Las fibras ópticas son filamentos de vidrio de alta pureza
extremadamente compactos: El grosor de una fibra es similar a la de un cabello
humano. Fabricadas a alta temperatura con base en silicio, su proceso de
elaboración es controlado por medio de computadoras, para permitir que el
índice de refracción de su núcleo, que es la guía de la onda luminosa, sea
uniforme y evite las desviaciones, entre sus principales características se
puede mencionar que son compactas, ligeras, con bajas pérdidas de señal, amplia
capacidad de transmisión y un alto grado de confiabilidad debido a que son
inmunes a las interferencias electromagnéticas de radio-frecuencia.
Tipos de comunicaciones por fibra óptica.
Dentro de una red de telecomunicaciones existe una gran
cantidad de equipos y funcionalidades. El personal del
área de operaciones de las empresas de telecomunicaciones esta dividida
en dos áreas: Conmutación y Transmisión. De estos dos grupos se derivan cuatro
bloques importantes para una red de telecomunicaciones y son los siguientes:
Transmisión o Transporte: la forma de conectar los elementos
de conmutación entre si, puede ser local o de larga distancia.
Conmutación: los equipos responsables de establecer la
comunicación entre dos extremos es decir los usuarios o los clientes.
Acceso: La forma de conectar las instalaciones del usuario
con la empresa que le prestara el servicio.
Equipo Terminal: equipo situado en las instalaciones del
cliente para aprovechar un servicio de
telecomunicaciones.
Elementos de conmutación y servicios de telecomunicaciones.
El servicio que se ofrece es conmutado porque en la
contratación del mismo solo se especifica un extremo de la comunicación,
el otro extremo será definido de manera dinámica mediante un plan de
numeración y algún esquema de marcación.
Adicionalmente a la capacidad era necesario satisfacer otras
necesidades (cantidad y confiabilidad) por lo que a principios de los 90`s se
presentó una nueva jerarquía digital conocida como SDH promoviendo capacidades
mucho mayores que las existentes.
Dentro de las nuevas tecnologías que se
presentan en la actualidad para accesar a los usuarios podemos identificar
diversas tendencias:
Nueva red de acceso por cobre:
En este tipo de redes se pretende eliminar el par de cobre
como alternativa única para llegar al usuario. En algunos casos se implementa
fibra óptica en los segmentos principales y el par de cobre se utiliza en él
ultimo tramo. Otra alternativa es usar las redes de teléfonos por cable (CATV)
mediante el cable coaxial para ofrecer servicios de telefonía y acceso a
Internet, además de los de distribución
de video. Finalmente, nuevas tecnologías que permiten el uso del par de
cobre a mayores velocidades (ADSL y
HDSL).
Redes de acceso inalámbricas fijas:
Las telecomunicaciones ya han demostrado su capacidad de
contribuir al desarrollo económico de una nación. Por esta razón se han
desarrollado tecnologías que permiten una eficiente y rápida implementación de redes
de telefonía que ofrecen el servicio. Encontramos a las redes de telefonía inalámbrica o fija o en ingles
WLL (Wireless Local Loop). Con estas tecnologías se permite una rápida
implementación de red de telefonía básica y además la inversión que se debe
realizar es proporcional a la demanda existente, por lo que es posible llegar
de una manera eficiente a lugares en donde se carece del servicio.
Redes de acceso inalámbricas móviles:
Otra forma es permitir la movilidad, pues él poder estar
comunicados en cualquier lugar y en cualquier momento resulta cada día más
importante. Es por esto que el concepto de sistemas personales de comunicación
o en ingles PCS es cada vez mas utilizado, pues hay un clara tendencia a crear dispositivos que permitan
comunicaciones de voz y datos.
Redes de acceso de banda ancha alámbricas e inalámbricas:
Otra forma es el
implementar redes que permiten el acceso de banda ancha para nuevas
aplicaciones. Por banda ancha entendemos velocidades entre 2 Mbps y 155 Mbps,
para permitir acceso a Internet de alta velocidad, distribución de vídeo, vídeo
en demanda, educación a distancia y
teletrabajo. En esta clase de redes encontramos las redes alambricas
implementadas mediante fibra óptica y por redes inalámbricas mediante enlaces
de microondas punto a punto y también punto a multipunto, como es el caso de la
tecnología LMDS.
Nueva red de acceso por cobre
En este tipo de redes se pretende eliminar el par de cobre
como alternativa única para llegar al usuario. En algunos casos se implementa
fibra óptica en los segmentos principales y el par de cobre se utiliza en él
ultimo tramo. Otra alternativa es usar las redes de teléfonos por cable (CATV)
mediante el cable coaxial para ofrecer servicios de telefonía y acceso a
Internet, además de los de distribución
de video. Finalmente, nuevas tecnologías que permiten el uso del par de
cobre a mayores velocidades (ADSL y
HDSL).
Redes de acceso inalámbricas fijas:
Las telecomunicaciones ya han demostrado su capacidad de
contribuir al desarrollo económico de una nación. Por esta razón se han
desarrollado tecnologías que permiten una eficiente y rápida implementación de redes
de telefonía que ofrecen el servicio. Encontramos a las redes de telefonía inalámbrica o fija o en ingles
WLL (Wireless Local Loop). Con estas tecnologías se permite una rápida
implementación de red de telefonía básica y además la inversión que se debe
realizar es proporcional a la demanda existente, por lo que es posible llegar
de una manera eficiente a lugares en donde se carece del servicio.
Redes de acceso inalámbricas móviles:
Otra forma es permitir la movilidad, pues él poder estar
comunicados en cualquier lugar y en cualquier momento resulta cada día más
importante. Es por esto que el concepto de sistemas personales de comunicación
o en ingles PCS es cada vez mas utilizado, pues hay un clara tendencia a crear dispositivos que permitan comunicaciones
de voz y datos.
Redes de acceso de banda ancha alámbricas e inalámbricas:
Otra forma es el
implementar redes que permiten el acceso de banda ancha para nuevas
aplicaciones. Por banda ancha entendemos velocidades entre 2 Mbps y 155 Mbps,
para permitir acceso a Internet de alta velocidad, distribución de vídeo, vídeo
en demanda, educación a distancia y
teletrabajo. En esta clase de redes encontramos las redes alambricas
implementadas mediante fibra óptica y por redes inalámbricas mediante enlaces de
microondas punto a punto y también punto a multipunto, como es el caso de la
tecnología LMDS.
Aspectos
Generales De Las Fibras Ópticas
Existen diversas
razones que apuntalan a las fibras ópticas como el medio por excelencia para
redes de transporte, entre ellas la gran disponibilidad de materia prima; el
silicio. Las grandes distancias que se pueden conseguir entre repetidores. En
la actualidad una distancia promedio es de 200 km. y se hablan ya de distancias
por encima de los 600 km. La inmunidad al ruido e interferencia
electromagnéticas al ser un medio no conductor, al mismo tiempo no genera
radiaciones electromagnéticas. Las dimensiones de las fibras son pequeñas y por
lo tanto los cables fabricados son más ligeros y fáciles de manejar.
En
telecomunicaciones las fibras ópticas son utilizadas tanto para redes de larga
distancia como para redes de acceso y transporte local. Redes trasatlánticas
mediante cables submarinos. También son utilizadas para establecer enlaces
dedicados y en redes de datos LAN y MAN.
Entre los
elementos que componen un enlace mediante fibras ópticas encontramos las
fuentes de transmisión LED y LASER, los foto detectores, los regeneradores,
amplificadores ópticos, acopladores, multiplexores, equipo de medición y equipo
para WDM.
Las Fibras
Ópticas Como Medio De Transmisión
Las
comunicaciones por ondas de luz guiadas fueron consideradas por primera vez
hace más de 100 años. En 1854 John Tyndall
expuso los conceptos en donde se discutía la reflexión interna de la luz,
principio fundamental para las comunicaciones mediante señales de luz guiadas
por fibras ópticas.
Hoy las fibras
ópticas se utilizan para enlaces de larga distancia terrestres y transoceánicos,
se espera que algún día la conexión de una milla sea también mediante fibra óptica. Ello permite
comunicaciones multimedia de alta capacidad y calidad entre todos los
habitantes de la tierra.
Tenemos diversas ventajas que favorecen la
utilización de las fibras óptica sobre redes de telecomunicaciones.
Muy altas
capacidades, en el orden de los Tbps.
Calidad en
transmisión, en el orden de BER=10-12
Niveles bajos de
atenuación, en el orden de 0.2 dB/km.
Respuesta a la
frecuencia plana dentro de las ventanas ópticas, por lo tanto se prescinde
prácticamente de
ecualización.
Distancia grande
entre repetidores, entre 150 y 600 kms.
Inmunidad a
ruidos e interferencias.
Menor costo por
circuito que cualquier otro medio.
Cables más ligeros,
pequeños y flexibles.
No generan
interferencia y por lo tanto no existe la diafonía.
Seguridad en la
transmisión.
Facilidad de
mantenimiento.
Desventajas De Las Fibras Ópticas
Atenuación:
Se muestra el
espectro de la curva de atenuación de una típica fibra óptica hecha de silicio.
La curva tiene tres características principales. Una gran tendencia de
atenuarse conforme se incrementa la longitud de onda (Dispersión
Rayleigh), Atenuación en los picos de
absorción asociados con el ión hidroxyl (OH-), y Una tendencia por la atenuación para incrementar
las longitudes de onda por arriba de los 1.6 um, debidas a las pérdidas inducidas
por la absorción del silicio. Nuevos sistemas de transmisión usan fibras
multimodo, operadas en la primera ventana de longitud de onda cercana a las .85
um, y después en la segunda ventana cerca de 1.3 um. Una fibra de modo simple
primeramente opera en la segunda ventana, donde la atenuación de la fibra es
típicamente menor que 0.35 dB/Km. Sin embargo la región de menos pérdida (
típicamente pérdidas cercanas a las 0.20 dB/Km).
Polarización
Polarización es la propiedad de la luz la cual está
relacionada con la dirección de sus vibraciones, el viaje de la luz en una
fibra típica puede vibrar en uno o dos modos de polarización los dos modos
principales de una fibra asimétrica que es uniforme a lo largo de su longitud.
El modo en el eje X es arbitrariamente etiquetado con un modo lento, mientras
que en el eje Y es etiquetado en el modo rápido. La diferencia en los tiempos
de arribo en los modos de dispersión por polarización (PMD), es típicamente
medida en pico segundos. Sino es propiamente controlado, PMD puede producir
errores excesivos en los bits para
la transmisión en
sistemas digitales y
que pueden distorsionar
señales de video trasmitidos usando formato de
modulación de amplitud analógico.
Dispersión
La dispersión cromática describe la tendencia para
diferentes longitudes de onda que viajan a diferentes velocidades en una fibra.
En longitudes onda donde la dispersión cromática es alta, los pulsos ópticos
tienden a expandirse en el tiempo y provocar interferencia, lo cual puede
producir una inaceptable velocidad del bit,
como la dispersión cromática cambia con la longitud de onda para tres
diferentes tipos de fibra. La dispersión cromática de una fibra consiste de dos
componentes - Material y Guía de
Onda- el componente material
depende de las características de dispersión de los dopantes y del silicio de
construcción. Estos materiales no ofrecen mucha flexibilidad a ajustes
significantes en la dispersión de la fibra, así que ese esfuerzo se ha enfocado
en alterar la dispersión de guías de ondas de las fibras ópticas.
Componentes De La Fibra Óptica
La fibra es tan
pequeña y frágil, que se le ubica dentro de un cable, las fibras se reúnen en cables, que poseen un número
variable de ellas. Los más difundidos llevan 216 fibras, reagrupadas tres veces
de seis en seis. Estos cables resultan incluso más baratos que los cables de
cobre clásicos, y también son más ligeros manejables y fáciles de instalar.
Para empalmar los cables ópticos hay que fundir con un equipo especial.
Propagación De La Luz
Definición de la luz
La luz es una emisión continua de partículas de energía
llamadas fotones. La emisión de estos fotones se hace en forma analógica, por tanto
tiene una potencia que puede ser medida en decibeles (dB) y una frecuencia que
puede medirse en Hertz (Hz)
La frecuencia en señales ópticas
Las señales ópticas pueden ser vistas en función de su
frecuencia, junto con las señales de radio. En la siguiente figura se muestra
la representación del espectro ubicando todo tipo de señales según el valor de su frecuencia.
Índice de Refracción
La luz viaja a 300,000 km./s, donde C es la constante
universal de celeridad de la luz en el vacío. Sin embargo, no siempre viaja a
esa velocidad. Esa velocidad corresponde al vacío, cuando la luz alcanza su
máxima velocidad.
La Ley De Snell
Cuando hablamos de dos medios con diferente Índice de
Refracción, implícitamente hablamos de la frontera que se forma entre esos dos
medios.
Existen dos tipos de fibras ópticas, las cuales son las
fibras multimodo y las fibras monomodo. Por sus características particulares
cada tipo se utilizan en aplicaciones diferentes.
Fibras Multimodo
Este tipo de fibras fueron las primeras que se fabricaron
para uso comercial en la época de los 80´s.Este nombre se le atribuyo a su
funcionamiento interno. Cuando un haz de luz entra refractado al núcleo de una
fibra, no toda la energía se propaga por la misma trayectoria, algunos fotones
tomarán una trayectoria, otros tomarán otra y otros otra. Puede haber cientos
de trayectorias dentro de ese tipo de fibras.
Fibras Multimodo de Índice Escalonado
En este subtipo de fibras multimodo su núcleo esta
ligeramente dopado, lo que hace que su índice de refracción sea ligeramente
mayor que el Indice de Refracción del recubrimiento. Ese dopado es constante en
todo el núcleo, en la frontera, el valor del Indice de Refracción cambia
abruptamente, disminuyendo al valor del índice del recubrimiento. Este cambio
abrupto en el valor de los Indices y su representación gráfica en el perfil del
índice es lo que da nombre a este subtipo de fibras. Las dimensiones del
diámetro del núcleo han variado y se han fabricado núcleos de 62.5 micras y de
50 micras, seindo más comunes las primeras.
Fibras multimodo de Índice Gradual
Este tipo de fibras esta dopado en el núcleo y va cambiando
conforme nos alejamos del eje de la fibra; justo en el centro habrá un nivel n1 que irá descendiendo hasta llegar al nivel n2
correspondiente al recubrimiento. El dopado no es constante en el núcleo, su
valor de índice de refracción va descreciendo en forma gradual hasta llegar al
índice del recubrimiento,donde ya permanece constante.Este cambio gradual
en el valor de los índices y su
representación gráfoca en el perfil del índice,es lo que da nombre a este tipo
de fibras.Las dimensiones del diámetro son las mismas que las del de Índice
Escalonado.
Fibras Monomodo
Este nombre reciben laa fibras porque solamente un rayo o
haz de luz entra refractado al núcleo de una fibra y toda la energía se propaga
por la misma trayectoria y solo hay un
modo o trayectoria dentro de este tipo de fibras. Este tipo de fibras fueron
construidas con el fin de evitar el alto índice de dispersión causada por los múltiples modos.
A continuación se dan a conocer algunos de los conectores
más comunee en aplicaciones relacionadas con telecomunicaciones:
Conector
tipo ST (Straight Tip)
Este conector fue diseñado por la compañía Lucent y es de
uso bastante común en sus sistemas de cableado estructurado.
Conector tipo SC (Subscriber Conector)
Este tipo de conector tiene una fijación del tipo “empujar y
jalar” conocida en inglés como Push Pull debido a que en esa forma es como se
fijan el conector hembra con el macho.Debido a que no requiere del espacio
necesario para el movimiento de los dedos alrededor del conector,se le utiliza
para paneles de alta densidad en donde hay que acomodar muchos conectores
juntos.
Conector tipo FC (Fiber Conector)
Este conector es bastante común en aplicaciones de
telecomunicaciones.Muchos de los primeros sistemas de transmisión para fibras
ópticas que se instalaron en México en
redes publicas empleaban este conector.Su fijación es mediante una rosca entre
el conector hembra y el macho.Cuenta con una muesca que permite que el contacto
se haga siempre en la misma posición.
Conector tipo MT-RJ de SIECOR
Este nuevo conector permite la conexión de dos fibras de
manera simultánea.Funciona con el mecanismo push-pull.Son tan buenas las
caracteristicas de este conector que incluso existe un grupo de empresas que
conformarón un grupo llamado MT-RJ Alliance para impulsar su estandarización.El
conector ocupa la mitad del espacio requerido por un conector SC.Este conector
se usa tanto para fibras monomodo como multimodo.
Empalmes
Estos se utilizan para las conexiones que se pretenden ser
permanentes.Estas uniones permiten unir los rollos de cable en un tendido de
larga distancia.El numero de empalmes necesarios en un cierto segmento
dependerá de la distancia a cubrir y de la cantidad de cable por cada rollo.
Aplicación De La Fibra Óptica
Internet
El servicio de conexión a Internet por fibra óptica, derriba
la mayor limitación de este medio: La lentitud del trato de la información. La
conexión de Internet mediante fibra a parte de ser mucho mas rápida, no nos
plantea un gran problema que sucede con el método convencional: caerse de la
red continuamente. La fibra también nos resuelve en gran medida los problemas
de masificación de interlocutores, aunque esto todavía no está totalmente
resuelto.
Redes
La fibra óptica ha ganado gran importancias en el campo de
las redes de área local. Al contrario que las comunicaciones de larga
distancia, estos sistemas conectan a una serie de abonados locales con equipos
centralizados como ordenadores (computadoras) o impresoras. Este sistema
aumenta el rendimiento de los equipos y permite fácilmente la incorporación a
la red de nuevos usuarios. El desarrollo de nuevos componentes electroópticos y
de óptica integrada aumentará aún más la capacidad de los sistemas de fibra.
Las computadoras de una red de área local están separadas
por distancias de hasta unos pocos kilómetros, y suelen usarse en oficinas o
campus universitarios. Una LAN (redes locales de información) permite la transferencia
rápida y eficaz de información en el seno de un grupo de usuarios y reduce los
costes de explotación.
Telefonía
En este campo es en el que más se está extendiendo la fibra
óptica. Actualmente, en todas las modernas ciudades se está introduciendo el
sistema de fibra para el teléfono e Internet. La fibra nos permite una
comunicación libre de interferencias, así como de posibilidad de boicoteo de la
línea (tan común en las líneas de cobre) .
Televisión
Recepción de una gran número de canales con
distintas opciones de compra. Paquete básico, canales premium, vídeo bajo
demanda, pago por visión ... una oferta amplísima compuesta por canales
informativos, musicales, espectáculos, deportivos, documentales, infantiles...
Banco en Casa
Realización de cualquier tipo de transacción
bancaria, desde movimientos entre cuentas, contratación de un depósito o la
cancelación y cambio de entidad.
Telecompra
Tendrá acceso directo a anuncios por palabras
con opción a compra, hasta navegar por un centro comercial con la posibilidad
de adquirir el objeto que más desee.
Telemedida
La fibra óptica permite recoger información
sobre medidas de servicios como el agua, el gas o la electricidad que,
posteriormente serán enviados a las empresas correspondientes que nos pasarán
la factura de acuerdo con lo consumido.
Web TV
Será uno de los mejores ejemplos de la
interactividad que permite la fibra óptica. Facilitará el acceso a información
sobre restaurantes, comercios, eventos, espectáculos...
Radio Digital
Canales temáticos para todos los gustos
musicales, pero con la mejor calidad de sonido.
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