Informe - Escuela de Ingeniería Eléctrica

Universidad de Costa Rica
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Eléctrica
IE – 0502 Proyecto Eléctrico
Sistemas de Multiplexación CWDM: actualidad,
ventajas y desventajas frente a otros sistemas de
multiplexación y tendencias.
Por:
José Roberto Santamaría Sandoval
Agosto del 2004
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
Sistemas de Multiplexación CWDM: actualidad,
ventajas y desventajas frente a otros sistemas de
multiplexación y tendencias.
Por:
José Roberto Santamaría Sandoval
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. Johnny Cascante Ramírez
Profesor Guía
___________________
_______________________
Ing. José Cruz Pastora
Ing. Giovanni Díaz González
Miembro del Tribunal
Miembro del Tribunal
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DEDICATORIA
A Dios y a mis padres que con su
incondicional apoyo siempre han sido el bastión sobre el cual me basó
para llegar a las metas propuestas.
Siendo este trabajo el fruto de muchos años de sacrificio y esfuerzo conjunto.
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RECONOCIMIENTOS
Agradecimientos al Prof. Johnny Cascante por la oportunidad brindada. Además por
su apoyo y guía en la elaboración de esta investigación.
A los miembros del tribunal Ing. José Cruz Pastora e Ing. Giovanni Díaz González
por aceptar ser parte del tribunal.
Finalmente a mis padres, por los años de sacrificio que han tenido para lograr que
sus hijos estén donde están hoy.
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ÍNDICE GENERAL
Índice de Figuras ......................................................................................... vii
Índice de Tablas........................................................................................... viii
Nomenclatura ................................................................................................ ix
Resumen........................................................................................................ xii
Capítulo I ........................................................................................................ 1
Introducción General..................................................................................... 1
1.1Justificación ................................................................................................................................1
1.2 Objetivo General .......................................................................................................................5
1.2.1 Objetivos Específicos .............................................................................................................5
1.3Metodología................................................................................................................................6
Capítulo II....................................................................................................... 7
Fundamentos Teóricos de los Sistemas de Comunicaciones Ópticas ......... 7
2.1 Estructura de un sistema de comunicaciones ópticas ................................................................7
2.2 Inicio, desarrollo y evolución de los sistemas de comunicaciones ópticas. ..............................9
2.3 Funcionamiento general de los sistemas de comunicaciones ópticos .....................................17
2.4 Fuentes y receptores ópticos....................................................................................................22
Capítulo III. .................................................................................................. 27
Introducción a los sistemas de multiplexación........................................... 27
3.1 Sistemas tradicionales .............................................................................................................27
3.1.1 Definición y estructuras....................................................................................... 27
3.1.2 Multiplexación por división de tiempo y multiplexación por división de
frecuencia ..................................................................................................................... 28
3.2 Introducción al sistema de multiplexado por longitud de onda WDM....................................40
3.2.1 Descripción y funcionamiento............................................................................. 40
3.2.2 Utilización ........................................................................................................... 42
3.2.3 Sistemas de multiplexación DWDM ................................................................... 43
Capítulo IV. .................................................................................................. 47
Multiplexación CWDM................................................................................ 47
4.1 Necesidad de los sistemas CWDM..........................................................................................47
4.2 Partes de un sistema CWDM...................................................................................................49
4.3 Funcionamiento de un sistema CWDM ..................................................................................53
4.4 Multiplexores y amplificadores...............................................................................................58
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4.5 Aplicaciones ............................................................................................................................60
Capítulo V. .................................................................................................... 65
Tendencias de CWDM ................................................................................. 65
5.1 Nuevas Técnicas ......................................................................................................................65
5.2 Nuevas Aplicaciones ...............................................................................................................70
5.3 Utilización en Costa Rica ........................................................................................................74
5.3.1 Antecedentes........................................................................................................ 74
5.3.2 Proyecto Internet Avanzada................................................................................. 78
5.3.3 Proyecto Frontera - Frontera ............................................................................... 80
Capítulo VI. .................................................................................................. 83
Conclusiones y Recomendaciones ............................................................... 83
6.1 Conclusiones............................................................................................................................83
6.2 Recomendaciones ....................................................................................................................86
Bibliografía ................................................................................................... 88
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ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Diagrama de bloques de un sistema de comunicación por fibra óptica.......... 7
Figura 2.Fotografía del extremo de una fibra óptica. ..................................................... 10
Figura 3.Tipos de fibras y el movimiento de los rayos de luz en cada tipo. .................. 11
Figura 4.Efectos de la automodulación de fase (SPM).................................................... 16
Figura 5.Reflexión y refracción de un haz de luz. ........................................................... 17
Figura 6.Haces de luz guiados en una fibra multimodal. ............................................... 18
Figura 7. Atenuación típica de una fibra óptica hecha de silicio ................................... 19
Figura 8. Dispersión cromática en función de la longitud de onda................................ 20
Figura 9. Dispersión por modo de Polarización en una fibra de modo simple............ 21
Figura 10. Característica de potencia de salida en función de la corriente conducida
en un LED (a) y un LASER (b) ......................................................................................... 23
Figura 11.Construcción de un láser .................................................................................. 25
Figura 12.Construcción de un láser VCSEL.................................................................... 25
Figura 13.Construcción de un detector PIN .................................................................... 26
Figura 14.Diagrama de Bloques de un sistema FDM...................................................... 29
Figura 15.Multiplexor de un sistema TDM...................................................................... 31
Figura 16.Canal de comunicación para un sistema TDM de 4 señales ......................... 32
Figura 17.Estructura PDH a) Europea b) Norteamericana ........................................... 36
Figura 18.Sistema de transmisión de fibra óptica con WDM ........................................ 41
Figura 19.Red de telecomunicaciones de banda ancha que utiliza distribuidores WDM
de tres canales ..................................................................................................................... 43
Figura 20.Separación entre canales para CWDM y comparativa con DWDM. .......... 48
Figura 21.Planificación de canales en sistemas CWDM. ................................................ 52
Figura 22.Variaciones con la temperatura de la longitud de onda de emisión de un
láser DFB no refrigerado en un canal de CWDM a 1554 nm......................................... 56
Figura 23.Comparación de costos CWDM y DWDM. .................................................... 61
Figura 24.Introducción de canales DWDM sobre un canal CWDM............................. 69
Figura 25. Espectro óptico del sistema WDM SCM........................................................ 73
Figura 26.Mapa de ubicación de los cables submarinos en los que participa Costa Rica
.............................................................................................................................................. 78
Figura 27.Mapa del proyecto frontera = frontera........................................................... 80
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Índice de Tablas
Tabla 1. Tabla comparativa de las características de un diodo LED típico y un
LASER típico ...................................................................................................................... 23
Tabla 2. Equivalencias en tasas de transmisión entre SONET y SDH .......................... 38
Tabla 3. Equivalencias en tasas de transmisión entre SONET y SDH .......................... 67
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NOMENCLATURA
APD: Fotodiodo de avalancha.
ATM: asynchronous transfer mode, modo de transferencia asíncrono.
CCITT: Comité Consultativo Internacional de Telegrafía y Telefonía.
CWDM: coarse wavelength division multiplexing, multiplexación por division de
longitude de onda esparcida.
DBR: distributed-Bragg reflector, reflectores de Bragg distribuidos.
DFB: distributed-feedback, láser de realimentación distribuida.
DSF: dispersion-shifted fiber, fibra de dispersión desplazada.
DWDM: dense wavelength division multiplexing, multiplexación por división de
longitud de onda densa.
EDFA: erbium-doped fiber amplifier, amplificador de fibra dopada con erbio
FDM: frecuency division multiplexing, multiplexación por división en frecuencia.
FTTB: 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: ligth amplification by stimulated emission of radiation, emission
estimulada de la radiación por amplificación de luz.
MI – DD: Modulación de Intensidad y Detección Directa.
NZDSF: nonzero dispersion shifted fiber, fibra de dispersión desplazada no
cero.
OADM: optical add-drop multiplexer, multiplexador de inserción / extracción
óptico.
OC: Optical Carrier, portador óptico.
OFDM: Multiplexación por división de frecuencia óptica.
OTDM: optical time division multiplexing, multiplexación por división del tiempo
óptica.
OXC: optical cross-connector, conector cruzado óptico.
PCM: Modulación por codificación de pulsos.
PDH: Jerarquía digital plesiosíncrona.
PMD: polarization mode dispersion, 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, jerarquía digital sincrónica.
Solitón: grupo de pulsos muy estrechos viajando en conjunto.
Sonet: synchronous optical network, red óptica sincrónica.
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SPM: Automodulación de fase.
STDM: multiplexación estadística por división de tiempo.
STS: Señal de transporte sincrónica.
TDM: time division multiplexing, multiplexación por división del tiempo.
UDWDM: Multiplexación por división por longitud de onda ultra densos.
WDM: wavelength division multiplexing, multiplexación por división de longitud
de onda.
XPM: modulación cruzada de fase.
ZWPF: Fibras de Pico de agua cero.
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RESUMEN
A nivel mundial la necesidad de ancho de banda va aumentando conforme
aumenta el número de aplicaciones. La tendencia es a utilizar DWDM en redes de
transporte y también en redes locales y metropolitanas. Pero, desde hace pocos
años se viene introduciendo al mercado una técnica con un menor costo, capaz de
competir en velocidades con DWDM en redes metropolitanas y locales, siendo
está técnica CWDM.
El objetivo del trabajo es analizar la técnica CWDM, sus aplicaciones y tendencias
futuras. Como anexo, analizar la posibilidad de utilizar dicha técnica en proyectos
que se desarrollan en Costa Rica.
Por la cantidad de canales que se introducen en CWDM no llega a competir con
DWDM en las redes de transporte a nivel internacional. Sin embargo, su mercado
se ha focalizado en redes locales y metropolitanas, donde las distancias son más
cortas y no hay necesidad de usar repetidores, aunado a esto la información que
pasa por dichas redes es mucho menor a la que pasa por redes de transporte.
Es una solución ideal en estas redes porque al no necesitar repetidores se
abaratan los costos, además que aprovecha todas las ventanas de transmisión
debido a la introducción de fibras ópticas de dispersión desplazada, con lo que se
puede introducir un mayor número de canales y por último, al ser el espaciamiento
de canales mucho mayor, los láseres utilizados no deben de ser tan precisos ni
con sistemas de enfriamiento, reduciendo aún más los costos.
Por las razones anteriores, en muchos países se ha visto esta técnica como la
solución para las demandas de ancho de banda a nivel local.
Las tendencias de esta tecnología tienen un panorama muy amplio. Esto es
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debido sobre todo a que el espaciamiento entre canales es mayor, y al utilizar
todas las ventanas, se puede introducir una mayor cantidad de canales, con lo
cual se puede ampliar la cantidad de información a un menor costo. Además,
desde hace poco se investiga la posibilidad de combinar DWDM sobre CWDM, ya
que la primera técnica sólo ocupa las ventanas de 1350 y 1550 nm.
En Costa Rica la posibilidad de utilizar CWDM se cierra en este momento, debido
a que la planificación del proyecto frontera – frontera se hizo con DWDM, porque
en ese tiempo todavía no se había introducido al mercado CWDM, aunado a esto,
lo que se requiere es una red de transporte ya que la de acceso se monto sobre
SDH, tecnología ya implementada desde hace muchos años en el país. Aún
cuando si se realiza un análisis de los mapas, se puede ver que hay sectores
donde no se necesitan tanto transporte de información ni repetidores y se podría
utilizar CWDM.
Aunque en Costa Rica no se analiza la posibilidad de utilizar CWDM a futuro, en
otros países como España existen sectores donde ya está en funcionamiento. Con
todo esto, CWDM es una gran opción a futuro para las redes de acceso.
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CAPÍTULO I: Introducción General
1.1
Justificación
A través del tiempo el hombre ha utilizado la luz como fuente de energía y no
como transmisora de información. La primera utilización de la óptica en un
desarrollo tecnológico fue en 1790, cuando el francés Claude Chappe inventó el
telégrafo óptico. Su sistema consistía de una serie de semáforos montados en
torres en los que un operador transmitía mensajes de una torre a otra. El siguiente
intentó fue en 1880, cuando Alexander Graham Bell, inventor del teléfono, patentó
un teléfono óptico, el cual llamó “Photophone”. El problema de estos inventos era
la utilización de la luz solar.
Estos inventos quedaron en el olvido debido a que la luz solar o la luz blanca que
es la que vemos, es un haz de luz incoherente, compuesta por todas las
longitudes de onda del espectro visible, y para la comunicación por medio de luz
se requiere de un haz que se pueda guiar. Antes del invento de Bell, en el siglo
XIX, en los años 40 el físico suizo Daniel Collodon y el físico francés Jacques
Babinet demostraron que la luz se podía guiar mediante chorros de agua de una
fuente. Pero fue en el año de 1854 que el inglés John Tyndall popularizó la guía de
luz por medio de chorros de agua en una demostración pública.
A inicios del siglo XX se logró demostrar que una varilla de cuarzo doblada podía
transportar la luz. Pero el avance más importante no fue la creación de la fibra
óptica, sino del rayo láser en el año de 1960. Ya que en el año de 1951, Holger
Muller quiso patentar un estudio sobre la fibra óptica, pero le fue rechazado y
además no logró interesar a las compañías. Pero, con la nueva aplicación del rayo
láser a las telecomunicaciones, entonces se empezó a trabajar en fibras ópticas
óptimas para el transporte de información. Por ejemplo, para los años 60 existían
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
fibras ópticas con cubiertas de vidrio, que perdían un decibelio por metro,
adecuado para la medicina pero muy malo para las telecomunicaciones.
La fibra óptica es el conducto que guía la información enviada por medio de luz
(sea un rayo láser o por un led) que entra en un extremo de ella, en forma de haz
de luz coherente y que al salir al otro extremo se requiere reconstruir la
información. Porque la señal que sale está un poco distorsionada debido a la
dispersión cromática propia de los materiales con que se realiza la fibra óptica. La
base en la que se fundamenta la comunicación a través de la fibra óptica es la
reflexión total interna de la luz, cuando ésta pasa de un medio a otro.
Cuando un haz de luz sale de un medio a otro medio, éste cambia de dirección
con respecto a la vertical. Por ejemplo, un rayo de luz pudo haber entrado con un
ángulo de 30º, al pasar al segundo medio sale a 45º de la vertical. Entonces,
existe un ángulo de entrada donde todo el rayo se refleja en el mismo medio, en
este concepto se basa la comunicación óptica, y de ahí la utilización de la fibra
óptica como medio transportador.
Los sistemas de comunicaciones ópticos logran llevar la información a velocidades
muy superiores de la que se puede obtener con los cables de cobre. De ahí, la
importancia de su utilización cada vez más generalizada.
Existen dos métodos tradicionales de multiplexación de señales en un sistema de
fibra óptica que utiliza luz coherente. El primer método es la división en tiempo ó
TDM (Time Division Multiplexing) y el segundo método es la división en frecuencia
ó FDM (Frecuency Division Multiplexing) . En los últimos tiempos, se ha utilizado la
división por longitud de onda ó WDM (Wavelength Division Multiplexing), que a
diferencia de los otros sistemas, cada señal entrante al sistema tiene una
frecuencia de láser diferente, la cual puede ser filtrada en el receptor.
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Cuando se requiere aumentar la capacidad de un sistema de comunicación óptica,
los operadores pueden escoger varias soluciones. La primera de ellas consiste en
aumentar la capacidad del canal que está siendo transmitido por fibra óptica. La
segunda solución es transmitir nuevos canales por nuevos segmentos de fibra
óptica. La tercera y última opción es la que constituye las tecnologías WDM y
consiste en transmitir varios canales por una misma fibra. De las tres opciones
anteriores, la tecnología WDM es la que maximiza la utilización global de los
tendidos de fibra, requiere un menor número de equipo y sobre todo, permite con
mayor facilidad aumentar la capacidad de la red.
La multiplexación por longitud de onda, a la vez se subdivide en varios métodos.
Dos de ellos son DWDM y CWDM. La técnica DWDM (Dense Wavelength Division
Multiplexing) es la más costosa de las dos, porque en esta multiplexación se
introducen más de 8 longitudes de onda (canales), donde se combinan múltiples
señales ópticas de tal manera que pueden ser transportadas como un sólo grupo y
transportadas sobre una única fibra óptica para incrementar su capacidad; cada
una de las señales puede ser a una velocidad distinta.
La técnica CWDM (coarse WDM) es la técnica esparcida como lo indica el
nombre. Esta técnica multiplexa una menor cantidad de longitudes de onda por
fibra óptica. Es más barata y además se recomienda su utilización en redes
metropolitanas (redes de 200 – 300 km). En la técnica CWDM el espaciado entre
los distintos canales es de 20 nm; mucho mayor al espaciado que se deja en la
técnica DWDM, donde típicamente es de 1.6 nm. Eso dependiendo de la
tecnología que se utilice.
Se mencionó que la técnica CWDM es más barata, porque no solamente en la
adquisición de los equipos es una opción más económica, sino también en el
costo de funcionamiento. A modo de indicación, un trasmisor de CWDM cuesta
apenas un 13,3% de los consumido por un DWDM. Además, la tecnología CWDM
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requiere equipo de menor tamaño y es más simple. La técnica DWDM al tener un
espaciado menor, requiere equipo más desarrollado lo que implica un aumento en
el costo total de la red a instalar. Luego, el equipo emisor debe ser más fino,
porque en DWDM se requiere una separación de 0.8 ó 0.4 nm, e incluso menor,
entre las señales, y cualquier desplazamiento puede causar pérdidas significativas
en el sistema, debido al acoplo de señales, pérdida de información. Los láseres de
CWDM están especificados para trabajar desde los 0º C a 70º C, por lo que no
requieren sistema de refrigeración, con una variación máxima en su longitud de
onda de emisión de 6 nm, que unidos a los ± 3 nm de incertidumbre que por lo
general establece el fabricante, da una desviación total de 12 nm. Esta variación
aunque grande, se acepta en CWDM porque la variación entre las señales es de
20 nm.
En sistemas de gran distancia, sólo con la fibra óptica no basta para la transmisión
de información, debido a la pérdida de señal. Los amplificadores que utiliza la
tecnología CWDM son de menor costo, cuando se usan, además que cada
amplificador requiere de filtros para poder diferenciar cada canal. Pero, por la
misma separación de señales en cada tecnología WDM son de menor costo y
precisión los de CWDM.
Conociendo estas características, y en vista de que hacia el futuro la tecnología
CWDM se perfila como una solución más barata en términos de adquisición de
equipos y mantenimiento, tanto en redes metropolitanas como en redes de acceso
es que se pretende profundizar en el estudio de esta tecnología. El presente
trabajo pretende investigar los fundamentos del sistema de multiplexación por
división de longitud de onda esparcido CWDM, los avances que presenta y sus
tendencias, debido a que se presenta como una opción idónea para incrementar
de forma económica los sistemas ópticos existentes.
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1.2 Objetivo General
Conocer a profundidad los fundamentos del sistema de multiplexación por división
de longitud de onda esparcida CWDM, así como los avances que tiene
actualmente, aplicaciones y su situación en la red futura de Costa Rica.
1.2.1 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 sistema de multiplexación en
longitud de onda.
•
Estudiar los aspectos relevantes del sistema CWDM, funcionamiento,
partes, equipo utilizado y principales aplicaciones.
•
Investigar las tendencias del CWDM, posibles avances y aplicaciones de
éstas.
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
1.3 Metodología
La metodología empleada para realizar la presente investigación es la siguiente:
-Recopilación de información bibliográfica acerca de aspectos generales de
sistemas de comunicaciones ópticos. La búsqueda se realiza en artículos de
revistas especializadas, libros técnicos y publicaciones electrónicas encontradas
en Internet.
-Redacción de fundamentos teóricos sobre sistemas de comunicaciones ópticos.
-Recopilación de información bibliográfica acerca de sistemas tradicionales de
multiplexación FDM y TDM. La búsqueda se realiza en artículos de revistas
especializadas, libros técnicos y publicaciones electrónicas encontradas en
Internet.
-Recopilación de información bibliográfica acerca del funcionamiento del sistema
CWDM, tendencias y aplicaciones. La búsqueda se realizará en artículos de
revistas especializadas, libros técnicos, publicaciones electrónicas encontradas en
Internet.
-Redacción de aspectos técnicos sobre multiplexación CWDM y sistemas
tradicionales de multiplexación.
-Análisis de tendencias en CWDM, para establecer nuevas técnicas, nuevas
aplicaciones y futuro en Costa Rica.
-Redacción de tendencias en CWDM.
-Redacción de conclusiones y recomendaciones.
-Elaboración del informe escrito con todas sus partes.
-Preparación de la presentación para la defensa del proyecto.
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CAPÍTULO II:
Fundamentos Teóricos de los Sistemas de Comunicaciones
Ópticas
2.1 Estructura de un sistema de comunicaciones ópticas
Un sistema de comunicaciones ópticas esta constituido por cinco partes
elementales: una fuente, un transmisor, un medio de transmisión, un receptor y un
destino. El esquema de bloques de la figura 1 muestra las partes constitutivas de
un sistema de comunicación por fibra óptica. El transmisor consiste en una fuente
de luz y circuitos de alimentación eléctrica asociados. La trayectoria de
transmisión es la fibra óptica que sirve como una guía. El receptor consiste en un
foto detector, más los circuitos necesarios para la amplificación y restauración de
la señal.
Figura 1. Diagrama de bloques de un sistema de comunicación por fibra óptica.
Fuente: Stremler. Introducción a los sistemas de comunicación, 1993.
El esquema de la figura 1 es de un sistema guiado, porque la fibra óptica “es en
esencia una guía onda dieléctrica” (Capmany: 18, 2001). Los sistemas no guiados
son aquellos sistemas de comunicaciones ópticas basados en transmisión
atmosférica, pero los primeros experimentos realizados en base a este tipo de
transmisión pusieron de manifiesto diversos obstáculos como la escasa fiabilidad
debida a precipitaciones, contaminación o turbulencias atmosféricas.
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El espectro óptico ocupa la porción del espectro electromagnético desde una
longitud de onda de 50 nm (ultravioleta) hasta cerca de 100 µm (100 x 10-6 m).
Como el ancho de banda para la información útil en un sistema de comunicación
está limitada a una porción de la frecuencia de la señal portadora, los sistemas
ópticos ofrecen la ventaja de ancho de banda potencial muy amplio.
Las fuentes utilizadas para los sistemas de comunicaciones ópticas son diodos
emisores de luz (LED), que producen luz no coherente (varias longitudes de
onda), y diodos láser semiconductores, que son coherentes (de una sola longitud
de onda). El LED es una elección muy común por su resistencia y bajo costo, pero
tiene la característica de emitir menor potencia y no puede conmutar con tanta
rapidez como el diodo láser. Los diodos láser presentan mejores características de
acoplamiento de luz y se prefieren en aplicaciones de ancho de banda amplio.
El medio de propagación dependiendo del tipo de transmisión puede ser la fibra
óptica o la atmósfera, como se mencionó anteriormente. Concentrándose en la
fibra óptica, después de que una señal óptica se ha enviado por la fibra, la señal
se atenúa y distorsiona con la distancia como resultado de efectos de reflexión,
absorción y dispersión. Un factor importante en el funcionamiento del sistema de
comunicación por fibra óptica es la interconexión de fibras. Para dicha
interconexión se calcula una eficiencia, y este valor será importante para saber la
señal que llegará al destino.
El receptor del sistema de comunicaciones ópticas consiste en un foto detector, y
los circuitos asociados para la amplificación y restauración de la señal. Los foto
detectores son elementos que convierten la señal óptica en señal eléctrica. Dos
tipos utilizados en la comunicación por fibra óptica son el fotodiodo pin y el
fotodiodo de avalancha. Ambos tipos son eficientes y responden con gran rapidez,
pero el fotodiodo de avalancha ofrece una mayor sensibilidad.
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Producto de la atenuación y distorsión que sufre la señal óptica por la distancia
que viaja en la fibra, es que se necesita un repetidor para amplificar y reconfigurar
la señal. El repetidor óptico consiste en un receptor y un transmisor . Estos
repetidores se colocan a intervalos a lo largo del sistema, de acuerdo con las
pérdidas esperadas.
2.2 Inicio, desarrollo y evolución de los sistemas de comunicaciones
ópticas.
Como se mencionó en la justificación del trabajo, desde el siglo XVIII y XIX, se
manejaba la idea de comunicación por medio de la luz, pero no es sino hasta la
década de los sesenta y setenta del siglo XX que se originan avances
tecnológicos que permiten el desarrollo de sistemas de comunicaciones ópticas.
El primer avance se da en el año 1960, con la construcción del primer láser, no
obstante, el siguiente avance es sin duda el más importante. Este avance es el
medio de transmisión, porque la atmósfera se había demostrado desde el siglo
XIX que no es el medio de transmisión más adecuado debido a la contaminación,
perturbaciones y fenómenos atmosféricos, lo que ocasiona que la señal se
distorsione.
En 1970 Corning Glass Works construyen fibras ópticas con una atenuación de 20
dB/km a una longitud de onda de 633 nm. Esto, en términos de comunicación, son
valores aceptables y con los cuales se puede enviar información sin mucha
pérdida de la señal original. Este trabajo tiene su origen en una investigación
realizada por Kao y Hockman, en 1966. En esta investigación se señala que la
atenuación en las fibras de vidrio existentes en ese momento no era debido a
características propias del vidrio, sino a impurezas originadas en el proceso de
fabricación. Ésto fue lo que desencadenó una serie de investigaciones que
llegarían a resultados como el de Corning Glass.
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En 1972 se desarrolla una fibra con núcleo líquido que tenía una atenuación de
8 dB/km, pero al año siguiente Corning Glass obtiene una fibra óptica de dióxido
de Silicio de alta pureza con una atenuación de 4 dB/km. En 1976, NTT y Fujikura
obtienen una fibra óptica con atenuación de 0.47 dB/km en 1300 nm, éste muy
próximo al límite debido a factores propios de la fibra. Y en 1976, se alcanzan
atenuaciones de 0.12 dB/km con fibras monomodo a 1550 nm. Estos valores son
muy próximo al mínimo establecido por el scaterring Rayleigh, tema del que se
hablará en la siguiente sección.
La fibra óptica es el medio transmisor de la información en un sistema de
comunicación óptico. En su estructura más simple, consta de un anillo central de
plástico o vidrio llamado Núcleo o alma, un recubrimiento de vidrio o plástico,
llamado corteza, envoltura o manto y una chaqueta protectora de caucho o
plástico. El núcleo es el camino real de propagación de la información y tiene un
índice de refracción distinto al de la corteza.
Figura 2.Fotografía del extremo de una fibra óptica.
Fuente: Ramón Alos de Optral. Artículo: La fibra óptica como medio de transmisión, Revista
CONECtrónica versión digital.
Las fibras se pueden clasificar dependiendo de la cantidad de rayos de luz
guiados en éstas. Así se pueden clasificar en dos tipos. Las fibras monomodo (un
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
rayo guiado) y las fibras multimodo (varios modos o rayos guiados). Las primeras
fibras en utilizarse fueron la multimodo de salto de índice, donde el núcleo y la
cubierta tienen un índice de refracción diferente, la distorsión de las señales que la
atraviesan es grande, lo que genera una deformación de la señal recibida. Luego
se utilizaron las multimodo a gradiente de índice. Su núcleo se compone de varias
capas de vidrios sucesivos, que van reduciendo el índice de refracción hasta
coincidir con el índice de refracción de la cubierta. Y por último, se desarrollaron
las monomodo, cuyo núcleo es tan fino que solamente pasa un rayo de luz guiado,
y su movimiento es casi lineal, es la fibra usada para las largas distancias.
Figura 3.Tipos de fibras y el movimiento de los rayos de luz en cada tipo.
Fuente: Artículo: Generalidades de la fibra óptica, Revista CONECtrónica versión digital.
Pero todavía faltaba por solucionar un problema. La longitud de onda de mínima
dispersión cromática es 1300 nm y de mínima atenuación es 1550 nm, por lo tanto
no coinciden. Cuando se elige el material de construcción de la fibra es imposible
modificar la atenuación, entonces se comenzó a trabajar en la modificación de la
dispersión cromática, ésto se logró cambiando el perfil del índice de refracción.
Esta nueva generación de fibras tenía una pérdida de 0.2 a 0.3 dB/Km en la
longitud de onda de 1550 nm, estudiadas a partir de 1985, denominándose fibras
de dispersión desplazada, las cuales se utilizan en aplicaciones de muy alta
velocidad, como son los cables submarinos.
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Al tener medios conductores satisfactorios, fuentes y detectores basados en
semiconductores se inicia un proceso de desarrollo en los sistemas de
comunicaciones ópticas desde el año de 1974 hasta la fecha. Este proceso se
puede resumir en cinco generaciones.
La primera generación comenzó a instalarse en 1978, utilizaba fibras multimodo
de salto de índice y una longitud de onda de 800 nm, la capacidad que podía
conseguir era cercana a los 50-100 Mbps, con una separación típica de
repetidores de 10 Km. Estos valores permitían que se compitiera con el cable
coaxial, ya que la separación entre repetidores era superior. La fuente de estos
sistemas de comunicación eran diodos de galio – aluminio – arsenio y fueron
limitados debido a sus pérdidas de sobre los 2 dB/km. Pero aún así, el pasar la
longitud de onda de 800 nm a 1300 nm redujo las pérdidas. Además, un segundo
problema que tuvieron fue que las fuentes usadas no transmitían la longitud de
onda exacta.
Cuando se soluciona el problema de las fuentes de luz, se pasa a la siguiente
generación. Los sistemas de segunda generación usaban como fuente de luz,
láseres de Indio – Galio – Arsénico – Fósforo (InGaAsP), los cuales emitían luz a
1300 nm, donde la atenuación de la fibra era de 0.5 dB/km y el pulso de dispersión
era menor que a 800 nm.. Estos sistemas de comunicaciones ópticas basados en
el empleo de dichos componentes y de fibra multimodo (inicialmente), comienzan
a instalarse en 1980, la separación entre repetidores aumentaba hasta unos 20
km., aunque la velocidad de transmisión estaba limitada a unos 100 Mbps.
Esta limitación fue la que determinó el uso de la fibra monomodo, con la cual se
alcanzó una distancia de separación de 44 km entre repetidores, y velocidad de
transmisión de 2Gbps. Los primeros sistemas se instalaron en 1983 y para 1987
estaban en pleno uso.
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La tercera generación apareció cuando se observó que la separación entre los
repetidores de la segunda generación era limitada por su atenuación de
0.5 dB/km. Una forma para aumentar la separación era pasarse a la tercera
ventana, donde la longitud es de 1550 nm, donde como se mencionó
anteriormente se logran atenuaciones de 0.18 dB/km. Pero en dicha longitud de
onda la dispersión cromática es considerable. Por eso, para resolver estos
problemas los sistemas de tercera generación utilizaron las fibras de
desplazamiento, ya mencionadas, así estos sistemas no aprovecharon la gran
cantidad de fibra instalada.
La otra forma de solucionar el problema de la separación entre repetidores era
reducir la anchura espectral de las fuentes ópticas. Con la aparición de los láseres
DFB (láser de realimentación distribuida) y DBR (Reflectores de Bragg
distribuidos) se hizo posible la obtención de fuentes con las características
deseadas. En 1990 aparecieron las primeras versiones comerciales funcionando a
2.5 Gbps con distancia entre repetidores de 100 km. En la actualidad la mayoría
de países utilizan enlaces con estas características. Los sistemas de tercera
generación pueden llegar a velocidades de 10 Gbps tomando en cuenta factores
como el desplazamiento de la frecuencia central de emisión del láser transmisor y
la aparición transitoria de un segundo modo espectral de oscilación, además
tienen una ventaja adicional, que su longitud de operación coincide con la banda
de ganancia del amplificador óptico de fibra dopada con erbio, elemento que se
explicará en la sección 4.4.
Los sistemas de estas tres generaciones anteriores emplean el mismo formato de
modulación y detección, conocido como Modulación de Intensidad y Detección
Directa (MI – DD) en el que no se aprovechan características de frecuencia y fase
del medio óptico. En los inicios de los 80, se empezó a estudiar la posible
utilización de técnicas de modulación en la frecuencia o la fase, es así como en
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estos sistemas es importante la coherencia de la fuente óptica, por lo cual se
llaman sistemas coherentes.
Los sistemas de cuarta generación se basan en la detección coherente. Tienen
como ventajas que se puede incrementar la sensibilidad del receptor hasta en
20 dB, en comparación con los sistemas de las anteriores generaciones. Ésto
supone un aumento de 100 km entre los repetidores en la longitud de enlace a
1550 nm. Además, se puede transmitir en multicanal por multiplexación por
división de frecuencia óptica (OFDM) con separación entre canales de 1 – 10 GHz
sin añadir elementos adicionales.
Con el desarrollo de los amplificadores ópticos de fibra dopada con erbio se ha
relegado a un segundo plano los sistemas coherentes. Ésto debido a que los
primeros aumentan la sensibilidad sin tener problemas de estabilización y control.
Estos problemas si se presentan en los sistemas coherentes, ya que hay que
controlar la estabilidad relativa de la longitud de onda del transmisor y el oscilador
local, además se debe ajustar la polarización del oscilador a la de la señal de
salida.
Los sistemas de quinta generación se basan en la transmisión de solitones (pulsos
ultracortos que preservan su forma temporal, no se ensanchan, a lo largo de su
propagación por la fibra). Con las aparición de los amplificadores dopados ésto
dejó de ser una novedad y pasó a ser una técnica de gran utilidad en la
transmisión de datos a alta velocidad.
Se genera un pulso ultracorto y muy intenso a la salida del láser, así es como se
produce un solitón. Cuando dicho solitón se propaga por la fibra provoca la
aparición de efectos no lineales. El de mayor interés es el efecto Kerr.
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Si por ejemplo, se enviará un pulso de 10 ps a que atravesará una fibra óptica de
30 km con una ventana de transmisión de 1550 nm de longitud de onda, este
pulso se alargará para salir con un ancho de 150 ps. Además, si la potencia del
impulso no es la suficiente para vencer los niveles de ruido, éste se perderá
completamente. El efecto Kerr del cual no se puede librar en los sistemas
amplificados de varios miles de kilómetros se explica de manera sencilla así: “Las
diferentes componentes de un impulso van a desplazarse a velocidades diferentes
en función de su potencia” (Toledo: Artículo en internet , 2000).1 Eligiendo los
parámetros adecuados para el solitón, se puede compensar el efecto Kerr,
manteniendo la forma del pulso. Este efecto es también denominado efecto de no
linealidad del índice de refracción y aparece como consecuencia de los intensos
campos electromagnéticos que se pueden propagar por una fibra óptica. Como el
índice de refracción es dependiente de la potencia óptica que se propaga por él y
teniendo en cuenta un término proporcional a la intensidad de campo, este término
provoca un cambio de fase de la onda, que no tendría importancia si la potencia
no fuese función del tiempo, pero como si lo es, entonces la fase cambia en el
tiempo. Los siguientes son efectos relacionados con el efecto Kerr:
•
Automodulación de fase (SPM), como se mencionó, el índice de refracción
del núcleo de la fibra depende de la potencia. Si ésta interactúa con la
dispersión cromática en la fibra, el resultado es un cambio en el valor de la
anchura del pulso que viaja en la fibra. Cuando el pulso está en su flanco
creciente causa que el índice de refracción de la fibra aumente, ésto
produce un cambio a azul. Cuando el pulso tiene su flanco decreciente
produce un decremento del índice de refracción, creando un cambio a rojo.
Estos cambios de azul a rojo y viceversa producen la aparición de una
frecuencia parásita en cada cambio de flanco el cual interactúa con la
1
Toledo Alvarez, M. C. José Angel. Artículo: Propagación de solitones en fibras ópticas. Instituto
Tecnológico de Minatatlán, 2000. Artículo en la dirección: http://www.geocities.com/zonatec/ar_revista.htm
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dispersión de la fibra por el ancho de pulso. Como se observa en la
siguiente figura:
Figura 4.Efectos de la automodulación de fase (SPM).
Fuente: Artículo: No linealidades en la fibra óptica, Dirección: www.fiber-optics.info
•
Modulación cruzada de fase (XPM), su efecto es similar al SPM, pero la
diferencia es que SPM requiere de un solo pulso. La modulación cruzada
de fase requiere de más de dos pulsos. La potencia de un canal afecta
otros canales con resultados como el ensanchamiento de los pulsos.
•
Mezclado de cuatro frecuencias (FWM), es el efecto limitante de la quinta
generación de sistemas. Se produce la aparición de frecuencias nuevas
que caen en el ancho de banda de las señales propagadas. Esta mezcla se
clasifica como mecanismos de tercer orden porque generan armónicas de
tercera componente. Estos efectos producen cruces de señales (crosstalk)
“Los amplificadores ópticos necesarios para comunicaciones de solitones traen
otra limitación, la acumulación del ruido de emisión espontánea amplificada
provoca la existencia de jitter en el tiempo de llegada del solitón. Este efecto
llamado Gordon-Haus limita el número de amplificadores y por lo tanto el máximo
producto ancho de banda por distancia. Este efecto puede reducirse empleando
filtros ópticos posteriores a los amplificadores.” (Calderón,25: 2003). Por eso, es
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que para el aumento de capacidades futuras mediante la utilización de solitones
exigirá el mejoramiento del equipo existente, como filtros, fuentes de solitones,
amplificadores y receptores.
2.3 Funcionamiento general de los sistemas de comunicaciones ópticos
El funcionamiento de los sistemas ópticos se relaciona con la propagación de la
señal en la fibra óptica. Como se ha mencionado anteriormente, el principio con el
cual viaja la señal dentro la fibra óptica es la reflexión total interna. Cada medio
(material) tiene un índice de refracción (n), al pasar un rayo de luz de un medio a
otro, una parte se refleja y otra cambia de dirección variando su ángulo con
respecto a la vertical. Ésto es lo que se conoce como la ley de refracción y
reflexión en la óptica geométrica (la óptica donde la luz se ve como rayos).
Figura 5.Reflexión y refracción de un haz de luz.
Fuente: Resnick. Física. 1999.
La ley de la refracción es la siguiente:
n1senθ1 = n2 senθ 2
(1)
donde n1 y n2 son los índices de refracción de los medios desde donde viene y va
el haz de luz. Luego, θ1 y θ 2 son los ángulos con respecto a la vertical del haz de
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luz en cada medio. La idea es hacer θ 2 = 90º , por lo tanto y como senθ1 es menor
a 1, entonces significa que el medio 1 tiene un índice de refracción mayor que el
medio 2. A partir de esta conclusión, se entiende que el material del núcleo de la
fibra óptica tiene un índice de refracción mayor al índice del material con que se
hizo la cubierta. De esta manera se puede tener el haz de luz guiado a través de la
fibra óptica de la siguiente manera:
Figura 6.Haces de luz guiados en una fibra multimodal.
Fuente: Artículo:.Introducción a la fibra óptica. Dirección: www.fiber-optics.info
.
Aunque la fibra óptica transmite con mucha eficiencia las señales a alta velocidad,
existen aspectos limitantes para su función como medio de transmisión, éstos son
la atenuación y la dispersión. La atenuación se define como la pérdida de potencia
de la señal. En la figura siguiente se muestra la atenuación dependiendo de la
ventana de transmisión que se utilice.
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Figura 7. Atenuación típica de una fibra óptica hecha de silicio
Fuente: Artículo:.Propiedades de la fibra óptica. Dirección:
http://mailweb.udlap.mx/~lgojeda/telecom3/fibra_optica/propiedadesfo.htm.
Hay dos tipos de dispersión. Por un lado está la dispersión cromática la cual
describe la tendencia para diferentes longitudes de onda que viajan a diferentes
velocidades en la fibra óptica. Este elemento es el limitante de la velocidad de
transmisión y cuando la dispersión es alta los pulsos tienden a ensancharse y
provocar interferencias, lo cual puede producir una velocidad inaceptable del
pulso. Recuérdese que la luz se forma de diferentes longitudes de onda y por lo
tanto, cada una tiene una velocidad diferente. Para minimizar este efecto se
recomienda enviar la señal en la banda de 1300 nm o segunda ventana como se
observa en la figura 8. También está la dispersión modal, ésta solamente se
presenta en fibras multimodal, aunque los rayos de luz viajan a la misma
velocidad, la distancia recorrida es diferente para cado rayo de luz, como se
observa en la figura 6.
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Figura 8. Dispersión cromática en función de la longitud de onda
Fuente: Artículo:.Fiber Dispersion. Dirección: www.fiber-optics.info
En la fibra óptica se dan pérdidas por la dispersión lineal y no lineal. Las primeras
son pérdidas linealmente proporcionales a la potencia. Ésto depende de los
modos de propagación. Parte de un modo se puede convertir en otro modo que
puede escapar por el revestimiento produciendo atenuación. Este tipo de pérdidas
se pueden dividir en:
•
Rayleigh. Es la falta de homogeneidad a una escala más pequeña que la
longitud de onda, fluctuaciones del índice de refracción y de densidad
provocadas por el enfriamiento. Afectan todo el rango de longitud de onda.
•
Mie. Falta de homogeneidad del tamaño del orden de la longitud de onda.
Imperfecciones de la estructura cilíndrica de la fibra óptica, como:
irregularidades núcleo-revestimiento, fluctuaciones del diámetro, fracturas y
burbujas, se controlan aumentando la precisión del proceso de fabricación.
Las pérdidas por la dispersión no lineal no provocan pérdidas en la potencia, sino
desplazamientos de frecuencias, ésto provoca pérdidas en la transmisión por una
longitud de onda específica. En muchos casos, la dispersión no lineal es
provocada por niveles de alta potencia de la fibra óptica disponible y
amplificadores ópticos que provocan señales que interactúan con la fibra. Estas
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pérdidas por dispersión no lineal se conocen como dispersión estimulada. Dicha
no linealidad ocurre en sistemas de modulación intensos cuando las señales
ópticas interactúan con las ondas acústicas o con vibraciones moleculares en la
fibra. Provocando el efecto de desplazamiento de frecuencias. Por ejemplo:
•
Brillouin, consiste en la modulación de luz por vibraciones térmicas de las
moléculas, provoca corrimientos de frecuencia hacia ambos lados del
espectro. Un fotón incidente libera un fonón2 que tiene dirección contraria
al desplazamiento.
•
Raman, similar al caso anterior, excepto por la alta frecuencia del fonón
óptico.
Existe otra dispersión llamada dispersión por modo de polarización. La
polarización es el fenómeno físico de guiar la luz en una dirección. La fibra óptica
tiene dos modos de polarización. Un modo en el eje X llamado arbitrariamente
modo lento, y el segundo modo en el eje Y llamado modo rápido. Cada modo tiene
un tiempo de arribo, entonces la diferencia de tiempo entre los modos sino es
apropiadamente controlada produce la pérdida de bits y por lo tanto, de
información. Como se muestra en la siguiente figura:
Figura 9. Dispersión por modo de Polarización en una fibra de modo simple
Fuente: Artículo:.Propiedades de la fibra óptica. Dirección:
http://mailweb.udlap.mx/~lgojeda/telecom3/fibra_optica/propiedadesfo.htm
2
Es una semípartícula cuántica formada por vibraciones elásticas en la estructura cristalina.
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2.4 Fuentes y receptores ópticos
Los emisores de luz son un elemento fundamental en cualquier sistema de fibra
óptica. Este componente convierte la señal eléctrica en la correspondiente señal
de luz que puede ser introducida en la fibra. El emisor de luz es un elemento
importante porque es frecuentemente el elemento más costoso en el sistema, sus
características influyen fuertemente en las condiciones finales del sistema.
Los diodos LASER (Ligth Amplification by Stimulated Emision of Radiation o
Emisión
Estimulada
de
la
Radiación
por
Amplificación
de
Luz)
son
semiconductores complejos que convierten la señal eléctrica en señal de luz. La
corriente inyectada en la unión pn semiconductora polarizada con tensión directa
se transforma en señal luminosa debido a la combinación interna de los electrones
inyectados. El resultado es que la potencia óptica a la salida del dispositivo es
capaz de seguir (hasta una cierta velocidad impuesta por su ancho de banda de
modulación) las variaciones temporales de la corriente eléctrica de inyección,
donde se emplea este efecto para regular la luz, la combinación se produce por
emisión estimulada.
El segundo tipo de fuente usada son los diodos LED. Éstos tienen como principal
diferencia con el LASER su menor potencia óptica de salida y su ancho de banda
es sensiblemente menor. Además, tienen un precio inferior a los LASER por lo
tanto, para aplicaciones pequeñas y en fibra multimodo son muy utilizados. La
siguiente tabla comparativa de ciertos aspectos entre el diodo LED y LASER da
una idea de sus diferencias:
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Tabla 1. Tabla comparativa de las características de un diodo LED típico y un LASER típico
Característica
LED
LASER
Potencia de salida
Linealmente proporcional a
Proporcional a la corriente
la corriente conducida
sobre el umbral
Conduce corriente de 50 a
Corriente umbral de 5 a 40
100 mA Pico
mA
Potencia del acoplamiento
Moderada
Alta
Velocidad
Lento
Rápido
Ancho de banda
Moderado
Alto
Longitudes de onda que se
0.66 a 1.65 um
0.78 a 1.65 um
Tipo de Fibra
Solamente multimodo
Multimodo o monomodo
Facilidad de uso
Fácil
Difícil
Tiempo de vida
Muy larga vida
Larga vida
Costo
$5 - $300
$100 - $10 000
Corriente
pueden utilizar
Fuente: Artículo:.LASER Diodes. Dirección: www.fiber-optics.info
Con respecto a su potencia de salida en función de la corriente que conduce se
tiene la siguiente figura:
Figura 10. Característica de potencia de salida en función de la corriente conducida en un
LED (a) y un LASER (b)
Fuente: Artículo:.LASER Diodes. Dirección: www.fiber-optics.info
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Con lo anterior se puede notar que en el LASER no hay potencia de salida por
debajo de la corriente umbral, mientras que el LED se limita por una auto
limitación debido a la temperatura.
A mediados de la década de los setenta, con la introducción del uso de la segunda
y tercera ventana (1300 y 1500 nm), da como resultado el avance en las fuentes
emisoras, sobre todo en rayos láser. En 1977 se consigue el primer láser
semiconductor de la segunda ventana y en 1979 el láser para la tercera ventana.
Hasta la década de los ochenta los láseres disponibles eran del tipo Fabry – Perot
(FP), estos son láseres más económicos pero ruidosos y lentos. En este tipo de
láser la potencia óptica de salida se encuentra en una cavidad formada por dos
espejos parcialmente reflectantes. Este láser se caracteriza por emitir varias
longitudes de onda equiespaciadas (láser multimodal)
Cuando la transmisión se pasó a la tercera ventana y por el alto valor del
coeficiente de dispersión cromática, se necesitó obtener fuentes con un ancho de
banda reducido, eso significa reducir la cantidad de modos o longitudes de onda.
Por lo tanto, dejar el láser de un solo modo. Es así, como aparecen los láser
monomodo. Las estructuras más desarrolladas de este tipo de láser son los de
realimentación distribuida (DFB) y el láser con Reflectores de Bragg Distribuidos
(DBR).
El láser monomodo se utiliza en aplicaciones digitales de alta velocidad, debido a
su bajo ruido y linealidad. Desde finales de los noventas estos láseres son de tipo
comercial. Su anchura típica espectral es de 10 MHz, modulables a alta velocidad,
pudiendo sobrepasar los 10 Gb/s. Un requisito que se le ha exigido a los láseres
semiconductores es la posibilidad de sintonizar su emisión de luz a un margen de
longitud de onda. Los láseres DFB y DBR cumplen con dicho requisito si tienen la
configuración de multielectrodo, donde se divide el electrodo superior en dos o tres
secciones para conseguir una atenuación no uniforme, con un control sobre
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ciertos parámetros como la corriente de alimentación, longitud de onda de emisión
y corriente de modulación.
Figura 11.Construcción de un láser
Fuente: Artículo:.LASER Diodes. Dirección: www.fiber-optics.info
Otro tipo de tecnología que se utiliza es el VCSEL que emite la luz láser
verticalmente desde su superficie y tiene una cavidad vertical. Su funcionamiento
es bastante semejante al de un diodo láser semiconductor de flanco emitido. El
corazón de este láser es una región activa que emite luz. Capas de materiales
semiconductores sobre y debajo de la región activa crean espejos. Cada espejo
reflejante produce un estrecho rango de longitudes de onda regresando a la
cavidad causando una emisión de luz de una simple longitud de onda.
Figura 12.Construcción de un láser VCSEL
Fuente: Artículo:.LASER Diodes. Dirección: www.fiber-optics.info
Los detectores ópticos son también fabricados por semiconductores. En este caso
el detector absorbe la potencia que incide sobre él, transformando los fotones en
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
electrones mediante la absorción estimulada y produciendo una corriente eléctrica
capaz de seguir las variaciones temporales de la señal óptica recibida.
Los detectores tipo PIN tienen deficiencias relacionadas con el factor del área
activa de detección pequeña. Muchos de los pares de electrones que salen del
choque de los fotones son recombinados sin haber producido una corriente en el
circuito externo. En los fotodiodos PIN el área de detección es lo más grande
posible. Una pequeña capa intrínseca dopada divide las capas más pesadamente
dopadas p – n. El nombre lo recibe de las capas positiva – intrínseca – negativa.
Tienen una facilidad de fabricación, bajo ruido y compatibilidad con los circuitos
amplificadores de bajo voltaje. Su ancho de banda es elevado, de hasta 20 GHz.
Figura 13.Construcción de un detector PIN
Fuente: Artículo:.LASER Diodes. Dirección: www.fiber-optics.info
El segundo tipo son los APD (fotodiodo de avalancha), estos operan con los
portadores primarios, produciendo la unión de los electrones y huecos de las
capas de valencia superior, acelerando el proceso y creando por sus colisiones
nuevos portadores. Este proceso de creación de nuevos portadores se conoce
como fotomultiplicación. Ésto es lo que genera la corriente que alimenta a la
circuitería externa. Los APDs requieren un alto voltaje para su operación. El rango
de los voltajes puede ser de 30 a 70 V en los fabricados de Indio – Galilo –
Arsénico (InGaAs) y sobre los 300 V en los fabricados de Silicio. Los APDs son
muy sensibles a la temperatura, complicando los requerimientos del circuito
externo. En general, se utilizan sobre todo en sistemas digitales donde la
linealidad es pobre.
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
CAPÍTULO III: Introducción a los sistemas de multiplexación
3.1 Sistemas tradicionales
3.1.1 Definición y estructuras
En un sistema de comunicaciones, si sólo se transmite una señal por canal,
significa que el sistema no se aprovecha adecuadamente. El término
multiplexación “usualmente significa el uso de un simple canal para acomodar una
multiplicidad de señales independientes” (Kuecken: 31,1980). Esto significa que se
pueden transmitir varias fuentes de información, como audio, datos, vídeo por un
solo canal de comunicación. El multiplexador, en ocasiones llamado mux, es un
equipo de comunicación utilizado en dicho propósito.
El costo de una red que utiliza multiplexación es mucho menor al de una red que
no utiliza dicha técnica. Esto debido a la minimización de enlaces de comunicación
entre dos puntos. Un ejemplo claro es la red telefónica. Sin la multiplexación una
persona que quiere comunicarse con N personas, debe tener una salida por cada
receptor. Pero con la técnica de la multiplexación, existen las centrales telefónicas
y cada persona tiene una única salida del hogar para comunicarse con N
personas.
Existen varias técnicas de multiplexación, entre ellas: TDM (Time Division
Multiplexing ó multiplexación por división de tiempo), FDM (Frecuency Division
Multiplexing ó multiplexación por división de frecuencias), STDM (Statistical Time
Division Multiplexing ó multiplexación estadística por división de tiempo). Existen
otras técnicas de multiplexación, como WDM (Wavelenght Division Multiplexing ó
multiplexación por división de longitud de onda), de esta última técnica existen dos
maneras de multiplexación: DWDM (dense ó densa) y CWDM (coarse ó
esparcida), donde en la técnica densa el ancho de banda para cada señal
multiplexada es menor al ancho de banda utilizado en la técnica esparcida.
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
Las características de los multiplexores son las siguientes:
•
Se minimizan los costos de un sistema de comunicación, al rentar sólo una
línea privada para comunicación entre dos puntos.
•
Útil en la comunicación paralela entre dos localidades. O sea, si se realizan
distintas comunicaciones desde un punto a otro, permite por una única línea
realizarlas.
•
Permite a varios dispositivos compartir un mismo canal de comunicaciones.
•
Normalmente se utilizan en pares, uno en cada extremo del circuito.
•
Los datos de varios dispositivos se puede transmitir por un mismo circuito,
porque el mux receptor (demux) los separa y los envía a los destinos
apropiados.
•
Capacidad para comprimir datos, con lo cual se eliminan bits redundantes y
se optimiza el ancho de banda.
•
Capacidad de administrar la red dinámicamente con niveles de prioridad de
tráfico.
•
Capacidad de detección y corrección de errores entre dos puntos
conectados, con lo cual se mantiene la precisión e integridad de los datos.
3.1.2 Multiplexación por división de tiempo y multiplexación por división de
frecuencia
Estas dos técnicas fueron durante mucho tiempo la base del funcionamiento de
muchos sistemas de comunicación. Y todavía en la actualidad, dichas técnicas
son utilizadas por algunos sistemas de comunicación y sus fundamentos teóricos
se utilizan en otras técnicas de multiplexación.
3.1.2.1 Multiplexación por división de frecuencia
Ésta técnica divide toda la banda de frecuencias disponibles en el enlace de
comunicaciones en sub-bandas o canales individuales. Esto se logra mediante la
modulación en frecuencias de las señales base. Así para cada señal se utiliza una
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
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portadora de manera que “las señales moduladas resultantes ocupen bandas de
frecuencias adyacentes y separadas” (Schwartz: 307, 1984). La señal compuesta,
hecha de la suma de las señales individuales, es transmitida como una señal
analógica de mayor ancho de banda.
Figura 14.Diagrama de Bloques de un sistema FDM
Fuente: Downing. Modulation Systems and Noise. 1980
En la figura 14 se muestra como las señales que ingresan al sistema son
moduladas con portadoras de cierta frecuencia. Estas señales se combinan y son
enviadas al receptor, quien demodula las señales y las envía a su destinatario
final.
Con esto se quiere decir que cada señal ésta ocupando su ancho de banda todo el
tiempo. Los sistemas que utilizan este proceso son llamados sistemas
multicanales con portadora.
Al ser la frecuencia un parámetro analógico, se utiliza dicha técnica de
multiplexación en la transmisión de televisión. En televisión por cable, una red es
usada para contener diferentes canales de televisión, donde cada uno tiene un
ancho de banda de 6 MHz. Pero en la red, cada canal está enviando su señal todo
el tiempo, por ejemplo, una persona ve canal 4 pero eso no significa que el canal 6
no esté transmitiendo en ese momento. En ese caso el televisor funciona como
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
demultiplexor, donde se selecciona la frecuencia deseada del ancho de banda
total y se escoge el canal que se quiere ver.
Entre las aplicaciones para FDM está FM comercial, televisión y mediante
diferentes técnicas de modulación en sistemas telefónicos, siendo esta última su
primera aplicación. En el caso de las estaciones de televisión o de radio, las
señales enviadas por éstas son independientes, ninguna se sincroniza con la otra,
por lo tanto, el sistema de multiplexación no es sincronizado. Cuando se explique
la técnica TDM en el siguiente apartado se aclarará el concepto de sincronización.
La técnica WDM es similar a la técnica FDM. En la primera se multiplexan los
haces de luz, con lo cual se pueden enviar distintas longitudes de onda por una
sola fibra óptica, y esta acción se realiza todo el tiempo, como se analizará en la
sección 3.2.
Dentro de las técnicas en que se subdivide WDM, la que más aprovecha esta
división de longitudes de onda, es la técnica densa, porque introduce una mayor
cantidad de longitudes de onda por una sola fibra.
3.1.2.2 Multiplexación por división de tiempo
La técnica de multiplexación por división de tiempo fue la segunda técnica de
multiplexación que apareció en el mercado. Precisamente, después de la
multiplexación por división de frecuencia. A esta técnica también se le conoce
como multiplexación por pulsos, porque el multiplexor se mantiene durante un
intervalo de tiempo en la señal tomando una muestra de bits, para pasar a la
siguiente señal. En la siguiente figura se observa como trabaja el sistema.
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
Figura 15.Multiplexor de un sistema TDM
Fuente: Schwartz. Transmisión de información, modulación y ruido. 1984
El multiplexor dura un intervalo de tiempo, definido por el diseño, en cada señal,
con lo cual, conforma una paquete de bits de una señal, y pasa a la siguiente,
conformando otro paquete de bits de esta otra señal. En el sistema de la figura 15,
el multiplexor tiene 5 señales, y el switch tiene un intervalo tc para muestrear cada
señal, con lo cual cada 5 tc pasa por la misma señal. El intervalo se calcula
mediante el teorema de muestro, según el cual se debe tomar una muestra de una
señal por lo menos al doble de la frecuencia de ésta. En el caso de los sistemas
donde las señales tienen distinta frecuencia, se muestra al doble de la frecuencia
de la señal con mayor frecuencia.
Así, los paquetes o tramas de información se van intercalando en el tiempo para
ser insertadas en un canal de comunicación. En el otro extremo, el demux también
está sincronizado a la misma frecuencia, así es como recibe tramas de distintas
señales y las vuelve a colocar en sus respectivos destinos. En esta técnica de
multiplexación la señal no se reconstruye completamente en el receptor, sino que
aproxima su forma mediante las trazas obtenidas, ya que es un muestreo discreto
no continuo. La siguiente figura muestra como se vería la información multiplexada
en el canal de comunicación.
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32
Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
Figura 16.Canal de comunicación para un sistema TDM de 4 señales
Fuente: Schwartz. Transmisión de información, modulación y ruido. 1984
La desventaja de este sistema radica en su sincronización, porque aún cuando un
canal de entrada no esté enviando información, va a ser muestreado, y otro canal
que en ese momento necesite enviar mucha información, va a ser muestreado
según se calculó. Por ejemplo, en un sistema con 8 canales de entrada, cada
canal debe esperar 8 tiempos de muestreo, y ésto no es muy práctico en algunos
sistemas. Sobre todo, en sistemas con una mayor cantidad de señales de entrada.
Pero la multiplexación por división de tiempo tiene sus ventajas sobre la técnica
FDM, una de ellas es que un canal no interfiere con el otro. En TDM todo el ancho
de banda es ocupado por un intervalo de tiempo por cada señal. En FDM, este
ancho de banda es compartido, como se explicó en la sección anterior. Por lo cual,
si la frecuencia de la señal portadora se corre un poco de su sub-banda, comienza
a interferir con la otra señal. Con TDM se logró eliminar los problemas de ruido y
filtraje de FDM.
Los multiplexores TDM al obtener tramas de bits, son capaces de eliminar la
información redundante en los paquetes, muy útil en las comunicaciones de voz.
La primera aplicación TDM en telefonía fue en 1962 al introducirse el sistema
digital T1.
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
Para que un sistema TDM funcione correctamente, la señales entrantes primero
deben convertirse a formato digital, ésto quiere decir que la señal debe convertirse
en una tira de información de ceros ó unos. Ésto significó un aumento de los
costos al inicio, pero era más barato que reemplazar los cables. Al principio de los
80, los sistemas TDM comenzaron a utilizar multiplexores inteligentes y
empezaron a aparecer en redes privadas de datos, conformando el método
primario para compartir instalaciones costosas de transmisión de datos entre
muchos usuarios.
Como se mencionó anteriormente, se considera ineficiente que una señal deba
esperarse a que el sistema tome muestra de todas las señales si alguna de éstas
no envía información muy seguido. Ésta ineficiencia fue eliminada con la
introducción de la técnica ATM (Modo de transferencia asíncrono ó asynchronous
transfer mode), que es una multiplexación estadística. La desventaja de esta
técnica es que tiene un límite a la velocidad que puede ser alcanzada por la
electrónica para la segmentación y reensamblado de celdas ATM que transportan
el paquete de datos.
A nivel internacional se adoptó el sistema SDH / SONET como el estándar para
transporte óptico de datos. Ésto fue definido por CCITT (Comité Consultativo
Internacional
de
Telegrafía
y
Telefonía),
actual
ITU
(Internacional
Telecommunications Union), en 1990. SDH significa “synchronous digital
hierarchy”, pero en los Estados Unidos es llamada “synchronous optical network”,
donde los muxes utilizan interfaces ópticos. El SDH usa valores de 155.52 Mbps y
múltiplos de éstos por factores de 4n. Estos estándares especifican los parámetros
de las interfaces, capacidades, formato de tramas, métodos de multiplexado y
administración de TDM sincrónico sobre fibra. SDH / SONET toma n flujos de bits,
los multiplexa y modula, enviando la señal hacia la fibra. La desventaja de los
sistemas SDH es la inexistencia de noción de prioridad o descongestionamiento.
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
Al principio de los años 70 se da el desarrollo de los sistemas de transmisión
digital, basándose en el método PCM (Pulse Code Modulation ó modulación por
codificación de pulsos) lo cual introdujo ventajas como:
1) La señales pueden regenerarse periódicamente durante la transmisión,
puesto que la información ya no se encuentra contenida en la amplitud
continuamente variable de los pulsos, sino que consiste en símbolos
discretos.
2) Toda clase de circuitos digitales puede emplearse durante la totalidad del
procesamiento.
3) Las señales pueden ser procesadas digitalmente según convenga.
4) El ruido y la interferencia pueden ser apropiadamente minimizados
mediante códigos.
A principios de los años 80, los sistemas digitales se volvieron más complejos, con
el fin de satisfacer las demandas de tráfico de esa época. Por ejemplo, en Europa
se debió aumentar las tasas de transmisión de 140 Mbps hasta 565 Mbps. Los
costos de ancho de banda y del equipo era el problema. La solución fue
desarrollar un sistema que permitiera la combinación gradual de tasas no
sincrónicas, conocidas como pleosincronos, lo cual derivó en lo que hoy se conoce
como PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy).
Existen tres estándares incompatibles con esta técnica, centrados en Europa,
Estados Unidos y Japón. El estándar europeo está basado en un multiplexor
primario de 30 canales, mientras los estándares estadounidenses y japonés en
uno de 24. Estos estándares se definen como E1, T1 y J1. De ésto se hablará más
adelante.
Las redes de transporte actuales incluyen estas dos principales estructuras PDH y
SDH / SONET. La estructura PDH se define por los estándares mencionados en el
párrafo anterior, mientras que la estructura SDH / SONET son definidas por la ITU
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
– T (Internacional Telecommunications Union – Telecommunications Sector) y por
la ANSI (American National Standards Institute). SDH / SONET constituyen la
segunda jerarquía digital sobre la cual está basada la infraestructura física de las
fibras ópticas.
Estructura PDH
En una red de transmisión la cual no ha sido diseñada para una operación
sincrónica , las entradas al multiplexor digital no necesariamente pueden estar
sincronizadas, sin embargo, ellas tienen el mismo valor nominal de tasa de
transferencia. Por lo general, estas entradas son originadas por diferentes
osciladores y pueden variar sin la tolerancia del reloj. La palabra plesiósincrono,
tiene su origen en el griego y significa casi el mismo reloj. Entonces, PDH define
un conjunto de sistemas de transmisión que utiliza dos pares de alambre (uno
para transmitir y otro para recibir) y un método de multiplexación TDM para
interpolar múltiples canales de voz y de datos digitales.
A nivel internacional existen tres estándares para PDH
1) T1, el cual es el estándar de Norteamérica que consiste en 24 canales de
64 kbps (canales DS – 0) dando una capacidad total de 1.544 Mbps.
2) E1, el cual es el estándar europeo, definido por la ITU-T, pero utilizado en el
resto del mundo, incluyendo Costa Rica. E1 consiste de 30 canales de
64 kbps (canales E0) y 2 canales reservados para la señalización y
sincronía, la capacidad total es de 2.048 Mbps.
3) J1, el estándar japonés, con una capacidad de 1.544 Mbps, usando la
misma estructura de 24 canales de 64 kbps. La longitud de su trama es de
193 bits (24 x 8 canales de voz/datos más un bit de sincronización), el cual
es transmitido a una tasa de 8000 tramas por segundo.
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
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a)
b)
Figura 17.Estructura PDH a) Europea b) Norteamericana
Fuente: Flood. Telecommunications Networks. 1999
La estructura PDH tiene una serie de debilidades como la existencia de tres
estándares a nivel mundial, todos incompatibles. No existe un estándar mundial
para las interfaces ópticas. Además, la estructura asincrónica de multiplexación es
muy rígida y su capacidad de administración es limitada. Por estas desventajas es
que nace una nueva técnica de multiplexación.
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
Estructura SDH / SONET
SDH y SONET son los estándares europeo y norteamericano para la transmisión
por fibra óptica. Estos estándares se establecieron en 1990. La velocidad de
transmisión es de 155.52 Mbps y múltiplos de 4n de éstos. El sistema SDH incluye
canales de administración, los cuales tienen un formato estándar para los
mensajes administradores de la red.
La señal básica SDH se conoce como módulo de transporte síncrono nivel 1
(STM–1). Este tiene nueve segmentos iguales, con bytes de cabecera al inicio de
cada uno. Los bytes restantes contienen una combinación de tráfico y cabeceras
(información), dependiendo del tipo de tráfico acarreado. La longitud total de la
traza es de 2430 bytes, con cada cabecera usando nueve bytes. Así, el valor
máximo de velocidad es de 155 520 kbps, el cual es usualmente llamado “155
Mbps”.
Los niveles de servicio de SDH / SONET incluyen:
•
OC (Optical Carrier): define las velocidades de transmisión de SONET
para señales ópticas en incrementos de 51.84 Mbps
•
STS
(Synchronous
Transport
Signal):
define
las
velocidades
de
transmisión de SONET para señales eléctricas en incrementos de 51.84
Mbps.
•
STM : define las velocidades de transmisión de SDH para señales
eléctricas y ópticas en incrementos de 155.52 Mbps.
SDH y SONET le brindan a los proveedores de servicios de telecomunicaciones
más ancho de banda para transportar tráfico de voz y datos que la tecnología
PDH. Además entre las ventajas de SDH / SONET están ser el primer estándar
mundial en formato digital, primer interface óptico, su compatibilidad con otras
estructuras minimizan los costos, estructura de multiplexación síncrona flexible,
capacidad poderosa de administración.
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
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Cuando se refiere a STS–n es la señal de SONET en el tiempo y OC-n se refiere a
la señal en el dominio óptico. La tasa base de transmisión en SONET es 51 Mbps.
En SDH, la tasa es de 155 Mbps y STM – n se refiere a la señal SDH tanto en el
tiempo como en el dominio óptico. En la siguiente tabla se muestran las
equivalencias entre SONET y SDH
Tabla 2. Equivalencias en tasas de transmisión entre
SONET y SDH
SONET
SONET
SDH
Ambos
STS
OC
STM
Tasa (Mbps)
STS-1
OC-1
N/D
51.84
STS-3
OC-3
STM-1
155.52
STS-12
OC-12
STM-4
622.08
STS-48
OC-48
STM-16
2,488.32
STS-192
OC-192
STM-64
9,953.28
STS-768
OC-768
STM-256
39,813.12
Fuente: Flood. Telecommunications Networks. 1999
La red SONET / SDH es segura porque su topología es de anillo, por lo tanto, un
corte en la fibra de algún sector, siempre tendrá una ruta de respaldo que permita
mantener la comunicación. La comunicación se restaura con un margen de 50
milisegundos.
ISDN
La red digital de servicios integrados provee acceso a servicios de red de
cobertura amplio (WAN, wide area network). Se utilizan canales de 64 kbps para
voz y datos, los cuales son llamados canales B (bearer channel). Además, se
cuenta con un canal de señalización de 16 kbps llamado canal D (delta channel).
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
Además, los proveedores de red en Europa ofrecen una interface para ISDN con
30 canales B y un canal D, para adaptarse al formato E1. En Norteamérica, el
servicio equivalente ofrece 23 canales B y uno D, para adaptarse al formato T1. El
servicio 2B + D se conoce como tasa de acceso básico, que provee acceso a
WAN a pequeñas empresas y usuarios residenciales, con servicios como voz,
datos y acceso a Internet. Los servicios 30 B + D y 23B + D se conocen como tasa
de acceso primarios, que se utilizan para acceso a WAN de grandes empresas,
con servicios de voz, datos, videoconferencia, fax e Internet a altas velocidades.3
B – ISDN
Es la red digital de servicios integrados de banda amplia. Está diseñada para
operar sobre una infraestructura de telecomunicaciones basada en fibra óptica. Se
planteó al principio como una extensión de ISDN. Aunque finalmente la ITU – T
definió una serie de estándares para la integración de los servicios. Es una
tecnología que no ha sido implementada a la fecha.
ATM converge a SDH / SONET
“La tecnología de transporte de capa física como ATM (Asynchronous Transfer
Mode)
está
convergiendo
hacia
SONET/SDH,
con
STS-3
y
STM-1
respectivamente. Debido a que ATM provee multiplexación, la carga útil total del
STS-3 puede ser usado para el transporte de celdas sin el adicional overhead
requerido por los otros sistemas.” (Calderón, 2003:41). Esto porque SDH / SONET
ofrece ventajas tales que puede ser usado como transporte para servicios ISDN y
B-ISDN, así como celdas ATM. Además que puede transportar un gran ancho de
banda. SDH /SONET seguirá teniendo un papel importante en la siguiente
generación de sistemas de transmisión de las redes para la mayoría de los
proveedores de servicios.
3
Flood J.E.. Telecommunications Networks. The Institution of Electrical Engineers, Reino Unido 1999: 344
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
La demanda en infraestructura de transporte por aplicaciones que requieren ancho
de banda y en Internet, ha excedido los límites de TDM. La fibra está siendo
saturada, costosa y compleja. Además, hay un aumento del transporte de datos, y
TDM fue originalmente hecha para el transporte de voz, por lo cual, no es la
técnica más adecuada para los datos.
De ahí la introducción de la técnica WDM, que puede conectar un router o un ATM
a una red de transporte. Por ejemplo, para el proyecto frontera – frontera en Costa
Rica se utiliza la técnica DWDM, ésto se ampliará en el capítulo 5.
3.2 Introducción al sistema de multiplexado por longitud de onda WDM
3.2.1 Descripción y funcionamiento
La multiplexación por división de longitud de onda (WDM), nace para aprovechar
de una manera más eficiente y económica los medios ya existentes. La capacidad
de transmisión de información se incrementa usando una sola fibra.
Con WDM, todos los canales transmiten simultáneamente y utilizan cada uno de
ellos todo el ancho de banda del medio de transmisión. Se les asigna una longitud
de onda en particular, por medio de un modulador electro – óptico, el cual
convierte la señal eléctrica en energía luminosa, con una longitud de onda
específica, que se distribuye en forma simultánea en toda la fibra óptica. Para
alimentar la energía luminosa a la fibra, se utilizan dispositivos que se les llama
distribuidores selectivos de longitudes de onda, éstos tienen aplicación en
sistemas de distancias cortas y enlace sin repetidores. Un sistema completo se
muestra a continuación
Agosto del 2004
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
Figura 18.Sistema de transmisión de fibra óptica con WDM
Fuente: Jardón. Sistemas de Comunicaciones por Fibras Ópticas. 1995
Los multiplexores de este tipo pueden ser unidireccionales o bidireccionales. En
los WDM unidireccionales, las señales se transmiten en una misma dirección con
varios portadores ópticos con diferentes longitudes de onda. Los WDM
bidireccionales transmiten la información en dos sentidos sobre la misma fibra,
utilizando diferente longitud de onda en cada sentido. Cada uno de los dispositivos
WDM combina señales con una determinada longitud de onda para transmitirlas
sobre la fibra, desde luego, también en el receptor se requieren dispositivos que
separen estas señales.
Este tipo de sistemas básicamente se forman con:
•
Fuentes ópticas: Convierten la señal eléctrica en energía luminosa y la
emiten con diferentes longitudes de onda.
•
Multiplexores ópticos: combinan la energía luminosa emitida por las fuentes
ópticas para alimentar la fibra.
•
Medio de transmisión: Esta es la fibra óptica, debe tener una baja
atenuación para las longitudes de onda de interés.
•
Demultiplexores ópticos: Dispositivos que separan la energía luminosa que
le llega a través de la fibra por medio de la longitud de onda.
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•
42
Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
Fotodetectores: Este es el elemento que se encarga de hacer la conversión
de energía óptica a señal eléctrica.
Para esta técnica, básicamente existen tres tipos de multiplexores, los cuales son:
•
Los de rejilla de difracción.
•
Los de filtros de interferencia
•
Los de prisma
Siendo las siguientes las características más importantes que estos dispositivos
deben cubrir:
•
Bajas pérdidas por inserción
•
Baja diafonía
•
Facilidad de fabricación
•
Fácil adaptación de conectores, para tener una transmisión directa.
•
Tamaño pequeño
•
Alta confiabilidad
Los más utilizados son los de rejilla y los de interferencia, ya que tienen menor
costo y menores pérdidas que los de prisma.
La separación de los canales depende del tipo de fuente óptica. Con los LED se
tiene una separación de 400 nm y con los láser es de 4 a 50 nm. También se debe
de tomar en cuenta la atenuación introducida en los distribuidores, que es
normalmente de 0.8 a 1 dB.
3.2.2 Utilización
Los sistemas WDM se utilizan en redes locales, en telecomunicaciones de larga
distancia (entre troncales), en telecomunicaciones de banda ancha, tales como
videoteléfono,
video
conferencia,
TV,
audio
y
otros.
Una
red
de
telecomunicaciones que utiliza WDM de tres canales se muestra a continuación.
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
Figura 19.Red de telecomunicaciones de banda ancha que utiliza distribuidores WDM de tres
canales
Fuente: Jardón. Sistemas de Comunicaciones por Fibras Ópticas. 1995
A principios de los 90, se denominó transmisión WDM en banda ancha a la
transmisión de una señal a 1550nm y otra de retorno a 1310nm. Más tarde, a
mitad de los 90, el desarrollo WDM permitía espaciamientos más cortos,
implementando transporte bidireccional de 2x2 y 4x4 canales a 1550 nm,
alcanzando velocidades de 2,5 Gbps en enlaces punto a punto. Finalmente, a
finales de los 90, los sistemas densos (DWDM) llegaron a ser una realidad cuando
gran número de servicios y multitud de longitudes de onda comenzaron a coexistir
en la misma fibra, llegando a enviar 32/40/64/80/96 longitudes de onda a 2,5 Gbps
y 10Gb/s. Aún así, pronto veremos los sistemas ultra-densos (UDWDM) con
transmisión de 128 y 256 longitudes de onda a 10Gbps y 40 Gbps por canal, ya
que la infraestructura actual de fibra óptica no será suficiente para cubrir la
demanda.
3.2.3 Sistemas de multiplexación DWDM
DWDM (dense – WDM) es una técnica de multiplexación por división de longitud
de onda. Cuando el número de longitud de onda (canales) multiplexados es
superior a 8, se está hablando de DWDM. Esta técnica combina múltiples señales
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
ópticas de tal manera que pueden ser amplificadas como un grupo y transportadas
sobre una única fibra para incrementar su capacidad, cada una de las señales
puede tener una velocidad distinta (STM -1/OC-3 a STM – 16/OC – 48, ó incluso
STM-64/OC-192) y un formato diferente (ATM, Frame Relay).
WDM es una tecnología óptica basada en la multiplexación de diferentes
longitudes de onda generadas por diferentes emisores de luz dentro de una misma
fibra óptica. Esta técnica conceptualmente es idéntica a FDM, excepto que la
multiplexación involucra haces de luz a través de fibras ópticas. La idea es la
misma, combinar diferentes señales de diferentes frecuencias, sin embargo aquí
las frecuencias son muy altas (1x1014 Hz) y por lo tanto se manejan comúnmente
en longitudes de onda (wavelenght). WDM, así como DWDM son técnicas de
multiplexación muy importantes en las redes de transporte basadas en fibras
ópticas.
De esta forma, se logra aumentar la capacidad de transmisión o ancho de banda
de la fibra más allá de los límites que impone el propio material que la conforma.
Básicamente, un sistema basado en DWDM extiende los componentes que
integran cada bloque del esquema indicado en la sección 3.2.1 para describir un
sistema de comunicaciones convencional basado en fibra óptica. En DWDM,
además de los bloques emisor, de transmisión y de recepción, hay un cuarto que
adquiere una importancia crucial: el amplificador EDFA (Erbium Doped Fiber
Amplifier).
El bloque emisor en DWDM está constituido por una serie de diodos láser que
emiten señales luminosas a diferentes longitudes de onda; estos diodos son
normalmente del tipo DFB (Distributed FeedBack). Las tendencias en este
contexto se dirigen a tratar de obtener arreglos de láseres sobre un único sustrato
como una solución para reducir costos fundamentalmente. Estas diferentes
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
longitudes de onda emitidas por los láseres se multiplexan mediante un equipo
multiplexador y se transfieren a la fibra óptica (el segundo bloque) dando lugar a
diferentes canales que se pueden contemplar como diferentes fibras ópticas
virtuales integradas dentro de la fibra óptica real. Actualmente, el número de
canales en los sistemas instalados es de 32 tras una secuencia que se inicia en
1993 con 4 canales para pasar en 1996 a 8 canales y a 16 en 1997.En un sistema
DWDM un rango angosto de longitudes de onda van a ser utilizadas, el
espaciamiento entre estas longitudes de onda va a determinar la cantidad de
canales que se pueden transmitir por una sola fibra.
El tercer bloque que conforma el sistema DWDM está constituido por el conjunto
de fotodetectores que reciben la radiación luminosa que ha viajado a través de la
fibra. Las diferentes longitudes de onda que aparecen al final de la fibra se
distribuyen mediante un dispositivo que puede ser un acoplador pasivo en estrella.
Cada receptor lleva asociado un filtro óptico sintonizable que permite eliminar las
señales no deseadas (es decir, seleccionar un solo canal/ longitud de onda) y
minimizar el ruido generado por el amplificador EDFA encargado de regenerar las
señales que han perdido potencia a su paso por la fibra . Estos filtros están
constituidos por un etalón de Fabry-Perot que consiste en dos espejos que forman
una cavidad resonante en la que se puede seleccionar la longitud de onda.
Cuando se modifica la distancia entre los espejos se modifica al mismo tiempo la
longitud de onda de la luz que resuena en la cavidad, lo que constituye un medio
para sintonizar el filtro .
DWDM es llamada multiplexación densa, ya que las longitudes de onda están
separadas entre sí por distancias muy pequeñas.
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
La multiplexación por longitud de onda (WDM) asigna señales ópticas entrantes a
frecuencias específicas de luz dentro de una cierta banda de frecuencias. Este
multiplexado es parecido a la forma en que las estaciones de radio transmiten
diferentes longitudes de onda sin interferir entre ellas, como cada canal es
transmitido a distinta frecuencia se puede seleccionar usando un selector.
En los sistemas WDM cada una de las longitudes de onda es transmitida y
demultiplexada en el receptor final, cada señal es transmitida independientemente
de las otras, cada canal tiene su propio ancho de banda dedicado, todas las
señales llegan al mismo tiempo, a diferencia de TDM.
La diferencia entre WDM y DWDM es fundamentalmente que los espacios en
DWDM son más cerrados que los considerados en WDM y tiene más capacidad.
El límite de ese espaciado no es conocido y se han obtenido capacidades de
hasta 128 longitudes de onda en una sola fibra.
DWDM tiene un gran número de funciones, amplifica todas las longitudes de onda
de una vez sin tener que convertir a señal eléctrica, transporta señales de
diferentes velocidades y tipos simultáneamente, tiene independencia entre
protocolos y capacidades.
WDM y DWDM usan fibras monomodo para el transporte y difieren de las fibras
multimodo, dado que, a pesar de tener varios modos de luz, todos tienen la misma
longitud de onda e ingresan a la fibra con diferentes ángulos.
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
47
CAPÍTULO IV: Multiplexación CWDM
4.1 Necesidad de los sistemas CWDM
El incremento del tráfico de datos y de voz, debido a las necesidades de un
mercado creciente, produce una gran demanda de ancho de banda. Por ejemplo,
con el protocolo de Internet (IP) se presenta un incremento del 300 % de tráfico de
Internet por año, y de un 13% para el tráfico tradicional de voz.
A la hora de aumentar la capacidad de las redes metropolitanas y de acceso, los
operadores pueden escoger entre varias opciones. La primera de ellas consistiría
en aumentar la capacidad del canal que está siendo transmitido por fibra óptica;
una segunda opción es transmitir nuevos canales por nuevos segmentos de fibras,
transmitiendo un único canal por cada fibra óptica. La tercera opción es la que
constituye las tecnologías WDM, y consiste en transmitir varios canales por una
misma fibra mediante multiplexación por división de longitud de onda. De las tres
opciones, la tecnología WDM es la que maximiza la utilización global de los
tendidos de fibra, requiere un menor número de equipos, y sobre todo, la que
permite con mayor facilidad, aumentar la capacidad de la red para adaptarla a las
necesidades de capacidad de transmisión, que pueden ser requeridas en un
futuro.
A mediados de los años 80 quedó demostrado que la tecnología TDM
(multiplexación de señales en el dominio del tiempo) no sería suficiente para
afrontar la avalancha de demanda que se podía predecir. El tráfico de datos
necesitó entonces el despliegue de la multiplexación de longitud de onda (WDM),
modulando señales discretas en diferentes bandas de frecuencia.
A principios de los 90, se denominó transmisión WDM en banda ancha a la
transmisión de una señal a 1550nm y otra de retorno a 1310nm. Más tarde, a
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
mitad de los 90, el desarrollo WDM permitía espaciamientos más cortos,
implementando transporte bidireccional de 2x2 y 4x4 canales a 1550 nm,
alcanzando velocidades de 2,5 Gbps en enlaces punto a punto. En WDM existen
dos tecnologías: CWDM y DWDM.
En el caso de DWDM, los canales se disponen en las bandas C y L de la fibra
óptica, correspondientes a las longitudes de onda situadas entre 1530 y 1625 nm,
por ser estas longitudes de onda las de actuación de los amplificadores EDFA. El
espaciado entre los distintos canales multiplexados en DWDM es muy pequeño,
típicamente de 1.6 nm, 0.8 nm, 0.4 nm y hasta 0.2 nm. Por el contrario, en el caso
de CWDM, el espaciado entre los distintos canales que se introducen en una fibra
es mucho mayor, generalmente de 20 nm. Además, la disposición de los canales
no se limita exclusivamente a las longitudes de onda de DWDM, sino que se hace
uso de un mayor margen del espectro de utilización de la fibra óptica. Esto se
establece en la norma ITU – T G.694.2.
Figura 20.Separación entre canales para CWDM y comparativa con DWDM.
Fuente: Hurtado y González. CWDM: Aspectos económicos de la multiplexación en longitud de
onda. Revista Perspectiva. Número 339. Febrero 2003
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
49
Al disponer de gran ancho de banda se generan nuevas aplicaciones que emplean
más ancho de banda. Creando una nueva necesidad de mayor ancho de banda, lo
cual conduce a ocupar una indefinida cantidad de fibra y de servicios.
La multiplexación en longitud de onda se desarrolló a gran velocidad para cubrir
una necesidad a corto plazo, lo que no se desarrolló a tal ritmo fue la
infraestructura asociada. Así, el más común de los usos de la fibra sigue siendo el
enlace punto a punto.
En la primera opción, usando TDM los datos son transmitidos normalmente a
2.5 Gbps y se pueden incrementar hasta 10 Gbps. La circuitería electrónica que
hace posible esto es compleja y costosa, para comprarla y mantenerla. También
se tiene que la transmisión a 10 Gbps es 16 veces más afectada por la dispersión
cromática que a 2.5 Gbps. Además para un nivel de transmisión alto se requiere
más potencia, lo cual introduce efectos no lineales, anteriormente mencionados,
que pueden afectar la calidad de la forma de la onda. Otro efecto que limita la
distancia que un pulso de luz puede viajar sin degradación es la dispersión por la
polarización de modos, ya comentada en el capítulo II.
En la segunda opción varias longitudes de onda son combinadas dentro de una
sola fibra, con lo cual, sin tener que instalar nueva fibra, la capacidad efectiva
aumenta. Desde la perspectiva técnica y económica, las tecnologías WDM tiene
la mejor opción para proveer mayor capacidad de transmisión. En este caso se
analizarán las ventajas de la técnica esparcida (CWDM)
4.2 Partes de un sistema CWDM
En un enlace punto a punto sin dispositivos de encaminamiento, los elementos
básicos en un sistema CWDM son:
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
1) Láseres sin refrigeración (Uncooled lasers), componentes convencionales
de equipos de comunicaciones tradicionales.
2) Filtros ópticos.
3) Fibras optimizadas de espectro amplio (full - spectrum optimizad fibers).
Los láseres utilizados en CWDM son de bajo costo. Éstos pueden lograr tasas de
transmisión de 2.5 Gbps y además, no necesitan ningún tipo de refrigeración para
estabilizar su longitud de onda de emisión. Al ser mayor la separación de los
canales permite que las longitudes de onda de los láseres DFB puedan sufrir
derivas con los cambios de temperatura, evitando emplear controladores de
temperatura. Con esto, el tamaño de los láseres llega a ser hasta un 70 % menor
que el de otros tipos de láseres. Reduce además el consumo de potencia (un valor
medio de 0.5 W para láseres CWDM en comparación con más de 2 W para un
transmisor láser DWDM, conforme a la norma ITU – T G.694.2).
Esta norma de la ITU (Internacional Telecommunications Union) ha estandarizado
una rejilla de longitudes de onda para CWDM con un espaciado entre canales de
20 nm. La elección de este valor no es algo accidental, sino que es el resultado de
un minucioso estudio económico, asegurándose una reducción significativa en los
costos de los transmisores y de los filtros ópticos, así como un número razonable
de canales por fibra óptica.
Los filtros ópticos son los componentes básicos de los demultiplexores. Son
dispositivos que reciben los canales multiplexados y los separan para su envío a
receptores independientes. Al ser la distancia entre canales en CWDM
relativamente grande, los filtros utilizados no son muy restrictivos, con lo cual, su
proceso de fabricación será también de menor costo.
Por último, hay que hacer referencia a las denominadas fibras optimizadas de
espectro amplio. Existen varias clases de fibras monomodos utilizadas en los
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
entornos WDM: G.652, G.653 y G.655. La fibra G.652 ya considerada fibra óptica
convencional ("old style fiber"), aparece en la mayor parte de la base instalada,
fundamentalmente en lo que respecta a Estados Unidos, lo cual no es de extrañar
dado el carácter pionero de este país en la utilización de fibra óptica en las
comunicaciones. G.652 presenta una dispersión en torno a los 18ps/nm*km. La
dispersión es un efecto que consiste en la ampliación de la anchura del pulso
óptico, asociada a la transmisión del pulso a lo largo de la fibra y se mide en
picosegundos (ps) de retardo por la diferencia en longitud de onda dada en
nanómetros (nm) por kilómetro de propagación, o sea, en ps/nm*km.
El fundamento físico de la dispersión consiste en la dependencia de la potencia
óptica de la señal luminosa con el índice de refracción del material por donde se
propaga la luz . El tipo de dispersión que aparece mayoritariamente en G.652 es la
dispersión cromática, originada por la variación del índice de refracción de la fibra
con la longitud de onda de la radiación luminosa, generándose que diferentes
longitudes de onda se propaguen a diferentes velocidades en la misma fibra,
produciendo a su vez, un ensanchamiento del pulso óptico (el pulso óptico está
constituido por un grupo de longitudes de onda diferentes). Las fibras monomodo
G.652 convencionales presentan una atenuación significativa de 1350 nm a 1450
nm debido al pico de absorción del agua, como se observa en la figura 21.
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
Figura 21.Planificación de canales en sistemas CWDM.
Fuente: Ramos. Redes ópticas basadas en CWDM: Revista Electrónica y Comunicaciones.
Número 178. Junio 2003
La segunda generación de fibra óptica, aparecida en términos de instalación y
operatividad hace sólo unos seis años aproximadamente, constituye un avance y
mejora de las técnicas de compensación de la dispersión. A estas fibras,
denominadas G.653, se les conoce también mediante las siglas DSF (Dispersion
Shifted Fiber), debido a que su diseño se basa en un desplazamiento de la
llamada longitud de onda de dispersión cero . En efecto, la dispersión en una fibra
óptica toma el valor cero en una longitud de onda determinada, que en el caso de
la fibra convencional G.652 es de 1 . 3 micrómetros (es la longitud de onda para la
cual el parámetro dispersión es cero). La dispersión toma valores negativos para
longitudes de onda menores que la correspondiente a ese punto de dispersión
cero. En este tipo de fibra la longitud de onda para la cual se tiene dispersión cero
se desplaza desde 1,3 a 1,55 micrómetros (lo cual se puede conseguir
modificando el perfil del índice de refracción de la fibra) para hacerla coincidir con
la atenuación mínima de la fibra y con la mayor ganancia del amplificador.
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
53
Las fibras optimizadas de espectro amplio son de reciente aparición en el
mercado, han supuesto una revolución puesto que han logrado eliminar el pico de
absorción de agua de las fibras. Este pico de atenuación era debido a la
acumulación, en el proceso de fabricación, de iones OH- y que hacía inútil esa
zona del espectro para las comunicaciones ópticas. Al eliminar las pérdidas en
ella, la atenuación de la fibra es prácticamente constante y muy pequeña entre
1280 y 1625 nm, con lo cual se amplía el margen de longitudes de onda que
puede utilizarse para transmitir información. Por ejemplo, la fibra G.652.C, elimina
el pico y produce un aumento de hasta 33 % en la capacidad extra.
Esto es particularmente beneficioso para el caso de la tecnología CWDM, puesto
que al presentar un espaciado entre canales de 20 nm, el número de canales que
se pueden introducir en una fibra es limitado. Si se utilizan este tipo de fibras, se
puede usar también la región de 1400 nm para introducir nuevos canales
aumentando con ello la capacidad, como se mencionó anteriormente. Las fibras
convencionales (SMF) ofrecen 8 canales en las bandas S – C – L y 4 canales en
la banda O; con las ZWPF (Zero Water Peak Fibers) se permiten 4 canales más
en la banda E, y ofrecen, por tanto, un total de 16 canales con espaciado de 20
nm. Como se observa en la figura 21, en su parte inferior. Por debajo de 1310 nm,
no obstante, predominan las pérdidas causadas por dispersión de Rayleigh y no
se puede transmitir en entornos metropolitanos, quedando su uso limitado al bucle
de abonado o aplicaciones de corto alcance como aquellas definidas en IEEE
802.3ae.
4.3 Funcionamiento de un sistema CWDM
La multiplexación por división de longitud de onda es la tecnología óptica basada
en la multiplexación de diferentes longitudes de onda generadas por diferentes
emisores de luz dentro de una misma fibra óptica. Desde el punto de vista
conceptual, esta técnica es idéntica a FDM, excepto que la multiplexación
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
introduce varios haces de luz a través de fibras ópticas. La idea es combinar
diferentes señales de diferentes frecuencias, sólo que en el caso de WDM, las
frecuencias son más altas (1x1014 Hz) y por lo tanto se manejan en valores de
longitud de onda. La técnica CWDM es muy utilizada en redes metropolitanas y en
redes de acceso.
De esta forma, se aumenta la capacidad de transmisión o ancho de banda de la
fibra óptica más allá de los límites que impone el propio material que la conforma.
Cuando el número de longitudes de onda que se multiplexan (también conocidas
como canales) es superior a 8, la técnica es conocida como Multiplexación por
longitud de onda densa (Dense WDM). Cuando el número es inferior a 8 y el
espaciado entre canales es de 20 nm, la técnica se conoce como Multiplexación
por división de longitud de onda esparcida (Coarse WDM). Aún cuando en la
actualidad con CWDM se introducen hasta 18 canales.
Un sistema de transmisión convencional basado en fibra óptica está conformado
por tres bloques principales:
1) La fuente que emite la señal en un rango de frecuencias del espectro
electromagnético, es decir, una fuente que emite la señales luminosas y
que consiste normalmente en un diodo láser.
2) El medio físico por donde se transmite la señal luminosa, que es el cable de
fibra óptica constituido por un material de determinado índica de refracción
(el núcleo) y revestido por otro material de distinto índice de refracción (el
revestimiento). Como se explicó en el capítulo II.
3) Un dispositivo fotodetector situado en el extremo final de la fibra que capta
la señal emitida por la fuente y que ha viajado a lo largo de la fibra óptica.
Es también perfectamente conocida la superioridad de la fibra óptica frente a sus
homólogos en el contexto del cable, como el coaxial o el par trenzado (donde las
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
señales son eléctricas), en términos de inmunidad al ruido, fiabilidad y,
fundamentalmente, ancho de banda. Estas ventajas convierten a la fibra óptica en
el medio de transmisión por excelencia en un entorno multimedia, en el que la
transmisión de vídeo, voz y datos simultáneamente y la interactividad sean una
realidad.
El sistema CWDM se considera una alternativa de bajo costo a los sistemas
DWDM para transporte óptico en cortas distancias (menos de 50 Km) desde las
instalaciones de las empresas al backbone metropolitano de los proveedores del
servicio. Una diferencia fundamental entre los sistemas DWDM y CWDM, es la
inserción de un bloque de amplificación en DWDM. En CWDM no se agrega o muy
pocas veces se usa, debido a que la técnica se dirige a aplicaciones de corta
distancia, donde no se necesita amplificación de la señal que sale del receptor.
El bloque emisor en CWDM está constituido por una serie de diodos láser que
emiten señales luminosas a diferentes longitudes de onda; estos diodos son
normalmente del tipo DFB (Distributed FeedBack). Las tendencias en este
contexto se dirigen a tratar de obtener arreglos de láseres sobre un único sustrato
como una solución para reducir costos fundamentalmente. Estas diferentes
longitudes de onda emitidas por los láseres se multiplexan mediante un equipo
multiplexador y se transfieren a la fibra óptica (el segundo bloque) dando lugar a
diferentes canales que se pueden contemplar como diferentes fibras ópticas
virtuales integradas dentro de la fibra óptica real. En un sistema CWDM por la
rejilla determinada por la ITU – T, los canales tienen una separación de 20 nm
entre ellos.
Los láseres utilizados en CWDM tienen un menor costo que los utilizados en
DWDM, debido a que la separación entre canales es mayor. Al tener 20 nm entre
cada canal, el láser no utiliza un control de temperatura, por lo tanto, son láseres
sin refrigeración. En los láseres para DWDM el sistema de control de temperatura
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
56
debe mantener el haz de luz centrado en la longitud de onda, debido al poco
espaciamiento entre los canales. Así, en CWDM si la longitud de onda se corre un
poco no se corre peligro de interferencia entre canales adyacentes. Con esto, el
tamaño de un láser para CWDM es de hasta un 70 % menor, porque no requieren
ir acompañados de un refrigerador y su encapsulado es, por tanto, mucho más
simple. También, como se mencionó anteriormente, los láseres CWDM tiene un
menor consumo de potencia, de 3 a 5 veces menor que el consumo de los
utilizados en DWDM.
Figura 22.Variaciones con la temperatura de la longitud de onda de emisión de un láser DFB
no refrigerado en un canal de CWDM a 1554 nm.
Fuente: Hurtado y González. CWDM: Aspectos económicos de la multiplexación en longitud de
onda. Revista Perspectiva. Número 339. Febrero 2003
Luego, el tercer bloque de recepción se conforma por los demultiplexores. Cada
receptor lleva asociado un filtro óptico sintonizable que permite eliminar las
señales no deseadas (es decir, seleccionar un solo canal/ longitud de onda). Estos
filtros están constituidos por un etalón de Fabry-Perot que consiste en dos espejos
que forman una cavidad resonante en la que se puede seleccionar la longitud de
onda.
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
Cuando se modifica la distancia entre los espejos se modifica al mismo tiempo la
longitud de onda de la luz que resuena en la cavidad, lo que constituye un medio
para sintonizar el filtro
Los filtros reciben los canales multiplexados y deben de demultiplexarlos para que
la señal de cada canal se envíe a su debido receptor. Estos filtros son pasa banda,
pero el ancho de banda no es tan angosto como ocurre en DWDM, debido a la
mayor separación entre los canales de CWDM. Las diferentes longitudes de onda
que aparecen al final de la fibra se distribuyen mediante un dispositivo que puede
ser un acoplador pasivo en estrella.
Actualmente se desarrollan otros componentes de la red de comunicación, éstos
se conocen como OADM (optical add/drop multiplexer), éstos se utilizan para
insertar y extraer longitudes de onda en la red WDM. Para transmitir datos, los
OADMs toman varias señales y convierten cada canal en longitudes de onda que
se agregan al haz óptico. Cuando recibe dicho haz, el OADM realiza la función
inversa, demultiplexa las longitudes de onda en sus fuentes de luz originales.
La multiplexación por longitud de onda (WDM) asigna señales ópticas entrantes a
frecuencias específicas de luz dentro de una cierta banda de frecuencias. Este
multiplexado es parecido a la forma en que las estaciones de radio transmiten
diferentes longitudes de onda sin interferir entre ellas, como cada canal es
transmitido a distinta frecuencia se puede seleccionar usando un selector.
En los sistemas WDM cada una de las longitudes de onda es transmitida y
demultiplexada en el receptor final, cada señal es transmitida independientemente
de las otras, cada canal tiene su propio ancho de banda dedicado, y todas las
señales llegan al mismo tiempo, a diferencia de TDM.
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
La diferencia entre WDM, DWDM y CWDM es fundamentalmente que los espacios
en CWDM son mayores que los considerados en WDM. El límite de ese espaciado
es de 16 longitudes de onda en una sola fibra.
CWDM tiene un gran número de funciones, amplifica todas las longitudes de onda
de una vez sin tener que convertir a señal eléctrica, transporta señales de
diferentes velocidades y tipos simultáneamente, tiene independencia entre
protocolos y capacidades. Además, de un menor costo económico y muy útil en
redes de acceso y metropolitanas, especialmente en las menores a 50 Km. Entre
esas distancias, la tecnología CWDM puede admitir diversas topologías: anillos
con distribuidor (hubbed ring), punto a punto y redes ópticas pasivas. Además, se
adapta correctamente a las aplicaciones de redes metropolitanas. Por ejemplo,
anillos locales CWDM que conectan oficinas centrales con los principales anillos
express metropolitanos (DWDM) y a las aplicaciones relativas al acceso, como los
anillos de acceso y las redes ópticas pasivas. En cuanto a sus aplicaciones, estas
se analizarán más específicamente en la sección 4.5.
WDM, DWDM y CWDM usan fibras monomodo para el transporte, y difiere de las
fibras multimodo donde a pesar de tener varios modos de luz, todos tienen la
misma longitud de onda pero entraron a la fibra con diferentes ángulos.
4.4 Multiplexores y amplificadores
Para iniciar esta sección se dará una breve explicación de la utilización de los
amplificadores en DWDM para demostrar la diferencia y por qué el uso de CWDM
en redes de corta distancia.
La tecnología DWDM se sostiene sobre ciertos pilares tecnológicos asociados
que, de un modo u otro, disparan la implantación de estos sofisticados sistemas
de comunicación de banda ancha.
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
59
El amplificador óptico es uno de estos pilares. Los amplificadores basados en el
bombeo sobre fibra dopada con Erbio (EDFAS) fueron introducidos en la red
durante los 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).
Un sistema de comunicaciones basado en fibra óptica utiliza amplificadores a lo
largo de la fibra para regenerar la señal luminosa, que va perdiendo intensidad a lo
largo de su paso por la fibra (regenerar se refiere al proceso de reproducir la señal
original con la misma potencia óptica y sin distorsiones). Estos amplificadores
están basados normalmente en tecnología opto-electrónica que conlleva
conversiones electro-ópticas y opto-electrónicas que consumen ancho de banda .
En CWDM no se necesitan los amplificadores, ésto es debido a que sus
aplicaciones se refieren a redes de poca distancia, como máximo de 50 Km. Con
ésto, los costos de un sistema CWDM se minimizan, ya que es un bloque menos
del sistema de transmisión. Por eso, en la actualidad se trata de introducir DWDM
sobre CWDM en las redes de acceso y metropolitanas, porque el implementar
equipos tan costosos en redes pequeñas no tiene gran utilidad, cuando existe una
tecnología más barata.
Otra tecnología que avala la eficiencia y potencia del sistema CWDM, es la
posibilidad de construir módulos que extraigan ciertos canales de la red y puedan
incorporar esos u otros canales a la misma, sin necesidad de un complejo
escalado de extracción e inserción.
Estos módulos conocidos como OADM, mencionados anteriormente, están
especialmente diseñados para permitir el uso y extracción de canales en lugares
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
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pequeños, con lo cual, el uso de tecnología CWDM se abre paso en el mercado
metropolitano, donde la conectividad ha sido siempre un obstáculo al compararla
con los grandes enlaces y su costo de bit por kilómetro.
Los OADMs actuales, soportan una extracción / inserción de 4 y 8 canales. En el
futuro permitirán cualquier combinación de canales, serán flexibles y trabajarán al
tiempo que los amplificadores ópticos, ya que estos OADMs requieren balance de
potencia al efectuar la operación extracción-inserción.
4.5 Aplicaciones
Como se ha mencionado anteriormente, la tecnología CWDM se implementa
actualmente en las redes metropolitanas y en las de acceso.
Las redes metropolitanas son aquellas que proporcionan el interfaz entre las redes
de larga distancia y cubren distancias entre 200 – 300 km, mientras que las redes
de acceso son las que prestan los servicios a los usuarios finales, tanto
residenciales como empresas con distancias de varias decenas de km. El objetivo
de estas redes es, por lo tanto, distribuir la capacidad proporcionada por el núcleo
de la red de larga distancia hasta los extremos de la red, así como también
recolectar las distintas tributarias de información correspondientes a los usuarios
finales que constituyen los extremos de la red, acumularlas y traspasárselas de
nuevo al núcleo de la red de larga distancia. En estos casos se necesita, en mayor
medida, que las redes sean flexibles, fácilmente escalables y sobre todo que
presenten una gran eficiencia entre el costo total de las infraestructuras y su
mantenimiento y los servicios que pueden ser ofrecidos con las mismas a los
usuarios finales.
Para dichas redes, la tecnología CWDM presenta ventajas fundamentales para su
elección. La principal ventaja es su precio. Es una alternativa económica para
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
aumentar la capacidad de las redes de acceso y metropolitanas en comparación
con el costo de otras soluciones, como puede ser los sistemas basados en
tecnología SONET/SDH y sobre todo más económica que las soluciones basadas
en equipos de tecnología Metro DWDM, o lo que es lo mismo DWDM de entorno
metropolitano. El menor costo no sólo es debido al propio precio de adquisición de
los equipos, sino también, al costo de funcionamiento. En cuanto al
mantenimiento, tanto DWDM como CWDM tienen un costo similar. El menor costo
de funcionamiento, es debido a lo comentado en las secciones anteriores, el
consumo de potencia de un transmisor CWDM es del 13.3 % del consumo de un
transmisor DWDM. Como se observa en la siguiente figura
Figura 23.Comparación de costos CWDM y DWDM.
Fuente: Hurtado y González. CWDM: Aspectos económicos de la multiplexación en longitud de
onda. Revista Perspectiva. Número 339. Febrero 2003
Otra de las ventajas de CWDM son el menor tamaño de los equipos y su mayor
simplicidad. En DWDM al ser el espaciado entre canales reducido y alto el número
de canales multiplexados en longitud de onda, los equipos de transmisión deberán
emplear componentes mucho más desarrollados. Si se observa la separación en
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
los canales de DWDM, que únicamente de 0.8 ó 0.4 nm e incluso menor, vemos
que se requiere una gran precisión en la longitud de onda de emisión de los
láseres que configurarán cada canal en los equipos transmisores, ya que cualquier
desplazamiento puede tener consecuencias desastrosas en el sistema, como
acoplo entre señales, pérdida de información.
La UIT ha establecido una norma mundial para las redes de "fibra óptica"
metropolitanas que incrementará la utilización de la multiplexación por división
aproximada de longitud de onda (CWDM) en las redes metropolitanas. Se prevé
que con esta norma, indispensable para responder a la creciente demanda de los
servicios vocales, de datos y multimedios en materia de soluciones de transporte
de corto alcance y a bajo costo, los operadores de telecomunicaciones podrán
realizar economías de las que, según se espera, sacarán provecho los
consumidores.
Según un informe publicado recientemente por Gartner DataQuest, el mercado
mundial de "redes metropolitanas ópticas" pasará de 1 100 millones de dólares
en 2001 a 4 300 millones de dólares en 2005. Gracias a la adopción de esta nueva
norma, la técnica de multiplexación CWDM está a punto de conquistar una parte
considerable de este mercado. Las aplicaciones CWDM son particularmente
eficaces para alcanzar una cobertura de hasta 50 kilómetros. Para distancias más
cortas y una menor capacidad requerida, las aplicaciones CWDM permiten utilizar
un espaciado de canales más amplio y equipos más baratos garantizando el
mismo grado de calidad que los sistemas de fibras ópticas de largo alcance.
Existen diversos escenarios, además de las ya comentadas redes metropolitanas,
donde CWDM constituye una opción atractiva. Por ejemplo, los sistemas de
acceso de banda ancha sobre redes HFC requieren a menudo la transmisión de
tráfico de retorno desde los nodos HFC hacia la cabecera situada a unos 75 km de
distancia de éstos, siendo CWDM un candidato ideal para esta aplicación. El
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
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alcance de las transmisiones digitales banda base sobre CWDM es de hasta 75
km, si bien en el caso de retorno analógico se tiene un alcance más reducido
debido a los requisitos de relación señal a ruido. La estandarización de esta
aplicación está llevándola a cabo en Estados Unidos la SCTE (Society of Cable
Television Engineers). Los sistemas de acceso de bucle de abonado FTTC (fiber
to the curb), FTTB (fiber to the building) o FTTH (fiber to the home), caracterizados
por alcances de hasta 20 km, constituyen otro campo de aplicación donde CWDM
puede ser beneficioso.
Pero además del requisito de acomodar un amplio margen de alcances del
sistema, los proveedores de servicio deben ser capaces también de proporcionar
múltiples servicios (voz, vídeo y datos) a los usuarios finales a distintas longitudes
de onda usando una variedad de protocolos y tasas de bit: SONET/SDH, ATM,
QAM, ESCON, FICON, DV-6000, OC-3 hasta OC-48, Gigabit Ethernet, etc. En
este caso, CWDM se ajusta perfectamente a este paradigma, ya que ofrece ancho
de banda escalable de una forma económica. Si en un futuro se necesitara
aumentar la capacidad por encima de los 16 canales, entonces podrían colocarse
varios canales DWDM en sustitución de uno o dos canales CWDM de la banda C.
Esta técnica se conoce como DWDM-over-CWDM y permite hacer crecer el
sistema de una forma flexible con un coste inicial reducido.
La mayoría de sistemas CWDM que ya se encuentran implantados en la
actualidad transportan tráfico de almacenamiento (SAN, storage area networking)
de las redes de grandes empresas. Esta aplicación se encuentra en auge
últimamente y los sistemas CWDM son un candidato ideal debido a su bajo costo,
por lo que nadie se preocupa de desperdiciar un canal CWDM completo para
transportar un flujo ESCON de 200 Mbps.
Los fabricantes de routers y conmutadores Ethernet están añadiendo capacidades
CWDM en sus equipos por medio de GBICs (gigabit interface converters). Por
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
64
ejemplo, Cisco Systems ha incorporado GBICs en siete de sus productos. De
hecho, más de veinte vendedores de sistemas están ofreciendo soluciones CWDM
en sus catálogos de productos. Según los analistas, el mercado mundial de
sistemas CWDM en el año 2002 se situó en torno a los 100 millones de euros y se
espera que en el futuro esta tecnología se convierta en un importante nicho de
mercado.
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
CAPÍTULO V: Tendencias de CWDM
5.1 Nuevas Técnicas
En 1981, Bill Gates dijo que 640 kbps era más que suficiente para satisfacer las
demandas de ancho de banda del cliente. Una afirmación que con el paso del
tiempo se convirtió en una observación errónea y sin visión futurista. El ancho de
banda suficiente es aquel que satisfaga las necesidades del usuario, eso significa
que con el paso del tiempo la cantidad de bits por segundo irá aumentando. Se
puede visualizar como un juego de ping pong, de un lado se aumenta la velocidad
de transmisión de los sistemas, pero por el otro lado, aparecen nuevas
aplicaciones que necesitan un mayor ancho de banda, con lo cual, los sistemas
deben evolucionar para lograr cubrir esta nueva necesidad, y así continuamente.
Un importante desarrollo mencionado en el capítulo anterior, que permite el
aumento del ancho de banda, es el tipo de fibra monomodo que elimina el pico de
absorción de agua. Aparte, si se desarrollan nuevos tipos de fibras estos deben
soportar los efectos no lineales que afectan la transmisión. El futuro de las redes
estará consecuentemente caracterizado por la centralización y escalonamiento de
servicios. La centralización de datos redundará en la construcción de redes
acomodadas para el tráfico de datos, dado que éste continuará creciendo en un
gran porcentaje. El escalonamiento trae consigo la flexibilidad de un sistema,
donde el flujo total de información puede dividirse en paquetes, relativamente
pequeños, a la hora de descomponer la señal hasta el más bajo nivel. Cuanto más
preciso es el escalonamiento, mayor es la potencia, rapidez y flexibilidad.
Los servicios ofrecidos estarán caracterizados por voz y líneas privadas DS1 y
DS3; líneas privadas OC-3 y OC-12; líneas interurbanas OC-12 y OC-48 ATM;
líneas interurbanas de internet, vídeo y Gigabit LANs OC-3 a OC-48, cada uno
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
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transmitido por su propia longitud de onda; y OC-192 y OC-768 reemplazarán
eventualmente a OC-48.
Las técnicas actuales en transmisión de información no darán respuesta a la
continua demanda de ancho banda. La necesidad de ancho de banda a nivel
mundial es imposible de calcular, pero se sabe que el máximo que se puede
obtener con una fibra monomodo es 50 THz. La técnica CWDM no es para
solucionar dicho problema, porque su aplicación se ve reducida a las redes
metropolitanas y redes de acceso. Ésto debido a sus características analizadas en
el capítulo anterior, como un menor número de longitudes de onda multiplexadas
en una fibra monomodo en comparación con técnicas como DWDM y el no uso de
amplificadores. Mientras, que una red de transporte si requiere una mayor
cantidad de información introducida en la fibra monomodo. Aún así, la técnica que
se aplique a las redes metropolitanas o a las redes de acceso deben de satisfacer
las demandas de ancho de banda del usuario terminal y además, al menor costo
posible.
En la siguiente tabla se realiza una comparación de las tecnologías WDM según
su aplicación:
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
Tabla 3. Equivalencias en tasas de transmisión entre SONET y SDH
Aplicación/parámetro
CWDM
DWDM
DWDM
acceso/MAN
MAN/WAN
largo alcance
Canales por fibra
4-16
32-80
80-160
Espectro utilizado
O, E, S, C, L
C, L
C, L, S
Espaciado entre canales
20 nm (2500 GHz)
0,8 nm (100 GHz)
0,4 nm (50 GHz)
Capacidad por canal
2,5 Gbps
10 Gbps
10-40 Gbps
Capacidad de la fibra
20-40 Gbps
100-1000 Gbps
>1 Tbps
Tipo de láser
uncooled DFB
cooled DFB
cooled DFB
Tecnología de filtros
TFF
TFF, AWG, FBG
TFF, AWG, FBG
Distancia
hasta 80 km
cientos de km
miles de km
Coste
Bajo
medio
Alto
Amplificación óptica
Ninguna
EDFA
EDFA, Raman
Fuente: Ramos, Francisco. Redes ópticas basadas en CWDM. Revista Electrónica y
Comunicaciones. Junio 2003
En el estándar ITU G.694.2, que es el más reciente de la ITU – T sobre CWDM,
especifica un total de 18 longitudes de onda para esta técnica, con lo cual, ya no
son 8 o 16 como máximo. Estas 18 longitudes de onda están centradas entre los
1270 nm a los 1610 nm. Con los tipos de fibra estándar se pueden acomodar 5
canales desde los 1270 nm a los 1350 nm, esto es en la banda O. Además, se
acomodan 8 canales desde 1470 nm a los 1610 nm (bandas S, C y L). Y con las
fibras con un pico de agua bajo se pueden adicionar 5 canales entre los 1350 nm y
los 1450 nm. También, las señales de retorno analógico de banda base se pueden
transmitir a 50 km o más, dependiendo de la potencia del láser, fibra, pérdidas en
los componentes y sensitividad en el receptor. Cuando se realiza una combinación
con transmisión digital la distancia puede exceder los 75 km.
Las redes de telecomunicaciones actuales, que utilizan fibra óptica, están basadas
en tecnología de Jerarquía Digital Sincrónica (SONET/SDH: Synchronous Optical
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
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Network / Synchronous Digital Hierarchy) como capa estándar para la interfaz con
capas superiores de protocolo. Si bien, esta configuración funciona correctamente
para servicios de mediana velocidad, no es viable para la masificación de servicios
de banda ancha en los usuarios finales. Estudios realizados indican que la máxima
velocidad que se puede obtener en redes SDH es de 10 Gbps, con lo que se
restringen las posibilidades de escalamiento futuro en ancho de banda, en lo que a
esta tecnología se refiere.
Como se nombró anteriormente, hoy, las tecnologías WDM se utilizan en la
mayoría de enlaces punto a punto usando tecnología SONET/SDH como la capa
estándar para la interfaz con capas superiores de protocolo. Sin embargo, se
desea eliminar esta capa y correr IP directamente sobre WDM, debido a la
habilidad de IP de ser una capa común de convergencia y de WDM de ser una
capa de transporte y acceso altamente eficiente en ancho de banda.
Otro aspecto a desarrollar es la posible integración de CWDM y DWDM. Para
realizar esta integración primero debe tenerse una red DWDM funcionando, ya
que se tiene, existen tres alternativas para integrar estos sistemas:
1. Los dos sistemas pueden ser integrados vía transponders, típicamente a
1310 nm o 850 nm, basados en los estándares. Siendo éste el estándar, de
manera que cualquier SONET puede ser integrado dentro de los sistemas
WDM.
2. La posibilidad de integración de CWDM funcionalmente en los productos
del bloque de la red localizados en la oficina central. Esto evita la necesidad
de una interconexión basada en un transponder y deja una gran unificación
de arquitecturas.
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
3. Aún así, hasta aquí la posibilidad de implementar DWDM y CWDM en la
misma fibra se encuentra extraviada. Esta posibilidad se abre con la
combinación de dos mapas de canales de las normas ITU, los estándares
G.694.1 y G.694.2. Como se muestra en la siguiente figura, es posible
introducir 8 canales DWDM (200 GHz) en un canal CWDM. O sea, se
aprovechan las longitudes de onda habilitadas en G.694.1 para ser
bandeadas en las longitudes de onda de G.694.2.
Figura 24.Introducción de canales DWDM sobre un canal CWDM
Fuente: Dr. Richard Lauder. Key applications for CWDM in the metro network. Página web de
Computer Graphics World.
Otra técnica a utilizar para CWDM en anillos metropolitanos es el método
regenerativo, con está técnica cada canal es regenerado en cada nodo. Además,
CWDM regenerado es más económica que los sistemas DWDM amplificados
ópticamente. También, CWDM es desplegado en ambientes extremos, ya que el
regenerador puede ser localizado en los gabinetes de la calle. Los regeneradores
reforman, retemporizan y reamplifican completamente la señal de salida, ellos
compensan cualquier dispersión acumulada. Además, usando regeneradores en
línea dejan que señales STM – 16 o OC – 48 CWDM, moduladas directamente a
bajo costo, sean transportadas cientos de kilómetros.
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
70
5.2 Nuevas Aplicaciones
Los sistemas LAN han sido dominados por sistemas de transmisión en serie.
Hasta hace poco tiempo, las arquitecturas LAN en serie podían fácilmente
conseguir el ancho de banda que necesitaban. Pero, con la adopción de Gigabit
Ethernet se introdujo una seria limitación en cuanto a la distancia que se puede
propagar la transmisión en serie (<550 m sobre 1300 nm; <220 m sobre 850 nm)
sobre una fibra multimodo. Dado que la mayoría de la fibra instalada en LAN es
multimodo y el estándar anterior de 100 Mbps tenía una longitud máxima de
transmisión de 2 km, implica que Gigabit Ethernet no se puede instalar en la
mayoría de las instalaciones de la fibra. Blaze Network Products ha desarrollado
un transmisor Gigabit GBIC utilizando CWDM con el fin de incrementar el ancho
de banda de las fibras instaladas. La señal serie Gigabit de entrada se divide entre
el número de canales CWDM con el fin de ralentizar el reloj y minimizar las
propiedades de dispersión modal de la fibra multimodo. Con el fin de transmitir una
señal de 1,25 Gbps sobre 2 km, se han usado 8 canales.
Migrando al siguiente nivel de 10GbE (Gigabit Ethernet), los anchos de banda y
las distancias de transmisión disminuyen. Es posible la modulación directa, la
detección y la amplificación de las señales ópticas a 10 G, pero a un precio
significativamente mayor y también mayores complejidades de empaquetados. La
distancia se reduce a menos de 30 m en las fibras multimodo. Un VCSEL de 4
canales basado en CWDM operando a 3.125 Gbps por canal alcanzando 100 m
de transmisión sobre fibra instalada, y 1 km sobre fibra óptica más nueva
optimizada para 850 nm.
Otra aplicación para CWDM es en las redes híbridas fibra – coaxial. Los sistemas
de acceso de banda ancha sobre redes HFC requieren a menudo la transmisión
de tráfico de retorno desde los nodos HFC hacia la cabecera situada a unos 75 km
de distancia de éstos, siendo CWDM un candidato ideal para esta aplicación. El
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
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alcance de las transmisiones digitales banda base sobre CWDM es de hasta 75
km, si bien en el caso de retorno analógico se tiene un alcance más reducido
debido a los requisitos de relación señal a ruido. Como se mencionó en el capítulo
anterior, la estandarización de esta aplicación está llevándola a cabo la SCTE
(Society of Cable Television Engineers). Los sistemas de acceso de bucle de
abonado FTTC (fiber to the curb), FTTB (fiber to the building) o FTTH (fiber to the
home), caracterizados por alcances de hasta 20 km, constituyen otro campo de
aplicación donde CWDM puede ser beneficioso.
Las fibras ópticas disponen de un gran ancho de banda de transmisión del orden
de Terahercios. Para aprovechar esta enorme capacidad de espectro óptico
pueden emplearse distintas técnicas de multiplexación de la información a
transmitir, como por ejemplo la multiplexación en longitud de onda (wavelength
division multiplexing, WDM). Pero en el caso de los sistemas ópticos analógicos
todavía es posible aumentar un escalón más el nivel de multiplexación si
modulamos cada portadora óptica con la señal multicanal de RF, proveniente de
un transmisor CATV o receptor de TV satélite. Esta técnica de multiplexación en el
dominio eléctrico se conoce con el nombre de SCM (subcarrier multiplexing).
Surgen de este modo los llamados sistemas híbridos WDM-SCM.
Los sistemas de subportadoras multiplexadas (subcarrier multiplexing, SCM) se
utilizan comúnmente para la transmisión de señales de RF sobre enlaces de fibra
óptica. SCM es una técnica en la que una señal de banda ancha compuesta por
diversos canales multiplexados en frecuencia se aplica directamente a un láser
modulado en intensidad. Estos sistemas se caracterizan por acomodar en el
espectro tanto canales analógicos como digitales, transportando señales de voz,
datos, vídeo, audio digital, TV de alta definición, y cualquier combinación de
servicios que se desee. Cada usuario puede servirse con una única subportadora,
o bien distribuir una señal multicanal entre todos los usuarios. Su enorme
flexibilidad los hace muy atractivos en el caso de aplicaciones de banda ancha,
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
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especialmente si los servicios se originan desde distintos proveedores utilizando
esquemas de modulación y anchos de banda diferentes.
La mayoría de redes WDM transportan tráfico homogéneo, por ejemplo todos los
canales ópticos transportan tramas SONET (Synchronous Optical NETwork) OC48 (2,5 Gbit/s) y OC-192 (10 Gbit/s). Sin embargo, en el caso de tráfico no
homogéneo (bien analógico/digital, o bien digital con distintas velocidades y
formatos de modulación) resulta más eficiente acudir a soluciones alternativas. En
esta situación, la solución consiste en proporcionar un nuevo nivel de
multiplexación sobre cada uno de los canales ópticos, es decir SCM. De este
modo, se llega a un esquema de multiplexación híbrido WDM-SCM, en el cual, se
tiene un canal de información independiente por cada una de las subportadoras
que componen cada uno de los canales ópticos WDM.
Las señales SCM a diferentes longitudes de onda, provenientes de distintos
transmisores ópticos, pueden multiplexarse en el dominio óptico empleando un
combinador e inyectarse posteriormente en una misma fibra. En la figura 25 se
representa el espectro óptico típico de uno de estos sistemas. En especial,
algunas de las portadoras ópticas podrían estar moduladas directamente por una
señal digital en banda base. La ventaja de este esquema de multiplexación
conjunto es que permite enrutar cada portadora hacia un determinado nodo óptico
en función de su longitud de onda, y posteriormente seleccionar la subportadora
de cada usuario en el dominio eléctrico.
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
Figura 25. Espectro óptico del sistema WDM SCM
Fuente: Francisco Ramos. Sistemas de comunicaciones ópticas híbridos WDM - SCM. Página
Web: http://ttt.upv.es/~framos/index.html.
En combinación con la modulación directa, la técnica WDM-SCM no requiere una
circuitería compleja de estabilización de frecuencia. Además, no necesita control
de polarización ni filtros selectivos. La inclusión de nuevos usuarios se realiza de
forma flexible sin modificar la arquitectura de la red, simplemente acomodando
nuevos canales ópticos o subportadoras de RF. Por último, no es necesaria
ningún tipo de sincronización entre los transmisores y los receptores.
Una de las principales fuentes de degradación de los sistemas WDM-SCM es el
proceso no lineal de mezclado de cuatro ondas, él cual se produce a lo largo del
trayecto de propagación por la fibra óptica. Para evitarlo es indispensable trabajar
en zonas de dispersión cromática no nula. Es por ello que se utilizan las llamadas
fibras de dispersión desplazada casi nula (NZDSF, nearly zero dispersion-shifted
fiber), puesto que además se reducen los niveles de dispersión cromática. De
hecho, el efecto conjunto de la dispersión cromática y de la automodulación de
fase introducida por la fibra, esto en el caso de potencias ópticas elevadas, es la
principal causa de distorsión no lineal sobre la señal multicanal SCM a la salida del
fotodetector. Adicionalmente, otro factor perjudicial lo constituye la diafonía
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
producida por diversos efectos no lineales como por ejemplo la modulación de
fase cruzada o la dispersión estimulada de Raman. Finalmente, cuando los
canales SCM a una misma longitud de onda se introducen en el sistema
empleando transmisores ópticos distintos, la interferencia que se produce en el
fotodetector entre los espectros ópticos del ruido de fase de cada uno de los
láseres da lugar a un fondo de ruido que afecta principalmente a las frecuencias
bajas de la señal (menores de 1 GHz). Para evitarlo es necesario el empleo de
láseres con reducido ancho de línea.
5.3 Utilización en Costa Rica
5.3.1 Antecedentes
Desde la década anterior nuestro país comenzó a participar activamente en
proyectos de Cables Submarinos de fibra óptica. Es así que en octubre de 1993, el
ICE firmó el acuerdo de Construcción y Mantenimiento (C&MA) del cable
submarino
Columbus
II,
en
conjunto
con
más
de
60
compañías
de
telecomunicaciones. Éste cable parte de Cancún (México) y pasa por la Florida,
Saint Thomas (Islas Vírgenes de Estados Unidos), Islas Canarias, Islas Madeira y
Palermo. El ICE adquirió en el cable Columbus II cinco medios sistemas de 2
Mbps para conectarnos con los Estados Unidos y un medio sistema de 2 Mbps
para interconectarnos con España. El ICE se conecta a este cable en Cancún, a
través de la Red Regional Digital de Microondas que atraviesa toda Centroamérica
y a través de un enlace de fibra óptica en México. El cable Columbus II entró en
operación en 1994.
Luego, en diciembre de 1996, el ICE firmó el Acuerdo de Construcción y
Mantenimiento (C&MA) del cable Panamericano, que es un cable de fibra óptica
que parte de Árica (Chile) y va a Perú, Ecuador, Panamá, Colombia, Venezuela,
Aruba e Islas Vírgenes. El ICE adquirió en este cable, tres medios sistemas de 2
Mbps para conectarnos con Estados Unidos. El país se conecta a este cable en la
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
Ciudad de Panamá por medio de la Red Regional Digital de Microondas. Este
entró en operación en 1999.
Siguiendo con la participación de Costa Rica en Cables submarinos, se firma en
1998 el C&MA del cable Columbus III, que es un cable que parte de la Florida,
Portugal, España e Italia. Aquí, el ICE adquiere un medio sistema de 2 Mbps para
conectarse con Suiza. Igual que en los anteriores, no hay punto de aterrizaje en
Costa Rica, por lo tanto, se conecta en la Florida por medio de la Red Regional
Digital de Microondas. El Columbus III entró en operación en diciembre de 1999.
El otro proyecto importante es el cable Maya I. Éste fue instalado en el año 2000.
El cable submarino Maya I es una obra tipo consorcio que conecta a La Florida
(Estados Unidos), con Tolú (Colombia), pasando por Cancún (México), Puerto
Cortés (Honduras), Gran Caymán (Islas Caymán), Puerto Limón (Costa Rica) y
Colón (Panamá).
Se adquirió en este cable una capacidad inicial de 150 sistemas de 2 Mbps, sin
embargo, esta capacidad puede incrementarse fácilmente mediante una
ampliación de la capacidad instalada del cable. Para conectarse desde San José
al punto de aterrizaje en Puerto Limón, el ICE construyó un enlace de fibra óptica,
el cual consiste en un anillo autoprotegido con una capacidad de 2.5 Gbps, lo cual
permitirá ofrecer un acceso al cable de una alta calidad y confiabilidad.
El cable submarino Maya I está formado por un anillo autoprotegido de fibra óptica
en Jerarquía Digital Síncrona (Synchronous Digital Hierarchy, SDH), con 7 nodos:
Hollywood (Florida, Estados Unidos), Cancún (México), Puerto Cortés (Honduras),
Gran Caymán (Islas Caymán), Puerto Limón (Costa Rica), Colón (Panamá) y Tolú
(Colombia), con una longitud de 4 400 Km.
Arcos I es un cable submarino de fibra óptica que interconecta a 15 países en la
región del Caribe: Estados Unidos, Bahamas, Turks & Caicos, República
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
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Dominicana, Puerto Rico, Curacao, Venezuela, Colombia, Panamá, Costa Rica,
Nicaragua, Honduras, Guatemala, Belice y México.
Para construir y mantener el cable Arcos I durante los 25 años de vida útil, se
firmó el Acuerdo de Construcción y Mantenimiento (C&MA), documento
constitutivo del consorcio mediante el cual el ICE y RACSA pasaron a formar parte
del mismo.
El punto de aterrizaje está localizado en Cieneguita, 2 km al sureste de Puerto
Limón. La estación terminal, denominada Bri-Bri, se encuentra en el Cerro Garrón,
que es el punto de interconexión con el Sistema Nacional de Telecomunicaciones
(SNT), lo que permite una conexión rápida y flexible.
Inicialmente con este cable se adquirió una capacidad de 18 sistemas de 2 Mbps,
a cambio del uso de la infraestructura en la estación de Bri-Bri en Limón. La
distribución de los 18 sistemas fue de la siguiente manera:
•
12 son utilizados por el ICE
•
6 por RACSA.
Dentro de las características más importantes de esta obra se mencionan las
siguientes:
•
Conecta en forma indirecta 15 países.
•
Su capacidad inicial es de 15 Gbps equivalente a 6 048 sistemas de 2
Mbps.
•
Seguidamente, su capacidad final pasa a 960 Gbps equivalente a 387 072
sistemas de 2 Mbps.
•
Gran capacidad de ampliación, la primera permitirá un incremento de
10 080 sistemas de 2 Mbps adicionales.
•
Longitud: 8400 km.
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
Con el fin de interconectar la capacidad de los cables Maya 1 y Arcos I con el SNT
desde Puerto Limón hasta San José, el ICE construyó un moderno enlace de fibra
óptica, formado por un anillo físico auto protegido, que permite una restauración
automática en caso de falla en la fibra óptica. Este enlace está en operación desde
mediados del año 2000.
Actualmente el ICE trabaja en un proyecto para extender la cobertura de este
anillo hasta la costa pacífica, para tener conectividad en el futuro con cables
submarinos que lleguen al Pacífico y además, ofrecer un canal electrónico a través
de nuestro país que interconecte los diversos cables de la red mundial de cables
submarinos de fibra óptica.
La idea de esta introducción con información sobre los proyectos de cable
submarino de fibra óptica donde Costa Rica participa, es porque desde hace años
somos parte activa del desarrollo de las comunicaciones globales por medio de la
óptica.
Actualmente en Costa Rica se desarrolla el proyecto de Internet Avanzada, esto
ha dado luz verde a la realización proyectos que son la plataforma para que la
idea funcione correctamente. Uno de estos es el proyecto frontera – frontera.
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
Figura 26.Mapa de ubicación de los cables submarinos en los que participa Costa Rica
Fuente: Instituto Costarricense de Electricidad. Interconexión de Cables Submarinos.Página Web:
http://www.ice.go.cr
5.3.2 Proyecto Internet Avanzada
El número de usuarios que acceden a Internet y que han de compartir el ancho de
banda disponible se incrementa cada vez más. Al mismo tiempo, las empresas
han ido cobrando protagonismo en la red y esta se ha ido impregnando de un
carácter comercial en detrimento de sus objetivos iniciales, como lo eran
básicamente servir de enlace entre las comunidades científicas y académicas.
Así, cada día va tomando más fuerza la idea de la necesidad de una evolución a
nivel técnico y conceptual de la red Internet. Dentro de este marco, se están
implementando varias iniciativas, como las redes de alta velocidad para el trasiego
de información, en las que tanto el ICE como RACSA están abocados en la
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
actualidad, procurando acordar el mejor procedimiento para facilitar esta nueva
ventaja a la ciudadanía a la mayor brevedad de la forma más económica posible.
El proyecto de Internet Avanzada implica el establecimiento de una red de
enrutadores conectados por fibra óptica con capacidad para 10 Gbps, los cuales
permitirían el establecimiento de 100.000 líneas de acceso a Internet con
velocidades superiores a los 33 kbps, utilizando la red telefónica de cobre del ICE.
Actualmente, el ICE brinda el servicio a 300 clientes como parte de un Plan Piloto
a través de una red Digital Subscriber Line (DSL), mientras RACSA estudia, junto
con las autoridades y técnicos del ICE, la viabilidad de utilizar para ello su red
Asynchronuos Transfer Mode (ATM), ya en operación para el servicio inicial de
Internet.
El Plan Piloto implementado por el ICE tiene como objetivo la experimentación
para la interconexión de las centrales de San Pedro, San José, Pavas, Tibás y
Escazú, lo anterior implementado con la instalación de 350 líneas digitales con
conexión permanente de banda ancha, así como la puesta en servicio del
backbone central utilizando multiplexación óptica (DWDM) en anillos de 2.5 Gbps.
La Red Internet Avanzada, va a permitir evolucionar hacia una red de nueva
generación con capacidad adecuada para satisfacer las necesidades nacionales e
internacionales de conexión para el transporte de tráfico IP. Esta red soportará
nuevos servicios de conmutación de paquetes IP que permiten aplicaciones como
VPN (Redes Privadas Virtuales), Mensajería Unificada, Acceso a Internet, Voz por
IP, entre otros.
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
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5.3.3 Proyecto Frontera - Frontera
En Costa Rica, la tecnología utilizada en el proyecto “Frontera – Frontera” es la
multplexación densa (DWDM). Como tal, el proyecto supone un inicio en esta
técnica de multiplexación en el país.
Esta red en fibra óptica permitirá el transporte de todo el sistema nacional de
infocomunicaciones, incluirá un 40% de tráfico tradicional nacional, un 10% de
capacidad internacional (Maya, Arcos u otro en el Pacífico), 15% de capacidad
empresarial, 15% de tráfico móvil, 20% de reserva y otras conexiones.
El proyecto en total se constituye por cinco anillos principales, distribuidos por todo
el territorio nacional. Además, el proyecto se planeó para aprovechar la
arquitectura SDH, ya implementada en el país. A continuación un mapa del
proyecto.
Figura 27.Mapa del proyecto frontera = frontera.
Fuente: Instituto Costarricense de Electricidad. Interconexión de Cables Submarinos.Página Web:
http://www.ice.go.cr
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
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Los anillos son el anillo Norte, el Central Norte, el Central Sur, Metropolitano y el
Sur. Según comentario de trabajadores del ICE, el anillo Metropolitano aunque
tiene forma de ocho, lógicamente trabaja como anillo, ya que la estructura de anillo
es lógica no física. También, se piensa implementar anillos lógicos SDH sobre los
anillos físicos.
La estructura de anillo se escoge porque es la más segura de todas las
arquitecturas, ya que si existe un corte en alguna de las líneas siempre existe un
camino de respaldo para la información.
A estos funcionarios, que aceptaron dar una explicación del proyecto se le
realizaron varias preguntas sobre el por qué de la escogencia de DWDM y no
CWDM en el proyecto frontera – frontera. La razón básica es que en Costa Rica lo
que se está implementando es una red de transporte, y como se ha mencionado
desde los capítulos anteriores, CWDM al introducir una menor cantidad de
longitudes de onda en la fibra, reduce su capacidad de transporte de información,
es por dicha razón que su implementación ha sido en distancias cortas. Eso
significa, que su implementación más importante se encuentra en las redes de
acceso y en las redes metropolitanas.
Porque además con el proyecto se quiere transmitir información sobre los 10 Gbps
en enlaces con distancias, en algunos casos, superiores a los 80 km, de ahí que
con las características mencionadas de CWDM, se recomienda su uso en
distancias menores a los 50 km.
También, los funcionaros del ICE explicaron que cuando se comenzó a gestar la
idea del proyecto frontera – frontera allá por el año 1999, la tecnología CWDM no
se había empezado a desarrollar, sólo se encontraba en el mercado la tecnología
DWDM. Él indicó que cuando llegaron a promocionar dicha tecnología por primera
vez fue la empresa Fujitsu, pero presentaba un gran problema, el SDH debía ser
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
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propietaria para conectarse. Eso significa que la marca del SDH debía ser la
misma del sistema de multiplexación, porque sino es incompatible, y en la
actualidad funciona equipo Alcatel, Ericsson, entre otros.
También, otro punto en contra que comentaron los funcionarios del ICE es que
casi todo el sistema CWDM es pasivo, o sea va a agregar una mayor cantidad de
pérdidas que perjudicarían la información, mientras que los elementos de DWDM
son activos.
Otra razón encontrada es que del proceso de planeación se encontró que debía
implementarse 32 longitudes de onda multiplexadas en cada fibra, situación que
solo DWDM podría cubrir, ya que aún con los avances mencionados en la sección
5.1 de este trabajo, lo máximo que se llega es a 18 longitudes, y en ese tiempo
eran 8.
Se mencionó como aspecto negativo también, que CWDM no tenía esquemas de
protección que si tiene DWDM, entonces que cuando ocurriera una falla no había
una respuesta adecuada para que el sistema siguiera funcionando. Pero, esta idea
de falta de protección, se debe a que la propuesta de Fujitsu no presentaba dichos
esquemas, aunque en otros partes como Europa se implementan sistemas con
esquemas de protección.
Como último punto que explicaron los funcionarios del ICE es que el tipo de fibra
que recomendaba Fujitsu no iba a ser compatible con el sistema que se pensaba
implementar, sólo que no precisó cuál era ese tipo de fibra.
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CAPÍTULO VI: Conclusiones y Recomendaciones
6.1 Conclusiones
Las cinco partes elementales que constituyen un sistema de comunicaciones
ópticas son: una fuente, un transmisor, un medio de transmisión, un receptor y un
destino. Este tipo de enlace es un caso particular de un sistema de
telecomunicación, la diferencia está en la banda de frecuencias que emplea para
realizar la transmisión.
Existen diferentes tipos de fibras, éstas se pueden clasificar por el número de
modos (rayos) guiados en ellas, en fibras monomodo (sólo un modo guiado) y
fibras multimodo (más de un modo guiado). La fibra óptica monomodo se ha
convertido en el medio más elegido para comunicaciones de alta velocidad y gran
distancia, mientras que la multimodo se utiliza en aplicaciones de corta distancia y
velocidades moderadas. En la actualidad, los avances logrados en la fibra han
permitido una mayor utilización del espectro de frecuencias permitiendo el envío
de una mayor cantidad de información.
Los sistemas ópticos han pasado por cinco estados. Siendo el último estado de los
sistemas ópticos los de quinta generación, basados en la transmisión de solitones.
Un solitón es un pulso ultracorto que preserva su forma temporal (no se ensancha)
a lo largo de la propagación a través de la fibra, sólo con la aparición del
amplificador de fibra dopada con erbio es que los solitones han dejado de ser
curiosidad para convertirse en una técnica de gran utilidad en la transmisión de
alta velocidad.
Los dos elementos que limitan a la fibra óptica como medio de transmisión son la
atenuación o pérdida de la potencia de la señal, y la dispersión, mecanismo que
provoca el ensanchamiento temporal de los pulsos transmitidos por la fibra y que
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
limita la máxima velocidad de transmisión digital que puede soportar para evitar la
interferencia entre símbolos. Los últimos avances en la construcción de la fibra ha
permitido que estos efectos se minimicen. Además, las técnicas de envío de
información han mejorado para evitar severas pérdidas debido a estos factores.
Los dos métodos tradicionales para la multiplexación de señales en un sistema de
fibra óptica que utiliza luz coherente (láser), han sido multiplexación en división de
tiempo TDM (Time Division Multiplexing) y multiplexación en división de frecuencia
FDM (Frecuency Division Multiplexing). Recientemente, en el mercado ha entrado
la multiplexación en división de longitud de onda WDM (Wavelength Division
Multiplexing), que al contrario que los dos anteriores, cada señal tiene una
frecuencia láser diferente, de tal manera que se puede filtrar en el receptor.
Porque FDM es una técnica donde se subdivide en bandas todo el espectro de
frecuencias, por lo cual, pueden ser señales de diferentes frecuencias que se
modulan con subportadoras. Por otro lado, TDM es tomar muestras en base al
teorema de muestreo, funcionando como un multiplexor donde se tienen muchas
señales a la entrada y una a la salida que es la combinación de todas, donde el
receptor está sincronizado para poder diferenciar las señales.
Desde la década de los 80, se demostró que la avalancha de demanda que se
avecinaba no podía ser suplida por la técnica de modulación TDM. Por lo cual, se
desplegó la técnica WDM, que aprovechó los avances en los instrumentos de
emisión ópticos, en las fibras, entre otros aspectos. En multiplexación de longitud
de onda (WDM) muchas señales pueden ser transmitidas simultáneamente por
una sola fibra, modulando señales discretas en diferentes bandas de frecuencia.
Finalmente, a finales de los 90, los sistemas densos (DWDM) llegaron a ser una
realidad cuando gran número de servicios y multitud de longitudes de onda
comenzaron a coexistir en la misma fibra, llegando a enviar 32/40/64/80/96
longitudes de onda a 2,5 Gbps y 10Gbps. Siendo está la solución para redes de
transporte pero con un costo alto.
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Multiplexación por División de Longitud de Onda Esparcida (CWDM)
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En los últimos años, al ver el costo tan alto de DWDM aparece CWDM. Una
técnica de menor costo, siendo una opción a considerar en redes locales y
metropolitanas. Su canales presentan una separación de 20 nm, mucho mayor
que la separación de DWDM. Se puede transmitir en las cinco ventanas ópticas,
cuestión que no se puede en DWDM. Alcanzando velocidades similares a las
obtenidas en DWDM, no se ocupan repetidores para distancias menores a 50 km,
ni tampoco láseres tan finos.
Las partes principales de un sistema CWDM son: multiplexor por división de
longitud de onda, láseres sin refrigeración, filtros ópticos, el medio de transmisión
(el cable de fibra óptica, siendo éstas de espectro amplio) y un demultiplexor por
división de longitud de onda. Otro equipo que se podría utilizar sería multiplexor
por longitud de onda ADD-DROP (ADM).
Actualmente, el número de canales en los sistemas instalados es de 16, utilizando
las fibras de pico de agua cero. Esto porque las fibras convencionales permiten 8
canales en las bandas S – C – L y 4 canales en la banda O. Pero, con la
introducción de este tipo de fibra se introducen 4 canales más en la banda E.
Manteniendo siempre la distancia de 20 nm entre canales, según la rejilla
estandarizada por la ITU – T, y no sucede como en DWDM donde dependiendo
del rango del sistema, el espaciamiento entre canales puede variar.
La diferencia entre WDM, DWDM y CWDM es fundamentalmente que los espacios
en CWDM son más abiertos que los considerados en WDM y DWDM. Aunque
tiene una menor capacidad de canales, pero permitiendo el uso de equipo menos
sofisticado y más barato.
La combinación del sistema CWDM con DWDM puede ser en un futuro una gran
inversión, ya que modulando dentro de los canales de CWDM en las bandas
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C – L, canales DWDM se puede introducir una gran cantidad de información,
permitiendo en una red metropolitana un ancho de banda como si fuera red de
transporte.
Además, si se implementa una red nueva, el costo de CWDM es menor, y al existir
un espaciamiento mayor entre canales, este tipo de sistema se puede ampliar sin
la necesidad de una gran inversión, porque por ejemplo, en DWDM al ser tan
pequeños los espaciados, para querer introducir más canales se deben de
introducir láseres y equipo más fino, aumentando el costo.
En Costa Rica, los sistemas DWDM se utilizarán en el proyecto del Instituto
Costarricense de Electricidad (ICE) llamado “Frontera-Frontera”, el cual supone un
inicio en esta técnica de multiplexación en el país. Esta red en fibra óptica
permitirá el transporte de todo el sistema nacional de infocomunicaciones, incluirá
un 40% de tráfico tradicional nacional, un 10% de capacidad internacional (Maya,
Arcos u otro en el Pacífico), 15% de capacidad empresarial, 15% de tráfico móvil,
20% de reserva y otras conexiones.
6.2 Recomendaciones
Se recomienda crear mayores espacios de aprendizaje para CWDM, porque por la
información que se obtuvo del proyecto, esta tecnología no se consideró porque
en ese momento no existía. Este aprendizaje se podría realizar por medio de
publicaciones o con la creación de un curso que cubra este sistema de
multiplexación, ya que como se mencionó en la investigación, es una buena
posibilidad para solucionar problemas de tráfico, de ancho de banda disponible en
las redes metropolitanas y de transporte. Además, CWDM combinado con otras
técnicas de multiplexación puede formar sistemas con una gran capacidad a las
redes de comunicaciones.
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También mención aparte merece UDWDM (ultra dense WDM, WDM ultra denso),
técnica que podría ser motivo de una investigación más afondo, ya que se
presenta como una opción para incrementar aún más la cantidad de canales de
WDM, ya que como su nombre lo menciona, la distancia entre las distintas
longitudes de onda es menor que hasta para DWDM, lo que hace que el equipo
necesario sea tan fino como para DWDM. Si eso es lo que se busca en un futuro.
Es muy recomendable un estudio a fondo de la combinación de CWDM y DWDM,
porque UDWDM es más caro, pero con el proyecto frontera – frontera en marcha
sería interesante evaluar esta nueva práctica, porque se puede aprovechar la
instalación ya hecha, y añadir un mayor número de canales que aprovecharían las
demás bandas, siendo estos canales de emergencia en caso de una falla.
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