terreno exploratorio.
Un adelanto importante: la puesta a punto de amplificadores ópticos de fibra dopada con
erbio. Además, subsistía un problema importante en el amplificador de fibra dopada: el
láser auxiliar de bombeo necesario para la excitación de los átomos de erbio. Tanto los
investigadores de Southampton como los de AT&T-Bell recurrían a potentes y
voluminosos láser de laboratorio que emitían en el rojo y el verde, unas longitudes de onda
por lo demás inadecuadas para la tecnología de las telecomunicaciones —de ahí el
escepticismo inicial de los expertos—. La solución se logró desarrollando nuevos diodos
láser, potentes —capaces de emitir varios centenares de milivatios de luz— y cuyas
longitudes de onda infrarrojas son precisamente las requeridas para bombear el erbio. Estos
diodos, alimentados en corriente eléctrica por una línea auxiliar, y encapsulados con su
bobina de fibra dopada con erbio en una caja, se podían integrar entonces fácilmente en los
cables ópticos.
La fibra dopada con erbio posee dos cualidades suplementarias. En primer lugar la
ganancia, es decir el factor de amplificación, es insensible a la polarización de la señal
incidente (la polarización caracteriza la dirección en la que vibra el campo eléctrico
asociado a la onda luminosa). Es una baza esencial, ya que el estado de polarización de las
señales se modifica de forma aleatoria a medida que se propagan por la fibra.
Además, el amplificador no deforma las señales, las amplifica idénticas. Esta propiedad
subsiste en condiciones extremas de funcionamiento. Por ejemplo, con una potencia de
entrada demasiado elevada disminuye la ganancia pero la señal no se distorsiona, a
diferencia del caso de los amplificadores electrónicos.
A las tres grandes bazas del repetidor de fibra dopada con erbio (bombeo eficaz por diodo
láser, insensibilidad a la polarización y ausencia de distorsión) se añaden la compatibilidad
con las fibras estándar (sin reflexiones parásitas), las escasas pérdidas en las conexiones, el
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ruido mínimo, la insensibilidad a la temperatura entre -40 ºC y +60 ºC. Según las
aplicaciones, la zona de ganancia explotable alrededor de la longitud de onda de 1,5 µm se
extiende de 100 a 3.000 GHz.
El concepto de las comunicaciones por ondas luminosas ha sido conocido por muchos
años. Sin embargo, no fue hasta mediado de los años setenta que se publicaron los
resultados del trabajo teórico. Éstos indicaban que era posible confiar un haz luminoso en
una fibra transparente flexible y proveer así un análogo óptico de la señalización por
alambres electrónicamente. El problema técnico que se había de resolver para el avance de
la fibra óptica residía en las fibras mismas, que absorbían luz que dificultaba el proceso.
Para la comunicación práctica, la fibra óptica debe transmitir señales luminosas detectables
por muchos kilómetros.
El vidrio ordinario tiene un haz luminoso de pocos metros. Se han desarrollado nuevos
vidrios muy puros con transparencias mucho mayores que la del vidrio ordinario. Estos
vidrios empezaron a producirse a principios de los setenta. Este gran avance dio ímpetu a la
industria de fibras ópticas. Se usaron láser o diodos emisores de luz como fuente luminosa
en los cables de fibras ópticas. Ambos han de ser miniaturizados para componentes de
sistemas fibro-ópticos, lo que ha exigido considerable labor de investigación y desarrollo.
Los láser generan luz "coherente" intensa que permanece en un camino sumamente
estrecho. Los diodos emiten luz "incoherente" que ni es fuerte ni concentrada. Lo que se
debe usar depende de los requisitos técnicos para diseñar el circuito de fibras ópticas dado.
Los dos constituyentes esenciales de las fibras ópticas son el núcleo y el revestimiento. El
núcleo es la parte más interna de la fibra y es la que guía la luz. Consiste en una o varias
hebras delgadas de vidrio o de plástico con diámetro de 50 a 125 micras. El revestimiento
es la parte que rodea y protege al núcleo. El conjunto de núcleo y revestimiento está a su
vez rodeado por un forro o funda de plástico u otros materiales que lo resguardan contra la
humedad, el aplastamiento, los roedores, y otros riesgos del entorno.
El despliegue tiene en general tres tipos de trazado fundamentales: ruta carretera, vía
ferroviaria o líneas de alta tensión. El principio en que se basa la transmisión de luz por la
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fibra es la reflexión interna total; la luz que viaja por el centro o núcleo de la fibra incide
sobre la superficie externa con un ángulo mayor que el ángulo crítico, de forma que toda la
luz se refleja sin pérdidas hacia el interior de la fibra. Así, la luz puede transmitirse a larga
distancia reflejándose miles de veces.
Para evitar pérdidas por dispersión de luz debida a impurezas de la superficie de la fibra, el
núcleo de la fibra óptica está recubierto por una capa de vidrio con un índice de refracción
mucho menor; las reflexiones se producen en la superficie que separa la fibra de vidrio y el
recubrimiento.
2.3.1 El Láser
En 1953 Charles Townes inventó el Máser, un dispositivo que amplifica radiación
electromagnética de microondas, por el proceso de emisión estimulada. El principio del
Máser condujo al desarrollo del Máser óptico o Láser en 1960. La característica más
original del Láser es que emite luz coherente, o sea todas las porciones de la onda óptica
vibra al unísono, mientras que una fuente ordinaria de luz emite luz incoherente de
longitudes de onda variadas. Un haz de luz coherente puede ser enviado sobre largas
distancias, con mucho menos divergencia que un haz incoherente., así como puede ser
enfocado a una mancha muy pequeña de extremadamente alta intensidad.
Los usos de la luz coherente son numerosos y aparecen nuevas aplicaciones cada día. La
cirugía médica en el ojo es rutinaria con Láser. Los Láser se usan en la industria para
soldar, cortar y taladrar. Además se usan en el laboratorio para proyectos como
investigación de fusión y análisis de espectro-gráfico.
Debido a que los Láser tienen la capacidad de portar miles de mensajes simultáneamente,
ellos se han vuelto imprescindible en telecomunicaciones por fibra óptica. Los Láser han
hecho posible la tecnología de discos compactos, un medio de grabación que digitalmente
almacena audio, vídeo y texto. Un reproductor de disco compacto emplea un Láser
semiconductor para "leer" la información almacenada en el disco compacto.
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La luz coherente también será la clave en el desarrollo de procesadores basados
ópticamente, que usarán luz en vez de corrientes eléctricas como portadores de
información. Debido a que los rayos de luz no se afectan uno con otro, aún cuando ellos se
atraviesen, serán posibles arreglos más densos de circuitería en un procesador óptico que en
un procesador electrónico.
Como los fotones viajan más rápido y generan menos calor que los electrones, el
procesador óptico será más rápido y más eficiente que su contraparte electrónica. Miles de
haces de luz pasan simultáneamente a través de una lente simple dentro del procesador
óptico, un procesador electrónico procesa una señal a la vez. Un computador basado en
procesador óptico operará mil veces más rápido que un supercomputador convencional.
Una tecnología aún en sus inicios, sin embargo, los procesadores ópticos no tendrán
potencial comercial por muchos años.
2.3.2 Cronología de la comunicación eléctrica
1800-1837
Descubrimientos preliminares Volta descubre la batería primaria; los tratados
matemáticos de Fourier, Cauchy y Laplace; experimentos con electricidad y
magnetismo por Orested, Ampere, Faraday y Henry; la ley de Ohm (1826);
primeros sistemas telegráficos por Gauss y Weber y Poe Wheatstone y Cooke
1838-1866
El nacimiento de la telegrafía Morse perfecciona su sistema con la ayuda de
Gale, Henry y Vail; Steinheil encuentra que la tierra puede ser empleada como
conductor; se inició el servicio comercial (1844); se inventó la técnica de la
multicanalización; William Thomson calcula la respuesta a los pulsos en una
línea telegráfica (1855); instalaron los cables transatlánticos por Cyrus Field.
1845
Son enunciadas las leyes de Kirchoff para circuitos
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1864
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Una teoría dinámica del campo electromagnético, por James Clark Maxwell,
predice la radiación electromagnética.
1876-1899
El nacimiento de la telefonía Es perfeccionado el transductor acústico por
Alexander Graham Bell, después de varios intentos hechos por Reis; primer
intercambio telefónico, en New Heven, Conn., con ocho líneas (1878);
transductor de carbón, a botón de Edison; se introdujeron los circuitos de cables;
Strowger inventa la conmutación paso a paso (1887); la teoría del cable cargado
por Heavisisde, Pupin y Campbell.
1887-1907
La telegrafía inalámbrica Heinrich Hertz comprueba la teoría de Maxwell;
demostraciones por Marconi y Papov; Marconi patenta un sistema completo de
telegrafía inalámbrica (1897); Sir Oliver Lodge desarrolla la teoría de los
circuitos sintonizados; principia el servicio comercial que incluye sistemas
barco-tierra y transatlánticos.
1892-1899
Publicaciones de Oliver Heaviside sobre cálculo operacional, circuitos y teoría
electromagnética
1904-1920
La electrónica aplicada al radio y al teléfono Lee De Forest inventa el Audión
(tríodo) basado en el diodo de Fleaming; tipos básicos de filtros desarrollados
por G.A. Campbell y otros; experimentos de radiotransmisión de AM; línea
telefónica transcontinental con repetidores electrónicos con el sistema Bell
(1915); nace la telefonía multicanal sobre portadora; E. H. Armstrong
perfecciona el receptor superheterodino (1918); primera estación radiodifusora,
KDKA, en Pittsburg.
1920-1928
Documentos guía sobre la teoría de la transmisión de señales y del radio por J. R.
Carson, H, Nyquist, J. B. Jhonson y R. V. L. Hartley.
1923-1938
El nacimiento de la televisión Sistemas mecánicos de formación de imágenes
demostrados por Bird y Jenkins; análisis teórico de los requisitos de ancho de
banda por Gray, Horton y Mathes; Fransworth y Zworykin proponen sistemas
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electrónicos; tubos de vacío de rayos catódicos perfeccionado por Dumont y
otros; empiezan la pruebas de campo y la transmisión experimental.
1931
Se inicia el servicio de teleimpresoras
1934
H. S. Black desarrolla el amplificador con retroalimentación negativa.
1936
"Un método para la reducción de perturbaciones en la emisión de señales de
radio por un sistema de modulación en frecuencia" por Armstrong, propicia la
creación de la radio de FM
1937
Alec Reeves concibe la modulación por codificación de pulsos.
1938-1945
Segunda Guerra Mundial Se desarrollan los sistemas de radar y microondas; la
FM es usada en forma amplia en las comunicaciones militares; mejoras en
electrónica, hardware y teoría en todas las áreas; Weiner y Kolmogoroff aplican
métodos estadísticos a los problemas de detección de señales.
1948
C. E. Shannon publica "Una teoría Matemática de la Comunicación"
1948-1951
El transistor es inventado por Bardeen, Brattain y Shochley.
1950
El sistema multicanal por división de tiempo es aplicado a la telefonía.
1955
J. R. Pierce propone sistemas de comunicación por satélites.
1956
Primer cable telefónico transoceánico (36 canales de voz).
1958
Se desarrollan sistemas de transmisión de datos a larga distancia con propósitos
militares.
1960
Mainman demuestra el primer láser
1961
Los circuitos integrados entran en la producción comercial.
1962
Principia la comunicación por satélite con el Telstar I.
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1962-1966
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El nacimiento de la comunicación digital de alta velocidad El servicio de
transmisión de datos aparece en forma comercial; canales de banda ancha para
señalización digital; la modulación por codificación por pulsos se hace factible
en la transmisión de voz y TV; mejoras en la teoría e implementación de la
transmisión digital; incluyendo métodos de codificación y control de error por
Bose, Chaudhuri, Wozencraft y otros, y el desarrollo de la igualación para
adaptación por Lucky y colaboradores.
1963
Osciladores de microondas de estado sólido perfeccionados por Gunn y otros.
1964
Se ponen en servicio los sistemas de conmutación telefónica completamente
electrónicos (No. 1 ESS).
1965
El Mariner IV transmite imágenes de Marte a la tierra.
1966-1975
Precursores de Futuro: Sistemas de TV por cable; enlaces experimentales de
comunicación con láser; ensayos en el campo de la fonovisión; desarrollos de
trabajos en las fibras ópticas; guía de ondas helicoidales; filtros digitales,
dispositivos acoplados en carga y circuitos integrados en gran escala.
2.4 Funcionamiento General
La fibra óptica está compuesta por dos capas de vidrio, cada una con distinto índice de
refracción. Éste índice del núcleo es mayor que el del revestimiento, razón por la cual, y
debido a la diferencia de índices de refracción, la luz introducida al interior de la fibra se
mantiene y propaga a través del núcleo. Se produce por ende el efecto denominado de
Reflexión Total, tal como se ilustra en la figura 3.
La luz inyectada en el núcleo choca en las interfaces núcleo-cladding con un ángulo mayor
que el ángulo crítico reflejándose hacia el núcleo. Desde que los ángulos de incidencia y
reflexión son iguales, el rayo de luz continúa en zigzag sobre toda la longitud de la fibra. La
luz es atrapada en el núcleo. La Luz que golpea las interfaces núcleo-cladding con un grado
menor al ángulo crítico se pierde en el cladding.
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Figura 3. Los Rayos de Luz con ángulo menor al ángulo crítico se pierden en el
cladding, las otras son atrapadas en el núcleo por la reflexión total de la misma.
Los rayos de luz pueden entrar a la fibra óptica si el rayo se halla contenido dentro de un
cierto ángulo denominado CONO DE ACEPTACIÓN. Un rayo de luz puede perfectamente
no ser transportado por la fibra óptica si no cumple con el requisito del cono de aceptación.
El cono de aceptación está directamente asociado a los materiales con los cuales la fibra
óptica ha sido construida. La figura 4 ilustra todo lo dicho. Respecto a atenuaciones
producidas dentro de otros medios de transmisión, la fibra óptica presenta niveles de
atenuación realmente bajos que permiten transmitir luz por varios kilómetros sin necesidad
de reconstruir la señal (regenerar).
Figura 4. Cono de Aceptación en fibras
2.4.1 La apertura numérica (NA.)
De acuerdo a la estructura de la fibra el índice del núcleo n1 es ligeramente superior a la de
revestimiento n2 y su ángulo límite o crítico esta representado por la siguiente expresión:
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Figura 5.Conducción de la luz en un conductor de fibra óptica
Para acoplar al núcleo un rayo luminoso desde el exterior de la fibra (aire con índice de
refracción n0=1), el ángulo (entre el rayo luminoso y el eje de la fibra) se rige de acuerdo a
la ley de refracción:
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Observaciones:
•
Una NA alto recoge más luz, pero se reduce el ancho de banda. Una NA más bajo
aumenta en ancho de banda.
•
Una NA grande hace más fácil la inyección de la luz en una fibra, mientras un NA
pequeño tiende a dar un ancho de banda más grande en la fibra.
•
Una NA grande permite una dispersión modal mayor permitiendo más modos en los
que la luz puede viajar. Un NA más pequeño reduce la dispersión limitando el
número de modos.
2.4.2 Propagación de la Luz en el conductor de fibra óptica
Las leyes de la óptica nos ha permitido explicar la reflexión total de la luz, para ello hemos
considerado que la luz se propaga en forma de rayos rectilíneos; para poder explicar los
diferentes modos de propagación en el núcleo es necesario echar mano de la teoría
ondulatoria de la luz, teniendo en cuenta que el núcleo de la fibra esta entre lo 10 a 100 µm,
que solo es un poco mayor que la longitud de onda transmitida (aproximadamente 1 µm)
debido a estas dimensiones, en el núcleo ocurren fenómenos como los de interferencias que
se pueden explicarse solo con la ayuda de la óptica ondulatoria.
La interferencia no es nada más que la superposición de dos o más ondas y su combinación
para formar una onda única. Una interferencia de dos ondas se obtiene solamente cuando
ambas tienen la misma longitud de onda y existe una diferencia de fase constante entre
ambas en el tiempo. Este tipo de ondas se llama ondas coherentes. Si en determinado punto
del espacio ambas ondas presentan una diferencia de fase igual a un múltiplo entero de
lamda, se produce una suma de sus amplitudes, en cambio si esta diferencia es igual a un
múltiplo entero de lamda/2 (media longitud de onda), se produce una resta, y si ambas
amplitudes son iguales, incluso se dará una anulación local de las ondas.
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Las lámparas incandescentes emiten luz incoherente y la superposición de los trenes de
ondas es totalmente irregular y únicamente ocasiona la iluminación general del ambiente.
Para la transmisión de la luz en los conductores de fibra óptica fue necesario encontrar
fuentes luminosas coherentes o sea las que emiten una luz lo más coherente posible.
Por ello, el ángulo espectral de un emisor debería de ser lo más pequeño posible. Con ello
también aparecen interferencias en el conductor de fibra óptica, las cuales se reconocen
porque la luz se propaga en el núcleo únicamente en determinados ángulos que
corresponden a direcciones en las cuales las ondas asociadas al superponerse se refuerzan
(interferencia constructiva). Las ondas luminosas permitidas susceptibles de propagarse en
un conductor de fibra óptica se denominan modos (ondas naturales o fundamentales).
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CAPÍTULO 3: La Fibra Óptica
3.1 Introducción
La Historia de la comunicación por la fibra óptica es relativamente corta. En 1977, se
instaló un sistema de prueba en Inglaterra; dos años después, se producían ya cantidades
importantes de pedidos de este material.
Antes, en 1959, como derivación de los estudios en física enfocados a la óptica, se
descubrió una nueva utilización de la luz, a la que se denominó rayo láser, que fue aplicado
a las telecomunicaciones con el fin de que los mensajes se transmitieran a velocidades
inusitadas y con amplia cobertura.
Sin embargo esta utilización del láser era muy limitada debido a que no existían los
conductos y canales adecuados para hacer viajar las ondas electromagnéticas provocadas
por la lluvia de fotones originados en la fuente denominada láser.
Fue entonces cuando los científicos y técnicos especializados en óptica dirigieron sus
esfuerzos a la producción de un ducto o canal, conocido hoy como la fibra óptica. En 1966
surgió la propuesta de utilizar una guía óptica para la comunicación. Esta forma de usar la
luz como portadora de información se puede explicar de la siguiente manera: Se trata en
realidad de una onda electromagnética de la misma naturaleza que las ondas de radio, con
la única diferencia que la longitud de las ondas es del orden de micrómetros en lugar de
metros o centímetros.
La fibra óptica es una hebra muy fina, de un vidrio muy especial, que puede ser de
solamente 125 micras de diámetro. Esta hebra de vidrio tiene aproximadamente el mismo
grosor que un cabello humano. Se ha demostrado que las ondas electromagnéticas que
conforman la luz tienden a viajar a través de una región que posea un índice de refracción
alto. Por tanto, se hace el centro de la hebra de vidrio él núcleo (cristal de silicio) de esa
clase de materiales. Algunas fibras de vidrio tienen un diámetro de núcleo de únicamente
50 micras, y tiene un índice de refracción de tipo gradual. La importancia de contar con un
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núcleo de este tipo es conseguir un núcleo que posea un ancho de banda algo mayor que el
que tendría otro cuyo índice de refracción fuera idéntico en todas partes.
Las fibras ópticas no conducen señales eléctricas por lo tanto son ideales para incorporarse
en cables sin ningún componente conductivo y pueden usarse en condiciones peligrosas de
alta tensión. Tienen la capacidad de tolerar altas diferencias de potencial sin ningún circuito
adicional de protección y no hay problemas debido a los cortos circuitos Tienen un gran
ancho de banda, que puede ser utilizado para incrementar la capacidad de transmisión con
el fin de reducir el costo por canal. De esta forma es considerable el ahorro en volumen en
relación con los cables de cobre.
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, con la desventaja que este último
medio ocupa un gran espacio en los ductos y requiere de grandes volúmenes de material, lo
que también eleva los costos.
Comparado con el sistema convencional de cables de cobre donde la atenuación de sus
señales, (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.
3.2 Atenuación.
La figura 6 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
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picos de absorción asociados con el ión hidroxilo (OH-) y una tendencia por la atenuación
para incrementar las longitudes de onda por arriba de los 1.6 µm, debidas a las pérdidas
inducidas por la absorción del silicio.
Nuevos sistemas de transmisión usan fibras multimodo, operadas en la primera ventana de
longitud de onda cercana a las .85 µm, mostrado en la figura 6, y después en la segunda
ventana cerca de 1.3 µm. 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 láser y receptores operan en esa ventana
cercanos a 1.55 µm, estos llegaron a ser disponibles a finales de los 80´s.
Figura 6.Atenuación de una Típica Fibra Óptica hecha de Silicio
3.3 Dispersión Cromática
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 7 muestra como la dispersión
cromática cambia con la longitud de onda para tres diferentes tipos de fibra. La dispersión
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cromática de una fibra consiste de dos componentes – Material y Guía de Onda-, el
componente material depende de las características de dispersión de los dopantes y del
silicio de construcción. Estos materiales no ofrecen mucha flexibilidad a ajustes
significantes en la dispersión de la fibra, así que ese esfuerzo se ha enfocado en alterar la
dispersión de guías de ondas de las fibras ópticas.
Figura 7. Gráfica de Dispersión Cromática contra Longitud de Onda
Figura 8. Componentes de Dispersión de los Materiales y Guías de Onda
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3.4 Dispersión por Modo de 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 9 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. Sino es propiamente controlado, PMD puede producir errores
excesivos en las bits para la transmisión en sistemas digitales y que pueden distorsionar
señales de video trasmitidos usando formato de modulación de amplitud analógico.
Figura 9. PMD en una Fibra de Modo Simple cuya asimetría es uniforme a lo largo de
su longitud
3.5 No linealidad de la Fibra Óptica
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 apropiadamente, 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”.
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3.5.1 Dispersión Estimulada (Stimulated Scattering)
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 Silicio.
Esta interacción dispersa la luz y la cambia a una longitud de onda mayor. Hay dos formas
de dispersión estimulada:
“Stimulated Brillouin Scattering” y “Stimulated Raman
Scattering”. Esto causa un mecanismo de dispersión que se forma y refleja mucha de la luz
de nuevo a la fuente.
Scattering: El cambio de dirección de los
rayos de luz o fotones luego de golpear con
pequeñas partículas. Puede ser debido a la
impureza del material de la fibra.
transmitting material.
Figura 10. Scattering
Figura 11. Stimulated Brillouin Scattering
Figura 12. Stimulated Raman Scattering
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3.5.2 Índices de Fluctuaciones Refractivas ( Refractive Index Fluctuations)
Aunque el índice de refacción de una fibra óptica de silicio 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”, “Cross-Phase Modulation” y “Four-Wave Mixing”.
Self-phase Modulation
La figura 13 ilustra SPM. Así como FWM, SPM se debe a la dependencia de poder del
índice refractivo en el núcleo de la fibra. Éste interactúa con la dispersión cromática en la
fibra para cambiar la tasa en la cual el pulso se ensancha mientras viaja por la fibra. Aunque
aumentando la dispersión en la fibra puede reducir el impacto de FWM, puede incrementar
el impacto de SPM.
Figura 13. Efecto de SPM en un pulso
Mientras un pulso óptico viaja por la fibra, el borde creciente del pulso causa que el índice
refractivo de la fibra aumente, resultando en el cambio azul (blue shift). El borde
decreciente de pulso decrementa el índice refractivo de la fibra resultando en el cambio rojo
(red shift). Estos cambios azul y rojo introducen en la frecuencia pequeños saltos
(“frequency chirps”) en cada borde del pulso que interactúan con la dispersión de la fibra
para ensanchar el pulso como se ve en la figura 13.
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Cross-phase Modulation
Modulación de cross phase (XPM) es muy similar a SPM sólo que involucra dos pulsos de
luz, considerando que SPM necesita sólo un pulso. En XPM, dos pulsos viajan en la fibra,
cada uno cambia el índice refractivo así como el poder óptico varía. Si estos dos pulsos se
solapan, introducirán distorsión en los otros pulsos a través de XPM. Al contrario de, SPM,
la dispersión de fibra tiene poco impacto en XPM. Aumentando el área eficaz de la fibra se
puede reducir el XPM y todas las no linealidades de la fibra.
Four Wave Mixing
Normalmente sólo sistemas que llevan varias longitudes de onda simultáneas, como
sistemas de DWDM, exhiben el llamado Four Wave Mixing (FWM). Causado por la
naturaleza no lineal del índice refractivo de la propia fibra óptica, el efecto de FWM es
similar a la distorsión “golpe triple compuesto” (CTB) observado en sistemas de CATV.
Estos productos cruzados son los causantes de la mayoría de los problemas ya que estos
caen a menudo casi o encima de las señales deseados.
Por ejemplo, considere tres longitudes de onda (λ1, λ2, y λ3) en un sistema que está
experimentando distorsión de FWM. En este sistema simple, se generan nueve productos
cruzados a partir de estas lamdas. Note que hay productos adicionales generados, pero estos
caen bien lejos de las longitudes de onda de la entrada originales. Asumiendo como
ejemplo que las longitudes de onda de la entrada son λ1 = 1551. 72 nm, λ2= 1552. 52 nm, y
λ3= 1553. 32 nm. Las longitudes de onda interfiriendo que son de mayor preocupación en
este sistema son:
λ1 + λ2- λ3= 1550.92 nm
λ1- λ2 +λ3= 1552.52 nm
λ2+ λ3λ1= 1554.12 nm
λ1-λ2+ λ3=1552.52 nm
2λ1-λ3= 1550.12 nm
2λ3- λ11554.92 nm
λ2+ λ3-λ1= 1554.12 nm
2λ2- λ1= 1553.32 nm
2λ3 -λ2= 1554.12 nm
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Figura 14. Resultado de los productos cruzados de las longitudes de onda
El número de productos cruzados aumenta con respecto a la cantidad de canales
introducidos al sistema.
Dos factores influencian fuertemente la magnitud de los productos de FWM, referidos a la
eficacia. El primer factor es el espaciado entre canales; la eficiencia de la mezcla aumenta
dramáticamente entre más pequeño sea el espaciamiento entre canales. La dispersión de
fibra es el segundo factor, la eficiencia de la mezcla es inversamente proporcional a la
dispersión de fibra, siendo más fuerte al punto de cero-dispersión. En todos los casos, el la
eficiencia de mezcla de FWM se expresa en dB, siendo los valores negativos mejores ya
que indican una eficacia más baja en el efecto de la mezcla.
3.6 Tipos de fibra óptica
3.6.1 Fibras Monomodo y Multimodo
Cuando se propuso la utilización de las fibras ópticas para la transmisión óptica, los
mejores vidrios ópticos tenían atenuaciones de varios miles de decibelios por kilómetro. En
el año de 1970 se fabricaron fibras ópticas con solamente 20 dB/km. La mínima atenuación
alcanzada actualmente es de 0.2 dB/km habiéndose medido a una longitud de onda de 1.55
µm. Las fibras ópticas se componen de revestimiento de baja refracción y de un núcleo de
elevado índice de refracción, por el que se guía la luz mediante reflexión total en el límite
revestimiento-núcleo. Esto es aplicable para fibras ópticas con perfil de salto de índice. En
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el caso de fibras ópticas con perfil de índice gradual la luz se desvía continuamente hacia el
eje de la fibra en las regiones externas con índice de refracción menor.
Tenemos los siguientes tipos de fibra:
a) Las fibras multimodo de índice escalonado:
Están fabricadas a base de vidrio, con una atenuación de 30 dB/km, o plástico, con una
atenuación de 100 dB/km. Tienen una banda de paso que llega hasta los 40 MHz por
kilómetro. En estas fibras, el núcleo está constituido por un material uniforme cuyo índice
de refracción es claramente superior al de la cubierta que lo rodea. El paso desde el núcleo
hasta la cubierta conlleva por tanto una variación brutal del índice, de ahí su nombre de
índice escalonado.
Si se considera un rayo luminoso que se propaga siguiendo el eje de la fibra y un rayo
luminoso que debe avanzar por sucesivas reflexiones, ni que decir tiene que a la llegada,
esta segunda señal acusará un retardo, que será tanto más apreciable cuanto más larga sea la
fibra óptica. Esta dispersión es la principal limitación de las fibras multimodo de índice
escalonado. Su utilización a menudo se limita a la transmisión de información a cortas
distancias, algunas decenas de metros y flujos poco elevados. Su principal ventaja reside en
el precio más económico.
b) Fibras Multimodo de índice de gradiente gradual
Las fibras multimodo de índice de gradiente gradual tienen una banda de paso que llega
hasta los 500MHz por kilómetro. Su principio se basa en que el índice de refracción en el
interior del núcleo no es único y decrece cuando se desplaza del núcleo hacia la cubierta.
Los rayos luminosos se encuentran enfocados hacia el eje de la fibra. Estas fibras permiten
reducir la dispersión entre los diferentes modos de propagación a través del núcleo de la
fibra.
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La fibra multimodo de índice de gradiente gradual de tamaño 62,5/125 mm (diámetro del
núcleo/diámetro de la cubierta) está normalizado, pero se pueden encontrar otros tipos de
fibras:
•
multimodo de índice escalonado 100/140 m m
•
multimodo de índice de gradiente gradual 50/125 m m
•
multimodo de índice de gradiente gradual 85/125 m m.
c) Fibras monomodo
Potencialmente, este último tipo de fibra ofrece la mayor capacidad de transporte de
información. Tiene una banda de paso del orden de los 100 GHz/km. Los mayores flujos se
consiguen con esta fibra, pero también es la más compleja de implantar. Sólo pueden ser
transmitidos los rayos que tienen una trayectoria que sigue el eje de la fibra, por lo que se
ha ganado el nombre de "monomodo" (modo de propagación, o camino del haz luminoso,
único). Son fibras que tienen el diámetro del núcleo en el mismo orden de magnitud que la
longitud de onda de las señales ópticas que transmiten, es decir, de unos 5 a 8mm. Si el
núcleo está constituido de un material cuyo índice de refracción es muy diferente al de la
cubierta, entonces se habla de fibras monomodo de índice escalonado. Los elevados flujos
que se pueden alcanzar constituyen la principal ventaja de las fibras monomodo, ya que sus
pequeñas dimensiones implican un manejo delicado y entrañan dificultades de conexión
que aún se dominan mal.
La fibra óptica monomodo no tiene ninguna ventaja si se le compara con las fibras de
índice gradual, en el margen de longitud de onda de 850 nm, pues en ambas la dispersión
del material conduce a las mismas grandes diferencias de retardo; más bien se podría decir
que la fibra monomodo tiene desventajas: su fabricación es más difícil y el acoplamiento
óptico está asociado a problemas debido a su mínimo diámetro del núcleo. De todo lo cual
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se deduce que la fibra óptica con perfil gradual actualmente es, para la transmisión óptica,
la más clara favorita entre todas las fibras ópticas posibles.
Figura 15. Fibra Óptica Monomodo o Multimodo con protección contra roedores,
resistente a la corrosión para aplicaciones en ducto o en áreas.
Figura 16. Típico diámetro externo y diámetros del núcleo para dos fibras comunes
multimodo y una fibra de modo simple
Con la fibra monomodo estándar dejo de tener importancia la dispersión modal, pero pasó a
tener una mayor importancia la dispersión espectral o dispersión cromática, causada por la
variación de la velocidad de la luz a través de una fibra con una determinada longitud de
onda. La dispersión cromática esta formada por la suma de dos componentes: la dispersión
inherente al material y la dispersión originada por la estructura de la guía de onda, estos
componentes pueden tener signos diferentes dependiendo del incremento o disminución de
la velocidad de la luz con la longitud de onda.
Ambos componentes se cancelan en un punto cercano a 1.31 mm en una fibra monomodo
estándar del tipo step-index. Esta es una longitud de onda útil, pero no es ideal. La pérdida
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de una fibra de vidrio es menor a 1.55 µm, y los amplificadores dopados de Erbio operan en
este rango.
La dispersión del material es una característica inherente del material, que no puede ser
fácilmente cambiada sin alterar la composición del vidrio y aumentar la atenuación. Sin
embargo, es posible desplazar la dispersión modificando la dispersión de guía de onda.
La dispersión de guía de onda se origina porque la propagación de la luz en una guía de
onda depende de la longitud de onda así como de las dimensiones de la guía. La
distribución de la luz entre el núcleo y el cladding o cubierta cambia con la longitud de
onda. El cambio de la distribución de la luz afecta la velocidad de transmisión de la luz a
través de la fibra. El núcleo y la cubierta tienen diferentes índices de refracción que
determina la velocidad de la luz en ellos. Ya que la luz permanece un tiempo tanto en el
núcleo como en la cubierta, su velocidad efectiva a través de toda la fibra es un promedio
que depende de la distribución de la luz entre ambos. Un cambio en la longitud de onda
cambiara la distribución de la luz, y asimismo la velocidad promedio, causando una
dispersión de guía de onda.
Figura 17. La dispersión de guía de onda compensa la dispersión cromática para
producir un dispersión cero a 1.31 µm en una fibra monomodo del tipo escalonado
(step-index)
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Figura 18. Dispersión en fibras para DWDM
3.7 Aplicaciones
3.7.1 Internet
El servicio de conexión a Internet por fibra óptica, derriba la mayor limitación del
ciberespacio: su exasperante lentitud. Para navegar por la red mundial de redes, Internet, no
sólo se necesitan un computador, un módem y algunos programas, sino también una gran
dosis de paciencia. El ciberespacio es un mundo lento hasta el desespero. Un usuario puede
pasar varios minutos esperando a que se cargue una página o varias horas tratando de bajar
un programa de la Red a su PC.
Esto se debe a que las líneas telefónicas, el medio que utiliza la mayoría de los 50 millones
de usuarios para conectarse a Internet, no fueron creadas para transportar videos, gráficas,
textos y todos los demás elementos que viajan de un lado a otro en la Red. Pero las líneas
telefónicas no son la única vía hacia el ciberespacio. Recientemente un servicio permite
conectarse a Internet a través de la fibra óptica.
La fibra óptica hace posible navegar por Internet a una velocidad de dos millones de bps ,
impensable en el sistema convencional, en el que la mayoría de usuarios se conecta a
28.000 0 33.600 bps.
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3.7.2 Redes
La fibra óptica se emplea cada vez más en la comunicación, debido a que las ondas de luz
tienen una frecuencia alta y la capacidad de una señal para transportar información aumenta
con la frecuencia. En las redes de comunicaciones se emplean sistemas de láser con fibra
óptica. Hoy funcionan muchas redes de fibra para comunicación a larga distancia, que
proporcionan conexiones transcontinentales y transoceánicas. Una ventaja de los sistemas
de fibra óptica es la gran distancia que puede recorrer una señal antes de necesitar un
repetidor para recuperar su intensidad. En la actualidad, los repetidores de fibra óptica están
separados entre sí unos 100 km, frente a aproximadamente 1,5 km en los sistemas
eléctricos. Los amplificadores de fibra óptica recientemente desarrollados pueden aumentar
todavía más esta distancia.
Otra aplicación cada vez más extendida de la fibra óptica son las redes de área local. Al
contrario que las comunicaciones de larga distancia, estos sistemas conectan a una serie de
abonados locales con equipos centralizados como ordenadores (computadoras) o
impresoras. Este sistema aumenta el rendimiento de los equipos y permite fácilmente la
incorporación a la red de nuevos usuarios. El desarrollo de nuevos componentes electro
ópticos y de óptica integrada aumentará aún más la capacidad de los sistemas de fibra.
Red de área local o LAN, conjunto de ordenadores que pueden compartir datos,
aplicaciones y recursos (por ejemplo impresoras). Las computadoras de una red de área
local (LAN, Local Area Network) están separadas por distancias de hasta unos pocos
kilómetros, y suelen usarse en oficinas o campus universitarios. Una LAN permite la
transferencia rápida y eficaz de información en el seno de un grupo de usuarios y reduce los
costos de explotación.
Otros recursos informáticos conectados son las redes de área amplia (WAN, Wide Area
Network) o las centralitas particulares (PBX). Las WAN son similares a las LAN, pero
conectan entre sí ordenadores separados por distancias mayores, situados en distintos
lugares de un país o en diferentes países; emplean equipo físico especializado y costoso y
arriendan los servicios de comunicaciones. Las PBX proporcionan conexiones informáticas
continuas para la transferencia de datos especializados como transmisiones telefónicas,
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pero no resultan adecuadas para emitir y recibir los picos de datos de corta duración
empleados por la mayoría de las aplicaciones informáticas.
Las redes de comunicación públicas están divididas en diferentes niveles; conforme al
funcionamiento, a la capacidad de transmisión, así como al alcance que definen. Por
ejemplo, si está aproximándose desde el exterior hacia el interior de una gran ciudad, se
tiene primeramente la red interurbana y red provincial, a continuación las líneas
prolongadas a portadoras de tráfico de más baja capacidad procedente de áreas alejadas (red
rural), hacia el centro la red urbana y finalmente las líneas de abonado. Los parámetros
dictados por la práctica son el tramo de transmisión que es posible cubrir y la velocidad
binaria específica así como el tipo de fibra óptica apropiado, es decir, cables con fibras
monomodo ó multimodo.
3.7.3 Telefonía
Con motivo de la normalización de interfaces existentes, se dispone de los sistemas de
transmisión por fibra óptica para los niveles de la red de telecomunicaciones públicas en
una amplia aplicación, contrariamente para sistemas de la red de abonado (línea de
abonado), hay ante todo una serie de consideraciones.
Para la conexión de un teléfono es completamente suficiente con los conductores de cobre
existentes. Precisamente con la implantación de los servicios en banda ancha como la
videoconferencia, la videotelefonía, entre otros, la fibra óptica se hará imprescindible para
el abonado. Con el BIGFON (red urbana integrada de telecomunicaciones en banda ancha
por fibra óptica) se han recopilado amplias experiencias en este aspecto. Según la estrategia
elaborada, los servicios de banda ancha posteriormente se ampliarán con los servicios de
distribución de radio y de televisión en una red de telecomunicaciones integrada en banda
ancha (IBFN).
3.7.4 Otras aplicaciones
Las fibras ópticas también se emplean en una amplia variedad de sensores, que van desde
termómetros hasta giroscopios. Su potencial de aplicación en este campo casi no tiene
límites, porque la luz transmitida a través de las fibras es sensible a numerosos cambios
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ambientales, entre ellos la presión, las ondas de sonido y la deformación, además del calor
y el movimiento. Las fibras pueden resultar especialmente útiles cuando los efectos
eléctricos podrían hacer que un cable convencional resultara inútil, impreciso o incluso
peligroso. También se han desarrollado fibras que transmiten rayos láser de alta potencia
para cortar y taladrar materiales.
La aplicación más sencilla de las fibras ópticas es la transmisión de luz a lugares que serían
difíciles de iluminar de otro modo, como la cavidad perforada por la turbina de un dentista.
También pueden emplearse para transmitir imágenes; en este caso se utilizan haces de
varios miles de fibras muy finas, situadas exactamente una al lado de la otra y ópticamente
pulidas en sus extremos. Cada punto de la imagen proyectada sobre un extremo del haz se
reproduce en el otro extremo, con lo que se reconstruye la imagen, que puede ser observada
a través de una lupa. La transmisión de imágenes se utiliza mucho en instrumentos médicos
para examinar el interior del cuerpo humano y para efectuar cirugía con láser, en sistemas
de reproducción mediante facsímile y fotocomposición, en gráficos de ordenador o
computadora y en muchas otras aplicaciones.
3.8 Ventajas y desventajas
Ventajas
•
Insensibilidad a la interferencia electromagnética, como ocurre cuando un
alambre telefónico pierde parte de su señal a otro.
•
Las fibras no pierden luz, por lo que la transmisión es también segura y no puede
ser perturbada.
•
Carencia de señales eléctricas en la fibra, por lo que no pueden dar sacudidas ni
otros peligros. Son convenientes por lo tanto para trabajar en ambientes explosivos.
•
Liviandad y reducido tamaño del cable capaz de llevar un gran número de
señales.
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•
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Sin puesta a tierra de señales, como ocurre con alambres de cobre que quedan en
contacto con ambientes metálicos.
•
Compatibilidad con la tecnología digital.
•
Fácil de instalar.
•
Bajas pérdidas.
•
Gran Ancho de Banda.
•
Tamaño y Peso Reducido.
•
Inmunes a EMI.
•
Seguridad
•
Material base abundante
•
No le afecta ningún tipo de interferencia. Puede pasar el cable de fibra al lado de
conductores que transporte grandes cantidades de energía.
•
Son fáciles de conseguir en el mercado
•
Alcance máximo por tramo de Fibra Óptica Multimodo 2.000 Metros y
Monomodo 8.000 Metros
•
Grandes Velocidades en la transmisión de datos (500 Mhz).
•
No requieren cañería de protección mecánica y eléctrica dedicada.
•
Comparte una bandeja con cables de energía, aún de alta tensión o frecuencia, o
al aire con mínimas fijaciones
•
La Fibra es una tecnología probada, sencilla sumamente estandarizada y de
altísima confiabilidad
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Desventajas
Algunas desventajas del servicio de fibra óptica son: la limitación para conectarse a Internet
desde más de un lugar, el costo inicial y una cuota mensual más alta. Además de:
-Fragilidad de las fibras.
-Disponibilidad limitada de conectores.
-Dificultad de reparar un cable de fibras roto en el campo
Los problemas que limitan el caudal (tanto en modo NVC como en modo solitón) no
vienen solamente de las fibras. Los amplificadores ópticos también tienen sus límites
impuestos por fenómenos físicos fundamentales. Se trata en primer lugar de las
fluctuaciones erráticas de la intensidad de la señal. Estas se deben a los fotones
inevitablemente emitidos por los átomos de erbio de las fibras dopadas, además de los que
contribuyen a la amplificación de la señal. Este "ruido" parásito de emisión espontánea se
acumula a lo largo de todo el enlace. Es la causa del límite de 10 Gbit/s sobre 10.000 km
mencionado anteriormente. Se puede disminuir por filtrado óptico. También aquí tienen los
solitones una ventaja, ya que soportan un filtrado relativamente severo. Entonces es posible
una transmisión de 20-40 Gbit/s a 10.000 km por un solo canal de longitud de onda.
Las fibras ópticas presentan limitaciones químicas que adquieren mayor intensidad para
determinadas longitudes de onda, a los efectos de la irradiación, determinándose que los
láser de elevada potencia pueden motivar cierto deterioro.
La irradiación conduce a modificar el color del material transparente de las fibras,
produciendo su oscurecimiento. El vidrio irradiado está constituido por menor cantidad de
sílice y más óxido de plomo. El cuarzo en estado de extrema pureza se halla menos
afectado por la irradiación, pero existe mayor dificultad en convertirlo en fibras.
Aún cuando resulten de costo elevado, las fibras de silicio fundida dopadas con germanio
presentan muy buena resistencia a la irradiación, pero el tiempo de restauración de una
capacidad transmisora del 50% de la capacidad inicial resulta inferior al de ciertas fibras de
material sintético.
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Las limitaciones térmicas difieren en alto grado, según se trate de fibras realizadas a partir
del vidrio o a partir de materiales sintéticos. Estos han sido previstos para temperaturas que
van desde -40 hasta +80 grados centígrados.
Ya que el calor puede proceder de distintas fuentes, es conveniente hacer uso de sistemas
de filtraje que actúen para la para la protección de las fibras frente a una eventual elevación
del calor. Las fibras hechas de vidrio no son afectadas por ello hasta +120 grados
centígrados, precisando ser protegidas de luz infrarroja.
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Capítulo 4. Introducción a los métodos de multiplexación
La carrera hacia los altos caudales también se ha beneficiado del desarrollo de técnicas de
multiplexado y de conmutación.
El multiplexado consiste en transportar por un mismo soporte físico, en este caso la fibra
óptica, las señales destinadas a un gran número de abonados. La conmutación es una
operación de direccionamiento a nivel de la red global, gracias a la cual cada destinatario
recibe al final de la línea la información que se le envía. Anteriormente el multiplexado más
utilizado era el llamado temporal. Consiste en imbricar temporalmente las informaciones de
cada abonado en tramos sucesivos. Un ejemplo: si se asimila el mensaje de un abonado a
las púas de un peine, el multiplexado en tiempo equivale a superponer los peines de
diferentes abonados desplazándolos ligeramente unos respecto a otros. En la recepción,
cada canal temporal es demultiplexado y dirigido luego a su destinatario.
Las
funciones
de
multiplexado/demultiplexado
temporal
se
pueden
realizar
electrónicamente por medio de circuitos integrados ultrarrápidos (existen demostraciones
de laboratorio que alcanzan los 40 Gbits/s y mayores). No obstante, el costo prohibitivo de
estos circuitos para caudales muy elevados sugiere efectuar el multiplexado temporal por
medios puramente ópticos, una vía actualmente muy explorada.
Existe una relación muy cercana entre multiplexación y conmutación. La multiplexación es
definida por ser el proceso por el cual múltiples canales de información comparten un
común medio de transmisión. Mientras que conmutación toma estos multiplexados canales
de información del medio de transmisión y los re-ordena o direcciona, es decir cumple la
función de nodo de entrada y salida, el cual conmuta la posición de diferentes canales de
información multiplexados en la entrada del conmutador (switch) a otro con diferente
posición.
La Multiplexación es usada para la transmisión de una pluralidad de canales de información
sobre simple medio de transmisión. Un canal de información puede ser un canal de voz, un
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canal de datos o un canal para transportar imágenes. Un canal telefónico es un canal óptimo
para transportar tráfico de voz, el cual trabaja en el rango de frecuencia entre 300 Hz y
3400 Hz, este rango se aproxima a un ancho de banda de 4KHz.
El número de canales de voz que pueden ser multiplexado por un simple medio, dependerá
del ancho de banda máximo del medio de transmisión, por ejemplo un par alambrado puede
transmitir 24, 48 o hasta 96 canales de voz, un coaxial varios miles canales de voz, un radio
de microondas desde cientos hasta varios miles, un satélite puede llevar desde varios
cientos hasta varios miles canales de voz, así como la fibra, este numero varia dependiendo
de las características del medio. Pero para realizar este proceso de llevar desde algunos
cuantos a varios miles canales de voz, es necesario realizar diferentes métodos de
multiplexación. Los métodos más comunes de multiplexación son FDM (Frecuency
Division Multiplex) y TDM (Time Division Multiplex), pero existen otros no tan comunes
pero muy útiles los cuales serán cubiertos en este capítulo.
4.1 Métodos de Multiplexación Tradicionales
Como se menciona anteriormente existen cuatro diversos tipos de multiplexación, los
cuales son: Espacio, Frecuencia, Tiempo y Dirección, cada uno de estos métodos o tipos de
multiplexación serán enumerados y detallados a continuación:
4.1.1 Multiplexación por División del Espacio (SDM)
Un ejemplo de multiplexación por división del espacio es donde se multiplica cables por
interconexión de equipos. En otras palabras, la división del espacio significa físicamente
separados. Originalmente la red telefónica era en su totalidad el mejor ejemplo de división
de espacio, lo cual no era práctico, como evidencia existen las viejas fotografías de las
grandes ciudades donde el cielo estaba repleto de cables telefónicos debido a que cada
usuario tenía un par alambrado asignado hasta la oficina central de comunicaciones. Otro
ejemplo fue el comienzo de las comunicaciones de datos donde cada terminal estaba
conectada con el computador central por medio de un cable. El uso de este tipo de
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multiplexación ya no existe, debido a que se usan otros métodos que realizan
eficientemente el mismo trabajo.
4.1.2 Multiplexación por División de Frecuencia (FDM)
Fue descubierto que varias comunicaciones analógicas podrían ser multiplexadas dentro de
un mismo cable, o radio espectro, modulando cada señal a una frecuencia. El espectro de
frecuencia de la señal de banda base fue entonces colocado en separadas bandas de
frecuencias.
Este método fue un marcado incremento de eficiencia y trabajo
razonablemente bien para señales analógicas. Aunque este tipo de multiplexación tienen
grandes problemas de ruido, distorsión e interferencia entre canales cuando se sobre carga
el medio, por lo que la hace complicada para las comunicaciones de datos. Sin embargo
este tipo de multiplexación sigue siendo muy usada en medios como el satélite.
Este tipo de multiplexación fue ampliamente usado como método análogo de adición de
canales de voz dentro de un gran numero de circuitos de grupos para su transporte de alta
velocidad. Por ejemplo, FDM multiplexa 12 canales de voz dentro de una portadora de 48
kHz (12 x 4 kHz) de ancho de banda, de lo cual se denomina en telefonía Grupo, este
Grupo a su vez era multiplexado junto a otros Grupos creando un Master Grupo el cual
representa 24 Grupos. De allí estos Master Grupos eran transmitidos vía microondas o
cualquier otro medio que soportara ese ancho de banda como el cable coaxial.
En el ejemplo de la figura 19, se muestra como dos portadoras son colocada en diferentes
frecuencias, lo que muestra que una esta trasladada en frecuencia con respecto a la otra,
este mismo proceso ocurre cuando se crea un Grupo o Master Grupo. Una analogía en el
presente a este proceso de multiplexación es el de WDM (Multiplexación por División de
Longitud de Onda) y últimamente DWDM (Multiplexación por Densidad de División de
Longitud de Onda) y en un futuro muy cercano UDWDM (Multiplexación por División de
Longitud de Onda Ultra Densa), donde son usadas ampliamente en la fibra óptica en vez de
coaxial o sistema de microondas.
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Figura 19. Multiplexación por División de Frecuencia (FDM).
4.1.3 Multiplexación por División de Tiempo (TDM)
Fue la mejor innovación en el área de la multiplexación motivado a la necesidad del
incremento de eficiencia en la multiplexación de canales de los congestionados cables de
las grandes ciudades. Esta técnica usó los emergentes dispositivos electrónicos de estados
sólido, por lo que por primera vez la información análoga era convertida a digital para ser
transmitido. Al comienzo esta tecnología y método era bien costoso, pero aun así valía la
pena, debido a que el costo de reemplazar los cables existentes era mucho mayor que
utilizar esta técnica. Desde entonces, TDM ha venido a prevalecer como método de
multiplexación en las redes de telecomunicaciones modernas. Ahora se puede garantizar
que cada conversación de voz es convertida a datos computarizados, transmitido una
distancia arbitraria y entonces convertidos de regreso a una señal audible. La consecuencia
es que la calidad de una llamada de voz transportada por TDM digital es ahora
esencialmente independiente de la distancia.
La comunicación de información de dato es más sensible que la de una señal de voz, pero
ha sido increíblemente beneficiada desde el desarrollo de infraestructura de TDM en las
redes públicas. En teoría TDM puede ser aplicada a señales análogas; sin embargo este tipo
de aplicación no fue nunca ampliamente usada.
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En la figura 20 se muestra un ejemplo de una Multiplexación por División del Tiempo, en
ella se puede notar que cada uno de los canales contenidos en diferentes tiempos o Time
Slot, es decir están continuamente en función del tiempo ocupando uno o múltiplos de
Time Slots de duración .
Figura 20. Multiplexación por División de Tiempo (TDM).
4.1.4 Multiplexación por Dirección
La Multiplexación por Dirección fue inventada en la era de la pobre calidad de FDM en las
transmisiones análogas. Un nombre común dado para la Multiplexación por Dirección fue
Multiplexación por División del Tiempo Asincrónica (ATDM). Debido a los altos costos de
transmisión existía una necesidad por compartir esta entre muchos usuarios de data, donde
la información era dividida en paquetes y cada uno de estos paquetes consistían en una
dirección destino, que cada nodo interpretaba e información útil, esta información era
transportada cuando existía paquetes o información útil que transmitir, por lo que convierte
este tipo de transmisiones en una transmisión Asíncrona. Este tipo de transmisiones dio
inicio a la era de los paquetes y en donde este tipo de multiplexación era fundamental para
la transmisión de paquetes. SNA, DECNET y X.25 son los primeros ejemplos de
Multiplexación por Dirección, para posteriormente ser la base del Frame Relay y ATM.
El mejor ejemplo de Multiplexación por Dirección se encuentra en los Multiplexores
Estadísticos. La Multiplexación Estadística, también llamada Estadística Multiplexación
por División del Tiempo (STDM), o Multiplexación por División del Tiempo Asincrónica
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(ATDM), opera similar a TDM, excepto que esta asigna dinámicamente los Time Slots
solamente para los usuarios que necesitan transmitir datos. La eficiencia puede alcanzar
una relación de 4:1 con respecto al normal TDM, debido a que no desperdicia el tiempo de
silencio que normalmente existe en una conversación telefónica o de transmisión de dato.
Pero esta relación de ganancia va a estar definida por el “burst traffic” o tráfico pico, el cual
desmejorara la eficiencia de este tipo de Multiplexores. Otro tipo de Multiplexación
Estadística es Multiplexación Estadística de Paquetes (SPM), la cual es una combinación de
la conmutación de paquetes X.25 con la multiplexación estadística del STDM. El SPM
opera similar al STDM, con la diferencia en que esta no puede transmitir efectivamente
información sensitiva a retardo tales como vídeo y voz.
Un ejemplo de Multiplexación por Dirección es mostrado en la figura 21, donde diferentes
canales son multiplexados dependiendo de la dirección a que pertenecen así como la
velocidad en que son transmitidas.
Figura 21. Multiplexación Estadística por División del Tiempo (STDM).
Los sistemas digitales se fueron convirtiendo mucho más complejos a principios de los
años 80. Esto gracias al aumento en la demanda que se presentaba en esa época. Se
presentaron problemas con respecto al costo en el ancho de banda y por lo tanto en el
equipo que se utilizaría. Con esto vino la creación de un nuevo sistema, el PDH.
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4.2 Estructuras PDH, SDH-SONET
Las redes de transporte actuales incluyen estas dos principales estructuras PDH y
SDH/SONET. La estructura PDH se define por los estándares E1, T1 y J1; mientras que
SDH/SONET son definidas por la ITU-T (Internacional Telecommunications Union –
Telecommunications Sector) y por la ANSI (American Nacional Standards Institute).
PDH
En una red de transmisión la cual no ha sido diseñada para una operación síncrona, las
entradas al multiplexor digital no necesariamente pueden estar sincronizadas pero tienen el
mismo valor nominal de tasa de transferencia. Este es un sistema pleosíncrono, llamado así
porque permite la combinación gradual de tasas no síncronas. La palabra pleosíncrono tiene
su origen en el griego y significa casi con el mismo reloj. Entonces, PDH define un
conjunto de sistemas de transmisión que utiliza dos pares de alambres (uno para transmitir
y otro para recibir) además de un método de multipexación TDM para interpolar múltiples
canales de voz y de datos digitales.
Los tres estándares a nivel internacional para PDH son:
1)
T1, estándar de Norteamérica, consiste en 24 canales de 64 kbps(canales DS-O)
dando una capacidad total de 1544 Mbps.
2)
E1, Europeo definido por la ITU-T, utilizado en el resto del mundo incluyendo a
Costa Rica. Consiste en 30 canales de 64 kbps (canales E0) y 2 canales reservados para la
señalización y sincronía, con capacidad total de 2.048 Mbps.
3)
J1, japonés, consiste en 24 canales de 64 kbps, con capacidad total de 1.544 Mbps.
Con longitud de trama de 193 bits (24x8 canales de voz y/o datos más un bit de
sincronización) y transmitido a una tasa de 8000 tramas por segundo.
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SDH
Este es un estándar internacional para telecomunicaciones de alta velocidad bajo redes
eléctrico-ópticas que pueden transportar señales digitales en capacidades variables. Ésta
intenta proporcionar una infraestructura mucho más flexible y a la vez más sencilla.
SDH y su variante Norteamericana SONET emergieron aproximadamente en 1990. Estos
dos estándares crearon una revolución en las redes de comunicación basadas en fibra
óptica, más que todo en cuanto a costo y desempeño o performance.
El desarrollo de sistemas de transmisión digitales empezó cerca de los años 70, y basados
en el método PCM (Pulse Code Modulation). Cerca de los años 80, los sistemas digitales
llegaron a ser cada vez más complejos, mientras la demanda se ampliaba cada vez más por
aspectos que no eran soportados por los sistemas existentes en esa época. En Europa se
demandaba el cambio por una jerarquía de multiplexación de alto orden en tasas de bits de
hasta 565 Mbps. El problema era el alto costo del ancho de banda y los dispositivos
digitales.
Figura 22. Multiplexación con PDH
PDH presentó varias deficiencias:
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•
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63
Estándar mundial en formato digital no existía (Tres estándares incompatibles;
Europeo, Norteamericano y Japonés)
•
No existía estándar en interfaces ópticas, la comunicación de red es imposible a
nivel óptico.
•
Estructura de multiplexado era rígida y asincrónica.
•
Capacidad de manejo limitada
Debido a la debilidad presentada por PDH, era necesaria la introducción de un nuevo
método. Aparece entonces SDH.
Figura 23. Multiplexación con SDH
SDH presenta muchas ventajas:
•
Primer estándar en formato digital.
•
Primeras interfaces ópticas
•
Compatibilidad transversal reduce costos en la red.
•
Estructura flexible de multiplexación sincrónica.
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•
Tráfico fácil y costo-eficiente
•
Capacidad de manejo poderoso
•
Arquitectura de red nueva. Totalmente flexible.
64
4.3 Introducción al método de multiplexación por longitud de onda WDM
La creciente demanda de nuevos servicios y tecnologías sobre redes IP (Internet Protocol),
está causando una revolución en los sistemas de telecomunicaciones. Ya es una realidad
que la mayoría de las redes está convergiendo hacia IP. Un ejemplo de esta convergencia es
la telefonía IP (VoIP).
Para cumplir con esta demanda de nuevos servicios, se hace necesaria la disponibilidad de
un gran ancho de banda. Es aquí, donde hace su aparición la tecnología WDM (Wavelength
Division Multiplexing), la cual entrega este gran ancho de banda necesario para correr estas
aplicaciones, por ejemplo: Video, Audio, Video en Demanda, Servicios Multimediales, etc.
WDM incrementa la capacidad de transmisión en el medio físico (fibra óptica), asignando a
las señales ópticas de entrada, específicas frecuencias de luz (longitudes de onda o lamdas),
dentro de una banda de frecuencias inconfundible. Una manera de asemejar esta
multiplexación es la transmisión de una estación de radio, en diferentes longitudes de onda
sin interferir una con otra, porque cada canal es transmitido a una frecuencia diferente, la
que puede seleccionarse desde un sintonizador (Tuner). Otra forma de verlo, es que cada
canal corresponde a un diferente color, y varios canales forman un “arco iris”.
Figura 24. Incremento de la capacidad con WDM
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En un sistema WDM, cada longitud de onda es enviada a la fibra y las señales son
demultiplexadas en el receptor. En este tipo de sistema, cada señal de entrada es
independiente de las otras. De esta manera, cada canal tiene su propio ancho de banda
dedicado; llegando todas las señales a destino al mismo tiempo.
La gran potencia de transmisión requerida por las altas tasas de bit (Bit Rates) introduce
efectos no-lineales que pueden afectar la calidad de las formas de onda de las señales.
La diferencia entre WDM y Dense WDM (DWDM) es fundamentalmente el rango. Cuando
el número de longitud de onda multiplexados es superior a 8, se está hablando de DWDM.
DWDM espacia las longitudes de onda más estrechamente que WDM, por lo tanto tiene
una gran capacidad total. Para sistemas DWDM (Dense Wavelength Division
Multiplexing) el intervalo entre canales es igual o menor que 3.2 nm. La ITU (International
Telecommunication Union) ha estandarizado este espaciamiento, normalizando una mínima
separación de longitudes de onda de 100 GHz (o 0.8 nm), también está la posibilidad de
separación de 200 GHz (o 1.6 nm) y 400 GHz (3.2 nm).
Es importante tener en cuenta que WDM y DWDM utilizan fibra mono-modo para enviar
múltiples ondas de luz de diferentes frecuencias. No se debe confundir con una transmisión
multi-modo, en la cual la luz es introducida en una fibra a diferentes ángulos, resultando
diferentes “modos” de luz. Una sola longitud de onda es usada en transmisión multi-modo.
La principal ventaja de DWDM es que ofrece una capacidad de transmisión prácticamente
ilimitada. Aparte del ancho de banda, DWDM ofrece otras ventajas:
-
Transparencia. Debido a que DWDM es una arquitectura de capa física, puede
soportar transparencia en el formato de señal, tales como ATM, GbE (Gigabit Ethernet),
ESCON, TDM, IP y Fibre Channel, con interfaces abiertas sobre una capa física común.
Por lo mismo, puede soportar distintos Bit Rates.
-
Escalabilidad. DWDM puede apalancar la abundancia de fibra oscura en redes
metropolitanas y empresariales, para rápidamente satisfacer la demanda de capacidad en
enlaces punto-a-punto y en tramos de anillos ya existentes.
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-
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66
Iniciación dinámica. Rápida, simple y abastecimiento dinámico en las conexiones
de redes, dada la habilidad de proveedores de proveer servicios de alto ancho de banda en
días, antes que en meses.
El auge de la fibra óptica está estrechamente ligado al uso de una región específica del
espectro óptico donde la atenuación óptica es baja. Estas regiones, llamadas ventanas, se
ubican en áreas de alta absorción. Los primeros sistemas en ser desarrollados operan
alrededor de los 850 nm, la primera ventana en fibra óptica basada en Silicio. Una segunda
ventana (Banda S), a 1310 nm, se comprobó que era superior, por el hecho de tener menor
atenuación. La tercera ventana (Banda C), a 1550 nm, posee la menor pérdida óptica de
manera uniforme. Hoy en día, una cuarta ventana (Banda L), cerca de los 1625 nm, está
bajo desarrollo y en sus primeros usos. Estas cuatro ventanas se pueden observar en el
espectro electromagnético mostrado en la Figura 25.
Figura 25. Espectro Electromagnético
4.3.1 Evolución de la tecnología DWDM
Los primeros comienzos de WDM, a fines de la década de los 80’s, utilizaban dos
longitudes de onda ampliamente espaciadas en las regiones de los 1310 nm y 1550 nm (o
850 nm y 1310 nm), algunas veces llamadas WDM banda ancha (Wideband WDM). A
comienzos de los 90’s floreció una segunda generación de WDM, algunas veces llamada
WDM Banda estrecha (Narrowband WDM), en la cual se utilizaban entre dos a ocho
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canales, que estaban separados a intervalos de aproximadamente 400 GHz en la ventana de
los 1550 nm.
A mediados de los 90’s, emergieron los sistemas DWDM con 16 a 40 canales con una
separación entre ellos de 100 GHz y 200 GHz. A fines de los 90’s, los sistemas DWDM
evolucionaron, a tal punto que eran capaz de utilizar de 64 a 160 canales paralelos,
empaquetados densamente a intervalos de 50 GHz y 25 GHz. La Figura 26 muestra la
evolución de esta tecnología, que puede ser vista como un incremento en el número de
longitudes de onda acompañada de una disminución en el espaciamiento entre las mismas.
Con el crecimiento en la densidad de longitudes de onda, los sistemas también avanzaron
en la flexibilidad de configuración, por medio de funciones de subida/bajada (Add/Drop) y
capacidades de administración.
Figura 26. Evolución de los sistemas DWDM
El incremento de la densidad de canales, como resultado de la tecnología DWDM, tuvo un
impacto dramático en la capacidad de transmisión en la fibra. En 1995, cuando los primeros
sistemas a 10 Gbps fueron demostrados, la tasa de incremento de la capacidad fue de un
múltiplo lineal de cuatro cada cuatro años a cuatro cada año.
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Figura 27. Crecimiento de la capacidad en la fibra
Investigaciones de laboratorio han podido realizar experimentos para transmitir 1022  en
una misma fibra, sistema denominado Ultra Dense Wavelength Division Multiplexing
(UDWDM), con una separación entre canales de 10 GHz, datos que posteriormente serán
tratados en el próximo capítulo.
4.4 Funcionamiento de un sistema DWDM
En su núcleo, DWDM involucra un pequeño número de funciones de capa física. Estas son
bosquejadas en la Figura 28, la que muestra un sistema DWDM de cuatro canales. Cada
canal óptico ocupa su propia longitud de onda.
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Figura 28. Esquema funcional DWDM.
El sistema ejecuta las siguientes funciones principales:
Generación de la señal. La fuente, un láser de estado sólido, puede proveer luz estable con
un específico ancho de banda estrecho, que transmite la información digital, modulada por
una señal análoga.
Combinación de señales. Modernos sistemas DWDM emplean multiplexores para combinar
las señales. Existe una pérdida asociada con multiplexación y demultiplexación. Esta
pérdida es dependiente del número de canales, pero puede ser disminuida con el uso de
amplificadores ópticos, los que amplifican todas las longitudes de onda directamente, sin
conversión eléctrica.
Transmisión de señales. Los efectos de Crosstalk y degradación de señal óptica o pérdida
pueden ser calculados en una transmisión óptica. Estos efectos pueden ser minimizados
controlando algunas variables, tales como: espaciamiento de canales, tolerancia de
longitudes de onda, y niveles de potencia del láser. Sobre un enlace de transmisión, la señal
puede necesitar ser amplificada ópticamente.
Separación de señales recibidas. En el receptor, las señales multiplexadas tienen que ser
separadas. Aunque esta tarea podría parecer el caso opuesto a la combinación de señales,
ésta es hoy, en día, difícil técnicamente.
Recepción de señales. La señal demultiplexada es recibida por un fotodetector.
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Además de estas funciones, un sistema DWDM podría ser equipado con una interfaz
Cliente-Equipo para recibir la señal de entrada. Esta función es desempeñada por
transpondedores.
Transpondedor
Dentro de un sistema DWDM, un transpondedor convierte la señal óptica del equipo
terminal en señal eléctrica y desempeña la función 3R (ver Figura 29). Esta señal eléctrica
es, por consiguiente, usada para dirigir un láser WDM. Cada transpondedor dentro de un
sistema WDM, convierte está señal “cliente” en una longitud de onda levemente diferente.
Las longitudes de onda provenientes desde todos los transpondedores de un sistema son
entonces multiplexadas ópticamente.
En la dirección del receptor se efectúa el proceso inverso. Las longitudes de onda
individuales son filtradas desde la fibra multiplexada y alimentan a un transpondedor
individual, el cual convierte la señal óptica en eléctrica y conduce una interfaz estándar
hacia el “cliente”.
Figura 29. Función de un transpondedor
Diseños futuros incluyen interfaces pasivas, las cuales aceptan los estándares de luz de la
ITU directamente de un switch o router incluido, con una interfaz óptica.
Figura 30. Esquema de un sistema DWDM
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Los siguientes pasos explican el sistema mostrado en la Figura 30.
1.
El transpondedor acepta entradas en la forma estándar de láser mono-modo o multi-
modo. La entrada puede llegar desde diferentes medios físicos, de distintos protocolos y
tipos de tráfico.
2.
La longitud de onda de cada señal de entrada es identificada a una longitud de onda
DWDM.
3.
Las longitudes de onda DWDM provenientes del transpondedor son multiplexadas
dentro de una sola señal óptica y lanzadas dentro de la fibra. El sistema puede también
incluir la habilidad de aceptar señales ópticas directas para ser multiplexadas; tales señales
podrían llegar, por ejemplo, de un nodo satelital.
4.
Un post-amplificador amplifica la potencia de la señal óptica, del mismo modo que
emigra el sistema (opcional).
5.
Amplificadores ópticos son utilizados cada cierta distancia de enlace, de ser
necesarios (opcional).
6.
Un pre-amplificador amplifica la señal antes de que ésta entre en el nodo receptor
(opcional).
7.
La señal recibida es demultiplexada en lamdas individuales DWDM (o longitudes
de onda).
8.
Las longitudes de onda individuales DWDM son identificadas para el tipo de salida
requerido (por ejemplo, 2.5Gbps fibra mono-modo) y enviadas a través del transpondedor.
4.5 Topologías y esquemas de protección para DWDM
Las arquitecturas de redes están basadas en muchos factores, incluyendo tipos de
aplicaciones y protocolos, distancia, utilización y estructura de acceso, y topologías de
redes anteriores. En el mercado metropolitano, por ejemplo, topologías punto-a-punto
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pueden ser usadas para conectar puntos de empresas, topología de anillo para conectar
instalaciones Inter.-oficinas (IOFs) y para acceso residencial, y topologías de malla pueden
ser usadas para conexiones Inter-POP (Inter Punto-a-punto). En efecto, la capa óptica puede
ser capaz de soportar muchas topologías y, puesto al desarrollo impredecible en esta área,
estas topologías pueden ser flexibles.
Hoy en día, las principales topologías en uso son la punto-a-punto y anillo.
4.5.1 Topología punto-a punto
La topología punto-a-punto puede ser implementada con o sin OADMs. Estas redes están
caracterizadas por velocidades de canales ultra rápidos (10 a 40 Gbps), alta integridad y
confiabilidad de la señal, y rápida restauración de trayectoria. En redes long-haul (larga
distancia), la distancia entre transmisor y receptor puede ser varios cientos de kilómetros, y
el número de amplificadores requeridos entre ambos puntos, es típicamente menor que 10.
En redes MANs, los amplificadores no son necesarios frecuentemente.
La protección en topologías punto-a-punto puede ser proveída en una pareja de caminos. En
los equipos de primera generación, la redundancia es un nivel del sistema. Líneas paralelas
conectan sistemas redundantes a ambos extremos.
En los equipos de segunda generación, la redundancia es al nivel de tarjeta. Líneas paralelas
conectan un solo sistema en ambos extremos que contienen transpondedores, multiplexores
y CPUs redundantes.
Figura 31. Topología punto-a-punto
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4.5.2 Topología de anillo
Los anillos son las arquitecturas más comunes encontradas en áreas metropolitanas y en
tramos de unas pocas decenas de kilómetros. La fibra anillo puede contener sólo cuatro
canales de longitudes de onda, y típicamente menos nodos que canales. El Bit Rate está en
el rango de los 622 Mbps a los 10 Gbps por canal.
Con el uso de OADMs, los que bajan y suben longitudes de onda en forma transparente, es
decir que las otras no se ven afectadas, las arquitecturas de anillo permiten a los nodos tener
acceso a los elementos de red, tales como routers, switches y servidores, con la subida y
bajada de canales de longitudes de onda en el dominio óptico. Con el incremento en el
número de OADMs, la señal está sujeta a pérdidas y se pueden requerir amplificadores.
Figura 32. Topología anillo
4.5.3 Topología de malla
La arquitectura de malla es el futuro de redes ópticas. Como las redes evolucionan, las
arquitecturas de anillo y punto-a-punto tendrían un lugar, pero la malla sería la topología
más robusta.
A partir del punto de vista del diseño, hay una airosa trayectoria evolutiva de topologías de
punto-a-punto y malla. Al comienzo de enlaces punto-a-punto, dotados de nodos OADM al
principio para flexibilidad, y posteriormente en las interconexiones, la red puede
evolucionar en una malla sin un rediseño completo.
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Figura 33. Arquitecturas malla, punto-a-punto y anillo
Las redes DWDM tipo malla, consistiendo en nodos totalmente ópticos interconectados,
necesitarían de la próxima generación de protección. Donde los esquemas de protección
previos están basados en redundancia del sistema, de tarjeta, o al nivel de fibra, la
redundancia ocurriría al nivel de longitud de onda. De esta forma, entre otras cosas, un
canal de datos podría cambiar de longitud de onda a medida que viaja a través de la red,
debido a una falla en el ruteo o switcheo.
Las redes tipo malla, por lo tanto, requerirían de un alto grado de inteligencia para realizar
las funciones de protección y administración de ancho de banda, incluyendo a la fibra y al
switcheo de longitud de onda. Los beneficios en flexibilidad y eficiencia, realmente, son
potencialmente grandes. El uso de fibra, el cual puede ser bajo en soluciones anillo puesto
que requieren de protección de fibra en cada anillo, puede ser mejorado en un diseño de
malla. La protección y restauración pueden estar basadas en caminos compartidos, por esta
razón se requiere de pocos pares de fibra para la misma cantidad de tráfico y no
desperdiciar longitudes de onda sin usar.
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Capítulo 5. Multiplexación UDWDM
5.1 Necesidad de los sistemas UDWDM
La necesidad de ancho de banda es adictiva. Sin embargo, el ancho de banda se ha vuelto
sorpresivamente barato, su cada vez más bajo precio hace que casi inmediatamente después
de que un fabricante muestra un producto nuevo, se ofrecen nuevos y prácticos servicios de
comunicación. El Internet no solo promueve la necesidad de más ancho de banda sino que
también aumenta la necesidad de nuevos servicios y equipos de comunicación. Los bajos
costos sugieren cada vez más servicios que consumen más ancho de banda y encaminan a
muchos más bajos costos.
Las señales portadoras, cuyas frecuencias son miles de veces mayores así como aquellas
microondas eléctricas portadoras, pueden transmitir cantidades prodigiosas de información.
Adicionalmente, WDM, el equivalente óptico de división por frecuencia, permite a una
fibra óptica a transmitir varias señales portadoras. DWDM y UDWDM, ambas versiones
densa y ultra densa de WDM, han venido a incrementar el número de señales portadoras
por fibra. Actualmente se puede hablar de más de 160 señales portadoras en cada fibra. Por
medio de WDM y sus variantes aplicadas a las redes existentes, los operadores de redes
pueden rápidamente ampliar la capacidad de la red a un costo mucho menor a largo plazo
que el haber instalado nuevas fibras ópticas en el sistema.
Así como el desempeño de las redes y los instrumentos aumenta, hacer posible que cada
vez más señales sean procesadas en un dominio óptico, mantiene la complejidad
aumentando tan rápido como es posible. Recientes avances en opto electrónica permiten en
el equipo de procesamiento de señales ópticas el aumento creciente de aplicaciones en el
ámbito óptico. Uno de estos avances es el uso de los EDFA (amplificadores de fibra
dopados con erbio). Para aumentar el poder de las señales los EDFA usan un componente
activo, el láser, que es un análogo a una fuente de poder.
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Figura 34. EDFA capaz de amplificar la luz en la región de los 1550nm cuando ésta es
impulsada por una fuente externa de luz
Debido a las increíbles altas frecuencias de las ondas de luz, el implementar canales de
comunicación ópticos conceptualmente simples pueden requerir hardwares muy complejos.
Pero también se debe tomar en cuenta que toma menos tiempo el cambiar el sistema de una
única longitud de onda a uno de WDM debido al costo que puede tener el instalar nueva
fibra óptica. Adicionalmente se debe tomar en cuenta las características de la fibra ya que
éstas pueden limitar la cantidad de lamdas o longitudes de onda que la fibra puede
transmitir. Por ejemplo, en un sistema cualquiera que trabaje con EDFA´s y que esté en
servicio no se sabe con certeza si será apto para trabajar a nivel de UDWDM.
Figura 35. Tipo de Aplicaciones de Sistemas WDM y variantes
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En el caso de las variantes de WDM, DWDM y UDWDM, se disponen de las bandas C y L
de la fibra óptica. Éstas son correspondientes a las longitudes de onda situadas entre 1530 y
1625 nm, por ser estas longitudes de onda de la actuación de los amplificadores EDFA. Se
han hecho diversos experimentos de utilizar a la vez ambas bandas pero aún se intenta
perfeccionar la técnica. El espaciado en la técnica Ultra densa UDWDM es muy pequeño,
dato que será tratado más adelante en el presente capítulo.
Figura 36. Bandas correspondientes a las variantes WDM
Detrás del costo de nuevo equipo a cada lado de la red, WDM lleva a la necesidad de
requerimientos más sensibles de instrumentación y mucho mejores métodos de análisis y
pruebas.
Por ejemplo, las no linealidades de la fibra que no tienen efecto significativo en las redes
de una sola longitud de onda pueden provocar una inaceptable sobre posición de los canales
en sistemas basados en WDM. Las redes WDM requieren de la luz del láser para iluminar
la fibra para tener mejores, definidas y más estables longitudes de ondas que aquellos
sistemas que trabajan solo con una sola longitud de onda.
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5.2 Funcionamiento General de Sistemas UDWDM
La meta de la multiplexación por división de longitud de onda, como ya se ha mencionado,
es la capacidad de transmisión de señales simultáneas en una fibra óptica por múltiples
longitud de onda. En sistemas convencionales de DWDM, los canales ópticos pueden
acarrear o transmitir amplios rangos de información, típicamente 2.5 o 10 Gbits/seg.
Investigadores aún estudian la tecnología de sistemas de 40 Gbits/seg y 50 Gbits/seg.
Un gran grupo de investigadores están trabajando en un acercamiento alternativo, llamado
WDM Ultra Denso (UDWDM), también llamado super denso, o Hiper denso; sistema del
cual se pretende explicar las bases teóricas en el presente capítulo. En lugar de transmitir
canales de alta velocidad con espaciamientos de 50 o 100GHz, el WDM Ultra Denso
transmite señales poco más lentas en canales mucho menos espaciados. En otras palabras,
con una densidad de canales mucho más alta.
El espaciamiento más estrecho de canales en estos sistemas posee serios retos ópticos, y la
mucha más lenta tasa de datos por transmitir requiere más canales para poder transmitir la
misma capacidad. Aún así, investigadores advierten que el WDM Ultra Denso ofrece
algunas importantes ventajas.
La mucha más lenta tasa de información simplifica la electrónica requerida para los
transmisores y recibidores, además evita la necesidad de adicionar distintas etapas de
multiplexación por división por tiempo. La lenta tasa de información también evita los
serios problemas de dispersión sufridos por las señales transmitidas a muy alta velocidad.
Particularmente a 40Gbits/seg.
Figura 37. Nivelación de subportadoras en sistemas de canales de varias longitudes de
onda
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5.2.1 Partes de un sistema UDWDM
Para los sistemas de multiplexación ultra densos se debe contar con las siguientes etapas:
•
Fuentes ópticas: Convierten la señal eléctrica en energía luminosa y la emiten con
diferentes longitudes de onda. Esta etapa la componen los láser. En la sección 5.5
del presente capítulo se describen más a detalle.
•
Multiplexores Ópticos: combinan la energía luminosa emitida por las fuentes
ópticas para alimentarla a la fibra.
•
Medio de transmisión: Esta etapa la compone la fibra óptica. Debe contar con
características especiales como baja atenuación en las zonas de las longitudes de
onda deseadas.
•
Demultiplexores ópticos: Dispositivos que separan la energía luminosa que llega a
través de la fibra por medio de la longitud de onda.
•
Fotodetectores: Se encarga de hacer la conversión de energía luminosa a señal
eléctrica.
•
Bloque amplificador: en nuestro caso los llamados EDFA (Erbium Doped Fiber
Amplifier). Este bloque es sumamente importante ya que para grandes distancias es
necesario reconstruir la onda o señal cada cierto tramo.
En técnicas de WDM y sus variantes se utilizan tres tipos básicos de multiplexores:
•
La rejilla de difracción
•
Los filtros de interferencia
•
Los de prisma
Estos dispositivos deben tener características importantes como: baja pérdida por inserción,
baja diafonía, facilidad de fabricación, fácil adaptación de conectores, tamaño pequeño y
alta confiabilidad. De estos, los más utilizados son la rejilla y los de interferencia. Esto por
su bajo costo y porque presentan menores pérdidas que los de prisma.
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Figura 38. Diagrama de bloques para un sistema 4x40Gbits/s en Nx80km con esquema
de compensación de dispersión
Básicamente, como se ha mencionado, el bloque emisor está constituido por el láser que
emite señales luminosas a distintas longitudes de onda. Estas diferentes longitudes de onda
son luego multiplexadas mediante un equipo multiplexador y posteriormente se transfieren
a la fibra óptica. En sistemas de UDWDM se habla de hasta 1022 distintos canales. Esto se
logra con espaciamientos entre canales muy pequeños como se ha mencionado en secciones
anteriores.
El bloque de fotodetección, conformado por fotodetectores, se encarga de recibir la
información en radiación luminosa que se transmite en la fibra. Cada receptor lleva
asociado un filtro óptico sintonizable que permite eliminar las señales que no se desean.
Los amplificadores EFDA se encargan de eliminar el ruido presente en las señales,
reconstruye y regenera la señal que ha perdido potencia a lo largo de su paso por la fibra
óptica. Comúnmente estos están constituidos por un etalón Fabry-Perot que consiste en dos
espejos que forman una concavidad resonante en la que se puede seleccionar la longitud de
onda.
El amplificador óptico es un pilar importante en sistemas WDM. Los amplificadores
basados en el bombeo sobre la fibra dopada con Erbio (EFDA) fueron introducidos en los
años 80, siendo en los 90 un elemento de uso común. Básicamente amplifican toda una
ventana óptica y por consiguiente, todos los canales (longitudes de onda) incluidos en esa
ventana (típicamente desde 1525nm hasta 1565nm).
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Para los sistemas WDM y sus variantes se utiliza fibra tipo monomodo. A diferencia de las
fibras multimodo donde todos los modos de luz tienen la misma longitud de onda e
ingresan en distintos ángulos, en el caso de la fibra monomodo la luz total entra en un
mismo ángulo y luego es separada por su diferencia entre las longitudes de onda que
componen la luz.
5.2.2 Requerimientos de la Tecnología UDWDM
Dos aspectos técnicos encaran los desarrolladores de sistemas WDM Ultra Denso: el
seccionamiento del espectro en finas partes y manteniendo aquellas longitudes de onda
estables durante la operación. Ambas consideraciones afectan las fuentes de luz y los
multiplexadores/demultiplexadores ópticos.
Fuentes de una sola frecuencia en láser ya son accesibles. El verdadero reto se encuentra en
estabilizar adecuadamente la longitud de onda en el centro del canal deseado. Por ejemplo,
el fabricante CIENA bloquea el centro de las longitudes de onda del láser en su sistema de
25GHz por medio del uso en fibra del Bragg Grating. Ésta es una técnica para realizar
funciones de filtrado directamente en una parte de la fibra óptica basada en técnicas de
interferencia. Usualmente se logra haciendo la fibra fotosensible y exponiéndola a profunda
luz ultra violeta por medio de una rejilla. Esto forma regiones de altos y bajos índices de
refracción en el núcleo de la fibra.
Figura 39. Bragg Grating en fibra óptica
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Al igual que los láser semiconductores, Bragg grating es sensitivo a la temperatura por lo
que debe contar con un circuito de control de temperatura para operar en la longitud de
onda deseada. El ancho de banda de la salida del transmisor modulado depende de la tasa
de información del canal y la óptica de filtrado.
Varias tecnologías ópticas pueden multiplexar y demultiplexar canales con espaciamiento
bastante pequeño. Se han reportado grandes avances en cuanto a la disminución de la
dispersión cromática ya que ésta aumenta inversamente al espaciamiento de los canales.
Además, se ha propuesto el uso de un demultiplexador ultra denso que puede ser
combinado con unos convencionales DWDM para separar largas cantidades de canales.
(Ver figura 40)
Figura 40. Sistema UDWDM de 320 canales
En la figura anterior se puede notar un dispositivo para 16 canales de WDM Ultra Densos
(UDWDM) que separa canales entrantes en 16 diferentes salidas con 6,25 GHz de
separación. Los canales del 1 al 16 van a diferentes salidas, luego el 17 es direccionado a la
misma salida del 1, y así sucesivamente. Cada bloque de 16 canales es a 100Gbits/seg.
Sistemas convencionales DWDM son la siguiente etapa, estos separan los múltiples canales
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que entran a cada una de las 16 salidas Ultra Densas en 20 salidas separadas en sus propios
canales a 100 GHz.
5.3 Los límites del ancho de banda
Los mismos principios fundamentales que aplican para WDM son aplicados en UDWDM.
La tasa máxima de información posible en un canal óptico depende de la modulación del
ancho de banda del transmisor y el ancho del canal óptico. La acción de modulación
inevitablemente amplia el ancho de línea de una señal portadora, pura y nominal.
La modulación aumenta el ancho de banda de una señal portadora nominal. La modulación
con una simple señal NRZ (Non Return to Zero) a 10 Gbits/seg produce un par de bandas
laterales que abren o esparcen la señal en un rango de 20 GHz centrada en una frecuencia
portadora. Filtrar una de las bandas laterales puede reducir la totalidad del ancho de banda
requerido a 10GHz aunque esto en la práctica sea difícil. La compresión superior necesita
técnicas sofisticadas así como la codificación multinivel en vez de una simple modulación
binaria.
Figura 41. Portadora con bandas laterales de 10GHz
Las componentes de alta frecuencia existen, tienen baja potencia y son mayormente
atenuadas; por esto son usualmente ignoradas. Las dos bandas laterales contienen la misma
información, de tal manera que una puede ser filtrada y suprimida como se mencionó
anteriormente. Ésta práctica está confinada a sólo pruebas en laboratorio aún.
Sistemas de WDM Ultra Denso (UDWDM) y WDM Denso convencionales pueden tener
una comparable eficiencia espectral. Generalmente el pico espectral de eficiencia es de
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aproximadamente 0.4 bit/Hz del ancho espectral. Mientras una señal de 40 Gbits/seg puede
entrar en un canal DWDM de 100GHz, cuatro señales de 10 Gbits/seg pueden entrar en
canales de 25GHz. De la misma forma, una señal de 2.5 Gbit/seg puede entrar en un canal
de 6.25GHz de WDM Ultra Denso (UDWDM).
Figura 42. Distintos espaciamientos en canales DWDM y UDWDM
Esto significa que las variantes tienen el potencial de transmitir 1.6 Terabits por segundo
utilizando solamente la banda C del EDFA (Erbium doped fiber amplifier) en 40 canales.
Otras pruebas hechas en laboratorio han logrado operar a un nivel espectral mucho mayor
de eficiencia, alcanzando 1.28 bits/Hz y logrando mayor ancho de banda aunque la
tecnología aún no es práctica o útil. 1
La selección entre las variantes de WDM se basa en aspectos técnicos de intercambio de
información. Durante cierto tiempo, los analistas de industrias y altos Managers estuvieron
impulsando la transmisión de 40 Gbits/seg en cada canal óptico como el próximo paso en la
historia de la óptica.
1
S. Bigo et al., OFC 2001, Postdeadline paper PD25.
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El hecho de transmitir a la velocidad de 40 Gbits/seg reduce el número de componentes
necesarios por canal, pero requiere de sofisticados componentes para operar a esas altas
velocidades. Además la dispersión, problema que se describió en el capítulo 3 del presente
trabajo, se convierte en un problema importante por resolver en un sistema a esta velocidad.
La magnitud de la dispersión cromática aumenta con el cuadrado de la tasa de bits porque
depende de ambos, el intervalo de bits y el ancho de la fuente espectral, los cuales
individualmente incrementan con la tasa de bits. La dispersión por modo de polarización
también se convierte en un gran problema en este tipo de transmisión.
El enviar canales más lentos por medio de más y pequeños espacios del espectro requiere
más componentes, sistemas ópticos mucho más complejos, y una estabilización más
cuidadosa de fuentes que los necesarios para transmitir en menores cantidades de canales
de 40 Gbits/seg. Aún así, WDM Ultra Denso (UDWDM) ofrece importantes atracciones.
Como se mencionó antes, entre más lentos sean los canales, aunque se utilicen más
componentes, estos utilizan fuentes y recibidores de producción en masa mucho más
baratos. En consecuencia, a menores velocidades de tasas de información, problemas de
dispersión menos importantes y necesidad de potencia mucho menor en los recibidores.
5.4 No linealidad en la fibra óptica para sistemas UDWDM
Un aspecto importante al que se debe tomar importancia en sistemas ultra densos UDWDM
es la no linealidad de la fibra óptica y el esparcimiento del ancho de banda debido a esto. Se
ha encontrado que la no linealidad de la fibra óptica inducida de señales de distorsión
espectral de 10 Gbits/seg tiene un profundo efecto en el desempeño de los filtros
demultiplexadores ópticos.2
2
IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 15, NO. 1, JANUARY 2003
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El ancho de banda del filtro de demultiplexación óptica en longitudes de onda aumenta en
proporción al espaciamiento de los canales. Cuando el espaciamiento de canales se acerca
al nivel ultra denso (UDWDM) en dimensiones de 25 GHz, el ancho de banda del filtro
óptico se compara con 10Gbits/seg del ancho de banda espectral de señales NRZ. Un filtro
óptico para UDWDM muestra mayor ruido ASE (amplified spontaneous emission), mayor
debilidad en sistemas amplificados ópticamente comparado con un sistema de filtro con
espaciamiento de 50 GHz. Un filtro para UDWDM puede presentar alta dispersión. Aún
así, recientes descubrimientos se han enfocado en el diseño de filtros con baja dispersión.
Se han investigado los efectos en SPM (self phase modulation) y en XPM (cross phase
modulation)2 sobre el desempeño en filtros con espaciamiento de 25 o 50 GHz entre
canales de transmisión de 10Gbits/seg. La no linealidad SPM amplia el espectro de la señal
y produce pequeñas no linealidades. Entonces, es esperado que el ancho de banda del filtro
y la dispersión influencien el desempeño de la transmisión dominada por efectos SPM.
Los efectos de SPM producen curvas asimétricas, las cuales son especialmente
pronunciadas en sistemas de filtrado UDWDM. Componentes inducidas de alta frecuencia
SPM generadas en diferentes spans pueden interferir en el recibidor resultando en
amplitudes de ruido. El estrecho filtrado en UDWDM puede ser beneficioso reduciendo
componentes de frecuencias no deseadas SPM en el recibidor. No obstante, el filtro
UDWDM ha mostrado tener deficiencias en transmisiones dominadas por XPM debido a
efectos de tercer orden.3
3
IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 15, NO. 1, JANUARY 2003
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Figura 43. Medición de desempeño Q en transmisiones limitadas SPM
La figura 43 muestra los efectos de SPM en el desempeño del filtro.
3
La asimetría
mostrada es mucho mayor en el filtro para UDWDM del tipo FBG, y puede ser atribuida a
la interacción de los saltos (chirps) SPM con la amplitud del filtro y la respuesta en fase.
Sin embargo se puede notar que el FBG tiene un pico más alto de desempeño.
Figura 44. Mediciones de Q en transmisión limitada de XPM
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La figura 44 muestra las mediciones de Q, que es un índice de desempeño en transmisiones
limitadas por XPM. El pico agudo presente en sistemas de transmisión dominadas por SPM
no se presenta en este sistema.
5.5 Tipos de Láser
Es importante tener en cuenta de primero el ancho de banda del láser. Para Láser en Modo
Multilongitudinal (MLM), usualmente de tipo Fabry-Perot, el ancho del espectro es la raíz
cuadrada del ancho del espectro. Para Láser en Modo Único Longitudinal (SLM),
usualmente de Retroalimentación o Feedback por su nombre en inglés (DFB), el ancho del
espectro es en el punto a 20dB abajo divididos por 6,07. Este es el ancho del espectro
Gaussiano en el punto a 20dB.
Figura 45. Típico ancho espectral en láser MLM correspondiente a valores RMS
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Figura 46. Ancho de banda de un láser SLM
5.5.1 Dispersión en el láser
Un aspecto importante que se presenta en el láser es el efecto de dispersión. El nivel de
dispersión aceptable en un sistema de láser es de aproximadamente 2dB, aunque los
sistemas puede que toleren niveles más altos de dispersión si la atenuación óptica es baja.
Según la figura 47, la longitud máxima a poder ser utilizada para ese caso sería de 85km a
una tasa de 3.11 Gbits/seg. A una longitud de onda de 1550nm la atenuación es de 20dB
con esa longitud de cable de fibra.
Figura 47. Dispersión en un láser DFB
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Los tipos de láser típicos son:
Fabry-Perot/MQW: EL tipo de láser menos costoso. Tiene un ancho de línea de
típicamente 1 o 4 nm. (Nótese que el ancho de línea está referido a MHz o GHz, en lugar
de nm. El factor de conversión es 1 nm = 125 GHz.)
Standard DFB: Láser Standard DFB tiene ancho de línea de 0.1 nm, o 12 GHz. A tasas de
Gigabits,
puede
ser
una
limitación
para
distancias
de
más
de
50
km.
Screened DFB: Es básicamente igual al diseño de standard DFB, sin embargo ha sido
escogido para anchos de línea de típicamente 0.01 a 0.05 nm, 1-5 GHz. Permite mayores
distancias.
External Modulator/DFB: Tiene un ancho de línea bastante pequeño (1-2 MHz o
0.000008-0.000016 nm) opera en CW (continuous wave). Un modulador externo hace la
función de encender o apagar la luz. El defecto que presenta es que el ancho de línea tan
pequeño puede hacer que se presenten problemas de Stimulated Brillouin Scattering y otros
efectos no lineales.
VCSELs: El “Vertical Cavity Surface-Emitting Laser” es el más Nuevo en su clase. Éste
emite la luz en forma vertical y tiene una cavidad vertical. Tiene capas de 20 a 30 átomos
de espesor.
5.5.2. Láser ECDL ( External Cavity Diode Laser) y DFB (Distributed Feedback)
Aunque los ECDL´s han sido comercialmente disponibles durante varios años, recientes
avances en el área de antireflexión en cubiertas ópticas, empaquetado de datos ópticos y la
tecnología en fibra óptica han traído ésta tecnología a la vanguardia de la transmisión
UDWDM. A diferencia de los láser tipo DFB (Distributed Feedback) donde la estructura de
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“bragg grating” está integrada con la etapa de ganancia del semiconductor activo, los
ECDL emplean una estructura de “grating” o enrejado externa al chip del diodo láser. Esto
hace que resulte entonces en un espectro de línea y ancho de banda angosto, mayor
estabilidad de longitud de onda, menores “chirps” o saltos no deseados en el láser para
sistemas de espaciado angosto de canales.
Típicamente, los DFB láser diodos tienen anchuras de la línea de varios centenares de
megahertzios, y su frecuencia todavía es sensible a los cambios en temperatura y corriente
de inyección. Esta sensibilidad es debida al enrejado (grating) interno dentro de la región
activa del láser, haciéndolo más susceptible a los cambios de temperatura y variaciones de
densidad de la portadora en la cavidad. Se han empleado varios esquemas de estabilización
de frecuencia para compensar esta sensibilidad en láser DFB´s. Sistemas adicionales como
bloqueadores de longitud de onda y moduladores externos son utilizados para mejorar el
desempeño de los láser.
Figura 48. La separación longitudinal de la región semiconductora activa de la región
del enrejado es el secreto para el éxito del ECDL
Por otro lado, se logran anchuras de línea muy estrechas y la estabilidad de alta frecuencia
inherentemente con láser ECDL simplemente usando espejos y los enrejados externos
como elementos de la regeneración óptica. La separación longitudinal de la región del
semiconductor activa (que proporciona ganancia) del enrejado (que proporciona
estabilización de la longitud de onda) es lo que da sus únicas ventajas a un láser de la
externo-cavidad en estabilidad y la anchura de la línea espectral.
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La estructura básica de un láser ECDL consiste principalmente en un láser de diodo ARcubierto (por ejemplo un Fabry-Perot) y un enrejado (por ejemplo una fibra “Bragg”). La
idea principal es mejorar longitud de onda y estabilidad de temperatura, incluso la anchura
de la línea espectral dinámica del láser. Eso es logrado poniendo la etapa semiconductora
del láser dentro de una cavidad externa. La cavidad externa selecciona la longitud de onda
de la emisión insertando un enrejado en la cavidad del láser. La faceta delantera del chip
semiconductor que enfrenta el enrejado se cubre con un material AR (antireflexión) para
suprimir lazos entre las facetas de la parte frontal y trasera y así extender la cavidad de
resonancia del chip del láser. Así, la capa impide al láser operar en un modo determinado
por las facetas, y fuerza a para operar en un modo determinado por el enrejado externo.
Recíprocamente, la faceta de la parte de atrás se cubre con una capa muy reflexiva y así
aumentar el poder y reflejar la luz fuera la faceta delantera. La luz emitida de la faceta
delantera enviada hacia el enrejado, y la difracción de primer orden se dirige nuevamente
hacia el láser. Aquí, se amplifica y se acopla fuera del láser como difracción de orden cero.
Aunque el láser de diodo emite un rango amplio de longitudes de onda, sólo un rango
estrecho de longitudes de onda regresa al chip del láser para la amplificación.
Figura 49. Longitud de la cavidad en ECDL y DFB
La habilidad de seleccionar una o más longitudes de onda en diseños de la ECDL es muy
importante también. Hoy día, tolerancias de 0.1nm o menores para longitudes de onda
centrales y ancho de banda son ahora comunes y disponibles con ECDL. Estas tolerancias
permiten eliminar la necesidad del ajuste por temperatura y proporcionan sistemas acordes
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con la ITU (International Telecommunication Union). En cambio, para láser de tipo DFB se
necesita de ajuste por temperatura para lograr mantener la longitud de onda central.
Figura 50. Ancho espectral para DFB y ECDL
Como se mencionó antes, un beneficio mayor de los láser ECDL es la anchura de la línea
espectral estrecha generada por estos dispositivos. La anchura de la línea de un ECDL es
inversamente proporcional al cuadrado de la longitud de la cavidad externa.
La Figura 50 muestra una comparación de la anchura de la línea espectral de DFB´s y
ECDL´s a -3 dB y -20 dB. Como se indica, los ECDL´s proporcionan una anchura de la
línea espectral muy estrecha, haciéndolos ideal para sistemas de UDWDM que requieren
espaciados angostos por canal. Un láser DFB típico presenta un cambio en la longitud de
onda de aproximadamente 0.1nm por grado centígrado, y un ECDL un promedio de 0. 02
nm por
grado centígrado. Este parámetro (tendencia de la longitud de onda con
temperatura) es una función de la proporción de la longitud de la cavidad activa contra la
longitud de la cavidad total y puede manipularse para lograr resultados deseados.
5.6 Ventajas y Desventajas de la Multiplexación Ultra Densa
Se ha hecho énfasis en la capacidad de transmisión de los sistemas UDWDM (WDM Ultra
Denso). Se habla actualmente de una capacidad de hasta 1022 canales en una misma fibra.
Sin duda esta es una gran ventaja para futuras aplicaciones en las telecomunicaciones. El
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hecho de poder transmitir mayor información en un mismo medio de transmisión como es
la fibra óptica, hace posible el aprovechamiento y el surgimiento de nuevas aplicaciones
para éste nuevo espacio. Aún más cuando se trata de un medio de transmisión ya existente
y de, aparte de su fácil instalación, se cuenta con una amplia red mundial en esta material.
El poder ampliar la gama de espacio en la fibra óptica permite a las empresas de
telecomunicaciones poder ampliar la escala de sus aplicaciones. Sin duda, es mucho mejor
ampliar la capacidad del medio de transmisión existente y no tener que instalar mucho más
fibra a lo largo de los mismos tramos para poder transmitir más información. Esto hace que
lo costos sean menores y que los resultados de aprovechamiento mejoren notablemente. La
figura 51 hace una comparación de la capacidad de ancho de banda entre distintos métodos
de transmisión de información.
Figura 51. Ancho de banda de canales y enlaces. (en MBits por segundo, escala
logarítmica)
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El espaciamiento más estrecho de canales en el sistema de multiplexación Ultra Denso
UDWDM posee serios retos ópticos, y la mucha más lenta tasa de datos por transmitir
requiere más canales para poder transmitir la misma capacidad.
La mucha más lenta tasa de información simplifica la electrónica requerida para los
transmisores y recibidores, además evita la necesidad de adicionar distintas etapas de
multiplexación por división por tiempo. La lenta tasa de información también evita los
serios problemas de dispersión sufridos por las señales transmitidas a muy alta velocidad.
Por otro lado, el hecho de transmitir a la velocidad de 40 Gbits/seg como en DWDM, que
es clasificada como alta, reduce el número de componentes necesarios por canal, pero
requiere de sofisticados componentes para operar a esas altas velocidades. Además la
dispersión, problema que se describió en el capítulo 3 del presente trabajo, se convierte en
un problema importante por resolver en un sistema a esta velocidad.
La magnitud de la dispersión cromática aumenta con el cuadrado de la tasa de bits porque
depende de ambos, el intervalo de bits y el ancho de la fuente espectral, los cuales
individualmente incrementan con la tasa de bits. La dispersión por modo de polarización
también se convierte en un gran problema en este tipo de transmisión.
Se debe tomar en cuenta también que el enviar canales más lentos por medio de más y
pequeños espacios del espectro (UDWDM) requiere más componentes, sistemas ópticos
mucho más complejos, y una estabilización más cuidadosa de fuentes en comparación con
los necesarios para transmitir en menores cantidades de canales de 40 Gbits/seg (DWDM).
Figura 52. Separación de canales en DWDM y UDWDM
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Tabla 1 Comparación de elementos de varios métodos de multiplexación
Aplicación/Parámetro
CWDM
acceso/MAN
DWDM
MAN/WAN
DWDM
largo alcance
UDWDM
Largo
alcance
Canales por fibra
4-16
32-80
80-160
Aprox 1024
Espectro Utilizado
O,E,S,C,L
C,L
C,L,S
C,L
Espaciado entre canales
2500GHz
100GHz
50Ghz
Hasta 10GHz
Capacidad por canal
2,5 Gbits/s
10 Gbits/s
Capacidad de la fibra
20-40 Gbits/s
Tipo de Láser
Uncooled DFB
Tecnología de filtros
TFF
Distancia
100-1000
10-40 Gbits/s
< 40 Gbits/s
< 1 Tbit/s
> 1 Tbit/s
Cooled DFB
Cooled DFB
ECDL
TFF, AWG,
TFF, AWG,
FBG
FBG
Hasta 80 km
Cientos de km
Miles de km
Miles de km
Coste
Bajo
Medio
Alto
Alto
Amplificación Óptica
Ninguna
EDFA
EDFA, Raman
EDFA
Gbits/s
FBG
Se debe hacer un balance general económico a la hora de hablar de UDWDM. Este método
de multiplexación requiere más transmisores y recibidores que el convencional DWDM
(WDM Denso). Es una inquietud abierta, entre bajo costo y disponibilidad inmediata de los
dispositivos en UDWDM y la compensación por dispersión necesaria y altos costos en
transmisores y recibidores de 40 Gbits/s o más. Los usuarios finales son los que deben
escoger entre mantenerse con señales más lentas compatibles con equipo existente, o
multiplexar a altas velocidades con el costo que esto implica. Esto variará con las
aplicaciones y necesidades de cada usuario.
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Capítulo 6. Tendencias UDWDM
6.1 Aplicaciones
Las fibras ópticas presentan un amplio ancho de banda de transmisión del orden de los
Terahercios (THz). Para poder aprovechar esta característica tan importante de este
material, pueden emplearse distintas técnicas de multiplexación de la información a ser
transmitida. Un ejemplo claro en esto es la utilización de técnicas WDM o de
multiplexación por división por longitud de onda.
Las técnicas actuales en transmisión de información intentan dar respuesta día a día con la
demanda creciente de ancho de banda. Es difícil calcular realmente cual será el máximo
nivel de transmisión al que se llegará. El uso de la Internet, por ejemplo, crece día con día.
Cada vez más usuarios hacen uso de la gigantesca red. Conforme el uso avanza, las
aplicaciones crecen y cada vez éstas demandan mucho más ancho de banda. La figura 53
muestra el crecimiento de la Internet en los últimos años y proporciona una visión de lo que
puede llegar a ser la demanda en los próximos años.
Figura 53. Demanda de la Internet
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La técnica de multiplexación Ultra Densa (UDWDM) viene a dar un aporte importante en
la transmisión de información. Específicamente en el manejo de información a grandes
distancias.
Si bien es cierto, UDWDM tiene una gran capacidad de transporte de información, es
importante notar que los elementos necesarios para la transmisión a nivel de
espaciamientos entre canales tan pequeños trae consigo un gran costo económico. Lo
interesante de ésta técnica es que la velocidad de información con la que trabaja es
compatible con los dispositivos que actualmente existen comercialmente. Es por esto que se
espera que UDWDM sea utilizado para transmitir a grandes distancias y así aprovechar al
máximo la red de fibra óptica existente a nivel mundial.
Como se ha visto en capítulos anteriores, UDWDM tiene la capacidad de transmitir una
amplia gama de canales en una misma fibra óptica. Esto permite llevar información entre
ciudades. La información puede ser accesada desde un anillo que trabaje en UDWDM y ser
distribuida internamente por otros métodos de multiplexación como lo es CWDM (Coarse
Wavelength Division Multiplexing) que presenta un costo bastante menor en cuanto a los
dispositivos necesarios para su instalación respecto a técnicas como DWDM o UDWDM.
Ésta técnica, CWDM, elimina el uso de los EDFA´s, necesarios en transmisiones de WDM
y sus variantes por las distancias en las que se trabaja. Aspecto que significa una baja en el
costo económico bastante importante.
6.2 Tendencias de uso UDWDM
Como se ha mencionado antes, las redes de UDWDM son utilizadas para transmitir en
distancias bastante amplias. En el presente se plantean diversos usos para las redes
UDWDM. Actualmente se trabaja con redes DWDM en varias configuraciones, las cuales
pronto se esperan pasen a ser UDWDM. La figura 54 hace referencia a una red IP (Internet
Protocol) que trabaja en base a una red de anillos en DWDM.
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Figura 54. Red de servicio IP basada en DWDM
Las redes actuales utilizan distintas tecnologías en cada nivel del sistema, garantizando que
la demanda de la aplicación sea satisfecha debidamente. Esto implica que la cooperación
entre tecnologías debe existir. En otras palabras, la coordinación entre los distintos
mecanismos se hace necesaria en cualquier red actual.
Si en una red se presentan tiempos de retardo amplios o pérdidas de paquetes de
información, el audio y video de cualquier señal se degrada y es entonces cuando el
servicio que se está dando al usuario deja de ser operativo. Éste problema se puede deber a
la congestión entre los routers y se puede eliminar ampliando el ancho de banda existente
entre los mismos o redireccionando parcialmente el tráfico de la red. Es aquí donde entra en
juego el buen aprovechamiento del ancho de banda de la fibra óptica con métodos de
multiplexación como UDWDM.
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Figura 55. Ejemplo de IP siendo transportada por un anillo WDM
La figura 55 muestra un servicio IP transportado en una red tipo anillo WDM con interfaces
de Ethernet de alta velocidad y con amplificadores ópticos (OADM). En un futuro se espera
que las redes WDM pasen a ser UDWDM por la amplia demanda de ancho de banda. Se
mencionarán a continuación algunas tendencias para WDM y sus variantes.
•
•
•
•
IP sobre ATM sobre SDH para transmisiones WDM
IP sobre ATM directamente en WDM
IP sobre SDH, Paquetes sobre SONET (POS)
IP sobre SDL directamente sobre WDM
6.2.1 IP sobre ATM sobre SDH para transmisiones WDM
En ésta configuración se tienen paquetes IP que son segmentados en celdas ATM y
asignadas a diferentes Conexiones Virtuales por SDH/ATM en el Router IP. Las celdas
ATM son empacadas en esquemas SDH, los cuales pueden ser enviados a un switch ATM
o directamente a un transpondedor WDM para ser transportado en un nivel óptico
designado. La figura 56 muestra ésta configuración de trabajo sobre una red WDM.
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Figura 56. Sistema IP sobre ATM sobre SDH transportado en WDM
6.2.2 IP sobre ATM directamente en WDM
Ésta configuración es idéntica a la anterior desde la perspectiva de la arquitectura. La única
diferencia es que las celdas ATM no son encapsuladas en esquemas SDH. En vez de esto,
son enviadas directamente por el medio físico utilizando niveles físicos basados en celdas
ATM. Los mecanismos físicos basados en celdas han sido desarrollados específicamente
para transportar protocolo ATM.
Algunas ventajas de utilizar ésta configuración son:
•
Técnica simple de transmisión, para ATM las celdas son enviadas directamente por
el medio físico.
•
Menor capa física, alrededor de 16 veces menor que para SDH.
•
Como ATM es asincrónico, no existe mecanismo de tiempo en la red.
6.2.3 IP sobre SDH, Paquetes sobre SONET (POS)
Es posible usar simplemente formatos SDH para encapsular esquemas IP en transmisiones
WDM. SDH puede ser utilizado para proteger los enlaces de tráfico IP contra rompimientos
en el cable por APS (Automatic Protection Switching). La señal entonces es apta para ser
transportada en fibra óptica ya sea en un elemento SDH de la red, un router IP o un
transpondedor WDM para posterior transmisión.
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Figura 57. Estructura IP sobre SDH en redes WDM
6.2.4 IP sobre SDL directamente sobre WDM
SDL (Simple Data Link) es un método de esquema propuesto por Lucent Technologies
Inc., y puede reemplazar los esquemas HDCL para paquetes encapsulados del tipo PPP.
Comparado con HDCL, SDL no tiene secuencias banderas delimitantes. En vez, el
esquema SDL empieza con la longitud del paquete enviado. Esto es ventajoso a altas tasas
donde la sincronización con la secuencia bandera es dificultosa.
Figura 58. Esquema SDL
Lo principal de estas configuraciones es que se demanda mucho ancho de banda para poder
suplir todas las aplicaciones a las que el usuario desea acceder. Las redes UDWDM
llegarán a ser utilizadas en éstas configuraciones y muchas más. Por ejemplo, la
comunicación eficiente y rápida entre los distintos continentes es cada vez más necesaria,
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103
por lo que para poder comunicarse y acceder a información con rapidez es necesario contar
con amplio espacio de transmisión de datos.
El planeta tiene redes ya instaladas de fibra óptica interoceánica e intercontinentales. Éstas
deben ser aprovechadas al máximo ya que el costo de pensar en instalar nueva fibra óptica
es inmenso. Es mucho mejor convertir las redes existentes en UDWDM y aprovechar el
ancho de banda que una fibra soportar. Se habla que una fibra monomodo tiene la
capacidad de soportar un ancho de banda de hasta 50 THz, característica que se debe
aprovechar al máximo.
La demanda por ancho de banda en el mundo se puede notar sencillamente con medir el
crecimiento de la población año con año. Viendo ésta tendencia se sabrá cuanta gente habrá
demandando cantidades enormes de información en posteriores años.
Figura 59. Aplicación de UDWDM
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Capítulo 7. Conclusiones y Recomendaciones
7.1 Conclusiones
Un sistema de comunicaciones ópticos UDWDM está constituido en su forma básica por las
siguientes etapas: Fuente óptica, Multiplexor óptico, Medio de Transmisión que en nuestro caso
es la fibra óptica, Demultiplexores ópticos, Fotodetectores y el bloque Amplificador dopado con
Erbio.
Los sistemas de comunicaciones ópticos han evolucionado a través del tiempo logrando
aprovechar cada vez más el ancho de banda que caracteriza al material del medio de transmisión.
En el caso de la multiplexación ultra densa UDWDM, se logra aprovechar al máximo el ancho
de banda de la fibra óptica determinado por las regiones C y L (1530nm – 1625nm). La región
más recientemente explorada es la banda L.
Existen varios tipos de fibra óptica. La técnica UDWDM utiliza las fibras monomodo ya que son
capaces de transmitir modos de distintas frecuencias y longitudes de onda con un mismo ángulo
de entrada y por ser utilizadas en aplicaciones de alta velocidad y distancias mucho más largas.
Dos aspectos que limitan las transmisiones WDM en la fibra óptica son la dispersión en todos
sus distintos modos y la atenuación de la señal transmitida a lo largo del recorrido a través de la
fibra. Estos aspectos limitan el desempeño y por tanto la velocidad de transmisión en la fibra
óptica. Por esta razón se intenta por medio de la multiplexación ultra densa UDWDM, disminuir
la velocidad de transmisión pero a la vez disminuir el espaciamiento entre canales de tal forma
que la dispersión no sea un problema importante a resolver y así transmitir grandes cantidades de
información a través de una sola fibra.
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La tecnología WDM se basa en frecuencias definidas por laser (Light Amplification by
Stimulated Emission of Radiation). En UDWDM los láser deben ser capaces de emitir longitudes
de onda diferenciadas hasta de 10GHz (0.08nm).
Sin duda la demanda por ancho de banda crece proporcional al crecimiento de la población
mundial. La necesidad por suplir esta demanda hace surgir en los años 80’s los sistemas WDM
donde se logra aprovechar de una manera más eficiente la capacidad de la fibra óptica. Distintas
señales son transmitidas simultáneamente a través de este medio de comunicaciones. Más
recientemente, WDM Ultra Denso llega a mostrarse como una futura solución a esta situación.
Varios cientos de señales son transmitidas por este método de multiplexación logrando satisfacer
las necesidades cada vez más amplias de ancho de banda.
La diferencia básica entre los sistemas WDM, DWDM y UDWDM es el espaciamiento entre los
canales que son transmitidos. La ventaja de UDWDM es que el espaciamiento tan estrecho entre
los canales permite reducir la velocidad de los mismos; logrando a pesar de esto transmitir la
misma o mayor capacidad que otros sistemas de multiplexación existentes.
La reducción de velocidad en los canales transmitidos en UDWDM hace que la dispersión
debida a altas velocidades no llegue a ser un problema de alta importancia.
Los sistemas UDWDM presentan un costo bastante elevado debido a los amplificadores y los
dispositivos sensibles que utiliza. Son para aplicaciones en sistemas de largas distancias por su
capacidad de transmitir una amplia gama de información. No son utilizados actualmente para
aplicaciones de corta distancia, como en ciudades, debido a que no es necesaria la transmisión de
grandes cantidades de información y por tanto no sería eficiente ni conveniente en cuanto a la
relación costo-aprovechamiento de este sistema.
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Una característica importante en los sistemas WDM es la necesidad de amplificadores cada
cierta distancia a lo largo del sistema. Los llamados EDFA´s (Erbium Doped Fiber Amplifier),
que se encargan de regenerar la señal que va perdiendo potencia a lo largo del recorrido en la
fibra óptica, son característicos de estos sistemas debido a las largas distancias de sus
aplicaciones.
Actualmente se tienen pruebas en laboratorio donde se han logrado multiplexar hasta 1022
canales distintos simultáneamente en una sola fibra óptica. Ésta capacidad tan amplia es en la
actualidad considerada por muchos innecesaria para la demanda existente de ancho de banda. Sin
duda, es una visión poco futurista ya que la demanda tiene un crecimiento acelerado y las
aplicaciones día con día necesitan de mayor capacidad para funcionar adecuadamente.
7.2 Recomendaciones
Se recomienda la realización de una investigación más especializada y detallada en cuanto a las
aplicaciones de esta tecnología UDWDM ya que como se mencionó en esta investigación, este
método trae consigo una solución en cuanto al tráfico y demanda de ancho de banda.
Combinando UDWDM con otras tecnologías de multiplexación se puede lograr aumentar aún
más la capacidad de transmisión de la fibra óptica.
Como posible aplicación de este método de multiplexación se puede tomar en cuenta las
transmisiones interoceánicas existentes. La comunicación ente continentes es una de las que más
demanda ancho de banda, por lo que puede ser tema de investigación más a fondo. Con
UDWDM se podría aprovechar la fibra instalada existente sin necesidad de ser sustituida.
Las ventajas que ofrece la multiplexación ultra densa en cuanto a la compatibilidad de la
velocidad a la que trabaja con la de los equipos existentes merecen ser tomadas en cuenta. Se
recomienda hacer un estudio acerca de la relación costo-aprovechamiento de los sistemas
UDWDM.
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Bibliografía
1. Alós de optral, Ramón. Artículo: La fibra como medio de transmisión.
Revista digital CONECtrónica. Sitio Web: www.conectronica.com
2. Arteaga, Juan Carlos et otros. Artículo: Efectos de polarización en sistemas WDM. Sitio
Web: http://calima.univalle.edu.co/scfVol36 1/resúmenes/3601113.htm
3. ATM. Consultada el 23 de setiembre del 2004. Sitio web:
http://redesbirdg.galeon.com/asdl.htm
4. Campany, José et Al. Fundamentos de Comunicaciones Ópticas. II Edición. España:
Editorial Síntesis. 2001.
5. Cisco. Artículo: Anexo C. Introducción a WDM. Sitio Web: www.cisco.com
6. Doening. Modulation Systems and Noise. Editorial Prentice Hall, INC. United Kingdom.
1980.
7. El Espectro Electromagnético. Consultada el 13 de agosto del 2004. Sitio Web:
http://orbita.starmedia.com/-fortiz/conceptosbasicos/tema03-espectroelectromagnetico.htm
8. Fernández Roberto. Artículo Nº32 de fibra. Revista Digital CONECtrónica.
Sitio Web: www.conectronica.com
9. Fiber Hystory. Consultada el 23 de agosto del 2004.
Sitio Web: www.fiber-optics.info
10. Fibra Monomodo de Dispersión Desplazada. Consultada el 13 de agosto del 2004. Sitio
Web: http://orbita.starmedia.com/-fortiz/conceptosbasicos/tema07-fibra monomodo.htm
11. Fragnito, Hugo. Artículo: Fiber Optics Systems. Sitio Web: www.ifi.unicarp.br
12. IEEE. Communications. Volumen 40. Nº9. Estados Unidos. Packed Oriented Photonic
Networks: Evolution of internet architecture and protocols.
13. Kiniri, Joseph R. Artículo: Wavelength Division Multiplexing: Ultra High Speed Fiber
Optics. Sitio Web: http://computer.org/internet
14. La Fibra Óptica. Consultada el 20 de octubre del 2004. Sitio web:
http://mailweb.udlap.mx/-lgojeda/telecom3/fibra optica/ propiedadesfo.htm
Diciembre del 2004
IE-0502
Ventajas de la nueva tecnología de comunicaciones UDWDM
108
15. Laude, Jean Pierre. DWDM fundamentals, components and applications. Estados Unidos.
Artech House. 2002. 282p. SPIE. Optical Networks. Volmen 2. Nº6. Estados Unidos . 2001.
84pp.
16. Ramos, Francisco. Artículo: Actualidad y futuro de las redes ópticas. Sitio Web:
www.conectronica.com
17. Ryan, Jim. Artículo:Fiber considerations for metropolitan networks. Alcatel
Telecommunications Review . 2002.
18. Schwartz,M. Transmisión de información, modulación y ruido. Tercera Edición. Editorial
Mc Graw Hill. 1987.
19. D. Banerjee. Design and analysis of wavelength-routed optical networks. PhD thesis,
University of California, Davis, 1996.
20. B. Beauquier. Communication dans les réseaux optiques par multiplexage en longueur
d'onde. PhD tésis, Université de Nice Sophia Antipolis, Enero 2000.
21. D. Coudert. Algorithmique et optimisation de réseaux de communications optiques. PhD
tésis, Université de Nice Sophia-Antipolis (UNSA), Diciembre 2001.
22. France Télécom. Les communications optiques du futur. Junio 2002. Mémento technique
France Télécom 19.
Sitio Web : http://www.rd.francetelecom.fr/fr/conseil/mento19/index.html.
23. R. Ramaswami y K.N. Sivarajan. Optical networks. A practical perspective.
MorganKaufmann Publishers, academic press edition, 1998.
24. Natasa B. Pavlovic; Adolfo V.T. Cartaxo.Artículo: Optimized Optical Filtering for 40 Gbit/s
channel enhanced phase shaped binary transmission in ultra dense WDM systems. Instituto de
Telecomunicaciones. Lisboa, Portugal.
25. Jeff Hecht. Artículo: Optical Networking: Ultra-dense WDM Speeding up transmission rates
with slower signals. Laser Focus World, Noviembre 2002. Sitio
Web:http://www.essexcorp.com/News/laserfocus.html
26. Ilya Lyubomirsky; Tiequn Qui; Jose Romam; Mahir Nayfeh; Michael Y. Frankel; and
Michael G. Taylor. Artículo: IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 15, No. 1, Enero 2003.
27. Vince Sykes, K2 Optronics. Artículo: External-cavity diode lasers for ultra-dense WDM
networks. Sitio Web: http://cgw.pennnet.com/Articles
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Apéndice
Glosario
Ancho Espectral: Rango de frecuencias o longitudes de onda en las que trabaja un dispositivo
óptico.
Atenuación: efecto que presenta la luz de pérdida de potencia cuando es transmitida en largas
distancias.
BIGFON: red urbana integrada de telecomunicaciones en banda ancha por fibra óptica.
Canal: elemento básico de un sistema de comunicaciones. Es el encargado de llevar la señal a su
lugar de destino.
Crosstalk: diafonía, efecto que se presenta en un sistema que trabaja con varias señales.
Dispersión: tendencia de la luz a viajar a distintas velocidades en un medio de transmisión.
Fibra Monomodo: Fibra óptica capaz de transmitir distintas longitudes de onda en sólo ángulo de
entrada.
Fibra Multimodo: Fibra óptica capaz de transmitir dos o más modos en distintos ángulos de
entada.
Interferencia constructiva: efecto en señales en el cual las ondas asociadas al superponerse se
refuerzan.
Luz coherente: tipo de luz que está compuesta por una sola longitud de onda.
Luz no coherente: tipo de luz que está compuesta por varias longitudes de onda. Por ejemplo, la
luz emitida por un LED o un bombillo incandescente convencional.
LED: diodo Emisor de Luz
Modo: onda luminosa permitida susceptible de propagarse en un conductor de fibra óptica.
Modulación: alteración sistemática de una onda portadora de acuerdo con el mensaje (señal
moduladora) y puede ser también una codificación.
Monomodo: un solo modo. Refiérase a Modo.
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Multimodo: dos o más modos. Ver Fibra Multimodo
Multiplexación DWDM: multiplexación que se basa en la división de las señales entrantes por
medio de la longitud de onda a la que está trabajando la señal. Cada señal tiene su propia
longitud de onda que la diferencia de las demás. Un sistema con DWDM puede transportar desde
8 a 160 canales en una misma fibra óptica.
Multiplexación FDM: multiplexación que se basa en la división de las señales entrantes por
medio de la frecuencia a la que está trabajando. Cada señal tiene su propia frecuencia que la
diferencia de las demás.
Multiplexación SPM: multiplexación estadística de paquetes, opera similar al STDM solo que no
es no puede transmitir efectivamente información sensitiva a retardos como videos y voz.
Multiplexación STDM: multiplexación estadística por división del tiempo, opera similar al TDM
excepto que asigna dinámicamente los espacios de tiempo (time slots).
Multiplexación TDM: tipo de multiplexación que se basa en la división de las señales entrantes
por medio del tiempo. Cada señal es ubicada en diferentes espacios de tiempo (time slot).
Multiplexación UDWDM: multiplexación que se basa en la división de las señales entrantes por
medio de la longitud de onda a la que está trabajando la señal. Cada señal tiene su propia
longitud de onda que la diferencia de las demás. Un sistema con UDWDM puede transportar
hasta 1022 canales en una misma fibra óptica.
Multiplexación WDM: multiplexación que se basa en la división de las señales entrantes por
medio de la longitud de onda a la que está trabajando la señal. Cada señal tiene su propia
longitud de onda que la diferencia de las demás. Un sistema con WDM puede transportar hasta 8
canales en una misma fibra óptica.
Receptor: elemento básico de un sistema de comunicaciones. Se encarga de recibir la señal
transmitida.
Red LAN: red de área local, para distancias cortas, de pocos kilómetros. Por ejemplo, de uso
frecuente en campus universitarios.
Red MAN: red aplicada en áreas metropolitanas.
Red WAN: red de banda ancha, permite la transmisión de un amplio rango de información.
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Refracción: efecto óptico, cambio de dirección de la luz al chocar con medios de diferentes
índices de refracción.
Sistema Guiado: sistemas que cuentan con un medio de propagación que guía la onda enviada.
Transductor: elemento convertidor de energía. Por ejemplo, de energía luminosa a energía
eléctrica (voltaje o corriente).
Transmisor: elemento básico en un sistema de comunicaciones. Se encarga de pasar el mensaje
al canal en forma de señal.
Transpondedor: dispositivo que convierte la señal óptica del equipo terminal en señal eléctrica.
Función 3R= amplificación + regeneración + resincronización.
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