FTTH: Tecnología de Fibra hasta el Hogar Explicada

Infraestructura de Redes de Datos y Telefonía
Fibra hasta el Hogar
1.
ANTECEDENTES
Ancho de Banda: ¿Qué es y por qué lo quieres?
¿Pero por qué querrías conectividad gigabit en primer lugar? Bueno, para empezar, el
consumo de ancho de banda en hogares y negocios está creciendo rápidamente. A
principios de la década de 1990, cuando los módems de 14,4 kbps eran estándar,
muchas personas se preguntaban por qué necesitaríamos una conectividad más
rápida. Sin embargo, a medida que aumenta la disponibilidad en ancho de banda y
avanza la tecnología, todo el ancho de banda en oferta será eventualmente utilizado
conforme los desarrolladores introducen aplicaciones y servicios que requieren mayor
ancho de banda comparado con sus predecesores.
Actualmente, Netflix recomienda una conexión de 25Mbps para ver calidad Ultra HD.
Una familia de 4 transmitiendo en diferentes dispositivos puede utilizar potencialmente
la capacidad total de una conexión de 100Mbps de un hogar.
El tráfico de internet global, el cual se ha duplicado cada dos años, crecerá aún más
rápido debido al incremento en la aceptación de la informática móvil y los teléfonos
inteligentes.
Se espera que 5G, el próximo estándar en tecnología móvil, entregue velocidades de
más de 10 Gbps. La transferencia de datos podría ser hasta 150 veces más rápida que
4G. Esto se verá impulsado por la gran necesidad de transmisión de video de alta
definición a dispositivos móviles.
El video requiere un gran ancho de banda y la confiabilidad de la red para presentar un
flujo continuo de imágenes, especialmente debido a que cada vez más personas miran
cosas diferentes al mismo tiempo en una sola red.
También estamos viendo la llegada de HDTV 3D, 4K e incluso 8K, y video de realidad
virtual (VR). Sin mencionar las innovaciones que requieren gran cantidad de ancho de
banda, como Internet de las cosas, servicios y aplicaciones en la nube, edificios
inteligentes, realidad virtual y aumentada, tráfico autónomo y tecnología blockchain.
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La evolución de las redes de fibra. Pero,
¿por qué es tan especial la fibra?
Con el auge de las aplicaciones en la nube, el Internet de las cosas y las ciudades
inteligentes, así como la llegada de 5G, la necesidad de redes de gran ancho de
banda, de baja latencia y a prueba de futuro está aumentando aún más. Además, la
demanda por ancho de banda simétrico, ha crecido significativamente, ofreciendo un
rendimiento comparable tanto para la descarga como para la carga. Los usuarios
esperan una conectividad ubicua, lo que significa que siempre funciona.
Sin fibra, muchas cosas en las que confiamos todos los días serían
imposibles: operaciones bancarias, trabajo desde el hogar,
compras en línea, transmisión de audio y video, uso de teléfonos
móviles y tabletas, y aplicaciones de atención médica.
El cable de fibra óptica es una solución clave para dar cabida a las aplicaciones
actuales, así como a las tecnologías futuras.
Los vehículos autónomos, por ejemplo, producirán grandes cantidades de datos, de los
cuales se enviará una gran cantidad a la nube. Además, los conductores tendrán
amplias oportunidades de trabajo y ocio en el automóvil, lo que significa aún más
consumo de ancho de banda.
Las ofertas de fibra en cuanto a capacidad son lo suficientemente grandes como para
proporcionar la columna vertebral de todas las redes clave actuales: internet, televisión
por cable, teléfono (incluido el móvil), empresas privadas y centros de datos. La fibra
satisface la creciente demanda de transmisión de video, que actualmente representa el
70 por ciento del tráfico de Internet.
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¿Por qué luz?
¿Por qué transmitir datos usando luz en lugar
de, por ejemplo, usar pulsos eléctricos?
Simple: la luz es increíblemente rápida. La
velocidad de la luz en el vacío es de unos
300,000 kilómetros por segundo, y solo un
tercio más lenta, alrededor de 200,000
kilómetros por segundo, cuando viaja a
través de un cable de fibra óptica. Hay
algunos cables coaxiales que funcionan
mejor que esto, pero estas líneas de
transmisión coaxiales necesitan muchos más
amplificadores que las líneas de fibra óptica,
por lo que la tecnología de fibra óptica es la
solución de transmisión más rápida para
líneas de larga distancia.
Una fibra óptica contiene un núcleo (core) de
vidrio a través del cual viaja la luz. Alrededor
de este núcleo hay otra capa de vidrio
llamada "revestimiento" (cladding), que
asegura que la luz no escape del núcleo.
Una técnica óptica conocida como 'Reflexión
interna total' mantiene la luz dentro del
núcleo. Un recubrimiento (coating) de
polímero protector protege el vidrio del
revestimiento de la humedad, la suciedad y
el daño. El diámetro total de una fibra óptica
es de 250 μm o 1/4 de milímetro.
Por sí sola, la delgada fibra óptica no es lo suficientemente robusta como para ser
manipulada y expuesta al mundo exterior. En los cables, la fibra óptica está protegida
de la tensión mecánica por un material de refuerzo muy resistente (hilos de aramida).
La cubierta exterior proporciona protección ambiental contra elementos tales como el
polvo y el agua.
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2.
INTRODUCCIÓN
FTTH hace referencia al tipo de línea de internet que llega hasta tu casa, es
decir, desde la central de tu ISP (proveedor de internet) más cercana hasta dentro de
tu casa.
En función del alcance físico de la fibra óptica en red se puede hablar de
distintas tecnologías:
•
FTTN (Fiber to The Node): la red en fibra óptica llega hasta la central del
operador, y es utilizada con finalidades de transporte a nivel regional o de larga
distancia.
•
FTTC (Fiber to The Cabinet): la red en fibra óptica llega hasta el armario del
operador situado en la calle, en proximidad al cliente.
•
FTTB (Fiber to The Building): la red en fibra óptica llega hasta el edificio del
cliente.
•
FTTH (Fiber to the Home): la red en fibra óptica llega hasta el hogar/oficina del
cliente.
La tecnología FTTH es la única que puede garantizar una velocidad de
transmisión de hasta 1 Gigabit por segundo, tanto para la descarga como para la
carga, permitiendo el máximo rendimiento. Rendimiento que no se puede lograr con
redes de cobre (ADSL) o fibra/cobre (FTTC).
Este bucle de abonado totalmente óptico, desde la central hasta el hogar, se
fundamenta en una red óptica pasiva, denominada GPON. Este tipo de arquitectura
utiliza exclusivamente elementos pasivos para guiar la distribución ascendente y
descendente del tráfico por la red, siendo el principal dispositivo el divisor óptico
(splitter).
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 GPON
Gigabit Passive Optical Network
Red óptica pasiva con capacidad de gigabit, no necesita elementos activos para
realizar su transmisión. Es una red punto/multipunto, salimos con una única fibra y
podemos suministrar a varios usuarios. Además es bidireccional en una misma fibra
realizamos transmisión (TX) y recepción (RX).
 Fibra óptica: tubo de cristal por donde hacemos pasar una luz (laser), esta luz
puede ser visible o no visible, dependiendo de las diferentes longitudes de onda.
Propagación de la luz: ¿monomodo o multimodo?
Un 'modo' es la ruta que sigue un rayo de luz a medida que viaja a lo largo de una fibra
óptica. La fibra multimodo permite que la luz viaje a lo largo de muchas rutas diferentes
a lo largo del núcleo de la fibra. La fibra monomodo, utilizada en todas las líneas de
larga distancia y las implementaciones FTTH actuales.
En una fibra óptica monomodo, la señal viaja
directamente por el centro. Esto permite
transportar señales a distancias de hasta 100
km y aún así ser utilizable. Las aplicaciones
típicas incluyen redes de telecomunicaciones,
campus, TV por cable o complejos industriales.
La Fibra Multimodo tiene un núcleo más grande
(diámetro típico de 50 um) en comparación con
la fibra monomodo(diámetro aproximadamente
de 9 um), lo que hace menos costoso realizar
conexiones y permite el uso de fuentes de luz
VCSEL, que pueden ser significativamente
menos costosas que los láser. Sin embargo,
aunque el costo de conexión es menor que el de
las fibras monomodo, la distancia sobre la que
se pueden transmitir los datos es mucho más corta. La fibra multimodo se encuentra
comúnmente en aplicaciones de radiodifusión, transmisión de audio / video de corta
distancia, redes de área local y centros de datos.
La luz, como el sonido, se compone de ondas vibrantes. La luz puede tener diferentes
longitudes de onda, y las percibimos como diferentes colores en el espectro visible.
Estas longitudes de onda se pueden expresar en nanómetros (nm), una milmillonésima
parte de un metro. Nuestros ojos ven longitudes de onda entre 420-440 nm como tonos
de azul. Longitudes de onda más largas, de 650 a 700 nm, las vemos como rojo.
A medida que la luz viaja, pierde algo de su intensidad. Esto se llama 'atenuación'.
Cuanto mayor es esta atenuación, más débil es la señal al final de la línea. En fibra
óptica, mayores longitudes de onda significan menor atenuación, lo que resulta en una
mejor calidad de la señal. Se usan longitudes de onda en la región infrarroja, las cuales
son invisibles para el ojo humano. Aproximadamente a 1550 nm, la atenuación es
relativamente baja en el vidrio, por lo que esta longitud de onda se usa comúnmente
para redes de larga distancia.
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La Fibra Monomodo utiliza longitudes de onda
entre 1260 nm y 1625 nm. La luz se propaga
a lo largo de una trayectoria única debido a
que su longitud de onda es casi igual al
diámetro del núcleo (~9 um) de la fibra.
La Fibra Multimodo opera en longitudes de
onda entre 850 nm y 1300 nm. Podemos
distinguir dos tipos de multimodo - Tipo 1:
índice escalonado - el material del núcleo
(diámetros de 50 um y 62.5 um) y del
revestimiento tienen un índice de refracción
diferente. Tipo 2: índice graduado: el índice de
refracción del material del núcleo es variable.
Esta es una función parabólica de la distancia
radial desde el centro.
La luz no visible está formada por tres zonas o ventanas:
 1° ventana 850nm
 2° ventana 1300nm
 3° ventana 1550nm
Los elementos de red que delimitan el bucle de abonado óptico se conocen
como terminación de red óptica u OLT (Optical Line Termination) en el lado del
operador, y unidad de red óptica u ONT (Optical Network Terminal) en el lado del
usuario.
Debido a que la transmisión a través de la fibra es bidireccional, cada sentido
emplea una longitud de onda diferente para evitar interferencias.
Sentido descendente (Downstream)
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En el sentido descendente se asigna una longitud de onda para el tráfico de
datos y telefónico de 1.490 nm. En esta dirección la red GPON se comporta como una
red punto-multipunto, donde la OLT envía una serie de contenidos hacia el divisor, el
cual divide la señal de luz hacia todas las unidades ONT. Según se haya diseñado la
red, pueden encontrarse una serie de divisores pasivos en distintos emplazamientos
hasta alcanzar los clientes, configurando una topología en árbol. Cada OLT puede
soportar hasta 64 ONT, aunque cada ONT sólo es capaz de procesar el tráfico que le
corresponde.
En este sentido puede asignarse otra longitud de onda (1.550 nm) para difundir
toda la banda de radiofrecuencia (RF) utilizada para televisión (RFoG, RF over Glass).
En este caso el ONT dispondrá de una salida coaxial de vídeo RF, que incluirá todas
las señales de televisión.
Sentido ascendente (Upstream)
En sentido ascendente se asigna para el tráfico de datos una longitud de onda
de 1.310 nm. En esta dirección la red GPON actúa como una red punto a punto donde
las diferentes ONTs transmiten sus datos hacia la OLT por la misma unidad divisora
pasiva. En este sentido, la unidad divisora, hace las funciones de un agregador, de
modo que todo el tráfico procedente de las ONT se recolecta sobre la misma fibra
óptica que envía el tráfico downstream. Para evitar colisiones, cada ONT sólo transmite
su información en slots de tiempo (modo ráfaga) predeterminados por la unidad OLT.
En el sentido descendente todos los usuarios (ONT) reciben la misma
información. Por ejemplo, el usuario 1 recibe a 1.490 nm sus datos (A) más los datos
del resto de usuarios (B y C), pero su ONT solo será capaz de procesar los datos que
le corresponden (A). El mismo usuario 1 también recibe a 1.550 nm, al igual que los
otros abonados, la banda de radiofrecuencia que incluye las señales de TV (Video RF).
En sentido ascendente cada ONT trasmite hacia el OLT sus propios datos a
1.310 nm pero en tiempos diferentes para evitar colisiones. Por ejemplo, primero el
usuario 1 transmite hacia la OLT su información (A’), después el usuario 2 transmite
sus datos (B’) y posteriormente el usuario 3 transmite sus datos (C’).
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3.
ESTRUCTURA
Tres elementos fundamentales:
OLT (Dependencias de la operadora), su función es unir los clientes con las
redes de transporte (redes ip).

Algunas características de la OLT:
 Agrega tráfico y lo encamina hacia los clientes.
 Posee muchas salidas con una potencia óptica que ronda los 3 dBm (2mW) y
cada salida puede alimentar hasta unos 64 usuarios (ONTs), usando divisores
pasivos.
 La capacidad máxima actual de cada salida de la OLT es de 2,5 Gbps de
bajada y 1,25 Gbps de subida.
 La distancia máxima entre la OLT y el usuario (ONT) es de 20km.
Splitter, elemento pasivo que permite que la entrada de luz de una fibra se
divida en varias salidas de fibra. Suele tener una estructura de 2 etapas de división:

 1° etapa de 1:2 o 1:4
 2° etapa de 1:8 o 1:16.
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Con ello se puede obtener que con una única salida de fibra podamos llegar a
16, 32 o 64 clientes.
En la red GPON se usan dos combinaciones para obtener la segregación de 64
fibras a partir de una:


1:4
1:8
+
+
1:16
1:8
obteniendo 1:64
obteniendo 1:64
ONT, elemento activo dentro del hogar del cliente que convierte la señal óptica
en señal eléctrica.

Lo instala la compañía telefónica en la vivienda y se conecta a la roseta de fibra,
posee conectores RJ45 y RJ11 como salidas, además algunos modelos poseen con
conector F para cable coaxial.
Hay dos tipos de ONT:
1º ONT con tres longitudes de onda:



1310 nm en el enlace ascendente (Upstream),
1490 nm para el enlace descendente de datos (Downstream)
1550 nm para el enlace descendente de TV (Downstream CATV). El ONT tiene una
salida con conector F para cable coaxial (RF Overlay), este sistema consiste en
transmitir canales de radiofrecuencia de forma lineal (analógica) sobre fibra óptica
utilizando un modulador óptico llamado VPON. Este sistema está en decadencia
ganando terreno el sistema IPTV donde la señal óptica es modulada digitalmente.
2º ONT con dos longitudes de onda:


1310 nm en el enlace ascendente (Upstream)
1490 nm para el enlace descendente (Downstream). La señal de TV se transmite
mediante IP (IPTV). En este caso puede instalarse un descodificador adicional si la TV
no es SmartTV, que se conecta entre la TV y el ONT.
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4.
TRAMOS DE LA RED
CENTRAL (Dependencias de la
operadora): formado por la OLT, ROM y
Sala de cables.

OLT  Optical Line Terminator:
concentrador de toda la información que
llega de los clientes que sale hacía la Red
IP. Partes que lo forma:
•
•
•
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Alimentación.
Refrigeración o ventilación.
Tarjetas de control
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El OLT está ubicado dentro de un armario rack, con su sección de alimentación
respaldada por baterías y su bastidor, donde se colocan las tarjetas de 4, 8 o 16
puertos PON, dependiendo del número de clientes al que vaya a abastecer.
ROM/ODF Repartidor Óptico Modular: unir los cables de fibra de las tarjetas
de control de la OLT con lo cables las fibras del cable de alimentación.
A cada uno de los puertos GPON del OLT se conectan las fibras que van al
repartidor óptico ROM, armario donde se organizan y conectan las fibras que vienen
desde la galería de cables. Se unen mediante conectores enfrentados.
GALERÍA DE CABLES  Recinto subterráneo debajo del ROM donde se
concentra todo el cableado de la central antes de salir por los conductos que van a la
calle.

RED DE ALIMENTACIÓN
Es la parte troncal de la red,
encargada de llevar la señal desde la
OLT hasta los puntos de distribución
situados en la calle, generalmente cajas
de empalme o de derivación, llamados
FDT, es en estos puntos donde se
instala el divisor de primer nivel y a partir
de este se despliega el siguiente tramo
de la red, la red de distribución.
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
RED DE DISTRIBUCIÓN
Es el tramo de red que se ocupa de
conectar el divisor de primer nivel con el
divisor de segundo nivel, conectando de
esta manera la red de alimentación con el
tramo de red final que lleva la señal al
usuario, la red de dispersión.

RED DE DISPERSIÓN
También se puede llamar red de acometida. Es el tramo final de la red, es la que
discurre generalmente por el canalizado común de los edificios o urbanizaciones y lleva la
señal directamente al punto de acceso al usuario.
5.
ELEMENTOS DE LAS REDES

RED DE ALIMENTACIÓN
La primera cámara de registro en la calle junto a la central es la cámara cero
(CR0). De ella parten en diferentes direcciones las canalizaciones que conectan con el
resto de cámaras de registro de la red de alimentación. En estos recintos ubicados bajo
las calles se instalan cajas de empalme estancas, donde se realiza el primer nivel de
división 1:4 de las fibras antes de salir hacia la red de distribución que llega a los
edificios desde las canalizaciones laterales.
Las cajas de empalme o cajas de fibra
óptica se utilizan para la fusión y distribución del
cableado, ya que tienen la posibilidad de
contener un divisor óptico en su interior. Se
pueden instalar tanto en las cámaras de acceso
donde iría incluido el divisor de primer nivel o
también en arquetas o fachadas.
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
RED DE DISTRIBUCIÓN
Las CTO (Caja terminal óptica) son el elemento principal de la red de
distribución. En ellas se toma una de las fibras del cable que viene desde la cámara de
registro más próxima y se realiza un segundo nivel de división, mientras se dejan pasar
el resto de fibras del cable hacia la siguiente CTO. Gracias al split óptico que hay en su
interior se pueden obtener hasta 16 nuevas fibras que serán las acometidas que suben
al domicilio del cliente.
Las hay de varios tipos y tamaños según su ubicación y el número de clientes al
que abastecen. Las podemos encontrar habitualmente en fachadas de edificios
antiguos que no tienen infraestructura interior de telecomunicaciones, en postes, en
armarios de pedestal en la calle o en el cuarto de comunicaciones RITI de edificios de
nueva construcción
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
RED DE DISPERSIÓN
Desde la base de la CTO parten las acometidas. Un
retenedor en la fachada a la altura del domicilio del cliente
garantiza que el cable queda tenso antes de introducirse en el
interior del edificio. Una vez allí se utiliza un roseta en paso PTO
para empalmar mediante fusión a un cable de color marfil más
adecuado para interiores y con este se llega a la roseta óptica
final, que será a la que se conecta el ONT.
La roseta es el Punto de Terminal Óptico (PTO) en el
domicilio del cliente, proporcionando además protección mecánica
del empalme y capacidad para la organización de las fibras ópticas.
También se puede utilizar en interior de edificios como elemento de
transición entre tramos de distintos cables ópticos de acometida.
En el caso de los edificios de nueva construcción posteriores a marzo de 2011, a
la CTO de interior se le llama módulo de operador. Se instala junto a los módulos de
otros operadores en el cuarto RITI. Encima de los módulos de los operadores se sitúa
el módulo de clientes, con conectores de entrada a las fibras que suben a cada planta
en el cable riser. Para dar una nueva alta el instalador solo debe enlazar mediante un
latiguillo el puerto del módulo de clientes con el puerto del módulo de operador
correspondiente.
Las fibras que suben en el cable riser a cada planta
se conectorizan en una caja de derivación situada en el
rellano, para poder conectar fácilmente nuevas acometidas
que finalmente entran en el domicilio del cliente a través de
tubo corrugado para acabar en el PTRO.
La
CDP (Caja Distribuidora
de Planta):
Se
utiliza en edificios con ICT cuando hay más de 15 PAUs ,
en este caso se hacen segregaciones en planta de las
fibras contenidas en el cable riser (multifibra). Contiene
entrada y salida para el cable riser junto con bandejas para
fusionar las fibras segregadas que partirán, mediante
acometidas, hacia los PAUs de esa planta y/o de varias
plantas (dos fibras por vivienda).
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Cable riser, cable en vertical que se va segregando en cada planta.
Cable FLAT, es un cable de fibra óptica autosoportado diseñado para tendidos entre
postes, únicamente con anclajes entre puntos sin cables fiadores ni guías.
Cable DROP,es un cable que resiste a inclemencias dado que su núcleo está cubierto
por fuera por un polímero; este cable lleva un refuerzo conformado por alambre
galvanizado de acero que le ofrece aún mayor resistencia y es usado en entornos de
intemperie.
6.
TÉCNICAS

TÉCNICAS DE MULTIPLEXACIÓN
La capacidad total de transmisión de una fibra
óptica es amplia e idealmente debería ser
compartida por múltiples clientes. Una
tecnología llamada "multiplexación" permite
que una sola fibra sea utilizada para
transportar múltiples señales o servicios.
 Multiplexación en el Dominio del Tiempo (TDM) – creando un tren con
vagones en la ferrovía de la información.
Con la Multiplexación en el Dominio del Tiempo (TDM), los servicios para diferentes
clientes se envían y reciben como paquetes en "espacios de tiempo" específicos. TDM
se puede comparar como un tren con varios vagones, y cada vagón contiene cierta
cantidad de información para un cliente específico. Los vagones viajan en secuencia
sobre la ferrovía de la información. Al final de la línea, los vagones se separan y se
entregan al cliente correcto.
Las técnicas de TDM se utilizan en redes punto a punto de larga distancia, pero
también en las redes ópticas pasivas (PON) de FTTH. La multiplexación y
demultiplexación se realiza en el equipo electrónico como el OLT (Optical Line
Termination) en la oficina central y en la ONU (Optical Network Unit) en el suscriptor.
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 Multiplexación por División de Longitud de Onda (WDM) - creando
múltiples carriles en la autopista de la información
Con la multiplexión por división de longitud de onda (WDM), los diferentes servicios se
transmiten a diferentes longitudes de onda y estas señales no interferirán entre sí.
Podríamos comparar WDM con una autopista futurista de varios carriles.
Cada automóvil en la carretera tendría su propio carril, donde puede viajar a su propia
velocidad sin la interferencia del tráfico en los otros carriles. Se pueden combinar
muchas diferentes longitudes de onda en una sola fibra usando un dispositivo llamado
'multiplexor' (MUX). En el extremo receptor, la señal combinada es 'descifrada' por un
demultiplexor (DEMUX). De esta manera, muchas señales diferentes pueden
transmitirse a través de una sola fibra al mismo tiempo. En lugar de una secuencia de
datos, puede enviar y recibir muchas secuencias, aumentando la capacidad del cable.
La multiplexación por división de longitud de onda densa (DWDM) se refiere a las
señales que se 'multiplexan' dentro de un rango específico de longitudes de onda,
alrededor de 1550 nm. Los amplificadores de fibra dopada con Erbio (EDFA o Erbium
Doped Fiber Amplifier) son particularmente efectivos para longitudes de onda entre
1525-1565 nm y 1570-1610 nm aproximadamente. De esta manera, grandes
volúmenes de datos pueden ser recibidos y transmitidos en una sola fibra a distancias
muy largas. Normalmente se usan 40 canales DWDM por fibra, pero es posible subir
hasta 128 canales. Agregar canales en lugar de introducir más fibra y otros
componentes de red puede ampliar la capacidad de la red sin la necesidad de instalar
cables nuevos. Al introducir amplificadores ópticos que "aumentan" la señal, se pueden
lograr distancias de hasta 1000 km. Otra variante es la multiplexación por división de
longitud de onda gruesa (CWDM), que permite hasta 18 canales por fibra.
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