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Transmisiones y aplicaciones de fibra

Existen varias calidades, velocidades y aplicaciones para plantas de cableado de redes de fibra óptica. Dos factores controlarán las velocidades de su fibra: la calidad de la fibra y la fuente de luz utilizada para transmitir los datos por la fibra. También puede aumentar según el tipo de multiplexado empleado para llevar múltiples señales a través de las mismas hebras de fibra.

Las aplicaciones de fibra incluyen operaciones de redes troncales de fibra, opciones de fibra hasta el portador y operaciones de fibra hasta el escritorio. También hay un número creciente de aplicaciones de fibra hasta el local (FTTP), como vídeo distribuido por fibra. Almacenamiento basado en fibra y las interfaces de red son fáciles de conseguir. La asociación industrial de canales de fibra ha contribuido positivamente al establecer parámetros de funcionamiento para el almacenamiento conectado a fibra en centros de proceso de datos. Con independencia del uso previsto para la fibra, las características, pérdidas y ancho de banda son esenciales para el éxito de su red de fibra.

TRANSMISIÓN POR FIBRA

La combinación de fuente de luz de fibra, calidad de fibra y diámetro de núcleo de la fibra determinará no sólo la distancia funcional del canal, sino también la velocidad de las comunicaciones. Recientemente, la fibra multimodo ha experimentado una transición de fibra de 62,5/125 (núcleo/blindaje) en varias calidades a fibra de 50/125 micras, también disponible en varias calidades, incluyendo la fibra de máximo rendimiento optimizada para láser. La fibra multimodo es normalmente la opción para distancias más cortas. La luz se lleva en varias rutas o modos. Un modo es la transmisión de luz en un estado constante. La fibra monomodo permite una única ruta/modo y es adecuada para aplicaciones de más largo alcance. La electrónica activa que respalda la fibra multimodo es menos costosa que la monomodo.

La velocidad a la que viaja la luz en una fibra se mide por su índice de refracción. Se trata de una ecuación que compara la velocidad de la luz en un medio con su velocidad máxima en el vacío. Esta luz viaja en el espectro no visible, normalmente 850 nm, 1300 nm o 1550 nm. El espectro visible termina aproximadamente a 750 nm. Este espectro puede llevar señales analógicas y digitales. Los dispositivos que activan la fuente de luz convierten esas señales en pulsos de luz dentro del espectro requerido para la transmisión. En el otro extremo, otro dispositivo detecta los pulsos de luz que hay en cada modo y los convierte otra vez en señales analógicas o digitales que entiende el dispositivo conectado.

La velocidad de la fibra se mide en hercios o ciclos por segundo. Cada ciclo equivale a un pulso u onda luminosa. Un hercio equivale a un ciclo. Como la fibra transmite a tasas de velocidad muy altas, medimos los pulsos/ciclos que un dispositivo lanza a la fibra en megahercios (millones de hercios por segundo). Debido a que la luz no se degrada con la distancia tan rápidamente como las señales eléctricas, la atenuación o pérdida de señal es inferior que en sus equivalentes de cobre. Ello permite que las ondas luminosas viajen mayores distancias.

PÉRDIDA DE LA FIBRA Y DEGRADACIÓN DE SEÑAL

Igual que con el cobre, la pérdida o atenuación de señal en la fibra se mide en decibelios (dB). La atenuación de la fibra aumentará con cada conector o empalme. Normalmente la pérdida de empalme es de unos 0,2 dB por empalme. No obstante, las terminaciones deficientes pueden aumentar esa cifra. La estimación de pérdida de fibra compara la pérdida real con la estimada (o pérdida aceptable) según el número de empalmes en el canal. Para medir esta pérdida, debe utilizarse un medidor de potencia y una fuente de luz. Probar una fibra estrictamente con un reflectómetro óptico con indicación temporal (OTDR) proporciona la caracterización del segmento de fibra, pero no facilita el rendimiento definitivo.

Se encuentran dos tipos de atenuación en cables de fibra óptica: intrínseca y extrínseca. La atenuación intrínseca es inherente a la fibra y se introduce durante el proceso de fabricación. Un ejemplo serían las impurezas o irregularidades dentro del vidrio. Ello provoca que las señales luminosas sean absorbidas o dispersadas y es el motivo por el que algunas fibras admiten mayores distancias de aplicación que otras. Los avances en fabricación han introducido una nueva calidad de fibra multimodo conocida como fibra optimizada para láser.

Esta fibra incorpora dos mejoras de fabricación esenciales. La primera es la eliminación de las anomalías mencionadas anteriormente, reduciendo impurezas en el núcleo de la fibra. La segunda es un mayor control del índice de refracción, lo que reduce la dispersión de modo asegurando que lleguen todos los modos al receptor básicamente al mismo tiempo. La combinación de esas mejoras aumenta mucho la capacidad de ancho de banda de la fibra, cuyo resultado es la compatibilidad con aplicaciones de mayor velocidad, incluyendo transmisiones a 10 Gb/s, así como distancias de transmisión más largas. TIA hace referencia a esta fibra como fibra optimizada para láser mientras que ISO/IEC lo hace como fibra de calidad OM3.

La atenuación extrínseca se introduce durante la manipulación de cables. Ejemplos serían pequeñas tensiones mecánicas (micro-torcimientos) o vulneraciones del radio de curvatura (macro-torcimientos) y el resultado es que la luz se refracta fuera del núcleo. Hay que respetar los límites de radio de curvatura especificados por el fabricante en todas las instalaciones de fibra.

En la fibra, las señales y los pulsos deben ser entendidos por el receptor en cada extremo. Hacer un tendido demasiado largo de un canal de fibra puede causar errores, como pueden hacerlo excesivos empalmes, poca calidad de la fibra y una instalación deficiente. Cualquier anomalía que impida que un receptor registre los pulsos equivaldrá a un error binario.

LANZAMIENTO DE LA LUZ

Para enviar una señal por un cable de fibra óptica se necesita una fuente de luz. Puede ser un LED (diodo emisor de luz), un láser (amplificación de luz por emisión estimulada de radiación) o un VCSEL (láser emisor de superficie vertical). Los láseres y los VCSEL proporcionan una fuente de luz más intensa y enfocada por lo que pueden transmitir mayores distancias que sus equivalentes LED. El equipo que genera la señal mediante las dos últimas tecnologías es más caro que una fuente LED.

Con independencia del tipo de fibra, el hecho de situar los pulsos de luz en la fibra se conoce como "lanzar". El método de lanzamiento puede variar desde un lanzamiento saturado a un lanzamiento de modo restringido. Como se expuso anteriormente, la ruta de la luz se llama modo. En un lanzamiento saturado, la luz introduce una señal de mayor tamaño que el núcleo real de la fibra. Eso permite que todos los modos se exciten. En lanzamiento de modo restringido, se introduce un núcleo de luz más pequeño que excita sólo determinados modos en la fibra. En monomodo, sólo se excita una única ruta o modo.

Los pulsos de luz pueden dispersarse dentro de la fibra con la distancia, lo que se conoce como dispersión. Cuando los pulsos se superponen, pueden limitar la capacidad del receptor para registrar pulsos distintos, limitando en consecuencia el ancho de banda de una fibra. La luz viaja a diferentes velocidades en diferentes colores también. Para contrarrestar cierta pérdida de dispersión, la fuente de luz puede proporcionar lo que se llama un lanzamiento restringido, normalmente empleado para aplicaciones de mayor velocidad.

En vez de llenar todos los modos en una fibra con luz, sólo determinados modos se excitan y por lo tanto se restringe la gama de pulsos y los efectos de dispersión.

A longitudes de onda más largas para velocidades de gigabit funcionando en calidades más antiguas de fibra multimodo de 62,5/125 micras, el lanzamiento restringido provoca retardo de modo diferencial (las señales no llegan al receptor al mismo tiempo). Para esas aplicaciones, deben utilizarse latiguillos acondicionadores de modo. Esos latiguillos proporcionan un desfase de manera que la luz no entra directamente en el centro del núcleo de la fibra. Al desfasar el haz hacia un área fuera del centro del núcleo, la dispersión se minimiza. Debe utilizarse un juego de latiguillos de lanzamiento restringido en cada extremo del sistema.

El ancho de banda de la fibra es la capacidad de transmisión de información de la fibra. Es inversamente proporcional a la cantidad de dispersión. Así, la medida en la que pueda controlarse la dispersión determina esencialmente el ancho de banda utilizable de la fibra.

Especificaciones ISO para ancho de banda multimodos

  Ancho de banda mínimo de modo
MHz • km
Tipo de fibra óptica Diámetro del núcleo(μm) Longitud de onda (nm) Lanzamiento saturado (OFL) Lanzamiento de modo restringido (RML) 850 nm
OM1 50 or 62.5 850
1300
200
500
No especificado
No especificado
OM2 50 or 62.5 850
1300
500
500
No especificado
No especificado
OM3 50 850
1300
1500
500
2000
No especificado

Nota: El ancho de banda efectivo de lanzamiento de láser se garantiza usando retardo de modo diferencial (DMD), como se especifica en IEC/PAS 6073-1-49.

Especificaciones TIA para ancho de banda multimodo

  Ancho de banda mínimo de modo
MHz • km
Tipo de fibra óptica Longitud de onda (nm) Lanzamiento saturado (OFL) Lanzamiento de modo restringido (RML)
62.5/125μm 850 160 No se requiere
Mulitmode 1300 500 No se requiere
50/125μm 850 500 No se requiere
Multimode 1300 500 No se requiere
Laser-Optimized 850 1500 2000
50/125μm Multimode 1300 500 No se requiere

ISO/IEC 11801 Ed2.0 define tres tipos ópticos de fibra multimodo. OM1 principalmente comprende la fibra histórica de 62,5/125 micras. OM2 tiene un ancho de banda efectivo de 500 MHz•km a ambas longitudes de onda y representa la fibra de calidad estándar de 50/125 micras. OM3 tiene un ancho de banda de 1500/500 MHz•km para lanzamientos saturados y 2000 MHz•km con un lanzamiento de modo restringido, y se conoce por TIA/EIA como fibra “optimizada para láser” de 50/125 micras.

CONOCER LA PARTE DEL LADO DEL EQUIPO

Cada pieza de la electrónica activa tendrá varias fuentes de luz empleadas para transmitir a través de los distintos tipos de fibra. La distancia y el ancho de banda variarán con la fuente de luz y la calidad de la fibra. En la mayoría de redes, la fibra se utiliza para operaciones de enlace ascendente/red troncal y para conectar varios edificios juntos en un campus. La velocidad y la distancia son una función del núcleo, del ancho de banda de modo, de la calidad de la fibra y de la fuente de luz, cuestiones tratadas anteriormente. Para transmisiones de gigabit, las distancias aprobadas por IEEE se muestran en la tabla siguiente.

GBIC Longitud de onda (nm) Tipo de fibra Diámetro del núcleo (micras) Ancho de banda modal (MHZ/km) distancia del cable
1000BASE-SX 850 MMF 62.5 160 722 ft. (220m)
62.5 200 920 ft. (275 m)
50 400 1640 ft. (500m)
1000BASE-LX 1300 MMF¹ 62.5 500 1804 ft. (550m)
50 400 1804 ft. (550m)
9/10 N/A 6.2 miles (10km)
1000BASE-EX 1550 SMF 9/10 N/A 43.4 to 62 miles
(70 to 100km)

¹ Se requiere un latiguillo acondicionador de modo.

Como puede verse, según el tipo de fibra y el tipo de fuente de luz, las distancias admitidas varían entre 220 m y varios kilómetros. Algunas son únicamente monomodo como se indica. El coste de cada opción aumenta con la distancia debido al tipo de fuente de luz. Cada una de esas distancias son valores máximos basados en el tipo, calidad e instalación de las fibras. La pérdida adicional introducida puede cambiar las distancias en gran medida. Los GBIC (conversores de interfaz gigabit) que aparecen en la columna uno están indicados como SX (corta distancia), LX (larga distancia) y EX (muy larga distancia). También es importante observar que el uso de fibra monomodo para distancias cortas puede causar que el receptor se vea desbordado y es posible que se necesite un atenuador en línea para introducir atenuación en el canal.

Para hacer notar la diferencia entre velocidades y calidad, en la siguiente tabla se comparan distancias, empezando con aplicaciones de 100 Mb/s hasta llegar a aplicaciones de 10 Gb/s. Como puede verse, las anomalías en la fibra, las fuentes de luz y las velocidades globales de ancho de banda inciden en las distancias a través de las que se puede llevar una señal por la fibra. La distancia aumenta con productos de fibra optimizados para láser y, por lo tanto, brindarían el retorno de la inversión más alto. Las distancias adicionales admitidas eliminarían la necesidad de más electrónica costosa y repetidores dentro de la red de fibra.

Aplicación Londigud
de Onda
62.5μm
160/500
62.5μm
200/500
50μm
500/500
50μm
2000/500
SMF
100BASE-SX 850nm 300m 300m 300m 300m  
1000BASE-SX 850nm 220m 275m 550m 550m  
1000BASE-LX 1300nm 550m 550m 550m 550m 5km
10GBASE-SR* 850nm 28m 28m 86m 300m  
10GBASE-LR* 1310nm         10km
10GBASE-ER* 1550nm         40km
10GBASE-LRM 1300nm 220m 220m 220m 220m  
10GBASE-LX4 1310nm 300m 300m 300m 300m 10km

*Esas interfaces también se ven indicadas con una X en lugar de la R, pero se pueden usar indistintamente.

La interfaz de la fibra para 10Gb/s se llama Xenpack, a diferencia de GBIC para gigabit. Tanto 10GBASE-SR como 10GBASE-LR tienen un equivalente de comunicaciones de área extensa para permitir que se conecten a redes SONET a 9,584640 Gb/s (OC-192) a través de su interfaz de área extensa. Esas interfaces se conocen como 10GBASE-SW y 10GBASE-LW respectivamente.

Ahora que la velocidad gigabit en el escritorio se hace habitual, también son más comunes las redes troncales de 10 Gb/s. Las interfaces SR también se están haciendo comunes en aplicaciones de centros de datos e incluso en algunas aplicaciones de escritorio. Como puede verse, la fibra de calidad más elevada (o fibra optimizada para láser) proporciona más flexibilidad para una instalación de planta de fibra. Aunque algunas versiones (10GBASE-LRM y 10GBASE-LX4) admiten calidades más antiguas de fibra para distancias de 220 m o más, el equipo es más costoso. En muchos casos, resulta menos caro actualizar fibra que comprar los componentes más costosos que también comportan costes superiores de mantenimiento con el tiempo.

Parte de la solución 10G ip™ de Siemon, el sistema de fibra XGLO®, es ideal para aplicaciones de redes troncales de próxima generación o de fibra hasta el escritorio. Los grupos de cable XGLO cuentan con fibra de la mejor calidad que cumple la norma Gigabit Ethernet IEEE 802.3 10, así como las especificaciones IEC-60793- 2-10 y TIA-492AAAC para retardo de modo diferencial de ancho de banda láser (DMD). XGLO utiliza fibra optimizada para láser con el fin de obtener un óptimo rendimiento de transmisión de aplicaciones Ethernet 1G o 10G.


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