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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDADAD CULHUACAN
TESINA Seminario de Titulación: “Las tecnologías aplicadas en redes de computadoras” DES/ ESME-CU 5092005/08/10
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE
COMUNICACIÓN VIA FIBRA ÓPTICA EN LA RED ELÉCTRICA
QUE COMO PRUEBA ESCRITA DE SU EXÁMEN PROFESIONAL PARA OBTENER
EL TÍTULO DE: INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA
PRESENTAN:
GABRIEL ISAAC RODRÍGUEZ ESLAVA NOÉ VARGAS RUEDA
INGENIERO EN INFORMÁTICA PRESENTA:
OMAR ALEXSANDER NAVA SÁNCHEZ
México D.F Junio 2010.
I
Objetivo.
con este proyecto de modernización se pretende dotar a la institución de una infraestructura
de comunicaciones vía fibra óptica y nodos con tecnología sah de alta capacidad entre las
ciudades de México y Guadalajara aprovechando la infraestructura de la red eléctrica de
transmisión y transformación, que permita explotar al máximo los diferentes sistemas de
información técnico-administrativos (voz, datos, vídeo, tele protección) que tiene operando
o en proceso de implantación entre esas ciudades, tales como el sistema de medición
(sime), el proyecto administración de soluciones aplicaciones y resultados (asare) y los
servicios operativos existentes entre el centro nacional de control de energía (ce.na.c.e.) con
los centros de control de las áreas occidental y oriental, integrando a las instalaciones
localizadas en la trayectoria de la troncal y los centros de trabajo dando el acceso a la red.
II
Justificación.
El análisis del proyecto está realizado sobre la base de la cual se esperan beneficios a partir
del último año de su aplicación y el proyecto se considera viable con una variación
aceptable del monto de la inversión, ya que se cuenta con la ventaja de ser propietario de
una infraestructura de red eléctrica nacional.
De no realizarse este proyecto se puede presentar la problemática de que ocurran fallas por
obsolescencia en los medios de comunicación que actualmente se utilizan para el control
de las líneas de transmisión y subestaciones de potencia, lo que a su vez provocaría
disturbios en el sistema eléctrico y retardos en la administración de los procesos.
Por otra parte si no se cuenta con este proyecto, será necesario arrendar servicios de
comunicación con terceros como r.d.i, sistemas de transporte de alta capacidad, lo cual
encarece la operación, seguridad, confidenciabilidad y confiabilidad del sistema de
información para la administración, mantenimiento y control del sistema eléctrico.
III
Índice
Introducción………………………………………………………………………......... 1
Capitulo 1: Comunicaciones Actuales…………………………………………………. 3
1.1 Las Comunicaciones en el Sistemas Eléctrico….……………………………… 3
1.2 Diagnóstico de la Situación Actual y Posible Soluciones……………………… 5
1.3.- Modernización de los Sistemas Actuales………………………………………. 8
1.4.- Características Técnicas y Descripción del Proyecto…………………………… 11
1.5.- Modernización de los Sistemas de Voz…………………………………………. 12
1.6.- Red LAN / WAN……………………………………………………………….. 16
1.7.- Modernización de la Red Oplat a Fibra Óptica……………………………..... 18
Capitulo 2: Fibra Óptica………………………………………………………………… 22
2.1 Historia de la Fibra Óptica…………………………………………………….. 22
2.2 Introducción a los Sistemas de Comunicaciones…………………………….. 23
2.2.1 Tecnología………………………………………………………………………. 23
2.3 Definición………………………………………………………………………. 25
2.3.1 Elementos Basicos Constitutivos de un Sistema de Fibra Óptica.…………… 26
2.4 Ventajes de la Fibra Óptica .…………………………………………………… 27
2.4.1 Conceptos Basicos ……………………………..……………………………… 29
2.4.2 Portadora de Transmision……………………………………………………… 29
2.4.3 Concepto de Transmisión……………………………………………………… 30
2.4.4 Dimensiones y Peso…………………………………………………………… 31
2.4.5 Distancia Umbral………………………………………………………………. 31
2.5 Capacidad de Transmisión……………………………………………………. 32
2.5.1 Un Exelente Medio para sus Comunicaciones ……………………………….. 32
2.5.2 Sistemas de Comunicación de Fibra Óptica………………………………….. 33
2.6 Cables Ópticos…………………………………………………………………. 34
2.6.1 Parámetros de una Fibra Óptica……………………………………………… 35
2.6.2 Propiedades de las Fibras Ópticas……………………………………………. 36
2.6.3 Curvado……………………………………………………………………….. 39
IV
2.7 Tipos de Fibra Óptica………………………………………………………….. 41
2.7.1 Fibra Multimodo: ……………………………………………………………… 41
2.7.2 Fibra Multimodo de Índice Gradual………………………………………..... 41
2.7.3 Fibra Monomodo……………………………………………………………… 42
2.8 Tipos de Cables Ópticos………………………………………………………. 44
2.8.1 Criterios de Selección………………………………………………………… 44
2.8.2 Principales Características Constructivas……………………………………. 51
2.9 Emisores Ópticos……………………………………………………………… 53
2.9.1 Emisores Led………………………………………………………………..... 53
2.9.2 Emisores Láser……………………………………………………………….. 54
2.9.3 Comparación Red – Láser……………………………………………………. 55
2.10 Construcción de la Fibra Óptica………………………………………………. 56
2.11 Patchcord Simple CPS………………………………………………………… 58
2.12 Empalmes, Cajas de Empalme y Conectores………………………………… 59
2.12.1 Empalmes de Fibra Óptica …………………………………………………… 60
2.12.2 Cajas para Empalmes de Fibra Óptica..………………………………………. 61
2.12.3 Distribuidores Ópticos………………………………………………………… 62
2.12.4 Conectores para Fibra Óptica .……………………………………………….. 62
2.13 Procedimiento de Empalmes de Fibra Óptica po r Fusión..…………………. 71
Capitulo 3.-Jerarquía Digital Síncrona (SDH)………………………………………... 76
3.1 Formación de la Trama PCM 30 (2mb/S)…………………………………….. 76
3.1.1 Estructura de la Trama……………………………………………………..…. 77
3.2 Jerarquía Digital Plesiócrona (PDH)………………………………………….. 78
3.2.1 Introducción……………………………………………………………….…. 78
3.2.2 Definición…………………………………………………………………….. 78
3.2.3 Conceptos Básicos…………………………………………………………….. 78
3.2.4 Método de Multipexación…………………………………………………… 81
3.2.5 Limitantes del PDH…………………………………………………………….. 83
3.3 - Jerarquía Digital Sincrónica (SDH)………………………………………….... 84
3.3.1 Introducción a SDH………………………………………………………….... 84
V
3.4 Velocidades de Transmisión de un Sistema SDH ……………….……………. 85
3.5 Característica de un Sistema SDH………………………………………….…. 87
3.6 Definición de SDH…………………………………………………………….. 88
3.7 ¿Por Qué SDH?.................................................................................................. 88
3.7.1 Altas Velocidades de Transmisión………………………….………………….. 89
3.7.2 Función Simplificada de Inserción/Extracción………………………………... 89
3.7.3 Alta Disponibilidad y Grandes Posibilidades de Ampliación………………….. 89
3.7.4 Fiabilidad……………………………………………………………………….. 89
3.7.5 Interconexión ………………..………………………………………………… 90
3.8 Componentes de una Red Síncrona…………………………………………… 91
3.9 Arquitecturas de Red para SDH…………………………………………….... 92
3.9.1 Punto A Punto……………………………………………………..………….. 92
3.9.2 Punto A Multipunto……………………………………………………………. 92
3.9.3 Arquitectura de Anillo………………………………………………………… 93
3.10 Característica Principal de SDH………………………………………………. 94
3.10.1 Trama STM-1………………………………………………………………….. 94
3.11 Camino para Formar una Trama STM-1…...………………………………….. 97
3.11.1 Contenedor C…………………………………………………………….……. 99
3.11.2 Contenedor Virtual (Vc)………………………………………………….……. 100
3.11.3 Unidad Administrativa (AU)…………………………………………………. 101
3.11.4 Grupo de Unidades Administrativas (AUG)………………………………….. 102
3.11.5 Unidad Tributaria (TU) O Unidad Afluente…………………………………. .. 103
3.11.6 Punteros………………………………………………………………………… 103
3.12 Aplicaciones SDH………………………………………………….……….. 104
3.13 Diferencias entre PDH Y SDH……………………………………………… 105
Índice de Figuras
Capítulo 1
Figura 1.1 Red del Sistema OPLAT…………………………………………………... 6
Figura 1.2 Sistema de microondas y R.D.I…………………….................................. 7
Figura 1.3 Diagrama esquemático del proyecto integral de F.O.……………………. 10
VI
Figura 1.4 Sistema de voz vía fibra óptica, M.O. Y OPLAT condición inicial……….. 13
Figura 1.5 Sistema de voz por la red troncal de microondas analógica.………………. 14
Figura 1.6 Sistema de voz vía F.O., M.O. Y OPLAT condición actual…................. 16
Figura 1.7 Condición inicial de la red LAN/WAN……………………………………. 17
Figura 1.8 Diagrama unifilar de la comunicación OPLAT …………….………….... 18
Figura 1.9 Diagrama unifilar con fibra óptica…….………………………………….. 19
Figura 1.10 Esquema de comunicación vía fibra óptica ….………………………… 21
Capítulo 2
Figura 2.1 Representación de la fibra óptica…………………………….................... 34
Figura 2.2 Representación de la fibra multimodo……………………………………. 41
Figura 2.3 Representación de fibra multimodo de índice gradual……..…………….. 42
Figura 2.4 Representación de fibra monomodo……………………………………… 43
Figura 2.5 Ejemplos de diferentes fibras ópticas…………..…………….................. 46
Figura 2.6 Cables para aplicación – empresarial………………………………......... 47
Figura 2.7 Cables para aplicación – industrial………………………….................... 48
Figura 2.8 Cables para aplicación – telecomunicaciones…………………………… 49
Figura 2.9 Fibra óptica OPGW………………………………………………………. 51
Figura 2.10 Tubo protector………………………………………………................. 57
Figura 2.11 Fibra óptica restringida……………………………………………….. 57
Figura 2.12 Hilos múltiples……………………………………………………………. 57
Figura 2.13 Listón………………………………………………………………......... 58
Figura 2.14 Composición de la fibra ………………………………………………… 59
Figura 2.15 Empalme por fusión …………………………………………….………. 60
Figura 2.16 Cajas de empalmes ……………………………………………………… 61
Figura 2.17 Distribuidores ópticos …………………………………………………… 62
Figura 2.18 Conector de fibra óptica FC, SM, 3 mm, cuerpo metálico ………………. 63
Figura 2.19 Conector de fibra óptica FC, SM, 0,9 mm, cuerpo metálico.…................ 63
Figura 2.20 Conector de fibra óptica ST, SM, 3 mm, cuerpo metálico..……………… 64
Figura 2.21 Conector de fibra óptica ST, SM, 0,9 mm, cuerpo metálico …………….. 64
Figura 2.22 Conector de fibra óptica SC, SM……………………………….…………. 65
VII
Figura 2.23 Conector de fibra óptica SC, SM, 3 mm, simplex …………...................... 65
Figura 2.24 Conector de fibra óptica ST, mm, 3 mm, cuerpo metálico ………………. 66
Figura 2.25 Conector de fibra óptica ST, mm, 0,9 mm, cuerpo metálico .……………. 66
Figura 2.26 Conector de fibra óptica SC, mm, 0,9 mm, simplex ……………………... 67
Figura 2.27 Conector de fibra óptica SC, mm, 3 mm, simplex ………………………... 67
Figura 2.28 Conector de fibra óptica mtrj (male), mm, 1,8 mm ……………..………… 67
Figura 2.29 Distribuidores internos…………………………………....……………….. 68
Figura 2.30 Cables de parcheo…………………………………………………………. 68
Figura 2.31 Pigtails………………………………………………….……………......... 69
Figura 2.32 Atenuadores…………….…………………………………………………. 69
Figura 2.33 Cajas de empalme….:…………………………………………………….. 70
Figura 2.34 Termoretráctiles ………………………………………………………….. 70
Figura 2.35 Herramientas para los trabajos…………………………………………… 71
Figura 2.36 Empalmadora de fusion……………………………………………..……. 71
Figura 2.37 Fibras multimodo, a la izq. FO sin cubierta, a la derecha FO con
recubrimiento…..………………………………………………………………………. 72
Figura 2.38 Cortadora de F.O…………………………………………………………. 73
Figura.2.39 Ubicación de fibras en ambos extremos………………………………… 73
Figura. 2.40 Alineamiento de fibras…………………………………………………… 74
Figura. 2.41 Calibración por arco ……………………………………………………… 74
Figura. 2.42 Motor pasado ………………………………………..…………………… 75
Capítulo 3
Figura 3.1 Teorema de muestreo………………………………………………………. 76
Figura 3.2 Cuantizacion de la señal…………………………………………………… 77
Figura 3.3 Estructura de una trama PCM………………………………………………. 77
Figura 3.4 Distintas jerarquías PDH a nivel mundial…………………………………. 80
Figura 3.5 Tipos de multiplexacion en PDH ………………………………………….. 82
Figura 3.6 Formato de una trama E1 Y T1…………………………………................ 83
Figura 3.7 Velocidades en SDH …………….…………………………………………. 86
Figura 3.8 Estructura de una red PDH, punto a punto ………………………………… 88
VIII
Figura 3.9 Diagrama Esquemático de Redes de Comunicaciones Hibridas …………. 91
Figura 3.10 Diagrama a bloques de una red punto a punto …………………………… 92
Figura 3.11 Diagrama a bloques de una red punto a multipunto ..……………………. 93
Figura 3.12 Diagrama a bloques de una red de anillo ……….……………………...... 93
Figura 3.13 STM-1 módulo de transporte síncrono de nivel ...……………………….. 95
Figura 3.14 Estructura de multiplexación síncrona Según el CCITT (SDH y SONET) 97
Figura 3.15 Estructura de multiplexación síncrona según el Etsi (SDH)……………. 98
Figura 3.16 Formación de la trama STM-1, a partir de la señal PDH de jerarquía E4… 99
Figura 3.17 Estructura básica de un contenedor virtual …………………….…............ 101
Figura 3.18 Estructura de un AUG ………………..…………………………………… 102
Figura 3.19 AUG Subdividido en 3 AU-3….…………………………………………. 102
Figura 3.20 Formación de un TU ………….………………………………………….. 103
Figura 3.21 Aplicaciones básicas en el mercado …………………………….……...... 104
Índice de Tablas
Capítulo 2
Tabla 2.1 Factores relacionados con las condiciones ambientales…………………….. 40
Tabla 2.2 Datos caracteristicos de LED y láser………………………………………… 55
Tabla 2.3 Ventajas e Inconvenientes…………………………………………………… 56
Capítulo 3
Tabla 3.1 Distintas velocidades del PDH……………………………………………… 79
Tabla 3.2 Niveles y caudales en la jerarquía PDH (en Mb/S)…………………………. 80
Tabla 3.3 Equivalencia en jerarquía digitales SDH y SONET………………………… 86
Tabla 3.4 Tamaños de contenedores………………………………………………….. 100
Tabla 3.5 Diferencias entre PDH y SDH…………………………………………….... 105
Conclusiones
Bibliografia
Glosario
1
Introducción
Con la evolución de las computadoras personales, el procesamiento y almacenamiento de
la información emigró a nivel de escritorio, se hizo necesaria en el año de 1995, la creación
de redes de datos que permitieran su intercambio, tanto a nivel local (redes LAN) como
entre centros de trabajo a distancia (redes WAN), con el consecuente crecimiento en la
demanda de servicios de comunicaciones de mayor capacidad, los cuales en el ámbito
geográfico del centro-occidente del país fueron suministrados a través de la red analógica
de microondas, que por su naturaleza, no tiene la capacidad ni la tecnología para transportar
de manera eficiente los volúmenes de información que actualmente generan las
aplicaciones técnico- administrativas que operan los diferentes procesos de la institución
eléctrica.
Una evolución similar se tiene en los sistemas de transmisión de voz, los cuales han tenido
un sustancial crecimiento en el tráfico, al grado de saturar los medios existentes en las horas
pico.
El desarrollo y utilización de los sistemas de cómputo en el año de 1983, iniciando con
aplicaciones de procesamiento centralizados que requerían medios de comunicación para
transmisión de datos que sólo podían ser suministrados mediante canales de microondas
analógicas y canales rentados de la red digital integrada (R.D.I.), los cuales por la
tecnología disponible permitían transmitir la información a muy bajas tasas (1200, 9600 y
19200 bps máx.).
Con la modernización de los sistemas de comunicación en la institución eléctrica se lograra
satisfacer la demanda de capacidad de transporte de información; adoptando las
necesidades de servicios de comunicaciones en los enlaces del ámbito de la regional y
nacional con infraestructura propia evitando los costos generados por la renta de estos
servicios.
2
Los costos que involucran las soluciones adoptadas a las necesidades de servicios de
comunicaciones por ejemplo para un enlace o ruta entre México-Guadalajara, obliga a
evaluar la posibilidad de satisfacer estos requerimientos y los que se generen en los
próximos 10 años con infraestructura propia, lo cual es motivo de este proyecto de
modernización de los sistemas de comunicación.
3
Capitulo 1: Comunicaciones Actuales.
1.1 Las comunicaciones en el sistema eléctrico.
La generación de energía eléctrica con su sistemas de transmisión y distribución es tan
compleja y de tal magnitud, que el control de estos se logra mediante sistemas asociados de
telecomunicación, los cuales frecuentemente son igual de grandes, importantes y
complejos, cumpliendo con un alto grado de confiabilidad.
Las necesidades de comunicación de un sistema eléctrico son muy variadas pudiendo
mencionar entre otras, las que se utilizan para:
La operación del propio sistema eléctrico;
Supervisión y Monitoreo de las condiciones de operación.
Limitar en espacio y tiempo las fallas en el sistema de potencia.
Todas estas necesidades del sistema eléctrico se resuelven mediante el intercambio de
mensajes con adecuados lineamientos de operación, tomando decisiones en cuanto a la
cantidad y calidad de la generación, transmisión y distribución de la energía. Por otro lado,
es de primordial importancia el manejo de información a gran velocidad entre las
subestaciones de la red con el fin de prevenir daños a las instalaciones y el personal para el
caso de existir algún problema en la transmisión de potencia eléctrica.
Por lo anterior, estos sistemas de comunicación requieren manejar los servicios de:
Telefonía (circuitos de voz para operación, mantenimiento y administración);
Telecontrol y teleseñalización (circuitos de datos para la operación de las instalaciones a
distancia);
Teleprotección (circuitos de transporte de comandos de apertura de interruptores entre
instalaciones);
4
Transmisión de datos (circuitos de datos exclusivos para la red LAN/WAN para la
administración de instalaciones);
El sistema eléctrico nacional se supervisa y administra mediante el centro nacional de
control de energía (CENACE), las áreas de control, Subárea de control y centros de
distribución.
A las áreas de control se les llama “despachos de carga”, las cuales no necesariamente
deben de estar ubicadas en una subestación de la red de potencia; estas pueden ubicarse en
un edificio administrativo dentro de una ciudad y lejos de cualquier punto de distribución
de potencia. Lo anterior es posible mediante los sistemas de comunicación que se enlazan
con las subestaciones de potencia y los puntos de generación de la energía eléctrica.
Además de existir enlaces de comunicación entre las propias áreas de control, la subárea y
las instalaciones de la red de potencia, existen diagramas mímicos que muestran las
condiciones de switcheo y las mediciones principales de estas instalaciones, pudiendo tener
la facultad de cambiar cualquier estado de la red e inclusive el manejo remoto de una planta
generadora.
De este modo, las redes de comunicación de las áreas de control de energía son necesarias
para interconectar la totalidad de las plantas generadoras, las subestaciones de
transformación y las subestaciones de distribución. Estas “redes de comunicación”, que dan
servicio a cada área, se deben complementar con otras grandes redes, a fin de permitir el
cambio de mensajes entre ellas y a su vez interconectarse con el cenace para tener la
supervisión y control del sistema eléctrico nacional.
Dentro de la red eléctrica de potencia, existen plantas generadoras y subestaciones las
cuales pueden ser de transformación, de switcheo y de distribución. Estas subestaciones,
pueden estar atendidas en forma permanente por personal de operación; o bien, pueden ser
subestaciones desatendidas (automatizadas) por lo cual se hace más importante la
transmisión interrumpida de mensajes de telecontrol para así poder controlar y supervisar
estas instalaciones.
Para resolver las necesidades de comunicación, se han ido implementando redes de
comunicación las cuales pueden estar integradas por circuitos privados (propios de la
empresa), por circuitos públicos, o por una combinación de ambos; sin embargo, las redes
de telefonía pública no están completamente libres de fallas y el personal de mantenimiento
5
no siempre está disponible en el momento de una emergencia, por lo que depender de
compañías externas para aislar y eliminar una falla de comunicación es inadecuado para los
requerimientos de operación de los sistemas de suministro de potencia, debido a los
tiempos de retardo incurridos en el restablecimiento de las conexiones. Aunado a esto, la
mayor parte de las subestaciones se encuentran localizadas lejos de las áreas densamente
pobladas y cubiertas por las redes de telefonía pública, de tal manera que estas se tendrían
que interconectar en una forma especial para lograr este propósito.
Todas estas consideraciones conducen a que las compañías eléctricas de potencia tengan
sus propios sistemas de comunicación, cuyo uso de circuitos de la red pública o la renta de
un línea se pueden justificar cuando las distancias involucradas son cortas y se tienen
puntos de acceso. Para grandes distancias, las cuotas y rentas alcanzarán muy pronto
valores elevados comparados con el costo de instalación y mantenimiento de un sistema
privado.
La comunicación de onda portadora por líneas de alta tensión (OPLAT) hasta hace poco
tiempo era el medio de comunicación preferido cuando se tenían que cubrir grandes
distancias y se requería de sólo de algunos canales para satisfacer la operación y
administración de las instalaciones de potencia; sin embargo, por la creciente demanda de
transporte de datos, mayor confiabilidad y continuidad surge la necesidad de tener una gran
capacidad de canales de comunicación que además de utilizarse en el control, se emplean
en la coordinación de maniobras, en los trabajos de mantenimiento y en la administración
de la propia compañía. También como soporte y respaldo son implementadas redes de
comunicación vía microondas, uhf, vhf, además de la contratación de canales de datos y
telefonía pública.
1.2 Diagnóstico de la situación actual y posible soluciones.
En este capítulo se pretende conocer la situación inicial de los sistemas de comunicación en
la red eléctrica con tecnología ya obsoleta que requiere la modernización a nuevas
tecnologías de punta, para estar en condiciones de que el flujo de información sea óptimo,
ya que en la actualidad se requieren de anchos de banda competitivos.
Estos sistemas actuales han dado lugar a severos cuellos de botella en los flujos de
información, sobre todo en las rutas de más alto tráfico, tal como la que se tiene entre las
6
ciudades de México, D.F. y Guadalajara, Jalisco., ya que la infraestructura de comunicación
en sus inicios fue de baja capacidad, limitando el manejo del flujo de información, sobre
todo en las rutas con más demandas de servicios, entre los sitios de control y mando del
flujo de energía, hacia las subestaciones eléctricas, las subáreas a las áreas de control y
oficinas gerenciales, no obstante al estar interconectadas por los dos sistemas de
comunicación actuales que son:
1.- Sistemas de onda portadora por línea de alta tensión, donde los servicios están con
velocidades de 1200, 9600 y 19200 baudios/seg como máximo, los cuales están
configurados de la siguiente manera: voz / protección, voz / datos o protección / datos,
como se muestra en la siguiente figura.1.1 en donde se establece subestación “A” y
subestación “B”.
SUBESTACION “B”SUBESTACION “A”
ENLACE OPLAT
SUBESTACION “A” – SUBESTACION “B”
T.O
L2-AB4000 ( 100 Km )
T.O
L1-AB4000 ( 100 Km )
B
B BT.O
T.OB
N-23671 N-24403A4 A3
ESB-2000
445/405
V
P500 F6
C-2049 C-283
I.- DTT L1
II.- PUTT L2
DNS
A4A3
ESB-2000
405/445
V
P 500 F6I.- DTT L1
II.- PUTT L2
N- N-
ESB-500
455/415
P
D
500 F6I.- DTT L2
II.- PUTT L1 P
D
500 F6I.-DTT L2
II.- PUTT L1
ESB-2000
465/425
P
D
C-317
500 F6I.- CD L1
II.-CD L2ESB-2000
425/465
P
D
500 F6I.- CD L1
II.-CD L2
ESB-500
415/455
TLN
W-3909
W-677
C-2035
K2, P/D, TOP-IZT
K2, P/D, TOP-COA
SICTRE PRIMARIO
SICTRE RESPALDO
209746-18
209746-20
6,2nf 6,2nf
335-500 KHz
335-500 KHz
Figura 1.1 Red del sistema OPLAT
7
2.- Microondas analógica (M.O.), con canales cuya tasa de transmisión de información es
de 1200, 9600 y 19200 baudios/seg como máximo.
3.- Servicios rentados al proveedor de servicios de R.D.I., los cuales son insuficiente debido
al elevado costo por arrendamiento en proporción a las capacidades que demanda la
modernización de los procesos de la empresa eléctrica, esto reduce sustancialmente el
potencial de productividad de los mismos.
M.O.
MEX
S.E. TEXCOCO
TEX
MEX
RDI TELMEX
Red de Datos (Intranet) de la Compañía Eléctrica
128 Kbps
32 Kbps
Siglas
TEX
MEX
Subestación
TEXCOCO
MEXICO
--
--
No.
1
2
P
B
X
4 HILOS DATOS
2 HILOS
4 HILOS E & M
HOT LINE
4 HILOS DATOS
2 HILOS
4 HILOS E & M
HOT LINE
P
B
X
M.O.
MODEM MODEM
MÉXICO D.F.
RED LAN
TEXCOCO
RED LAN
CIUDAD DE
MEXICO D.F.
Figura 1.2 Sistema de microondas y RDI
La capacidad y tecnología de la infraestructura de comunicaciones que se instaló en un
principio en la industria eléctrica es microonda analógica y onda portadora por línea de alta
tensión esto es para los casos de comunicación local y para el caso de comunicación de
larga distancia es por arrendamiento de R.D.I. de canales o troncales a dos hilos, los cuales
8
no permiten satisfacer las necesidades actuales y futuras previsibles, debido a la baja
capacidad de canales y velocidades de transmisión de información, como se ilustra en la
figura 1.2.
1.3 Modernizar los Sistemas de Comunicación Actuales
Los canales de comunicación han evolucionado rápidamente, lo cual hace obsoleto en muy
corto tiempo el equipo, además de cobrar una relevante importancia para los procesos
operativos y administrativos. No se puede concebir que una empresa de energía en el
mundo, cuente con los sistemas de comunicación adecuados para llevar a cabo los procesos
antes mencionados, así como la medición del intercambio de energía entre los tres procesos
más importantes que existen en una empresa eléctrica los cuales son: generación,
transmisión y distribución, y en algunos de los casos los servicios son proporcionados por
medios digitales (R.D.I.) rentados a terceros, los cuales por su costo están limitados en
capacidad de transmisión (ancho de banda), dependencia en casos de problemas operativos
en el sistema y por lo tanto tiempo excesivo de recuperación del sistema, reflejándose la
pérdida de información esencial y descoordinación entre los organismos de la empresa.
La definición de cuáles medios y sistemas de comunicación son los más adecuados,
dependerá de las necesidades, requerimientos de los usuarios y de estudios detallados
costo-beneficio que definan una solución económica y técnicamente sana para un proyecto
específico, motivo por el cual la comunicación por fibra óptica hoy en día es el medio
predominante; por lo que actualmente en los proyectos de modernización en las líneas de
transmisión ya es indispensable la instalación de fibra óptica, esto es posible gracias al
llamado cable de guarda con fibras ópticas “OPGW” el cual es instalado entre las
subestaciones involucradas utilizando la misma infraestructura de transmisión donde se
sustituye el cable de guarda (o de tierra) por el OPGW, y gracias a los derecho de vía ya
autorizados y pagado por la compañía eléctrica no se requieren autorizaciones y pagos ante
SCT /COFETEL.
En base al análisis para determinar la ruta adecuada para la sustitución del hilo de guarda
(aparta rayos) y así realizar el proyecto de F.O. Entre las ciudades de México y
9
Guadalajara, esto con el fin de lograr comunicar los sistemas técnico administrativos de la
institución eléctrica que demandan recursos de alta capacidad en STM-1 como el ASARE,
se logró determinar la ruta que involucra todas las instalaciones eléctricas que comprenden
dicha trayectoria, que a continuación se representa en la fig. 1.3.
Así mismo al modernizar instalando un sistema de comunicaciones vía fibra óptica con una
longitud de 950 km, de cable de guarda con 36 fibras ópticas integradas, así como la
instalación de los equipos de transporte y periféricos como son nodos SDH, multiplexores,
LAN switch y sistema de gestión, para interconectar las ciudades de México y Guadalajara,
así como las instalaciones del sistema eléctrico de potencia que se encuentran en la
trayectoria, utilizando la infraestructura de la red de transmisión y transformación.
10
Figura 1.3 Diagrama esquemático del proyecto integral de F.O.
S.E.
CARAPAN II
Simbología
F.O. PROY. INTERCONEXION
NODO SDH N
S.E. ESTADO
DE MEXICO
ASARE (GUADALAJARA)
ASARE (MÉXICO)
14.28
S.T.T. CENTRO
S.E. TEXOCO
S.E. PUEBLA
S.E.
TOPILEJO
S.E. SAN MARTÍN
POTENCIA
S.E. SAN
LORENZO P.
S.E.
TECALI
S.E. TEOTIHUACAN
LYF
60
18
22
37
133.64
72.42
S.E. YAUTEPEC
POTENCIA
60
S.E QUERÉTARO
POTENCIA
38.1
S.T.T. PONIENTE
S.E. CELAYA III
S.E.
SALAMANCA
8.16
60-15
161.02
S.E. ODÓN
DE BUEN
6
S.E.
TAXQUEÑA
18.96
132.69
32.15
S.E. ACATLÁN
Area de Control
S.E ATEQUIZA
S.E
OCOTLÁN
S.E ZAMORA
POT.
11.29
33
71.58 71.75
S.E. CELAYA II
41.66
PID-406
N
N
N
N N
N
N
N
N
N
N
N
N N
N
N
41.38
N
N
N N
N
N
N
S.E. NOPALA 65.6
N
N DONATO
GUERRA
75.8
11
1.4 Características Técnicas y Descripción del Proyecto.
La tecnología propuesta en este proyecto considera principalmente la utilización de fibra
óptica del tipo cable de guarda con fibras ópticas integradas (OPGW) con 36 fibras,
soportada por las estructuras de las líneas de alta tensión y equipos terminales ópticos con
tecnología jerarquía digital síncrona (SDH) que permiten interfaces eléctricas (2mbps,
10/100 base t, STM-1 y Gigabit Ethernet) e interfaces ópticas de tramas síncronas
estandarizadas (STM-1= 155.520 Mbps, STM-4=622.080 Mbps, STM-16=248.320 Mbps,
STM-64=9953.280 Mbps ), lo que permitirá manejar grandes volúmenes de información y
formar anillos estratégicos a lo largo de la red para proteger la información. Se incluyen,
además, aquellos equipos asociados para proporcionar los servicios de voz, datos,
teleprotección y video para cada uno de los nodos, como son las centrales de conmutación
de voz, ruteadores de datos, videocámaras de seguridad física y equipos de teleprotección
digitales para los relevadores de protecciones.
El conjunto del sistema óptico con los equipos asociados, satisfacen los requerimientos de
comunicaciones de las empresas eléctricas, ya que el equipo óptico tiene la capacidad de
transporte a gran velocidad y los equipos asociados utilizan ese medio para proporcionar
los servicios de voz, datos y video requeridos.
El proyecto se basa en 2 grandes rubros: el cable de guarda de fibra óptica (CGFO) y los
nodos de transporte de tecnología SDH, los cuales en conjunto permiten la transmisión de
información a grandes velocidades a lo largo de la red troncal de fibra óptica.
En cada uno de los puntos que integran la red troncal de este trayecto, se tendrá acceso para
todas las instalaciones y entidades que pertenezcan la empresa eléctrica, y se transportarán
los servicios primordiales de la compañía como son voz, datos y vídeo (videovigilancia,
videoconferencia) y telecontrol (unidades terminales remotas, unidades semimaestras).
Con los equipos periféricos necesarios para el acceso a los nodos S.D.H., tales como
ruteadores para integrar a las redes LAN, WAN y mano, conmutadores para servicio de
voz, multiplexores digitales para permitir el transporte de aplicaciones de baja velocidad
como son los canales señales de canales de datos (SCADA), explotación remota de
medidores, etc., videovigilancia remota de las instalaciones de potencia.
12
En estos últimos años se ha requerido de mejor equipamiento, más moderno y
completamente digital, no solo en la especialidad de comunicaciones si no también en las
especialidades de protecciones, control y subestaciones; quienes son los clientes internos
los cuales requieren del servicio de comunicación, por tal motivo en la especialidad de
comunicaciones se ha visto en mayor medida el cambio con canales de voz, datos y
teleprotección meramente analógicos y de baja velocidad a una era de transmisión
digitalizada de alta velocidad y confiabilidad, por consiguiente la instalación de equipos de
fibra óptica en las subestaciones eléctricas involucradas, ha llevado a un mejor desempeño
de las instalaciones y la operación del propio sistema eléctrico nacional ya que los servicios
que proporciona un sistema de fibra óptica como lo son la telefonía, el telecontrol, la
teleseñalización, la teleprotección, y la transmisión de datos puramente digital y aunado a
esto una gran velocidad, hacen en que en su conjunto la red eléctrica opere de una manera
confiable y eficiente.
1.5 Modernización de los Sistemas de Voz.
Los sistemas de voz utilizados para comunicar a la instalaciones interconectadas
eléctricamente y a su vez a las áreas de control en su gran mayoría se realiza por la red de
microondas analógica y por la red OPLAT, utilizando los equipos conmutadores de la
marca siemens de diferentes modelos, conocidos como VDZ, DNS y EMS 601, pero con un
retraso tecnológico considerable, como se muestra en a figura 1.4.
Utilizando generalmente las troncales a 2 hilos y 4 hilos en un limitado número de troncales
para cada subárea conectada a las áreas de control y entre ellas, así mismo formando rutas
de desvió para el caso de saturación ó falla, ya que el sistema de operación requiere la
comunicación permanente para maniobras, licencias y trabajos de varios departamentos.
Estos canales de microondas también se interconectan con los equipos de voz de los
sistemas de la red OPLAT, con la finalidad de hacer más robusta y confiable la red de voz
para mantenimento, control y atención de fallas en el sector eléctrico, como se ilustra en la
figura 1.5.
13
Figura 1.4 Sistema de voz vía fibra óptica, M.O. Y OPLAT condición inicial.
14
M.O.
CIUDAD DE
MEXICOS.E.
TEXCOCO
Red de voz
32 Kbps
Siglas
TEX
MEX
Subestación
TEXCOCO
MEXICO
--
--
No.
1
2
P
B
X
2 HILOS
4 HILOS E & M
HOT LINE
2 HILOS
4 HILOS E & M
HOT LINE
P
B
X
M.O.
VDZ /
DNS
VDZ /
DNS
2 HILOS 2 HILOS
4 HILOS E&M
DATOS
4 HILOS E&M
DATOS
Figura 1.5 Sistema de voz por la red troncal de microondas analógica.
15
Estos equipos sólo contaban con un equipamiento limitado de troncales analógicas (4hilos
E&M) y un número muy reducido de extensiones, además de sus ya escasas refacciones y
un nivel de envejecimiento de componentes electrónicos muy alto, conjuntamente con nula
posibilidad de ampliación o expansión.
Con la llegada de los enlaces de fibra óptica, las empresas de eléctricas actualmente
contaran con enlaces digitales, por lo que aunado a esto se requiere la modernización de las
centrales de conmutación telefónica de la más alta tecnología, que además de contar con las
interfaces analógicas tradicionales (4h E&M), esenciales para enlaces OPLAT, cuenta a su
vez con interfaces digitales del tipo e1 con capacidad de 2 Mbps (30 canales de 64 Mbps.) y
en algunos casos preparadas para recibir la ahora conocida telefonía de voz ip, además de
extensiones, digitales, analógicas y extensiones ip, incrementando con ello la cantidad de
circuitos conmutados de voz en todo el sistema, representando una mejor calidad y
disponibilidad de comunicación de todo el organismo eléctrico. Dado a que por este sistema
conmutado de voz se interconectan los diferentes procesos como generación, transmisión y
distribución; como lo son las plantas generadoras, las áreas de control y despacho de
energía, y las mismas entidades del proceso de transmisión, se debe contar hoy en día con
este tipo de centrales de conmutación que garanticen el correcto funcionamiento y la
operatividad del sistema eléctrico nacional.
Los equipos de conmutación como se pueden observar en la figura 1.6 se han modernizado
y sustituido por nuevos modelos como lo son los hicom y los hipath en donde continúa
predominando la marca siemens, debido a su alta confiabilidad y mejor desempeño en la
interacción con todos los sistemas de comunicación, tales como las microondas analógicas,
OPLAT y fibra óptica, en la figura también se destacan la cantidad de canales digitales o
analógicos y el medio con los que se enlazan estos conmutadores.
16
Figura 1.6 Sistema de voz vía F.O., M.O. Y OPLAT condición actual.
1.6.- Red LAN/WAN
La red de datos LAN/WAN para la empresa del sector eléctrico es una herramienta de
comunicación de uso diario y continuo llamada intranet corporativa, que en tiempo atrás se
realizaba la comunicación por los enlaces de transporte de canales analógicos del sistema
de microondas a una velocidad máxima de 32 Kbps, los equipos con los que se lograba el
enlace eran ambos de la marca CISCO modelo 3660 y el modelo 4050 entre instalaciones
de las oficinas gerenciales, áreas de control y las subáreas de transmisión tal y como se
17
aprecia en la figura 1.7, este último enlace era un servicio contratado a un proveedor
externo con un ancho de banda inicial de 128 Kbps (2 E0’s), el cual representaba un gasto
anual considerable ya que la calidad de servicio y atención a fallas dependía de un tercero,
donde no se tiene el control para la atención de fallas inmediatamente, provocando atrasos
en los procesos técnico - administrativos.
M.O.
- CIUDAD DE MEXICO
- AREAS DE CONTROL
- SUBAREAS DE TRANSMISION.
- S.E. TEXCOCO
MEX
RDI TELMEX
Red de Datos (Intranet)
128 Kbps
32 Kbps
Siglas
TEXMEX
Subestación
TEXCOCOMEXICO
----
No.
12
P
B
X
4 HILOS DATOS
2 HILOS
4 HILOS E & M
HOT LINE
4 HILOS DATOS
2 HILOS
4 HILOS E & M
HOT LINE
P
B
X
M.O.
MODEM MODEM
Internet
Figura 1.7 Condición inicial de la red LAN/WAN
Con la red de microondas no contaba con la infraestructura adecuada para poder
proporcionar el servicio de intranet a todas las áreas de control, subáreas y en las
instalaciones eléctricas (subestaciones), siendo estos los únicos enlaces con lo que se
contaba.
Con la modernización de la red de fibra óptica instalando nodos de acceso PDH/SDH de
diferentes marcas prestigiadas, y con características cada vez mejores, desde los más
18
básicos que han sido del tipo PDH con capacidad de transporte de hasta 4 e1’s hasta los
equipos más sofisticados SDH con STM-1, STM-4, STM-16, STM - 64 y posibilidad de
crecimiento a DWDM.
1.7 Modernización de la red OPLAT a fibra óptica
El siguiente diagrama unifilar de las líneas de transmisión (fig.1.8) nos muestra la
configuración típica de la comunicación en la red eléctrica, como ejemplo tomaremos un
enlace de la s.e. “a” a la s.e. “b”. En el cual se observa el proceso gradual de modernización
a la fibra óptica.
Figura 1.8 Diagrama unifilar de la comunicación OPLAT
19
Esto representa uno de los más grandes retos y logros para el departamento de
comunicaciones de cualquier empresa y en especial a las del sector eléctrico debido a que
debe tener los más altos índices de confiabilidad y eficiencia, ya que de ello depende la
buena operación y mantenimiento de las subestaciones controladas a distancia además del
monitoreo ininterrumpible de alarmas de las mismas subestaciones eléctricas; también se
puede observar en la figura 1.9 el proceso del cambio del hilo de guarda a fibra óptica para
la integración a la red de alta capacidad.
Figura 1.9 Diagrama unifilar con fibra óptica.
En la tarea de modernización a la red de fibra óptica, cabe mencionar que no solo existen
equipos de una sola marca se pueden integrar de una gran variedad de marcas solo se tendrá
20
que escoger la que cumpla con nuestras necesidades de operación y condiciones de trabajo,
esto con el propósito de interconectarlos con los ya existentes.
La red de fibra óptica puede ser tan versátil como nosotros lo queramos, siempre y cuando
sepamos aprovechar sus bondades en la implementación y conexión de la gama de equipos
de comunicación de diversas capacidades, velocidades y tipos de conexiones (ópticas y
eléctricas), lo anterior lo podemos ver en la figura 1.10, en donde se observa la
comunicación de varios sitios a distancia en diferentes tipos de comunicación y
aplicaciones, esto a través de un anillo de fibra óptica con equipo SDH en el cual se
integran a la red y se pueden comunicar todos si así lo requieren, esta es una de la
principales aplicaciones de la comunicación vía fibra óptica.
21
TRONCALE1
PBX
PBX
PBX
PBX
ETHERNET34 Mbps.155 Mbps
TRONCALE1,
TRONCALE1,
TRONCALESE1,
ETHERNET34 Mbps.155 Mbps
ETHERNET34 Mbps.155 Mbps
ETHERNET34 Mbps.155 Mbps
Enlaces de Fibra Óptica para la interconexión de servicio de voz, datos, video y servicios adicionales
OPGWOPGW
OPGWESTACIÓN “A”
ESTACIÓN “D”
ESTACIÓN “B”ESTACIÓN “C”
SDH STM-64
SDH STM-64
SDH STM-64
SDH STM-64
MUX
MUX
MUX
MUX
CANALES DE BAJA CAPACIDAD,2W, 4W,
E1
E1
E1
E1
CANALES DE BAJA CAPACIDAD,2W, 4W,
CANALES DE BAJA CAPACIDAD,2W, 4W,
CANALES DE BAJA CAPACIDAD,2W, 4W,
Figura 1.10 Esquema de comunicación vía fibra óptica.
22
Capitulo 2.- Fibra Óptica
2.1 Historia de la Comunicación por Fibra Óptica.
La historia de la comunicación por la fibra óptica es relativamente corta. En 1977, se
instaló un sistema de prueba en Inglaterra; dos años después, se producían ya cantidades
importantes de pedidos de este material.
Antes, en 1959, como derivación de los estudios en física enfocados a la óptica, se
descubrió una nueva utilización de la luz, a la que se denominó rayo láser, que fue aplicado
a las telecomunicaciones con el fin que los mensajes se transmitieran a velocidades
inusitadas y con amplia cobertura.
Sin embargo esta utilización del láser era muy limitada debido a que no existían los
conductos y canales adecuados para hacer viajar las ondas electromagnéticas provocadas
por la lluvia de fotones originados en la fuente denominada láser. Fue entonces cuando los
científicos y técnicos especializados en óptica dirigieron sus esfuerzos a la producción de
un ducto o canal, conocido hoy como la fibra óptica. En 1966 surgió la propuesta de utilizar
una guía óptica para la comunicación.
Esta forma de usar la luz como portadora de información se puede explicar de la siguiente
manera:
Se trata en realidad de una onda electromagnética de la misma naturaleza que las ondas de
radio, con la única diferencia que la longitud de las ondas es del orden de micrómetros en
lugar de metros o centímetros.
23
2.2 Introducción a los Sistemas de Comunicaciones Ópticas
Frente al limitado espectro de frecuencias de las microondas y a la susceptibilidad al
debilitamiento que representa el medio radio, la fibra óptica, o la tecnología óptica, se
convierte rápidamente en el método preferido para la transmisión digital. Las fibras ópticas
superan las desventajas de las microondas. No resulta caro fabricarlas, presentan un gran
ancho de banda, no son susceptibles ni a las interferencias ni al debilitamiento y las
comunicaciones pueden conducirse sobre un sistema de fibra óptica con la casi completa
garantía de seguridad.
El cable de fibra óptica supone también un apropiado sustituto a los cables de pares debido
a su mayor capacidad y su más pequeño diámetro. El diámetro es una característica
importante cuando las vías de comunicación resultan congestionadas y deben ser
aumentadas para contener más cables portadores. Sustituyendo un único cable de cobre por
fibra óptica se puede, generalmente obtener la suficiente capacidad para prevenir los
incrementos de vías de comunicación en el futuro. Quizás la principal desventaja sea
mantener la fibra libre de daños. Al igual que los cables de cobre, las fibras ópticas pueden
deteriorarse por las excavaciones, corrimientos de tierras, etc.
Conceptualmente, y en determinados aspectos, un sistema por fibra óptica es similar a un
sistema de microondas. Las principales excepciones son: el medio de transmisión para las
ondas luminosas, es una pequeña guía-onda de vidrio, el lugar del espacio libre, y que la
transmisión tiene lugar a frecuencias ópticas, que tienen una longitud de onda más corta
que las microondas.
2.2.1 Tecnología
La comunicación óptica es una idea que ha estado rondando durante más de un siglo, pero
sólo se hizo factible en los últimos años. Alexander Graham Bell, en la primera aplicación
óptica conocida, obtuvo una patente para su fotófono en el año 1880. El fotófono era un
equipo que modulaba un rayo de luz enfocado procedente del sol, y radiado al espacio libre
hacia un receptor próximo. El sistema funcionó bien, pero la radiación de la luz en el
espacio libre presenta varias dificultades que podrían no haber sido vencidas con los
24
equipos disponibles en aquel tiempo. Como muchas otras ideas, ésta se situó por encima de
su tiempo. La comunicación luminosa en el espacio libre es ahora factible si la aplicación
puede tolerar perturbaciones ocasionales causadas por la niebla, el polvo, turbulencias y
cualquier otro elemento perturbador.
Dos desarrollos en el campo de las comunicaciones ópticas pasaron desde la teoría a la
práctica. El primero de ellos tuvo lugar en 1960 con la invención del rayo láser. Un láser
produce un inmenso haz de luz casi coherente, es decir, sus rayos viajan por caminos
paralelos. El segundo acontecimiento que impulsó las comunicaciones ópticas fue el
desarrollo de fibra de vidrio, de tal pureza que solamente es atenuada una pequeña porción
de la señal luminosa emitida. Con una fuente láser disparada a alta velocidad, los cero y los
unos de una comunicación digital pueden transmitirse hacia un detector, que generalmente
se trata de un fotodiodo de avalan (APD) o de un diodo pin. El detector convierte los
impulsos de luz recibidos en pulsos eléctricos, y los acopla al equipo receptor.
Dependiendo de las pérdidas en la fibra y de la ganancia del sistema, se determinará el
espaciamiento apropiado entre repetidores o regeneradores de señal. La ganancia de un
sistema por fibra óptica es un concepto similar al de la ganancia en un sistema de
microondas.
Como en cualquier sistema de comunicaciones, en las de comunicaciones ópticas existen
canales de reserva que asumen la carga de tráfico cuando el canal en servicio falla. Tanto el
cable, como el equipo terminal y los repetidores se encuentran simultáneamente
relacionados con el canal de reserva, para mantener en todo momento y en cualquier
circunstancia la supervivencia de las comunicaciones.
Las ventajas de las comunicaciones ópticas tomaron incremento gracias a la protección que
ofrece la fibra como medio de transmisión. Estas pequeñas guías de ondas, aíslan la señal
digital de características típicas del espacio libre: el debilitamiento de la señal o fading y las
interferencias. La fibra óptica atenúa la señal luminosa, aunque, y a diferencia de las
microondas, las pérdidas en el medio de transmisión no son lineales a lo largo del espectro.
25
Así una fibra óptica típica presenta tres ventanas de transmisión situadas en 800-900nm,
1200-1300nm y 1500-1600nm.
Los primeros sistemas por fibra óptica se implantaron a 850nm, ya que los láseres
apropiados y disponibles comercialmente trabajaban en esa longitud de onda. A medida que
se fue disponiendo de láseres de 1300nm, las aplicaciones se desplazaron hacia esa longitud
de onda, debido a las pérdidas más bajas que presentaban pérdidas ligeramente inferiores en
la tercera ventana, alrededor de los 1550 nm. El primer sistema comercial de fibra óptica
instalado en 1977, operó a 45mbps (45.000.000 bits por segundo) con repetidores separados
a intervalos de 6.4km. Los actuales sistemas trabajan con velocidades superiores a los
560mbps y actualmente compañías como Lucen technologies están desarrollando sistemas
que operan a velocidades superiores a los 2gbps (2.000 Mbps). A estas velocidades, un par
de fibra, una para transmisión y otra para recepción, pueden alojar alrededor 30.000 canales
de voz. A 560 Mbps los repetidores pueden ser separados hasta 50km y transportar más de
8000 canales de voz.
2.3 Definición
¿Qué es la fibra óptica?
La fibra óptica es un filamento de vidrio sumamente delgado y flexible (de 2 a 125
micrones) capaz de conducir rayo ópticos (señales en base a la transmisión de luz). Los
circuitos de fibra óptica son filamentos de vidrio (compuestos de cristales naturales) o
plástico (cristales artificiales), del espesor de un pelo (entre 10 y 300 micrones). Llevan
mensajes en forma de haces de luz que realmente pasan a través de ellos de un extremo a
otro, donde quiera que el filamento vaya (incluyendo curvas y esquinas) sin interrupción.
Las fibras ópticas pueden ahora usarse como los alambres de cobre convencionales, tanto
en pequeños ambientes autónomos (tales como sistemas de procesamiento de datos de
aviones), como en grandes redes geográficas (como los sistemas de largas líneas urbanas
mantenidos por compañías telefónicas).
26
Las fibras ópticas poseen capacidades de transmisión enormes, del orden de miles de
millones de bits por segundo. Se utilizan varias clases de vidrios y plásticos para su
construcción.
Una fibra es un conductor óptico de forma cilíndrica que consta del núcleo (core), un
recubrimiento (clading) que tienen propiedades ópticas diferentes de las del núcleo y la
cubierta exterior (jacket) que absorbe los rayos ópticos y sirve para proteger al conductor
del medio ambiente así como darle resistencia mecánica.
Además, y a diferencia de los pulsos electrónicos, los impulsos luminosos no son afectados
por interferencias causadas por la radiación aleatoria del ambiente.
Cuando las compañías telefónicas reemplacen finalmente los cables de cobre de sus
estaciones centrales e instalaciones domiciliarias con fibras ópticas, estarán disponibles de
modo interactivo una amplia variedad de servicios de información para el consumidor,
incluyendo la tv de alta definición.
Cada una de las fibras ópticas, puede transportar miles de conversaciones simultáneas de
voz digitalizada.
2.3.1 Elementos Básicos Constitutivos de un Sistema de Fibra Óptica
Los sistemas de fibra óptica están diseñados con fibras separadas para la transmisión (Tx) y
la recepción (Rx), cuyos extremos se encuentran terminados en un transmisor y un receptor
de luz. El transmisor puede emplear o un diodo emisor de luz (led=ligth emisor diode) o un
laser como elemento de salida. A estos elementos se les denomina convertidores electro-
ópticos (e/o), encargados de convertir la señal eléctrica en óptica. Los láseres presentan una
mayor ganancia del sistema que los diodos led debido a su mayor potencia de salida y a un
mejor acoplamiento de la señal luminosa dentro de la fibra. La principal ventaja del diodo
led es su bajo costo.
En aplicaciones donde la ganancia del sistema no es un factor importante, el ahorro en el
costo puede ser un factor determinante en la elección de los diodos led como transmisores.
El cable de fibra óptica se acopla al transmisor a través de un conector de precisión. La
mayor parte de los sistemas por fibra óptica utilizan modulación digital, la modulación
analógica se logra variando la intensidad de la señal luminosa, o modulando el ancho del
27
impulso. La modulación analógica es apropiada para la transmisión de una señal de video y
se utiliza en los sistemas de televisión por cable.
El receptor consiste en un diodo pin o un apd, que se acopla a la fibra óptica. El diodo
convierte los impulsos de luz en impulsos eléctricos, denominándoseles convertidor opto-
eléctrico (O/E).
Como la señal óptica se propaga a través de la fibra óptica, se ve degradada por la
atenuación y la restricción de anchura de banda de la fibra. Por esta razón, es necesario
regenerar la señal transmitida. La forma más apropiada de realizar esta tarea es tratando la
señal en forma eléctrica. De aquí que los convertidores o/e y e/o sean componentes
indispensables en un repetidor óptico. El amplificador e igualador de la señal eléctrica son
similares en los sistemas de transmisión convencionales.
Los sistemas por fibra óptica aceptan a su entrada señales digitales normalizadas, pero cada
fabricante desarrolla su propia velocidad de la señal de salida. Los bits de protección contra
errores y de los códigos de línea se insertan para mantener la sincronización y supervisar la
probabilidad de errores BER (bit error rate), de tal forma que se determine el momento
adecuado para utilizar el canal de reserva. Debido a las diferencias en las señales en línea,
los sistemas correspondientes a distintos fabricantes no suelen ser compatibles entre sí.
2.4 Ventajas de la Fibra Óptica
La oportunidad en la utilización de un sistema de fibra óptica viene representada por las
principales ventajas que se obtienen con el uso de la fibra óptica.
a) Menores pérdidas de potencia, gracias a esta propiedad se logran mayores distancias de
repetición (eventualmente puede no ser necesario incorporar repetidores), reduciendo así
los costos del sistema, de su mantenimiento y aumentando la fiabilidad del mismo.
b) Inmunidad al ruido, gracias a que la fibra óptica es totalmente dieléctrica, es inmune a
las interferencias de radiofrecuencia. Asimismo no genera interferencias ni genera diafonía
28
en otros equipos de comunicación y por lo tanto no son necesarios apantallamientos
especiales.
c) Dimensiones reducidas y bajo peso, este aspecto, junto a la gran flexibilidad hace que la
instalación de los cables ópticos sea comparativamente sencilla.
d) Seguridad, es prácticamente imposible interceptar la señal que viaja por una fibra sin
ser detectada.
e) Aislamiento eléctrico, al ser dieléctrica la fibra asegura el aislamiento eléctrico entre
emisor y receptor, evitando así las puestas a tierra.
f) Gran ancho de banda, esto permite la transmisión de mucha información
simultáneamente, reduciendo la necesidad de cambiar el cable al aumentar el tráfico.
Mediante el uso de técnicas de multiplexación especiales, la potencialidad de la fibra óptica
se ve notablemente incrementada.
g) Rápida reducción de costos y mejoramiento de la calidad, al igual que en todas las
modernas tecnologías, existe un gran interés en la investigación de nuevas técnicas para
obtener una mayor eficiencia y reducción de costos.
¿Cuál es el costo de un sistema de comunicación por fibra óptica comparado con el de un
sistema convencional? Aunque un estudio económico debería basarse en las necesidades
del usuario, es posible dar una idea general de los costos actuales, hoy en día gracias a la
disminución de precios, tanto de la fibra óptica como de los componentes optoelectrónicos
el costo de montar un sistema basado en fibra se ha tornado tan accesible como montar un
sistema tradicional por pares cobre. En muchos casos la diferencia de costos con un sistema
tradicional es muy pequeña, la factibilidad económica del proyecto de un sistema
optoelectrónico depende, en última instancia, del alcance de su aplicación. Los sistemas
optoelectrónicos se están convirtiendo día a día en una realidad cada vez más atractiva,
siendo hoy la solución tecnológica más conveniente en muchos casos.
29
Como conclusión se puede decir que la fibra óptica ha revolucionado el mundo de las
telecomunicaciones. Hoy son la selección predominante en transmisiones de larga
distancia.
2.4.1 Conceptos Básicos
Los sensores de fibra óptica están formados por un amplificador que contiene el del emisor
y el receptor, y un cable de fibra óptica que transmite y recibe la luz reflejada por el objeto
a detectar. Las características y presentaciones dependen mucho del fabricante. Así como
en las fotocélulas, la evolución tecnológica no se ha hecho muy patente, en los censores de
fibra óptica se ha notado una evolución en los últimos años muy importante.
2.4.2 Portadora de Información
En poco más de 10 años la fibra óptica se ha convertido en una de las tecnologías más
avanzadas que se utilizan como medio de transmisión de información. Este novedoso
material vino a revolucionar los procesos de las telecomunicaciones en todos los sentidos,
desde lograr una mayor velocidad en la transmisión y disminuir casi en su totalidad los
ruidos y las interferencias hasta multiplicar las formas de envío en comunicaciones y
recepción por vía telefónica.
Las fibras ópticas son filamentos de vidrio de alta pureza extremadamente compactos,
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. Las fibras ópticas no conducen
señales eléctricas por lo tanto son ideales para incorporarse en cables sin ningún
componente conductivo y pueden usarse en condiciones peligrosas de alta tensión. Tienen
la capacidad de tolerar altas diferencias de potencial sin ningún circuito adicional de
protección y no hay problemas debido a los cortos circuitos. Tienen un gran ancho de
banda, que puede ser utilizado para incrementar la capacidad de transmisión con el fin de
30
reducir el costo por canal; de esta forma es considerable el ahorro en volumen en relación
con los cables de cobre. Con un cable de seis fibras se puede transportar la señal de más de
cinco mil canales o líneas principales, mientras que se requiere de 10,000 pares de cable de
cobre convencional para brindar servicio a ese mismo número de usuarios, con la
desventaja que este último medio ocupa un gran espacio en los ductos y requiere de grandes
volúmenes de material, lo que también eleva los costos.
Comparado con el sistema convencional de cables de cobre donde la atenuación de sus
señales (decremento o reducción de la onda o frecuencia) es de tal magnitud que requieren
de repetidores cada dos kilómetros para regenerar la transmisión, en el sistema de fibra
óptica se pueden instalar tramos de hasta 70 km. Sin que haya necesidad de recurrir a
repetidores lo que también hace más económico y de fácil mantenimiento este material.
Originalmente, la fibra óptica fue propuesta como medio de transmisión debido a su
enorme ancho de banda; sin embargo, con el tiempo se ha planteado para un amplio rango
de aplicaciones además de la telefonía, automatización industrial, computación, sistemas de
televisión por cable y transmisión de información de imágenes astronómicas de alta
resolución entre otros.
2.4.3 Concepto de Transmisión
En un sistema de transmisión por fibra óptica existe un transmisor que se encarga de
transformar las ondas electromagnéticas en energía óptica o en luminosa, por ello se le
considera el componente activo de este proceso. Una vez que es transmitida la señal
luminosa por las minúsculas fibras, en otro extremo del circuito se encuentra un tercer
componente al que se le denomina detector óptico o receptor, cuya misión consiste en
transformar la señal luminosa en energía electromagnética, similar a la señal original. El
sistema básico de transmisión se compone en este orden, de señal de entrada, amplificador,
fuente de luz, corrector óptico, línea de fibra óptica (primer tramo), empalme, línea de fibra
óptica (segundo tramo), corrector óptico, receptor, amplificador y señal de salida.
En resumen, se puede decir que este proceso de comunicación, la fibra óptica funciona
como medio de transportación de la señal luminosa, generado por el transmisor de led's
(diodos emisores de luz) y láser.
31
Los diodos emisores de luz y los diodos láser son fuentes adecuadas para la transmisión
mediante fibra óptica, debido a que su salida se puede controlar rápidamente por medio de
una corriente de polarización. Además su pequeño tamaño, su luminosidad, longitud de
onda y el bajo voltaje necesario para manejarlos son características atractivas.
2.4.4 Dimensiones y Peso
Una de las características más notoria de la fibra óptica es su tamaño, que en la mayoría de
los casos es de revestimiento 125 micras de diámetro, mientras el núcleo es aún más
delgado. La cantidad de información transmitida es enorme, si se compara peso contra
cantidad de datos transmitidos se puede observar por ejemplo, una comunicación telefónica
que se realiza a través de cables tipo tab, los cuales tienen un grosor de 8 cm. Transmite
2400 llamadas simultáneas; en comparación las fibras ópticas alcanzan las 30.720 llamadas
simultáneas.
2.4.5 Distancia Umbral
Conforme la señal avanza por el medio va perdiendo fuerza hasta llegar al punto en que si
desea transmitirse a mayor distancia debe colocarse un repetidor, un dispositivo que le
vuelva a dar potencia para seguir avanzando. Un repetidor de fibra es aquel que toma una
señal de luz, la convierte a señal eléctrica, la regenera y la coloca en un dispositivo de
emisión de luz para que se siga propagando. Comparadas con el cobre, las fibras ópticas
permiten que las distancias entre repetidores sean más grandes. Por ejemplo, en un enlace
para dispositivos RS-232 la distancia máxima entre dos nodos es de 15.2 mts.
Transmitiendo a una velocidad de 19200 bps. , una línea de fibra óptica puede transmitir a
esa velocidad hasta una distancia de 2.5 km. Esto significa que la distancia lograda con la
fibra es 164 veces mayor que la de su equivalente el cobre (en ese estándar).
Al igual que en la atenuación, la distancia máxima que puede alcanzarse está muy
relacionada con el tipo de fibra. En las versiones sencillas se logran distancias típicas de 2
km, entre el transmisor y en receptor, con fibras y equipos más sofisticados las distancias
pueden ir hasta los 2.5 kms sin repetidor. Aplicaciones de laboratorio han permitido
alcanzar distancias de 111 kms a 5 Gbps sin la necesidad de los repetidores.
32
2.5 Capacidad de Transmisión
La idea de que la velocidad de transmisión depende principalmente del medio utilizado, se
conservo hasta el advenimiento de las fibras ópticas, ya que ellas pueden transmitir a
velocidades mucho más altas de lo que los emisores y transmisores actuales lo permiten,
por lo tanto, son estos dos elementos los que limitan la velocidad de transmisión.
1. Mayor capacidad debido al ancho de banda mayor disponible en frecuencias ópticas.
2. Inmunidad a transmisiones cruzadas entre cables, causadas por inducción magnética.
3. Inmunidad a interferencia estática debida a las fuentes de ruido.
4. Resistencia a extremos ambientales. Son menos afectadas por líquidos corrosivos,
gases y variaciones de temperatura.
5. La seguridad en cuanto a instalación y mantenimiento. Las fibras de vidrio y los
plásticos no son conductores de electricidad, se pueden usar cerca de líquidos y gases
volátiles.
2.5.1 Un Excelente Medio Para Sus Comunicaciones
En el último kilómetro es donde se presenta con mayor frecuencia problemas y daños en las
comunicaciones de los clientes, pensando en esto empresas como la etb crearon el proyecto
de digitalización de la red de abonado en fibra óptica. La fibra es el soporte ideal por todas
las ventajas que brinda, tales como:
1. Supresión de ruidos en las transmisiones.
2. Red redundante.
3. Conexión directa desde centrales hasta su empresa.
4. Alta confiabilidad y privacidad en sus comunicaciones telefónicas.
5. Posibilidad de daño casi nula.
6. Tiempos de respuesta mínimos en la reparación de daños.
7. Mayor número y rápidez en la solicitud y entrega de nuevos servicios.
8. Gran ancho de banda
También la fibra óptica es una plataforma para la prestación de otros servicios, como:
1. Transmisión de datos de alta velocidad
2. Enlaces e1 (2mb/s) para conexión de Pabx
33
3. La posibilidad en el futuro de conexión de nuevos servicios como multimedia o
sistemas de televisión por cable.
2.5.2 Sistemas de Comunicación de Fibra Óptica
Los bloques principales de un enlace de comunicaciones de fibra óptica son:
Transmisor: consiste de una interface analógica o digital, un convertidor de voltaje a
corriente, una fuente de luz y un adaptador de fuente de luz a fibra.
Receptor: incluye un dispositivo conector, un foto detector, un convertidor de
corriente a voltaje un amplificador de voltaje y una interface analógica o digital.
Guía de fibra: es un vidrio ultra puro o un cable plástico.
¿Cómo funciona la fibra óptica?
En un sistema de transmisión por fibra óptica existe un transmisor que se encarga de
transformar las ondas electromagnéticas en energía óptica o en luminosa, por ello se le
considera el componente activo de este proceso. Una vez que es transmitida la señal
luminosa por las minúsculas fibras, en otro extremo del circuito se encuentra un tercer
componente al que se le denomina detector óptico o receptor, cuya misión consiste en
transformar la señal luminosa en energía electromagnética, similar a la señal original. El
sistema básico de transmisión se compone en este orden, de señal de entrada, amplificador,
fuente de luz, corrector óptico, línea de fibra óptica (primer tramo), empalme, línea de fibra
óptica (segundo tramo), corrector óptico, receptor, amplificador y señal de salida.
En resumen, se puede decir que este proceso de comunicación, la fibra óptica funciona
como medio de transportación de la señal luminosa, generado por el transmisor de led’s
(diodos emisores de luz) y láser.
Los diodos emisores de luz y los diodos láser son fuentes adecuadas para la transmisión
mediante fibra óptica, debido a que su salida se puede controlar rápidamente por medio de
una corriente de polarización. Además su pequeño tamaño, su luminosidad, longitud de
onda y el bajo voltaje necesario para manejarlos son características atractivas.
34
2.6 Cables Ópticos
Para poder utilizar fibras ópticas en forma práctica, estas deben ser protegidas contra
esfuerzos mecánicos, humedad y otros factores que afecten su desempeño. Para ello se les
proporciona una estructura protectora, formando así, lo que conocemos como cable óptico.
Dicha estructura de cables ópticos variará dependiendo de sí el cable será instalado en
ductos subterráneos, enterrado directamente, suspendido en postes, sumergido en agua etc.
Figura.2.1 -Representación de la fibra óptica
El propósito básico de la construcción del cable de fibra óptica es el mismo; mantener
estables la transmisión y las propiedades de rígidez mecánica durante el proceso de
manufactura, instalación y operación. Las propiedades esenciales en el diseño del cable son
la flexibilidad, identificación de fibras, peso, torsión, vibración, límite de tensión, facilidad
de pelado, facilidad de cortado, facilidad de alineación del cable y la fibra, resistencia al
fuego, atenuación estable, etc. Los parámetros para formar un cable especial son:
1. Esfuerzo máximo permitido en la fibra durante su fabricación, instalación y
servicio; determina la fuerza mínima de ruptura de la fibra y la fuerza requerida para
el miembro de tensión.
2. Fuerza lateral dinámica y estática máxima ejercida sobre la fibra, para determinar la
configuración del cable y el límite de tolerancia de micro curvaturas.
3. Flexibilidad
35
4. Rango de temperatura y medio ambiente en donde el cable va a operar, paralela
elección del tipo de materiales a utilizar tomando en cuenta su coeficiente de
expansión térmica y su cambio de dimensiones en presencia de agua.
Para cumplir estos requerimientos se observan las siguientes recomendaciones:
1. Evitar cargas o esfuerzos mecánicos sobre las fibras.
2. Aislar la fibra de los demás componentes del cable.
3. Mantener las fibras cerca del eje central y proporcionar espacio a las fibras para su
mantenimiento.
4. Escoger los materiales de los elementos del cable con mínimas diferencias en sus
coeficientes de expansión térmica.
Actualmente se fabrican una amplia variedad de cables ópticos con diferentes tipos de
estructuras de acuerdo a su uso y condiciones de operación.las condiciones ambientales a
ser consideradas dependen del lugar en donde el cable de fibra óptica se vaya a instalar,
éste puede estar:
En el aire
Enterrado
Conducido por ducto
Bajo el agua
2.6.1 Parámetros de una Fibra Óptica
Existen varios parámetros que caracterizan a una fibra óptica. Se habla de parámetros
estructurales y de transmisión que establecen las condiciones en las que se puede realizar la
transmisión de información.
Entre los parámetros estructurales se encuentra:
El perfil de índice de refracción.
El diámetro del núcleo.
La apertura numérica.
Longitud de onda de corte.
En cuanto a los parámetros de transmisión se tiene:
36
Atenuación.
Ancho de banda.
Inmunidad a las interferencias:
El uso de medios transparentes para la propagación de ondas electromagnéticas en forma de
luz hace que la fibra óptica no necesite voltajes ni de corrientes, esto lo convierte en un
medio de comunicación 100% inmune a todo tipo de interferencias electromagnéticas a su
alrededor y, por lo tanto, es un medio de comunicación altamente confiable y seguro.
Este es uno de los principales factores que motivaron su uso militar ya que para poder
obtener información de ella hay que provocarle un daño, daño que podría detectarse
fácilmente con equipo especializado. Esto no sucede con el cobre, donde basta con dejar el
conductor al descubierto.
El hecho de no necesitar corrientes ni voltaje hace que la fibra óptica sea idónea para
aplicaciones en donde se requiere de una probabilidad nula de provocar chispas, como el
caso de pozos petroleros y las industrias químicas, en donde existe la necesidad de
transportar la información a través de medios explosivos.
2.6.2 Propiedades de las Fibras Ópticas
Además de las propiedades modales ya mencionadas, existen otras que caracterizan a las
fibras ópticas. Ahora nos referimos a aspectos relacionados con la atenuación y la
capacidad de transmisión de información, íntimamente ligada con las propiedades
dispersivas y el ancho de banda de la fibra.
a) Atenuación:
La primera característica de interés es la atenuación, particularmente en fibras de bajas
pérdidas. La atenuación es debida, en parte a la absorción intrínseca a los átomos que
constituyen la fibra, absorción por defectos atómicos en los centros de color y la absorción
de impurezas extrínsecas. El otro factor que contribuye a la atenuación es la difusión o
dispersión (scattering) debida a las inhomogeneidades en el índice de refracción y en la
forma de la fibra.
Las bandas de absorción intrínseca limitan las ventanas transparentes del material y
establecen la región espectral de trabajo.
37
Trabajando dentro de la región intrínseca, los centros de color y las impurezas deben
eliminarse tanto como sea posible, con el fin de minimizar las pérdidas. La absorción por
impurezas crece, principalmente, debido a iones metálicos como hierro, cromo, cobalto,
cobre y por iones oh- resultantes de las impurezas de agua. Si se quiere que la contribución
a la atenuación producida por estas causas sea pequeña, el nivel de impurezas no debe ser
superior a unas cuantas decenas por cada mil millones.
Una fuente adicional de pérdidas en las fibras es la resultante de las microcurvas o
micropliegues causados por el cableado de la fibra o por el arrollamiento de fibras
alrededor de tambores. Este tipo de pérdidas son producidas por el acoplo entre los modos
guiados y por la radiación de los modos. Lo anteriormente expuesto indica que las pérdidas
en las fibras no son necesariamente estáticas en su naturaleza (intrínsecas), sino que pueden
ser afectadas por factores externos a las fibras. Una segunda causa externa de pérdidas
puede atribuirse a la radiación existente en el entorno en que se encuentra la fibra. Se
estima que las guías de ondas ópticas pueden ser vulnerables a la radiación nuclear. En
general, fibras dopadas con silicio y de alta pureza tienden a ser más resistentes a la
radiación que los compuestos de vidrios silicatados.
Una característica importante en la atenuación de las fibras es su no dependencia con la
frecuencia en el rango de las frecuencias de información de interés. Así, en transmisión de
UHF y VHF, la atenuación en las fibras ópticas no depende del ancho de banda de
modulación, al contrario de lo que ocurre en las guías de ondas coaxiales convencionales.
Esta independencia se extiende hasta la región de las microondas y es debida al hecho de
que la frecuencia portadora es varias órdenes de magnitud superior a las frecuencias de
modulación.
b) Capacidad de información y ancho de banda de las fibras:
La capacidad de información de las fibras ópticas está limitada por la distorsión de la señal,
que se manifiesta como ensanchamiento del pulso transmitido. Este ensanchamiento es un
resultado de las características dispersivas del material de una fibra, de la estructura de las
imperfecciones mecánicas dentro de la fibra, y de las discontinuidades inducidas de fatiga
que pueden surgir en el proceso de cableado. Ambos efectos, mecánico y de fatiga,
38
incrementan la mezcla modal y las pérdidas radiación que pueden causar una dispersión,
que no depende linealmente de la longitud y es sensible a las condiciones de partida.
B.1 dispersión de guía de onda
Esta causa de dispersión en una fibra óptica surge del hecho de que el número de modos v
depende de la longitud de onda. La dispersión en la guía de onda para modos guiados en
una fibra multimodo es sensiblemente pequeña para todos los modos alejados del corte (la
longitud de corte es aquella a partir de la cual se transmite más de un modo). Ya que los
modos próximos al corte, generalmente, transportan una fracción pequeña de la potencia
total y suelen sufrir pérdidas más elevadas, la contribución a la dispersión por esta causa
puede ser omitida.
B.2 dispersión en el material:
La dispersión en el material, denominada también dispersión intramodal, es particularmente
significante en las fibras monomodo. Este tipo de dispersión se debe al conjunto de
longitudes de onda contenido en un pulso.
B.3 dispersión modal
La dispersión modal, o dispersión intermodal, determina la capacidad de ancho de banda de
las fibras multimodo. Las velocidades de grupo de los diferentes modos varían y conducen
a un ensanchamiento del retardo de grupo o dispersión intermodal.
c) Material de las fibras
La elección de los materiales para las fibras es un factor importante en el aspecto de la
atenuación.
Los principales materiales utilizados son el silicio de alta pureza, el vidrio compuesto y los
compuestos moleculares de orden elevado. Entre estos materiales, el silicio se beneficia de
técnicas de refinamiento más avanzadas. Por tanto, el silicio de alto grado se considera
generalmente el material más adecuado para fibras ópticas en telecomunicaciones. A esta
base de silicio se añaden boro, germanio, fósforo y aluminio, en el núcleo y en el
revestimiento, para controlar el perfil de índice de refracción.
39
2.6.3 Curvado
El curvado de una fibra óptica es causado en la manufactura del cable, así como también
por dobleces durante la instalación y variación en los materiales del cable debidos a cambio
de temperatura. Los esfuerzos que provoca la torcedura de las fibras son básicamente una
fuerza transversal y un esfuerzo longitudinal. El esfuerzo longitudinal no provoca torcedura
cuando trabaja para alargar la fibra, no hay cambio en las perdidas ópticas. Sin embargo,
cuando trabaja para contraer a la fibra, este esfuerzo provoca que la fibra forme bucles y se
curve, de tal manera que la perdida óptica se incrementa. Por lo tanto, al evaluar los diseños
de los cables se debe poner especial atención en:
La carga transversal trabajando en la fibra durante el cableado, instalación y
utilización.
El esfuerzo de contracción que ocurre a bajas temperaturas debido al encogimiento
de los elementos del cable.
Dadas las razones anteriores, el eje de la fibra puede curvarse severamente causando
grandes incrementos en las perdidas ópticas. Para prevenir esta situación se toma en cuenta
las siguientes consideraciones:
Mantener un radio de curvatura determinada, seleccionando el radio y la longitud
del cableado.
Reducir variaciones técnicas de las fibras protegidas con pequeños coeficientes de
expansión térmica disponiéndolas alrededor de un elemento con buenas propiedades
térmicas.
Los factores que afectan en cada condición ambiental se muestran en la tabla 2.1
40
Tabla 2.1 Factores relacionados con las condiciones ambientales
Ambiente C o n d i c i o n e s
A é r e o Enterrado Ducto conduit Túnel Submarino
Temperatura Daño al cable debido a contracción
y expansión, agrietamiento de la
cubierta, incremento en las pérdidas
ópticas debido a las altas y bajas
temperaturas.
Superficie levantada
por congelamiento.
Daño al cable subterráneo
debido a la compresión
por la formación del hielo.
Daño debido al
fuego
Viento Daño por la presión del viento, daño
por vaivén del cable, influencia en
las transmisiones a vibraciones.
Daño por sal Corrosión de metales. Corrosión debido a
agua salada.
Corrosión debido a
agua salada.
Lluvia Corrosión de metales y putrefacción
de madera.
Corrosión de metales. Corrosión de metales.
Nieve y hielo Daño de los alambres de soporte
debido a carga de nieve, daño
causado por avalancha.
Humedad Corrosión de metales, incremento
de la pérdida óptica debido a la
penetración de agua, decremento en
la fortaleza en la fibra, deterioro de
aislamiento de pares metálicos.
Igual al aéreo. Igual al aéreo. Igual al aéreo. Igual al aéreo.
Rayos Ruptura dieléctrica de cables y
uniones, daño de la cubierta y
miembros de tensión.
Daño de cubierta y
miembros de tensión.
Daño de cubierta y
miembros de tensión.
Terremoto Colapso de postes. Daño por vibración
(incluyendo cerros)
(daño por vibración
(incluyendo cerros)
Derrumbe del túnel. Corte del cable.
Luz solar Degradación por rayos ultravioletas.
Daño por roedores,
insectos y pájaros
Daño de los postes de madera y
cables por ratones y topos.
Daño por ratones y
topos.
Daño por ratones e
insectos.
Daño por ratones e
insectos.
41
2.7 Tipos de Fibra Óptica
Los dos tipos de fibra óptica son:
Multimodo (mm multimode)
Monomodo (SM single mode)
2.7.1 Fibra Multimodo
En este tipo de fibra viajan varios rayos ópticos reflejándose a diferentes ángulos como se
muestra en la figura. 2.2.
Fig. 2.2 Representación de la fibra multimodo
Los diferentes rayos ópticos recorren diferentes distancias y se desfasan al viajar dentro de
la fibra. Por esta razón, la distancia a la que se puede trasmitir esta limitada.
2.7.2 Fibra Multimodo de Índice Gradual
Las fibras multimodo de índice de gradual tienen una banda de paso que llega hasta los
500mhz por kilómetro. Su principio se basa en que el índice de refracción en el interior del
núcleo no es único y decrece cuando se desplaza del núcleo hacia la cubierta. Los rayos
luminosos se encuentran enfocados hacia el eje de la fibra, como se puede ver en el dibujo.
Estas fibras permiten reducir la dispersión entre los diferentes modos de propagación a
través del núcleo de la fibra.La fibra multimodo de índice de gradual de tamaño 62,5/125 m
42
(diámetro del núcleo/diámetro de la cubierta) está normalizado, pero se pueden encontrar
otros tipos de fibras:- multimodo de índice escalonado 100/140 mm.
- Multimodo de índice de gradual 50/125 mm. En este tipo de fibra óptica el núcleo esta
hecho de varias capas concéntricas de material óptico con diferentes índices de refracción.
La propagación de los rayos en este caso sigue un patrón similar mostrado en la figura. 2.3.
Fig. 2.3 Representación de fibra multimodo de índice gradual
En estas fibras él numero de rayos ópticos diferentes que viajan es menor y, por lo tanto,
sufren menos el severo problema de las multimodales.
2.7.3 Fibra Monomodo
La fibra óptica monomodo es utilizada para las conexiones interurbanas, básicamente son
instaladas por las prestadoras de servicios públicos, ya que permite el uso de
amplificadores a una distancia entre sí de 40 km. ó más, mientras que las líneas de
transmisión de cobre necesitan más de tres amplificadores cada 10 km.
Potencialmente, esta es la fibra que ofrece la mayor capacidad de transporte de
información. Tiene una banda de paso del orden de los 100 Ghz/km. Los mayores flujos se
consiguen con esta fibra, pero también es la más compleja de implantar. El dibujo
muestra que sólo pueden ser transmitidos los rayos que tienen una trayectoria que sigue el
43
eje de la fibra, por lo que se ha ganado el nombre de "monomodo" (modo de
propagación, o camino del haz luminoso, único). Son fibras que tienen el diámetro
del núcleo en el mismo orden de magnitud que la longitud de onda de las señales ópticas
que transmiten, es decir, de unos 5 a 8 mm. Si el núcleo está constituido de un material
cuyo índice de refracción es muy diferente al de la cubierta, entonces se habla de
fibras monomodo de índice escalonado. Los elevados flujos que se pueden alcanzar
constituyen la principal ventaja de las fibras monomodo, ya que sus pequeñas dimensiones
implican un manejo delicado y entrañan dificultades de conexión que aún se dominan mal.
Fig. 2.4 Representación de fibra monomodo
Esta fibra óptica es la de menor diámetro y solamente permite viajar al rayo óptico central.
No sufre del efecto de las otras dos pero es más difícil de construir y manipular. Es también
más costosa pero permite distancias de transmisión mayores.
La fibra óptica ha venido a revolucionar la comunicación de datos ya que tiene las
siguientes ventajas:
Gran ancho de banda (alrededor de 14hz)
Muy pequeña y ligera
Muy baja atenuación
Inmunidad al ruido electromagnético
Para transmitir señales por fibra óptica se utiliza modulación de amplitud sobre un rayo
óptico, la ausencia de señal indica un cero y la presencia un uno. La transmisión de fibra
44
óptica es unidireccional. Actualmente se utilizan velocidades de transmisión de 50, 100 y
200 Mbps, pero experimentalmente se han transmitido hasta Gbps sobre una distancia de
110 Kms.
2.8 Tipos de Cables Ópticos
Los distintos tipos de cables disponibles, son los siguientes. Su elección dependerá de las
características del terreno y de la línea:
a. Cable óptico subterráneo.
b. Cable óptico dieléctrico (ADSS).
c. Cable de guardia con fibras ópticas (OPGW).
Existen otras alternativas de instalación de los cables y/o fibras tales como: incorporado al
“bundle” de conductores de fase, enrollado en el hilo de guardia, pero ellas no son
recomendables y/o no están suficientemente experimentadas hasta el presente.
2.8.1 Criterios de Selección
a. El tipo subterráneo
En el ámbito de las empresas de energía, se utiliza en distancias cortas, en áreas geográficas
planas y donde el suelo sea fácilmente excavable. En estos casos, los cables se instalan
directamente enterrados o en el interior de ductos.
En la elección del trazado deberá tenerse presente la fragilidad de la fibra óptica. Deberán
evitarse los quiebres bruscos, las curvaturas excesivas y los desniveles que puedan sobre
tensionar el material. La sismicidad también es un aspecto importante a tener en cuenta.
La protección mecánica podrá obtenerse:
Utilizando un cable con malla de acero como armadura en el mismo cable,
Cubriéndolo con medias cañas cuando está directamente enterrado,
instalándolo en ductos.
En los casos de instalaciones de comunicaciones que asisten a otra obra subterránea los
cables ópticos pueden ubicarse dentro de la misma zanja, en cuyo caso los costos de
excavación serán marginales y compartiendo el medio de comunicación para las funciones
de la línea eléctrica y el proceso.
45
b. el cable óptico dieléctrico (ADSS)
Se aplica en distancias medias y largas y en zonas de terrenos quebrados, donde la
excavación sea dificultosa.
Este tipo de cable es más económico que el OPGW y posee la ventaja de permitir su
mantenimiento sin desenergizar el sistema de transporte eléctrico.
Especialmente recomendable cuando se trata de instalaciones eléctricas existentes, donde
ya se encuentre tendido el hilo de guardia.
Este tipo de cable es suficientemente estable respecto a vientos y efectos de deshielo, con lo
cual no es necesario considerar el efecto galloping en ellos.
Puede tenderse suspendido de las propias estructuras de la línea según dos variantes:
Cable aéreo dieléctrico autosuspendido (ADSS).
Cable aéreo dieléctrico suspendido de un tensor de acero.
En general, se prefiere la utilización del ADSS, pero a medida que se incrementa el largo
del vano, comienza a resultar más económico suspenderlo de un tensor, bajo dos
posibilidades:
Suspendido de tensor de acero independiente y sujetado mediante grapas a él.
Suspendido de un tensor de acero incluido en cable tipo ocho.
La altura de tendido del cable óptico surge de una solución de compromiso entre la máxima
altura que permite efectuar el mantenimiento con línea energizada y el efecto del campo
electromagnético de la línea sobre la cubierta del cable óptico.
La cubierta del cable debe ser de polietileno dado que posee mayor resistencia a las
corrientes de fuga que se producen como consecuencia de la capacidad entre la superficie
del cable y las partes puestas a tierra.
Se recomienda que estos cables posean debajo de la cubierta exterior, una capa de hilos
kevlar impregnados en sustancia conductora, que permita la circulación de corriente
inducida por el campo eléctrico, con lo cual se reduce en forma importante los efectos sobre
la cubierta exterior.
Las medidas para mejorar las condiciones se complementan con la instalación de electrodos
de control (anillos o espirales) en la proximidad de los herrajes de sujeción a las estructuras
metálicas.
46
En zonas con condiciones de vandalismo se debe agregar al cable una camisa dieléctrica
resistente a disparos, golpes, etc.
Fig. 2.5 Ejemplos de diferentes fibras ópticas
47
Los cables ópticos de acuerdo a la utilidad y necesidades particulares, se pueden clasificar
de la siguiente manera:
1.- Cables para aplicación – empresarial:
Fig. 2.6 Cables para aplicación – empresarial
48
2.- Cables para aplicación – industrial:
Fig. 2.7 Cables para aplicación – industrial
49
3.- Cables para aplicación – telecomunicaciones:
Fig. 2.8 cables para aplicación – telecomunicaciones
50
c. El cable de guardia con fibras ópticas (OPGW).
Es la mejor solución técnica para la transmisión digital dadas la buena protección del cable
y la alta disponibilidad del sistema que puede obtenerse.
Se recomienda su utilización cuando se trate de una línea eléctrica nueva, dado que la
diferencia de valor con un hilo de guardia convencional radica solamente en el costo
diferencial de la provisión del material.
Se aconseja como reemplazo del hilo de guardia existente, cuando deban preverse cortes de
línea de cierto lapso de tiempo, o se prevean grados de dificultad en las obras que hagan útil
la independencia de las comunicaciones, teleprotección y otros.
Es de uso cada vez más frecuente compartir el uso del OPGW con prestadores de servicio
de transmisión de datos y/o telefónicos, a partir de la desregulación de los servicios.
Las necesidades de comunicación de las empresas del área eléctrica son normalmente
satisfechas con un solo cable de fibra óptica, pudiendo usarse como segundo hilo de
guardia el de acero convencional. Sin embargo, dada la conveniencia antes mencionada de
compartir servicios interurbanos de transmisión de voz y/o datos y/o videos, con otros
carriers, se recomienda la conveniencia de considerar la instalación de sendos OPGW.
Tanto en el caso de reemplazar el hilo de guardia existente por un OPGW, así como en el
caso de instalar uno nuevo, debe analizarse el efecto sobre las estructuras soporte de la
línea, dadas las diferencias de peso, tiro y efectos agregados que trae aparejadas (situación
ésta que no es crítica en un hilo de guardia tradicional).
Se recomienda tener en cuenta:
Nuevas tensiones de tiro axial.
Nuevos esfuerzos sobre torres.
Vibraciones por efecto del viento.
Mayor carga por hielo.
Vibraciones por deshielo.
El tendido y flechado de un cable de OPGW debe requerir cuidado para reducir al máximo
los efectos negativos de:
La torsión en el cable y en las fibras.
El doblado del cable.
51
La compresión y la tracción.
La pérdida de estanqueidad durante el proceso de instalación.
Deben fijarse mayores exigencias para la amortiguación de vibraciones mediante
stockbridges, pues el cable de fibra óptica es mucho más sensible a las consecuencias de las
vibraciones por las microcurvaturas que sufren las fibras durante las oscilaciones. Deberá
efectuarse un modelado y estudio de las vibraciones para limitar los valores máximos y fijar
las condiciones de amortiguación. Deberán fijarse las condiciones para la medición de las
vibraciones luego de la puesta en servicio, (típicamente cada dos años) para comprobación
de los cálculos realizados y luego durante el servicio para mantener protegida las
condiciones de trabajo de las fibras.
Fig. 2.9 Fibra óptica OPGW
2.8.2 Principales Características Constructivas
En el diseño del cable de fibra óptica deberán tenerse en cuenta las condiciones de
instalación, para la cual se destacan a continuación algunos requerimientos constructivos.
La cantidad de fibra de los cables será definida en función de los criterios de utilización
(camino principal o secundario) y de redundancia o reserva aplicadas.
En caso de compartir el uso del cable óptico con otros prestadores de servicios, deben
52
diferenciarse claramente las fibras y tubos propios de la compañía eléctrica.
El cable óptico subterráneo. Debe poseer características mecánicas adecuadas para soportar
golpes y compresiones durante la instalación y habilidad para repeler la acción de los
roedores.
Se recomienda la utilización de cables ópticos tipo kpsp para permitir un enterado rápido,
sin necesidad de cámaras intermedias y bajo mantenimiento posterior. Dependiendo de su
recorrido paralelo o no a la línea, puede utilizarse armadura de acero o armadura dieléctrica
como forma de lograr la protección.
El compuesto taponante para impedir la propagación de humedad dentro del cable puede
ser el típico de resina o elegir la alternativa de cables secos con cinta higroscópica interior.
La ventaja de elegir esta segunda, es la mayor rapidez con que se realizan los empalmes.
En caso de instalación dentro de ductos o con protección mecánica agregada, puede elegirse
cables del tipo pkp con elemento central de tipo frp, que actualmente posee igual fuerza de
tiro que los elementos centrales de acero.
El cable óptico dieléctrico. Es sensible a la radiación UV que permanente incide sobre la
cubierta exterior. De allí la importancia de conocer las condiciones de asoleamiento de la
zona de instalación.
El elemento central debe ser de vidrio y/o aramida (gfrp) con tubos de protección loose
dispuestos a su alrededor con un mínimo número de fibras dentro de cada tubo según el
criterio:
Entre cuatro y seis fibras máximo, para minimizar riesgos ante daño del tubo y
rápida ejecución de empalmes.
Por sobre los tubos con su taponante de resina, se deberá prever la cubierta de núcleo, la
cubierta interior de polietileno laminada con aluminio, la armadura dieléctrica para refuerzo
(hilados aramídicos o kevlar) para soportar los esfuerzos de tracción y la cubierta exterior
de polietileno.
El cable óptico en hilo de guarda. Deberá preverse para cumplir simultáneamente con las
funciones de protección eléctrica de la línea (corriente de cortocircuito y descargas
atmosféricas), así como de incluir las fibras ópticas para la transmisión de información.
De allí que se recomiende utilizar aquellos diseñados con dos áreas bien diferenciadas.
53
Estos cables son normalmente de aluminio-acero y poseen dos áreas diferenciadas:
b. El área óptica, constituida por fibras protegidas alojadas dentro de un tubo de aluminio,
acero, etc, hermético que, conjuntamente con la cubierta, reduce el efecto de
sobrecalentamiento e impiden el ingreso de la humedad. Las fibras se alojan dentro de
tubos loose con relleno, en número de F.O. por tubo según criterio y principios de
diseño del fabricante.
c. El área metálica, se recomienda esté conformada con por lo menos dos capas de
alambres metálicos independientes alrededor del tubo del área óptica que permitan
soportar los esfuerzos mecánicos del cable tendido y reducir el sobrecalentamiento
originado por las corrientes de cortocircuitos propias de las líneas de transmisión.
Típicamente la capa interna de hilos de acero con alta carga de rotura y la capa externa de
aluminio o aleación de aluminio con buenas condiciones para rápida evacuación de las
corrientes de cortocircuito y descargas.
Dependiendo de la corriente de cortocircuito (por ende de la magnitud del sistema
eléctrico) puede utilizarse una sola capa de alambres.
2.9 Emisores Ópticos
Los emisores ópticos deberán poseer algunas cualidades mínimas:
Poseer una larga vida útil.
Utilizar la emisión óptica en el área espectral que mejor se adecue a la fibra
específica para lograr baja absorción y dispersión.
Disponer de alta potencia de radiación para cuando las distancias de enlace son
grandes.
Poseer un alto rendimiento de acoplamiento “emisor óptico-fibra”.
En función del enlace específico que se desee diseñar podrá elegirse entre:
Emisores ópticos en base a led.
Emisores ópticos en base a láser.
2.9.1 Emisores Led
Las principales ventajas de este emisor son el bajo costo del elemento en sí y el no
54
requerimiento de circuitos estabilizantes. Es un elemento robusto y de fácil mantenimiento.
Sus desventajas son el bajo rendimiento (potencia óptica generada/potencia eléctrica
ingresada) y la distribución espectral muy amplia (orden de 50 a 100 nm), que produce la
emisión de diferentes longitudes de onda, aumenta la dispersión cromática y considera la
emisión multimodal, disminuye el ancho de banda del medio de transmisión.
Debido a que la emisión espacial de luz omnidireccional introduce pérdidas importantes y
baja el rendimiento, no suele utilizarse con fibras monomodo ni donde se requiera un ancho
de banda extenso.
Conviene elegir emisores led cuando los enlaces son de baja velocidad de transmisión y las
distancias a comunicar son cortas.
El led utiliza la superficie del semiconductor para lograr emisiones en primera y segunda
ventana. Por ello, utilizando fibras mm graded index de 50/125 um pueden lograrse
potencias del orden de microwatt, y ancho espectral de 20-50 nm. Esta solución económica
permite, combinando con receptores pin, cubrir enlaces cortos con velocidades de hasta 8
Mbps. Para cubrir enlaces más largos pueden utilizarse receptores más sensibles, tipo
pin-fet.
Existe la posibilidad de disponer de led emisores de borde para trabajar en segunda ventana
con anchos espectrales menores (del orden de 70 nm) y mayor potencia de inyección
(100 uw en fibras mm graded index), con lo cual pueden incrementarse las distancias a
enlazar y la velocidad. Sin embargo, en estas condiciones resulta más conveniente la
utilización de emisores láser.
2.9.2 Emisores Láser
Es un emisor esencialmente de borde que permite disponer de una alta potencia luminosa
(1-5 mw), con una distribución espectral muy angosta (del orden de 1 nm), con lo cual la
dispersión cromática en la fibra es baja.
La posibilidad de disponer de un haz más angosto para inyectar luz a la fibra lo hace
óptimo para su uso con fibras monomodo, aunque también es posible utilizarlo con fibras
mm.
Sus características no lineales obligan a utilizarlo con circuitos de estabilización que
compensan las variaciones de temperatura y el envejecimiento.
55
Para la transmisión en alta velocidad (del orden de 140mbps) es necesario utilizar el
sistema de realimentación incorporado. Este permite que el láser funcione siempre en la
zona de operación estimulada y que se disponga de una salida sin retardos y con una única
longitud de onda, lo que implica una baja tasa de error.
En la tabla 2.2 se indican los datos característicos para velocidades de 140 mbps y mayores.
La vida útil del láser se encuentra en el orden de 105 horas, con la ventaja de que su
envejecimiento se produce gradualmente y permite el reemplazo del módulo con suficiente
anticipación. Una vida útil elevada requiere que la fuente se utilice con una adecuada
relación corriente/temperatura.
Los siguientes son diseños típicos del sistema:
Tabla 2.2 Datos caracteristicos de LED y láser
Tipo de emisor Fibra utilizada Nivel de emisión Longitud de onda
(um) (dbm) (nm)
Led Mm 50/125 -20 850/1300
Laser Mm 50/125 0 850/1300
Laser Sm 9/125 -3 1300/1500
Es importante destacar que los terminales de línea ópticos se suministran dispuestos para
operar en una determinada longitud de onda pero con la posibilidad de utilizar diferentes
potencias de emisión para diferentes tipos de fibras.
2.9.3 Comparación LED – láser
Orientativamente podemos realizar la siguiente comparación entre emisores led y láser,
tomando como base una utilización en 2da
ventana:
56
Potencia Laser
ED 0dBm - -15 dBm = 15 dB aprox. 32 veces
Ancho Espectral LED
ctral Laser
80 nm
1nm aprox. 80 veces
Vida Util LED
Laser 10
aprox. 10 veces6
Potencia L
Ancho Espe
Vida Util 105
En resumen, las principales ventajas e inconvenientes de ambos emisores son:
Tabla 2.3 Ventajas de Emisores
Emisor led Emisor láser
Ventajas Larga vida
Bajo consumo
Disposición simple
Precio bajo
Potencia emitida alta
Emisión direccional
Tiempo de respuesta bajo
(menor que 1 nseg.)
Inconvenientes Potencia emitida baja
Tiempo de respuesta lento
(orden de 100 nseg.)
No apto para fibras SM
Sensible a temperatura
Precio alto
Vida útil menor
2.10 Construcción de la Fibra Óptica
Núcleo, cubierta, tubo protector, búferes, miembros de fuerza, y una o más capas
protectoras. Las principales variantes son:
1. Tubo suelto. Cada fibra está envuelta en un tubo protector.
57
Fig. 2.10 Tubo protector
2. Fibra óptica restringida. Rodeando al cable hay un búfer primario y uno secundario que
proporcionan a la fibra protección de las influencias mecánicas externas que ocasionarían
rompimiento o atenuación excesiva.
Fig. 2.11 Fibra óptica restringida
3. Hilos múltiples: para aumentar la tensión, hay un miembro central de acero y una
envoltura con cinta de mylar.
Fig. 2.12. Hilos múltiples
4. Listón: empleada en los sistemas telefónicos tiene varios miembros de fuerza que le dan
resistencia mecánica y dos capas de recubrimiento protector térmico.
58
Fig. 2.13 Listón
2.11 Patchcord simple CPS.
Se usa para fabricar latiguillos o para interconectar equipos de audio, video, datos así como
instrumentación y control.
Descripción y aplicaciones
Cable de interconexión simple: CPS
Se utilizan para la confección de cordones y latiguillos así como para la
interconexión de equipos terminales.
Construcción:
1. Fibra óptica
2. Recubrimiento ajustado
3. Refuerzos de aramida
4. Cubierta hflsfr
59
Fig. 2.14 composición de la fibra
2.12 Empalmes, Cajas De Empalme y Conectores
Uniones de fibras ópticas.
La interconexión y acoplamiento de fibras ópticas con diferentes dispositivos, tales como
fuentes de luz y detectores, requieren de especial cuidado, ya que en una instalación se
desea reducir al mínimo las pérdidas causadas por uniones de fibras ópticas necesarias en el
sistema.
Las uniones de fibras pueden ser fijas o temporales, en las primeras la unión se lleva a cabo
por un empalme permanente, y en las segundas se utilizan conectores que pueden ser
removibles. El tipo de unión que se elija dependerá de las necesidades de la instalación, por
ejemplo, si se requiere una unión permanente de tramos largos de fibra óptica con muy
bajas atenuaciones, se hace un empalme permanente, por otra parte cuando se necesita
instalar o retirar una fibra fácil y rápidamente, se emplean los conectores. El incremento de
las pérdidas de un enlace es el factor más importante que introduce cualquier unión de
fibras ópticas, por lo cual, deben considerarse sus causas y la magnitud de sus efectos.
Por las causas que las provocan, las pérdidas pueden dividirse en:
• Extrínsecas.- estas pérdidas a la fibra son causadas por desalineamiento mecánico de la
unión de las fibras. Este desalineamiento causa pérdidas de radiación ya que el cono de
radiación de la fibra emisora no compagina con el cono de aceptación de la fibra receptora.
• Intrínsecas.- estas pérdidas son ocasionadas por variaciones en la geometría de la fibra y
60
sus características de diseño, estas pérdidas también tienen un efecto importante en las
pérdidas totales del sistema.
2.12.1 Empalmes de Fibra Óptica.
Las dos técnicas básicas para realizar empalmes son mecánicas y por fusión.
A) Empalmes mecánicos.
Cuando se tienen enlaces de corta distancia donde se pueden tolerar pérdidas considerables
se utilizan empalmes mecánicos en los cuales las fibras son unidas a través de medios
mecánicos, como ranuras en forma de "v", varillas (de acero o vidrio) o esferas.
B) Empalmes por fusión.
El empalme por fusión es el método más utilizado y consiste en aplicar calor en una zona
específica entre las fibras a unir, suavizándolas y fusionándolas. Las fibras deben
prepararse precisamente en sus extremos quitándoles las cubiertas secundaria y primaria,
cortando las caras de los extremos para que estén planas y perpendiculares al eje y
limpiando la fibra de grasa y polvo. A continuación la fibra se monta ya sea en una base
ranurada o en sujetadores controlados por micro posicionadores accionados por motores
con la libertad de poder moverse en las tres direcciones para obtener un alineamiento
óptimo, supervisado mediante un microscopio.
Fig. 2.15 Empalme por fusión
61
2.12.2 Cajas para Empalme de fibra Óptica.
Las cajas de empalme se pueden instalar en postes, pozos de visita, en interiores o
enterradas directamente en el suelo, por lo que deben ser altamente resistentes a la
humedad, corrosión, esfuerzos mecánicos y temperaturas extremas.
Características:
• Son bandejas cuya función es alojar a las fusiones de fibra.
• Adicionalmente pueden contar con un área para reserva de pigtails y de los hilos de fibra.
• Sus capacidades son variables.
• Pueden tener la opción de ser cubiertas.
Fig. 2.16 Cajas de Empalmes
62
2.12.3 Distribuidores Ópticos.
• Pueden ser definidas como ODFS muy pequeños, y para montar sobre pared.
• Deben tener un panel de pitcheo, generalmente con una capacidad de 4 adaptadores.
• Deben además incluir un splice holder para alojar las fusiones. (splice holder es un
accesorio plástico muy pequeño con canales prediseñados para retener a los tubillos termo
contraíbles para protección de empalme.
• Suelen tener un puerto para ingreso de cable y constituyen el punto terminal de un enlace
de última milla.
• Se usan con el afán de reducir costos y espacio.
• Luego de la caja terminal, se realiza la interconexión con el equipo activo.
• Pueden alojar fusiones de fibra o conectorización.
• Muy usadas en trabajos de cableado estructurado.
• Muy utilizadas en tecnologías de última milla de fibra óptica y tecnologías como fttx.
Fig. 2.17 Distribuidores Ópticos
2.12.4 Conectores para Fibra Óptica
Cuando se requiere unir dos fibras ópticas en forma rápida y temporal, se utilizan los
conectores. Estos, en base a sus principios de diseño, se pueden dividir en dos tipos de
conectores: de acercamiento mecánico de precisión de los extremos de la fibra y de
acercamiento óptico de los frentes de onda de las fibras a unir.
En el primer caso, se utilizan estructuras que requieren de precisión lateral, azimutal, y
longitudinal para lograr el alineamiento requerido de la fibra. En el segundo caso se utilizan
63
lentes para ayudar en el alineamiento de las dos fibras a unir, logrando mejores tolerancias
angulares. Los conectores más utilizados son los del primer tipo, y en él se encuentran
muchas variedades que combinan costos, pérdidas ópticas, durabilidad, etc. Las variedades
más comunes según la estructura del conector son:
a) Conectores de fibra óptica monomodo:
Como realizar la terminación de fibra óptica con el sistema adhesivo, utilizando
componentes hyperline
Figura. 2.18 Conector de fibra óptica FC, SM, 3 mm, cuerpo metálico
Figura. 2.19 Conector de fibra óptica FC, SM, 0,9 mm, cuerpo metálico
Descripción:
Compatible con todos los estándares ntt-fc
Superficie de la punta sobresaliente, radio de 20 mm, clase pc
64
Figura. 2.20 Conector de fibra óptica ST, SM, 3 mm, cuerpo metálico
Figura. 2.21 Conector de fibra óptica ST, SM, 0,9 mm, cuerpo metálico
Descripción:
Mecanismo del fijador: bayonet
Punta de calidad de circonio
Superficie de la punta sobresaliente, radio de 20 mm, clase pc
65
Figura. 2.22 Conector de fibra óptica SC, SM.
Figura. 2.23 Conector de fibra óptica SC, SM, 3 mm, simplex
Descripción:
Compatible con todos los estándares ntt-sc
Mecanismo de conexión simplificado
Superficie de la cola sobresaliente, radio de 20 mm, clase pc
66
b) Conectores de fibra óptica multimodo:
Figura. 2.24 Conector de fibra óptica ST, mm, 3 mm, cuerpo metálico
Figura. 2.25 Conector de fibra óptica ST, mm, 0,9 mm, cuerpo metálico
Descripción:
Mecanismo del fijador: bayonet
Punta de calidad de circonio
Superficie de la punta sobresaliente, radio de 20 mm, clase pc
67
Figura. 2.26 Conector de fibra óptica SC, mm, 0,9 mm, simplex
Figura. 2.27 Conector de fibra óptica SC, mm, 3 mm, simplex
Figura. 2.28 Conector de fibra óptica mtrj (male), mm, 1,8 mm
.
68
c) Accesorios para realizarla conectividad
1) Distribuidores ópticos:
Figura. 2.29 Distribuidores internos:
2) Cables:
Fig. 2.30 Cables de parcheo
69
3) Pigtails:
Figura. 2.31 Pigtails
4) Atenuadores:
Figura. 2.32 Atenuadores
70
5) Cajas de empalme:
Figura. 2.33 Cajas de empalme
6) Mangas termoretráctiles:
Figura. 2.34 Termoretráctiles
71
7) Herramienta
Figura. 2.35 Herramientas para los trabajos
2.13. Procedimiento de Empalmes de Fibra Óptica por Fusión
Introducción
Los empalmes de Fibra Óptica (FO) son de carácter permanente, para su realización se
requiere una maquina empalmadora especializada, que pueden ser manual o automática.
Una máquina empalmadora automática alinea los núcleos de las dos fibras enfrentadas con
motores servocontrolados por una cámara que realimenta su posición. Una vez logrado
esto, se produce un arco eléctrico generado por dos electrodos, con lo cual se logra la fusión
de las fibras.
Figura.2.36 Empalmadora de fusion
72
Se describe a continuación paso a paso este proceso:
1.--Se identifica el tipo de fibra con el cual se trabajara, MM o SM, para seleccionar en el
menú de la fusionadora el tipo de fusión de acuerdo al tipo de fibra.
2- Se retiran los recubrimientos de protección, aproximadamente unos 10 cms, se utiliza
una pinza especial con el cuidado de no cortarla y de extraer por completo la cubierta de
protección.
Figura. 2.37 Fibras multimodo, a la izq. FO sin cubierta, a la derecha FO con recubrimiento
3-Se coloca el protector del empalme en uno de los cables de FO con la precaución de no
dañara.
4- Se coloca cada FO en la maquina de corte, a una longitud desead,. La herramienta de
corte está basada en el rayado del vidrio y partido por presión, la fibra debe por tanto estar
completamente limpia, sin residuos de recubrimiento, lo cual nos impedirá que la fibra sea
cortada.
73
Figura. 2.38 Cortadora de F.O.
5-Una vez cortada cada FO, se deberá mantener en lugar limpio
6-La fibra se coloca dentro de la maquina fusionadora una en cada extremo, a las distancias
indicadas en el equipo. Una vez asegurados las dos fibras, se coloca la tapa y se presiona el
botón de set, se inicia de esta manera el proceso automático de fusión
Figura.2.39, Ubicación de fibras en ambos extremos
7-Imágenes comunes, que se observan en el proceso de fusión sea este efectivo o no, son:
a-alineamiento, si la fo se ha colocado adecuadamente y esta se encuentra sin
contaminación se enfrentan las dos fibras en un proceso automático.
74
Figura. 2.40 Alineamiento de fibras.
b- A partir de un alineamiento efectivo se produce la fusión por arco eléctrico, la imagen
muestra la unión final de la fibra. Si por alguna razón el equipo detecta la existencia de
alguna partícula, en este punto del procedimiento, la fusión tendrá problemas y el equipo
despliega el mensaje de burbuja en la fibra. Para corregir este problema hay que repetir
todo el procedimiento de limpieza y corte para evitar que la fo tenga impurezas que
impidan la unión con otra fo.
Figura.2.41 Calibración por arco
75
Figura. 2.42 Motor pasado
Un problema muy común que se encuentra al trabajar la fibra es:
c-Prueba de motor pasado: sucede cuando las fibras se colocan en la zapata de la
fusionadora superando la longitud indicada por el equipo, para solucionarlo, con mucho
cuidado se retira la fibra que se ha pasado y se ajusta a la longitud requerida, se coloca la
tapa e iniciamos el proceso de fusión.
76
Capitulo 3.-Jerarquía Digital Síncrona (SDH)
3.1 Formación de la Trama PCM30 (2mb/s)
El sistema de transmisión pcm30, permite transmitir simultáneamente 30 señales con
distintas características, por medio de la transformación de cada una de ellas en un
canal de 64 kb/s cada uno, y luego combinar estos a partir de una multiplexión en
tiempo, llegando así a 2048 kb/s. A continuación se explica el procedimiento de
formación de una pcm30.
La señal original luego de pasar por un filtro pasa bajos, se procede a muestrear. Debido a
que el ancho de banda de una señal vocal no supera los 3.4 KHz, y ya que se debe
cumplir el teorema de muestreo, es decir debe tomarse muestras a una frecuencia de el
doble de la máxima presente, entonces se ha estipulado muestrear la señal de voz a una
frecuencia fs=8000 hz; es decir una muestra cada 125us. La gráfica muestra la señal
original y la señal muestreada.
Figura 3.1. Teorema de muestreo
77
Luego se procede a la cuantización de la señal muestreada la cual se efectúa a partir de
una ley de comparación conocida como ley de Muestreo. La misma consiste en dividir la
señal en una cantidad de niveles fijos los cuales luego son codificados, cada uno con una
palabra binaria de 8 bits como muestra la figura 3.2.
Figura 3.2. Cuantización de la señal
3.1.1 Estructura de la Trama
Por cada uno de los 30 circuitos telefónicos se transmiten en ambas direcciones 8000
muestras por segundo en formas de palabras MIC (señales de carácter) de 8 bits. Es decir
en un período de 125 µs han de transmitirse 30 palabras mic de 8 bits cada una. Además
se transmiten otras dos señales de 8 bits: una para señalización y la otra, alternativamente
para alineación de trama y señal de alarmas. Las 30 palabras mic junto con las otras
señales de 8 bits constituyen una trama. Las tramas se transmiten en sucesión directa.
La estructura de la trama, entonces, sería la siguiente:
Figura 3.3. Estructura de una trama PCM
78
Cálculos para la obtención de una trama PCM
1 muestra cada 125 µs
= 8000 muestras / s = 8000 hz
Y cada muestra se codifica con 8 bits => 8/125 µs = 64 000 bps = 64 Kbps
Por tanto:
64 Kbps x 32 (canales de voz) = 2048 Kbps = 2 Mbps
3.2 - Jerarquía Digital Plesiócrona (PDH)
3.2.1 introducción
Debido al desarrollo de la tecnología digital, la transmisión digital de señales es utilizada
cada vez más en el campo de las telecomunicaciones.
Cuando un ruido se suma a una señal analógica, es difícil regenerar la señal original, los
problemas de transmisión analógica de señales se incrementan con la longitud de la línea de
transmisión. Los niveles de ruido se incrementan continuamente en proporción a la longitud
de las líneas de transmisión.
Esto es diferente cuando se trata de señales digitales, especialmente una señal digital de dos
estados, que tiene un número finito de niveles y fácilmente es posible regenerarla sin
pérdidas de información u otros inconvenientes, tales como diafonía, distorsión, etc.
La calidad de la transmisión digital es casi independiente de la longitud de las líneas de
transmisión, por lo cual es posible regenerar la señal enviada sin ruido.
3.2.2 Definición
Las señales de datos que tienen el mismo rango de transmisión pero que son provenientes
de diferentes fuentes, siempre tienen un desplazamiento mayor o menor del valor
nominal de bit rate, estos tienen pequeñas variaciones entre ellos. Por otra parte, cada una
de las señales es también sincrónica con las otras, es por ello que se ha llamado a este
tipo de señales, señales plesiocrónicas.
3.2.3 Conceptos Básicos
Antes del surgimiento de la jerarquía digital sincrónica (SDH), la transmisiones se
hacían básicamente utilizando la jerarquía digital plesiócrona (PDH), la idea básica es la
de hacer una serie de multiplexaciones de señales provenientes de fuentes distintas, para
79
así formar una señal común con un bit rate superior, haciendo determinada
cantidad de multipexiones se van logrando las diferentes jerarquías propias de PDH.
Dichas jerarquías, están estandarizadas, pero estos estándares no son iguales en todo el
mundo, a continuación se detallan en la tabla 3.1 los estándares que han asumido los
distintos orígenes.
Tabla 3.1. Distintas velocidades del PDH
Europa Usa Japón
2 mb/s 1.5 mb/s 6 mb/s
8 mb/s 6 mb/s 32 mb/s
34 mb/s 45 mb/s 97 mb/s
140 mb/s
Todas las jerarquías parten de una velocidad a nivel de canal de 64 Kbps sobre la que se
estructuran los niveles jerárquicos en cualquier sistema.
A estas velocidades, por ejemplo en el caso de las europeas, se llega haciendo una
serie de multiplexiones, las cuales se realizan tomando cuatro líneas de la jerarquía
inmediata inferior, y multiplexando las mismas en tiempo se llega a la siguiente
jerarquía. En la siguiente figura se muestra como se realizan las sucesivas multiplexiones
hasta llegar a la jerarquía más alta que se encuentra estandarizada.
80
Figura 3.4. Distintas jerarquías PDH a nivel mundial
En la tabla 3.2 se indican las características típicas de cada jerarquía.
Tabla 3.2. Niveles y caudales en la jerarquia pdh (en Mb/s)
81
3.2.4 Método de Multipexación
La multiplexión, en la jerarquía PDH, se realiza utilizando el método de entrelazado bit
a bit. Esto quiere decir que la señal de entrada de un dado multiplexor aparecerá
solamente cada 4 bits de la señal de salida del mismo.
En la multiplexión, habría que diferenciar dos casos:
A) Las señales originales son sincrónicas, por ejemplo tienen exactamente el mismo reloj.
Esto es válido para un sistema PCM30, donde el reloj de cada señal de 64Kb/s y de
2mb/s son derivadas a partir del mismo reloj central. En este caso el proceso de
multiplexión se reduce a una simple conversión paralelo-serie de las palabras
codificadas de 8 bits.
B) Las señales originales no son sincrónicas, por ejemplo sus relojes provienen
de distintos lugares. Esto es válido para la multiplexión de señales de salida
originadas por varios sistemas PCM30 cuyos relojes son generados en cada uno de los
sistemas en una forma autónoma. Aquí es necesario tomar medidas apropiadas con el
fin de compensar las diferencias de relojes.
82
Figura 3.5. Tipos de multiplexación en PDH
83
Figura 3.6. Formato de una trama E1 y T1
3.2.5 Limitantes del PDH
Las principales limitantes que presenta la jerarquía digital plesiócrona son las siguientes:
Incompatible con las jerarquías existentes en el mundo, es decir, que para
multiplexar y demultiplexar un nivel jerárquico es necesario demultiplexarlos nivel
por nivel.
Se carece de apuntadores por lo que no se puede averiguar dónde se encuentra
nuestra señal de interés.
Altos costos debidos a la conversión de los niveles jerárquicos.
La PDH fue diseñada básicamente para enlaces punto a punto.
Falta de capacidad de monitoreo en la carga útil.
No existe la posibilidad de gestionar, monitorear o supervisar la red.
No hay compatibilidad entre sistemas de diferentes fabricantes.
84
3.3 - Jerarquía digital sincrónica (SDH)
3.3.1 Introducción a la SDH
SDH (jerarquía digital sincrónica) es un una norma para el transporte de datos en
telecomunicaciones formulado por la unión de telecomunicación internacional (ITU). La
primera generación de sistemas de fibra óptica en las redes de telefonía pública utilizaba
una arquitectura propietaria, código de línea de equipamiento, formatos de multiplexión y
procedimientos de mantenimiento. Los usuarios de este equipamiento requerían de
compatibilidad para poder mezclar y conectar equipos de diferentes vendedores.
SDH se introdujo primariamente en las redes de telecomunicaciones en el año 1992 y ha
tenido un gran desarrollo desde entonces. Se desarrollo en todos los niveles de la
infraestructura de las redes, incluyendo las redes de acceso y las de larga distancia. Está
basado en la superposición de una señal multiplexada sincrónica sobre un haz de
luz transmitido sobre un cable de fibra óptica. SDH también está definido para funcionar
con enlaces de radio, satélite e interfaces eléctricas entre los equipos.
SDH posibilita un importante incremento en la flexibilidad y el ancho de banda disponible
que provee grandes ventajas respecto de los viejos sistemas de telecomunicaciones.
Estas ventajas incluyen:
Una reducción en la cantidad de equipamiento y un incremento en la
eficiencia de la red.
La definición de un formato de multiplexion sincrónico para trabajar con señales digitales
de bajo nivel (como 2, 34 y 140mbps) que simplifica en gran medida la interface a
los switches digitales, cross-connects digitales y multiplexores add-drops.
La disponibilidad de un conjunto de estándares, que permiten interoperatividad
multivendedor.
La definición de una arquitectura flexible capaz de adaptarse a futuras aplicaciones, con
una variedad de tasas de transmisión.
Una de las ventajas fundamentales de SDH es el hecho de que es
sincrónico. Actualmente, la mayoría de los sistemas de fibra y multiplexión son
plesiócronas. Esto significa que el tiempo puede variar de equipo en equipo debido a que
están sincronizados con diferentes relojes.
85
Como SDH es sincrónico, permite multiplexión y demultiplexión en un nivel-simple.
Esta multiplexión en nivel sencillo elimina el hardware complejo, y por lo tanto decrementa
el costo del equipamiento mientras se mejora la calidad de la señal.
En las redes plesiócronas, una señal entera debe ser demultiplexada para poder acceder a un
canal particular; luego los canales no accedidos tienen que ser remultiplexados para poder
ser enviados a lo largo de las redes a su propio destino. En el formato SDH, solo aquellos
canales que son requeridos en un punto particular son demultiplexados, por lo tanto se
elimina la necesidad de remultiplexar. En otras palabras, SDH crea canales
individuales "visibles" y pueden ser fácilmente agregados o eliminados.
3.4 Velocidades de Transmisión de un Sistema SDH
SONET y SDH son un conjunto de estándares para la transmisión o transporte de datos
síncronos a través de redes de fibra óptica. SONET significa por sus siglas en
inglés, synchronous optical network; SDH viene de synchronous digital hierarchy.
Aunque ambas tecnologías sirven para lo mismo, tienen pequeñas diferencias
técnicas, de manera semejante con el T1 y el E1. SONET, por su parte, es utilizada
en estados unidos, Canadá, corea, Taiwán y Hong Kong; mientras que SDH es utilizada en
el resto del mundo. Los estándares de SONET están definidos por la ANSI (american
nacional standards institute) y los SDH por la ITU-T (international telecommunicatios
union). En la tabla 3.3 se muestra la equivalencia entre SDH y SONET en cuestión de
velocidades o tasas de bits.
86
Tabla 3.3. Equivalencia en jerarquías digitales SDH y SONET
Figura 3.7. Velocidades en SDH
87
3.5 Característica de un sistema SDH
SDH es síncrono: esto quiere decir que los elementos de una red SDH utilizan
como referencia solamente un reloj.
Es compatible con PDH: la SDH puede ser introducida concatenándose con las redes ya
existentes, como son los sistemas PDH que se tenían anteriormente, tanto en la norma
europea (ETSI) como en la norma americana (ANSI), e incluso las dos de manera
simultánea.
Tiene compatibilidad en línea: SDH tiene una normalización en línea, es decir, hacia el
medio de transmisión que permite el mezclar equipos de diferentes proveedores en los
extremos del medio de transmisión.
Realiza una multiplexación más práctica: SDH está compuesta por señales de más bajo
nivel, es decir, señales de más bajas velocidades, sin embargo, estos pueden ser más
fácilmente identificados de los sistemas de más alto nivel. Esto hace posible el segregar y el
agregar (add and drop) a partir de los canales de tráfico incrustados en los sistemas SDH
en forma mucho más simple, lo cual hace más versátiles y económicos estos
sistemas.
Tiene canales para la administración: en la señal misma de SDH están incrustadas
señales para la operación y el mantenimiento de la red SDH y por tanto, están disponibles
en los elementos de dicha red.
Lo anterior permite el control centralizado de la red, mediante los canales de
administración de la red dentro de la señal SDH.
Sin duda la implementación de SDH en las redes de transporte debe su razón a las
muchas ventajas que ofrece:
- Mayores velocidades (mas transporte de información)
- Mayor calidad (tasas de errores de bits más bajas)
- Rentabilidad (menor equipamiento y mayor implementación)
- Interfaces estándares (interoperabilidad de fabricantes)
- Mayor administración (mayores funcionalidades de operación y mantenimiento)
- Más arquitecturas de red (anillo, bus, hub, etc.)
- Mayor transporte de señales e interfaces (PDH, ATM, HDTV, etc.).
88
3.6 - Definición de SDH
SDH es un estándar para redes de telecomunicaciones de “alta velocidad, y alta
capacidad”; más específicamente es una jerarquía digital sincrónica.
Este es un sistema de transporte digital realizado para proveer una infraestructura de redes
de telecomunicaciones más simple, económica y flexible.
Las viejas redes fueron desarrolladas en el tiempo en que las transmisiones punto a punto
eran la principal aplicación de la red. Hoy en día los operadores de redes requieren una
flexibilidad mucho mayor. En la siguiente figura se muestra la distribución de trama
de un nodo de cross- conección plesiocrónico.
Figura 3.8. Estructura de una red PDH, punto a punto
3.7- ¿Por qué SDH?
A partir de la introducción de la tecnología PCM hacia 1960, las redes de
comunicaciones fueron pasando gradualmente a la tecnología digital en los años siguientes.
Para poder soportar la demanda de mayores velocidades binarias surgió la jerarquía PDH.
Pero como las velocidades de transmisión de esta jerarquía no son las mismas para EEUU
y Japón que para Europa, las pasarelas entre redes de ambos tipos es compleja y costosa.
Además si se tiene en cuenta que para poder llegar a un canal de 64kb/s (canal de voz),
habría que desarmar toda la señal PDH, hasta llegar al mismo, es decir habría que
poner una cadena de multiplexores y demultiplexores, con el incremento de costo que
esto significa.
El objetivo de la jerarquía SDH, nacida en los años 80, era subsanar estas
desventajas inherentes a los sistemas PDH, como así también normalizar las
89
velocidades superiores a 140Mb/s que hasta el momento eran propietarias de cada
compañía.
La tecnología SDH, ofrece a los proveedores de redes las siguientes ventajas:
3.7.1-Altas Velocidades de Transmisión
Los modernos sistemas SDH logran velocidades de 10 Gbit/s. SDH es la tecnología
más adecuada para los backbones, que son realmente las superautopistas de las redes de
telecomunicaciones actuales.
3.7.2-Función Simplificada de Inserción/Extracción
Comparado con los sistemas PDH tradicionales, ahora es mucho más fácil extraer o
insertar canales de menor velocidad en las señales compuestas SDH de alta velocidad. Ya
no hace falta demultiplexar y volver a multiplexar la estructura plesiócrona, procedimiento
que en el mejor de los casos era complejo y costoso. Esto se debe a que en la jerarquía SDH
todos los canales están perfectamente identificados por medio de una especie de “etiquetas”
que hacen posible conocer exactamente la posición de los canales individuales.
3.7.3-Alta Disponibilidad y Grandes Posibilidades de Ampliación
La tecnología SDH permite a los proveedores de redes reaccionar rápida y fácilmente frente
a las demandas de sus clientes. Por ejemplo, conmutar las líneas alquiladas es sólo cuestión
de minutos. Empleando un sistema de gestión de redes de telecomunicaciones, el proveedor
de la red puede usar elementos de redes estándar controlados y monitorizados desde
un lugar centralizado.
3.7.4-Fiabilidad
Las modernas redes SDH incluyen varios mecanismos automáticos de protección y
recuperación ante posibles fallos del sistema. Un problema en un enlace o en un elemento
de la red no provoca el colapso de toda la red, lo que podría ser un desastre
financiero para el proveedor. Estos circuitos de protección también se controlan mediante
un sistema de gestión.
90
3.7.5-Interconexión
Con SDH es mucho más fácil crear pasarelas entre los distintos proveedores de redes y
hacia los sistemas SONET. Las interfaces SDH están normalizadas, lo que simplifica las
combinaciones de elementos de redes de diferentes fabricantes. La consecuencia inmediata
es que los gastos en equipamiento son menores en los sistemas SDH que en los sistemas
PDH.
El motor que genera toda esta evolución es la creciente demanda de más ancho de banda,
mejor calidad de servicio y mayor fiabilidad, junto a la necesidad de reducir costos
manteniendo la competitividad.
¿Cuál es el futuro de las redes de transporte?
Se tiende hacia velocidades mayores, tal como en el sistema STM-64 (multiplexado por
división en el tiempo, TDM de 10 Gbps), pero los costos de los elementos de ese tipo
son aún muy elevados, lo que está retrasando el proceso. La alternativa es una técnica
llamada DWDM (multiplexación densa por división de longitud de onda) que mejora el
aprovechamiento de las fibras ópticas monomodo, utilizando varias longitudes de onda
como portadoras de las señales digitales y transmitiéndolas simultáneamente por la fibra.
Los sistemas actuales permiten transmitir 16 longitudes de onda, entre 1520 nm y 1580 nm,
a través de una sola fibra. Se transmite un canal STM-16 por cada longitud de onda, lo que
da una capacidad de unos 40 Gbit/s por fibra. Ya se ha anunciado la ampliación a 32, 64 e
incluso 128 longitudes de onda.
Conectada al empleo del multiplexado DWDM se observa una tendencia hacia las redes en
las que todos los elementos son ópticos. Ya existen en el mercado multiplexores add/drop
(inserción/extracción) ópticos y se están realizando pruebas de dispositivos ópticos de
transconexión (cross-connects).en términos del modelo de capas ISO-OS, este desarrollo
significa básicamente la aparición de una capa DWDM, adicional debajo de la capa
SDH. Probablemente pronto veremos velocidades binarias aún más elevadas gracias a la
tecnología DWDM.
91
3.8-Componentes de una Red Síncrona
Figura 3.9. Diagrama esquemático de redes de comunicaciones hibridas
La figura 3.9 es un diagrama esquemático de una estructura SDH en anillo con varias
señales tributarias. La mezcla de varias aplicaciones diferentes es típica de los datos
transportados por la red SDH. Las redes síncronas deben ser capaces de transmitir las
señales plesiócronas y, al mismo tiempo, ser capaces de soportar servicios futuros
como ATM. Todo ello requiere el empleo de distintos tipos de elementos de red. De ellos
hablaremos en esta sección.
Las redes SDH actuales están formadas básicamente por cuatro tipos de elementos.
La topología (estructura de malla o de anillo) depende del proveedor de la red.
92
3.9.- Arquitecturas de Red para SDH
La arquitectura de red se entiende como la organización topológica de los elementos de una
red SDH y la interconexión entre los mismos. Es un concepto que lleva asociados los
diferentes tipos de elementos y de enlaces. Algunos de los tipos de arquitectura se listan a
continuación:
3.9.1 Punto a punto
Ésta se compone de dos multiplexores terminales unidas por uno o dos enlaces (con
protección implementada) STM-N. En cada uno de los multiplexores se arma y se
desmonta la trama completa. Este tipo de aplicación se ilustra en las figura 3.10.
Figura 3.10. Diagrama a bloques de una red punto a punto
3.9.2 punto a multipunto
Una arquitectura punto-multipunto puede añadir y eliminar circuitos a través de toda la red.
El SDH ADM (add/dropp multiplexer) es un único elemento de la red diseñado para este
tipo de tareas. Este elemento evita los procesos de las redes actuales de demultiplexar,
cross-conectar, añadir y eliminar canales, y luego tener que remultiplexor. El ADM es
puesto típicamente en una red SDH para facilitar añadir y eliminar tributarios en puntos
intermedios dentro de la red.
93
Figura 3.11. Diagrama a bloques de una red punto a multipunto
3.9.3 Arquitectura de Anillo
La trama para SDH en una topología de anillo es la ADM. Múltiples ADM's puede ser
colocados en una configuración de anillo para cualquier tipo de tráfico unidireccional o
bidireccional. La principal ventaja de una topología de anillo es su supervivencia; si un
cable de fibra es cortado, los multiplexores tienen la capacidad de enviar una señal de fallo
por una ruta alterna a través del anillo por medio de un sector que no ha sido afectado.
Figura 3.12. Diagrama a bloques de una red de anillo
94
La demanda de servicios que puedan sobrevivir, tales como diversidad de ruteo de fibra,
flexibilidad de acomodar los servicios en caso de fallo en un nodo alterno, han hecho de la
topología de anillo la favorita para trabajar con SDH.
3.10-Característica Principal de SDH
Velocidad básica 155mb/s (STM-1)
Técnica de multiplexado a través de punteros
Estructura modular: a partir de la velocidad básica se obtienen velocidades
superiores multiplexando byte por byte varias señales STM-1. Las velocidades
multiplexadas, a diferencia de PDH, son múltiplos enteros de la velocidad básica.
A través del puntero, se puede acceder a cualquier canal de 2 Mb/s.
Posee gran cantidad de canales de overhead que son utilizados para supervisión, gestión,
y control de la red.
3.10.1-Trama STM-1
La trama para SDH está formada por 9 filas por 270 columnas en la unión de cada fila con
columna se envía un byte que contiene diversas informaciones para el funcionamiento del
sistema y para el envío de información o datos del usuario. La información es
enviada byte por byte y se inicia el envío de la información en la trama de izquierda a
derecha iniciando por:
Fila 1 byte 1 al 270
Fila 2 byte 271 al 540
Fila 3 byte 541 al 810
Fila 4 byte 811 al 1080
Fila 5 byte 1081 al 1350
Fila 6 byte 1351 al 1620
Fila 7 byte 1621 al 1890
Fila 8 byte 1891 al 2160
Fila 9 byte 2161 al 2430
95
Lo expuesto anteriormente se ilustra a través de la siguiente figura.
Figura 3.13. STM-1: módulo de transporte síncrono de nivel 1
Los primeros 9 bytes en cada fila llevan información que el sistema utiliza para sí mismo.
La sección de encabezados es: SOH= RSOH + MSOH.
Encabezado de sección para regeneradores (RSOH) que tiene 3 filas por 9 bytes.
Encabezado de la sección multiplex (MSOH) que tiene 5 filas por 9 bytes.
Un apuntador que ocupa 9 bytes de una fila.
Los restantes 261 bytes por fila se utilizan para la capacidad de transporte o carga útil del
sistema SDH. Sin embargo, parte de esta capacidad el sistema la utiliza para
encabezados adicionales.
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Forma de Transmisión:
Como en muchas otras redes de telecomunicaciones, lo que se transmite es un tren de bits.
El tren de bits de la señal SDH es una cadena de bytes. También sabemos que las señales
PDH y SDH se pueden dividir en varios canales para diferentes aplicaciones.
De acuerdo con la figura anterior, la señal stm-1 se puede ver como una trama formada por
9 filas y 270 columnas. La secuencia de transmisión es una fila a la vez, comenzando desde
arriba. Cada fila se transmite de izquierda a derecha y cada byte se transmite
primero comenzando con el bit más significativo (MSB most significative bit).
Velocidad de un stm-1 se transmite a 8,000 veces por segundo, la cual también es
la velocidad de muestreo de un sistema PCM, por lo tanto el periodo de la trama es de
125 µs.
La velocidad de transmisión de un stm-1 se obtiene de la siguiente forma:
Velocidad = (80000 tramas/seg)*(9 filas/trama)*(270 bytes/fila)*(8 bits/byte)
= 155,520 kbits/seg.
97
3.11-Camino Para Formar Una Trama STM-1
Una señal stm-1 puede ser formada a partir de algunas de las jerarquías PDH solamente, se
eligieron cuatro velocidades tratando así de que por lo menos alguna de las jerarquías que
cada país tenía, tenga cabida dentro de la trama STM-1.
Figura 3.14. Estructura de multiplexación síncrona según el CCITT (SDH)
La figura anterior muestra el mapeo que se hace para llegar de una señal PDH tradicional a
una señal básica de SDH, es decir a una trama STM-1.
98
Figura 3.15. Estructura de multiplexación síncrona según el ETSI (SDH)
Tomando como ejemplo la velocidad de 2mb/s se ve que tomando 3 TU (unidades
tributarias), se forma un TUG2 (grupo de unidades tributarias de orden 2), agrupando 7
TUG, se forma una AU3 (unidad administrativa de orden 3), y por ultimo agrupando 3
AU3, se forma una AUG (grupo de unidades tributarias), a la cuál agregándole el SOH,
forma la trama STM-1.
A medida que se va armando la trama se van agregando al payload, los
diferentes identificadores y canales de overhead. Se podría pensar la trama como si tuviera
una estructura de cascarón, es decir que cada etapa va sumando una capa a este cascarón
imaginativo.
99
El siguiente gráfico muestra como se llega a una STM-1 desde una señal PDH de 140mb/s.
Figura 3.16. Formación de la trama stm-1, a partir de la señal PDH de jerarquía e4
3.11.1-Contenedor C
Toda información útil, ya sea plesiócrona o síncrona, se coloca en contenedores
antes de ser transmitida en una STM-1.
Por contenedor c se entiende una capacidad de transmisión definida y síncrona a la
red. El tamaño de los containers se indica en bytes, esta cantidad de bytes se pone a
disposición como capacidad de transmisión en containers cada 125 µs. Los tamaños de los
containers establecidos corresponden a las señales plesiócronas actuales. En la
siguiente tabla 3.4 se distinguen los siguientes tamaños de contenedores.
100
Tabla 3.4 Tamaños de contenedores
Denominación Señal a
Transmitir
C-11 1544kb/s
C-12 2048kb/s
C-2 6312kb/s
C-3 44736kb/s
Ó 34368kb/s
C-4 139364kb/s
La información útil debe caber en estos contenedores, por lo tanto en las señales, esto se
logra mediante un relleno de bits y bytes, para el cual se emplea tanto el procedimiento de
relleno puramente positivo como el de relleno negativo-cero-positivo.
El container contiene:
A) información útil (por ejemplo la señal PDH)
B) bytes y bits de relleno fijos (fixed stuffing) para la adaptación del reloj. Estos
rellenos, son siempre bytes (bits) sin información para adaptar la velocidad PDH
aproximadamente a la velocidad del contenedor, que suele ser mayor. La adaptación
más precisa se efectúa por medio de bits rellenables individuales.
C) bits rellenables para la adaptación precisa del reloj. Según sea necesario, estos bits
pueden usarse como bits de información útil o bien como bits de relleno.
D) bits de relleno para comunicar al destinatario si el bit rellenable tiene información útil o
es simplemente de relleno, permitiendo así al destinatario saber si debe tener en cuenta los
bits de relleno o debe descartarlos.
3.11.2 Contenedor Virtual (VC)
Contenedor virtual-n (VC-n): el contenedor virtual se refiere al conjunto de un contenedor
y a su cabecera de ruta asociada. Es la estructura de información usada para establecer
conexiones entre los distintos niveles del trayecto. En el contenedor virtual se agregan las
101
facilidades para la supervisión y el mantenimiento (encabezado) de las trayectorias de punta
a punta del contenedor o grupos de unidades tributarias
Figura 3.17. Estructura básica de un contenedor virtual
3.11.3-Unidad Administrativa (AU)
Su función es el agregar apuntadores a los contenedores virtuales, en forma similar que con
las unidades tributarias. Estructura de información que adapta información entre la
trayectoria de alto orden y la sección multiplexora.
102
3.11.4-Grupo de Unidades Administrativas (AUG)
Un grupo de unidad administrativa agrupa a varias unidades administrativas que van
juntas para formar un sistema SDH de primer orden. En la multiplexación, de acuerdo con
la estructura de la ETSI, el AUG es idéntico a la única unidad administrativa que se define.
Figura 3.18. Estructura de un AUG
Figura 3.19. AUG subdividido en 3 AU-3
103
3.11.5-Unidad Tributaria (TU) o Unidad Afluente
En las unidades tributarias se agregan apuntadores a los contenedores virtuales. Un
apuntador permite al sistema SDH el compensar las diferencias de fase o
frecuencia dentro de la red SDH y también localizar el inicio del contenedor virtual.
El digito “n” se refiere al nivel de contenedor virtual que corresponde directamente con la
unidad tributaria.
Figura 3.20. Formación de un TU
3.11.6- Punteros
Es oportuno hacer un comentario especial a cerca de los punteros. En las señales
SDH es condición fundamental que antes de proceder a la multiplexación se efectúe la
alineación de los punteros. Esto no significa que la señal sea retrasada ya que esto no es
posible, hay que tener en cuenta que la información contenida en el payload es información
que debe ser transmitida en tiempo real, lo que se hace entonces, es cambiar el
contenido del puntero reacomodando la posición a la cual debe apuntar (posición donde
empieza el payload). Es decir que el payload tiene cierta libertad para deslizarse dentro
del VC, siempre siendo apuntado por el puntero correspondiente.
104
3.12 Aplicaciones SDH
- Los sistemas SDH pueden utilizarse:
- En las redes actuales, como sistemas de transmisión, en lugar de los plesiócronos,
sin cambio de la arquitectura de las redes.
- En las futuras redes troncales síncronas de forma de anillo o punto a punto
- En las futuras redes de acceso, ofreciendo servicios de alta velocidad y banda ancha
(Tx vídeo, WAN, LAN, MAN)
- Reemplazo de las redes troncales plesiócronas actuales.
- Redes troncales por su uso como bus o en configuraciones en anillo.
- Servicios de banda ancha (LAN, WAN).
- Soporte de redes multiservicios.
Figura 3.21 Aplicaciones básicas en el mercado
105
3.13 Diferencias entre PDH y SDH
Tabla 3.5 Diferencias entre PDH y SDH
CONCLUSIONES
En conclusión podemos afirmar que gracias al avance tecnológico que está sufriendo las
telecomunicaciones actualmente en el mundo, lo que antes era imposible ahora es una
realidad.
En el caso específico de la norma SDH, la transmisión de datos de banda ancha a altas
velocidades se dio gracias al avance tecnológico de la fibra óptica, ya que esta además de
manejar mayor capacidad de datos, en cierto sentido su seguridad es mayor.
Por otro lado aunque el principal destino de SDH está en las centrales telefónicas y en la
naciente Red Digital de Servicios integrados, brindando un ancho de banda suficientemente
grande y a velocidades altas (2.5 Gbps), el camino de SDH se dirige hacia el servicio a los
usuarios finales en las redes locales (LAN’s) o en anillos sectoriales.
En cuanto los beneficios que proporciona SDH, tiene que ver principalmente con los que
proporciona una red síncrona; una red síncrona tiene varios, pero la principal es la
simplificación de la red, la cual se refiere a que en este tipo de red un único multiplexor
síncrono substituye toda una montaña de multiplexores de la antigua jerarquía digital
plesiocrona PDH. Además una estación de SDH es más simple, su mantenimiento es más
barato, ocupa menos espacio y consume menos energía. Y debido a que en este tipo de red
es de banda ancha más fácilmente, porque no es necesario enviar un equipo de
técnicos solamente para enrutar un nuevo enlace, esta se puede establecer desde un
punto central, por el simple ingreso de un comando en una terminal de gestión de la red.
En cuanto al control de la red, los canales disponibles dentro de la estructura de la trama
SDH permiten que toda la red sea controlada por software. Los sistemas de gestión de las
redes no solamente pueden detectar fallas, sino también evaluar el desempeño, modificar
las configuraciones, disponer de recursos y controlar la seguridad.
Muchos problemas podrán ser solucionados desde una única sala, inclusive hasta la
actualización del software o su sustitución completa pueden ser hechas desde la sala de
gestión.
En síntesis, SDH de mayor flexibilidad a las redes, mayor calidad de servicio y costos de
operación más bajos, por todo esto y más SDH estará presente como tecnología de
vanguardia en las telecomunicaciones en México.
BIBLIOGRAFIA:
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Consulta 15 de Marzo del 2010.
http://www.agtprint.com/relprods.html
Consulta 18 de Marzo del 2010.
http://www.corningcablesystems.com/web/city.nsf/ehtml/lhome
Consulta 10 de Abril del 2010.
http://www.contech1.com/fusevidcap.html
Consulta 10 de Abril del 2010.
TELECOMMUNICATION TRANSMISSION SYSTEMS
Segunda edición, 1998
Robert G. Winch
Ed. Mcgraw Hill
ELECTRONIC COMMUNICATION SYSTEMS
Tercera edición, 1998
Wayne Tomasi
Ed. Prentice-Hall
Comunicación de datos, redes de computación y sistemas abiertos
Fred Haalsall.
Editorial Addison – Wesley Iberoamericana
Glosario
ADM (Add-Drop Multiplexer) Multiplexor para Insertar/Obtener
ADSS (All Dielectric All Soported) Cable aéreo dieléctrico
autosuspendido
AIS (Automatic Identification System) Señal de indicación de alarma
APD (Avalanche photodiode) Fotodiodo de avalan
AU3 (Administrate Unite) Unidad Administrativa de orden 3
AUG (Administrate Unite Group) Grupo de Unidades Tributarias
Cladding (Cladding) Recubrimiento
Core (Core) Núcleo
DWDM (Wavelength-division multiplexing) Multiplexación densa por
división de longitud de onda
ECSA (Certification is a complementary certification) Asociación de
Estándares para el Intercambio entre portadores
E/O (Electroptical) Electro-ópticos
ETSI (European Telecommnications Standards Institute) Instituto
Europeo de Estándares de Telecomunicaciones
FEBE (Far End Block Error) Señales de error en bloque en extremo
remoto
FO (Fiber Optical) Fibra Óptica
HO (High Order) Orden superior
LAN (Local Área Network) Red de Área Local
LED (Light-emitting diode) Diodo emisor de luz
LO (Low Order) Orden inferior
LOF (Loss Frame) Pérdidas de trama
LOP (Loss Punter) Pérdida de puntero
LOS (Loss Signal) Pérdida de señal
MAN (Metropolitan Área Network) Red de Área Metropolitana
MLM (Multilongitudinal Laser Mode) Láser de modo multilongitudinal
MM (Multimode) Multimodo
MUX Multiplexores Síncronos
ODFS (Optical Distibuite Fiber) Distribuidores Ópticos pueden ser muy
pequeños, y para montar sobre pared.
OPGW (Wire Guard optical fiber) Cable de guardia con fibras ópticas
PDH (Herarchye Digital Plesyocrone)Jerarquía Digital Plesiócrona
PRC (Primary Reference Crhonos) Reloj de referencia primario
RX Receptor
SDH (Synchronous Digital Hierarchy) Jerarquía Digital Síncrona
SDXC (Sinchronous Digital Cross Connect) Enrutador Digital
SEC Relojes de equipos síncronos
Splice Holder Es un accesorio plástico muy pequeño con canales prediseñados
para retener a los tubillos termo contraíbles para protección de
empalme.
SLM Láser de modo monolongitudinal
SM (Single mode) Monomodo
SOH (Section Over-Head) Sección de cabecera
STM-1 (Synchronous Transport Module) Modulo de Transporte síncrona
SONET (Synchronous Optical Network) Red óptica Síncrona
TU Unidades Tributarias
TX Transmisor
TUG2 Grupo de Unidades Tributarias de orden 2
UCT (Universal Coodinate Time).El Tiempo Universal Estándar
UHF (Ultra High Frecuency) Frecuencia Ultra Alta
UV Ultra Violeta
VHF (Very High Frecuency) Frecuencia muy Alta
VC (Virtual Container) Contenedor virtual
VOD Video bajo demanda
WAN (Wide Area Network) Red de Área Amplia
