Sunday, 11 June 2017
Guias de Onda
Las aplicaciones típicas de este medio es en las centrales telefónicas para bajar/subir señales provenientes de antenas de satélite o estaciones terrenas de microondas
La guía de onda es otro medio de comunicación también muy usado, el cual opera en el rango de las frecuencias comúnmente llamadas como microondas (en el orden de GHz). Su construcción es de material metálico por lo que no se puede decir que sea un cable. El ancho de banda es extremadamente grande y es usada principalmente cuando se requiere bajas perdidas en la señal bajo condiciones de muy alta potencia como el caso desde una antena de microondas al receptor/transmisor de radio frecuencia..
¿Qué una Guía de Onda?
Una guía de onda es un tubo conductor hueco, que generalmente es de sección transversal rectangular, o bien circular o elíptica. Las dimensiones de la sección transversal se seleccionan de tal forma que las ondas electromagnéticas se propaguen dentro del interior de la guía; cabe recordar que las ondas electromagnéticas no necesitan un medio material para propagarse. Las paredes de la guía de onda son conductores y por lo tanto reflejan energía electromagnética de la superficie. En una guía de onda, la conducción de energía no ocurre en las paredes de la guía de onda sino a través del dieléctrico dentro de la guía de onda. La energía electromagnética se propaga a lo largo de la guía de onda reflejándose hacia un lado y otro en forma de “zig-zag”.
En electromagnetismo y en telecomunicación, una guía de onda es cualquier estructura física que guía ondas electromagnéticas. Algunos sistemas de telecomunicaciones utilizan la propagación de ondas en el espacio libre, sin embargo también se puede transmitir información mediante el confinamiento de las ondas en cables o guías. En altas frecuencias las líneas de transmisión y los cables coaxiales presentan atenuaciones muy elevadas por lo que impiden que la transmisión de la información sea la adecuada, son imprácticos para aplicaciones en HF(alta frecuencia) o de bajo consumo de potencia, especialmente en el caso de las señales cuyas longitudes de onda son del orden de centímetros, esto es, microondas.
La transmisión de señales por guías de onda reduce la disipación de energía, es por ello que se utilizan en las frecuencias denominadas de microondas con el mismo propósito que las líneas de transmisión en frecuencias más bajas, ya que se presentan poca atenuación para el manejo de señales de alta frecuencia.
Este nombre, se utiliza para designar los tubos de un material de sección rectangular, circular o elíptica, en los cuales la energía electromagnética ha de ser conducida principalmente a lo largo de la guía y limitada en sus fronteras. Las paredes conductoras del tubo confinan la onda al interior por reflexión, debido a la ley de Snell en la superficie, donde el tubo puede estar vacío o relleno con un dieléctrico. El dieléctrico le da soporte mecánico al tubo (las paredes pueden ser delgadas), pero reduce la velocidad de propagación.
En las guías, los campos eléctricos y los campos magnéticos están confinados en el espacio que se encuentra en su interior, de este modo no hay pérdidas de potencia por radiación y las pérdidas en el dieléctrico son muy bajas debido a que suele ser aire. Este sistema evita que existan interferencias en el campo por otros objetos, al contrario de lo que ocurría en los sistemas de transmisión abiertos.
TIPOS DE GUÍAS DE ONDAS
Existen muchos tipos de guías de onda, presentándoles aquí las más importantes:
• Guía de onda rectangular (circular, elíptica): Son aquellas cuya sección transversal es rectangular (circular, elíptica).
• Guía de onda de haz: Guía de Onda constituida por una sucesión de lentes o espejos, capaz de guiar una onda electromagnética.
• Guía de onda tabicada: Formada por dos cilindros metálicos coaxiales unidos en toda su longitud por un tabique radial metálico.
• Guía de onda acanalada, guiada en V; guiada en H: Guía de onda rectangular que incluye resaltes conductores interiores a lo largo de una de cada una de las paredes de mayor dimensión.
• Guía de onda carga periódicamente: Guía de onda en las que la propagación viene determinada por las variaciones regularmente espaciadas de las propiedades del medio, de las dimensiones del medio o de las superficie de contorno.
• Guía de onda dieléctrica: Formada íntegramente por uno o varios materiales dieléctricos, sin ninguna pared conductora.
APLICACIONES
Las guías de onda son muy adecuadas para transmitir señales debido a sus bajas pérdidas. Por ello, se usan en microondas, a pesar de su ancho de banda limitado y volumen, mayor que el de líneas impresas o coaxiales para la misma frecuencia.
También se realizan distintos dispositivos en guías de onda, como acopladores direccionales, filtros, circuladores y otros.
Actualmente, son especialmente importantes, y lo serán más en el futuro, las guías de onda dieléctricas trabajando a frecuencias de la luz visible e infrarroja, habitualmente llamadas fibra óptica, útiles para transportar información de banda ancha, sustituyendo a los cables coaxiales y enlaces de microondas en las redes telefónicas y, en general, las redes de datos.
La guía de onda es otro medio de comunicación también muy usado, el cual opera en el rango de las frecuencias comúnmente llamadas como microondas (en el orden de GHz). Su construcción es de material metálico por lo que no se puede decir que sea un cable. El ancho de banda es extremadamente grande y es usada principalmente cuando se requiere bajas perdidas en la señal bajo condiciones de muy alta potencia como el caso desde una antena de microondas al receptor/transmisor de radio frecuencia..
¿Qué una Guía de Onda?
Una guía de onda es un tubo conductor hueco, que generalmente es de sección transversal rectangular, o bien circular o elíptica. Las dimensiones de la sección transversal se seleccionan de tal forma que las ondas electromagnéticas se propaguen dentro del interior de la guía; cabe recordar que las ondas electromagnéticas no necesitan un medio material para propagarse. Las paredes de la guía de onda son conductores y por lo tanto reflejan energía electromagnética de la superficie. En una guía de onda, la conducción de energía no ocurre en las paredes de la guía de onda sino a través del dieléctrico dentro de la guía de onda. La energía electromagnética se propaga a lo largo de la guía de onda reflejándose hacia un lado y otro en forma de “zig-zag”.
En electromagnetismo y en telecomunicación, una guía de onda es cualquier estructura física que guía ondas electromagnéticas. Algunos sistemas de telecomunicaciones utilizan la propagación de ondas en el espacio libre, sin embargo también se puede transmitir información mediante el confinamiento de las ondas en cables o guías. En altas frecuencias las líneas de transmisión y los cables coaxiales presentan atenuaciones muy elevadas por lo que impiden que la transmisión de la información sea la adecuada, son imprácticos para aplicaciones en HF(alta frecuencia) o de bajo consumo de potencia, especialmente en el caso de las señales cuyas longitudes de onda son del orden de centímetros, esto es, microondas.
La transmisión de señales por guías de onda reduce la disipación de energía, es por ello que se utilizan en las frecuencias denominadas de microondas con el mismo propósito que las líneas de transmisión en frecuencias más bajas, ya que se presentan poca atenuación para el manejo de señales de alta frecuencia.
Este nombre, se utiliza para designar los tubos de un material de sección rectangular, circular o elíptica, en los cuales la energía electromagnética ha de ser conducida principalmente a lo largo de la guía y limitada en sus fronteras. Las paredes conductoras del tubo confinan la onda al interior por reflexión, debido a la ley de Snell en la superficie, donde el tubo puede estar vacío o relleno con un dieléctrico. El dieléctrico le da soporte mecánico al tubo (las paredes pueden ser delgadas), pero reduce la velocidad de propagación.
En las guías, los campos eléctricos y los campos magnéticos están confinados en el espacio que se encuentra en su interior, de este modo no hay pérdidas de potencia por radiación y las pérdidas en el dieléctrico son muy bajas debido a que suele ser aire. Este sistema evita que existan interferencias en el campo por otros objetos, al contrario de lo que ocurría en los sistemas de transmisión abiertos.
TIPOS DE GUÍAS DE ONDAS
Existen muchos tipos de guías de onda, presentándoles aquí las más importantes:
• Guía de onda rectangular (circular, elíptica): Son aquellas cuya sección transversal es rectangular (circular, elíptica).
• Guía de onda de haz: Guía de Onda constituida por una sucesión de lentes o espejos, capaz de guiar una onda electromagnética.
• Guía de onda tabicada: Formada por dos cilindros metálicos coaxiales unidos en toda su longitud por un tabique radial metálico.
• Guía de onda acanalada, guiada en V; guiada en H: Guía de onda rectangular que incluye resaltes conductores interiores a lo largo de una de cada una de las paredes de mayor dimensión.
• Guía de onda carga periódicamente: Guía de onda en las que la propagación viene determinada por las variaciones regularmente espaciadas de las propiedades del medio, de las dimensiones del medio o de las superficie de contorno.
• Guía de onda dieléctrica: Formada íntegramente por uno o varios materiales dieléctricos, sin ninguna pared conductora.
Las guías de onda son muy adecuadas para transmitir señales debido a sus bajas pérdidas. Por ello, se usan en microondas, a pesar de su ancho de banda limitado y volumen, mayor que el de líneas impresas o coaxiales para la misma frecuencia.
También se realizan distintos dispositivos en guías de onda, como acopladores direccionales, filtros, circuladores y otros.
Actualmente, son especialmente importantes, y lo serán más en el futuro, las guías de onda dieléctricas trabajando a frecuencias de la luz visible e infrarroja, habitualmente llamadas fibra óptica, útiles para transportar información de banda ancha, sustituyendo a los cables coaxiales y enlaces de microondas en las redes telefónicas y, en general, las redes de datos.
¿Qué es una onda estacionaria?
Las ondas estacionarias son aquellas ondas en las cuales, ciertos puntos de la onda llamados nodos, permanecen inmóviles.
Una onda estacionaria se forma por la interferencia de dos ondas de la misma naturaleza con igual amplitud, longitud de onda (o frecuencia) que avanzan en sentido opuesto a través de un medio.
Se producen cuando interfieren dos movimientos ondulatorios con la misma frecuencia, amplitud pero con diferente sentido, a lo largo de una linea con una diferencia de fase de media longitud de onda.
Las ondas estacionarias permanecen confinadas en un espacio (cuerda, tubo con aire, membrana, etc.). La amplitud de la oscilación para cada punto depende de su posición, la frecuencia es la misma para todos y coincide con la de las ondas que interfieren. Tiene puntos que no vibran (nodos), que permanecen inmóviles, estacionarios, mientras que otros (vientres o antinodos) lo hacen con una amplitud de vibración máxima, igual al doble de la de las ondas que interfieren, y con una energía máxima. El nombre de onda estacionaria proviene de la aparente inmovilidad de los nodos. La distancia que separa dos nodos o dos antinodos consecutivos es media longitud de onda.
Se puede considerar que las ondas estacionarias no son ondas de propagación sino los distintos modos de vibración de la cuerda, el tubo con aire, la membrana, etc. Para una cuerda, tubo, membrana, ... determinados, sólo hay ciertas frecuencias a las que se producen ondas estacionarias que se llaman frecuencias de resonancia. La más baja se denomina frecuencia fundamental, y las demás son múltiplos enteros de ella (doble, triple, ...).
Una onda estacionaria se puede formar por la suma de una onda y su onda reflejada sobre un mismo eje.(x o y)
Thursday, 25 May 2017
PROYECTO FINAL
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA
INGENIERÍA EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA
DANIELA RAMOS LOPEZ
GRUPO 4CM10
PROYECTO FINAL
SENSOR SÍSMICO
OBJETIVO: Crear un sensor capaz de detectar movimientos y vibraciones aunque no cumple las rigurosas normas establecidas para dispositivos sísmicos, sea capaz de detectar movimientos y se pueda utilizar como una alarma
MARCO TEÓRICO: La piezoelectricidad, es un fenómeno que ocurre en determinados cristales que, al ser sometidos a tensiones mecánicas, en su masa adquieren una polarización eléctrica y aparecen una diferencia de potencial y cargas eléctricas en su superficie.
Este fenómeno también ocurre a la inversa: se deforman bajo la acción de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eléctrico. El efecto piezoeléctrico es normalmente reversible: al dejar de someter los cristales a un voltaje exterior o campo eléctrico, recuperan su forma.
Los materiales piezoeléctricos son cristales naturales o sintéticos que carecen de centro de simetría. Una compresión o un cizallamiento provocan disociación de los centros de gravedad de las cargas eléctricas, tanto positivas como negativas. Como consecuencia, en la masa aparecen dipolos elementales y, por influencia, en las superficies enfrentadas surgen cargas de signo opuesto.
MATERIAL :
(1) Cápsula Piezoeléctrica
(1) Transistor 2N2222A
(3) Resistencias 1K, 10K, 100K ohms
(1) Condensador 100uf 16Vdc
(1) LED Rojo
(1) Circuito NE555
(1) Protoboard
(1) Jumper de conexión
GRUPO 4CM10
Wednesday, 17 May 2017
Fibra Optica (Resumen)
Las fibras ópticas son filamentos de vidrio de alta pureza extremadamente compactos: El grosor de una fibra es similar a la de un cabello humano. Fabricadas a alta temperatura con base en silicio, su proceso de elaboración es controlado por medio de computadoras, para permitir que el índice de refracción de su núcleo, que es la guía de la onda luminosa, sea uniforme y evite las desviaciones, entre sus principales características se puede mencionar que son compactas, ligeras, con bajas pérdidas de señal, amplia capacidad de transmisión y un alto grado de confiabilidad debido a que son inmunes a las interferencias electromagnéticas de radio-frecuencia.
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 reducir el costo por canal; De esta forma es considerable el ahorro en volumen en relación con los cables de cobre.
Fibra Óptica Como Portadora de Información.
El modelo de red y las exigencias de una red actual
El personal del área de operaciones de las empresas de telecomunicaciones esta dividida en dos áreas: Conmutación y Transmisión. De estos dos grupos se derivan cuatro bloques importantes para una red de telecomunicaciones y son los siguientes:
- Transmisión o Transporte: la forma de conectar los elementos de conmutación entre si, puede ser local o de larga distancia.
- Conmutación: los equipos responsables de establecer la comunicación entre dos extremos es decir los usuarios o los clientes.
- Acceso: La forma de conectar las instalaciones del usuario con la empresa que le prestara el servicio.
- Equipo Terminal: equipo situado en las instalaciones del cliente para aprovechar un servicio de telecomunicaciones.
En esta red los elementos que corresponden al modelo de red son el teléfono como equipo terminal, el par de cobre como medio de acceso de conmutación y los enlaces de microondas y fibra óptica como medio de transporte.
El elemento de conmutación es el más importante, pues este es quien define que tipo de servicio se brinda.
El elemento de Conmutación.
El elemento de conmutación es quien propiamente se encarga de establecer la comunicación entre un punto con otro, dependiendo como sea llevado acabo esta tarea será el servicio ofrecido.
En general existen tres tipos de elementos de conmutación y en consecuencia tres tipos de servicios de telecomunicaciones.
Central telefónica
El servicio que se ofrece es conmutado porque en la contratación del mismo solo se especifica un extremo de la comunicación, el otro extremo será definido de manera dinámica mediante un plan de numeración y algún esquema de marcación.
Los servicios ofrecidos a través de este elemento se conocen como servicios dedicados, y a diferencia de los servicios conmutados, en la contratación del servicio se definen los extremos que estarán en comunicación, reservando así canales exclusivos y permanentes a lo largo de la red de transporte.
Conmutador de paquetes
La conmutación de paquetes parte de principios totalmente diferentes a los utilizados en la conmutación de circuitos, utilizada para construir una red telefónica. Y esto no es de extrañar pues, ambos principios fueron diseñados para redes que transportarían tráficos totalmente diferentes y por lo tanto con demanda de recursos diferentes. Estamos hablando de tráficos de voz y datos.
El primer tipo de tráfico demanda un retardo mínimo y en principio ganara una cantidad de información constante. Por otro lado los datos no son tan sensibles con respecto al retardo y la cantidad de información que normalmente se genera es variable.
Este principio de conmutación consiste en etiquetar la información de los usuarios y hacerla viajar del mismo medio de comunicación, aprovechando los instantes en que un usuario no envía información para enviar la de otro, claro con el compromiso de experimentar congestión o retardo en ciertos momentos pero a un bajo costo.
El elemento de transporte
Un enlace de transporte se distingue por dos elementos. El primero que nos define fisicamente el medio de transmisión que será utilizado para llevar la información, como lo puede ser la fibra óptica (FO), las microondas (MO), el satélite, el par de cobre o cable coaxial.
El segundo elemento es el modo de transmisión, este nos define de qué forma será llevada la información, así como la cantidad de información que podrá transportarse de manera simultánea. En formato analógico o digital y con técnicas de múltiplexación FDM o TDM (PDH y SDH).
Las redes de transporte pueden clasificarse en redes de transporte de larga distancia y redes de transporte local. La red de transporte de larga distancia es aquella que se encarga de transportar información entre dos equipos de conmutación que se encuentran en dos ciudades, estados o países diferentes. Una red de transporte local es aquella que se encarga de transportar información entre dos elementos de conmutación que se encuentran dentro de una misma ciudad.
El elemento de acceso
La red de acceso es la que permite a un usuario de un servicio de telecomunicaciones conectarse a una red para hacer uso de dicho servicio. La red de acceso tradicional es la que encontramos en la red telefónica pública. Nos referimos a la red constituida por todos los pares de cobre que permiten al aparato telefónico conectarse a una central telefónica local.
Dentro de las nuevas tecnologías que se presentan en la actualidad para accesar a los usuarios podemos identificar diversas tendencias:
Nueva red de acceso por cobre
En este tipo de redes se pretende eliminar el par de cobre como alternativa única para llegar al usuario. En algunos casos se implementa fibra óptica en los segmentos principales y el par de cobre se utiliza en él ultimo tramo. Otra alternativa es usar las redes de teléfonos por cable (CATV) mediante el cable coaxial para ofrecer servicios de telefonía y acceso a Internet, además de los de distribución de video. Finalmente, nuevas tecnologías que permiten el uso del par de cobre a mayores velocidades (ADSL y HDSL).
Redes de acceso inalámbricas fijas
Las telecomunicaciones ya han demostrado su capacidad de contribuir al desarrollo económico de una nación. Por esta razón se han desarrollado tecnologías que permiten una eficiente y rápida implementación de redes de telefonía que ofrecen el servicio. Encontramos a las redes de telefonía inalámbrica o fija o en ingles WLL (Wireless Local Loop). Con estas tecnologías se permite una rápida implementación de red de telefonía básica y además la inversión que se debe realizar es proporcional a la demanda existente, por lo que es posible llegar de una manera eficiente a lugares en donde se carece del servicio.
Redes de acceso inalámbricas móviles
Otra forma es permitir la movilidad, pues él poder estar comunicados en cualquier lugar y en cualquier momento resulta cada día más importante. Es por esto que el concepto de sistemas personales de comunicación o en ingles PCS es cada vez mas utilizado, pues hay un clara tendencia a crear dispositivos que permitan comunicaciones de voz y datos.
Redes de acceso de banda ancha alámbricas e inalámbricas
Otra forma es el implementar redes que permiten el acceso de banda ancha para nuevas aplicaciones. Por banda ancha entendemos velocidades entre 2 Mbps y 155 Mbps, para permitir acceso a Internet de alta velocidad, distribución de vídeo, vídeo en demanda, educación a distancia y teletrabajo. En esta clase de redes encontramos las redes alambricas implementadas mediante fibra óptica y por redes inalámbricas mediante enlaces de microondas punto a punto y también punto a multipunto, como es el caso de la tecnología LMDS.
OPCIONES PARA EL TRANSPORTE
Exigencias en la actualidad para las redes de transporte. Una red de transporte debe de cubrir las siguientes cuatro condiciones:
Capacidad
Calidad
Confiabilidad
Costo.
Integración de servicios y tipos de información
En comunicaciones existen diferentes tipos de tráfico.
Encontramos los tráficos de velocidad constante como la voz y el video, los cuales son sensibles a los retardos y requieren una velocidad binaria constante para su transmisión.
Después tenemos a los tráficos de velocidad variable como las imágenes y el texto (datos), los cuales no son altamente sensibles a los retardos pero si a los errores en la comunicación y requieren una velocidad binaria variable o poco ráfagas.
Mayor capacidad de transmisión
En general la necesidad de mayores anchos de banda o capacidades en el transporte sé esta viendo acotada por dos aspectos:
Incremento de tráfico multimedia sobre las redes de telecomunicaciones.
Incremento del número de usuarios de las redes de telecomunicaciones.
Fibra Óptica Como Portadora de Información.
Las fibras ópticas son filamentos de vidrio de alta pureza extremadamente compactos: El grosor de una fibra es similar a la de un cabello humano. Fabricadas a alta temperatura con base en silicio, su proceso de elaboración es controlado por medio de computadoras, para permitir que el índice de refracción de su núcleo, que es la guía de la onda luminosa, sea uniforme y evite las desviaciones, entre sus principales características se puede mencionar que son compactas, ligeras, con bajas pérdidas de señal, amplia capacidad de transmisión y un alto grado de confiabilidad debido a que son inmunes a las interferencias electromagnéticas de radio-frecuencia.
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 reducir el costo por canal; De esta forma es considerable el ahorro en volumen en relación con los cables de cobre.
Incremento de la calidad
Las comunicaciones digitales se basan en la transmisión de bits “1” y “0” por lo que la calidad consiste en recibir el digito binario originalmente transmitido. Se considera una comunicación con alta calidad cuando se comete un error de entre 109 (1x109) y el mínimo esperado es un error entre un millón de bits (1x10-6).A es te parámetro para medir la calidad se le conoce como Tasa de Errores de Bit o en ingles BER (Bit Error Rate)
Incremento de la confiabilidad
Los requerimientos de disponibilidad de los sistemas, así como las redes de telecomunicaciones se vuelven cada vez más exigente. Esto de debe a la creciente dependencia de las empresas sobre estos elementos para sus operaciones.
Es por esto que la confiabilidad que se tiene sobre las redes de telecomunicaciones debe ser cada vez más alta. Esto se logra mediante la implementación de equipos con duplicidad de elementos, equipos y rutas redundantes.
Mayor cobertura
La globalización de la economía y la ausencia de fronteras entre los países exige servicios de telecomunicaciones acordes. Esto hace que las redes tengan que expandir sus servicios a distancias cada vez mayores (incluso entre continentes)pero esta expansión de cobertura no debe de disminuir la calidad de los servicios prestados.
Actualmente existe un fuerte movimiento en materia de alianzas de empresas de telecomunicaciones con el fin de consolidar una mayor cobertura, al mismo tiempo se encuentran realizando alianzas con empresa de otros sectores para aumentar la cartera de servicios. La meta de una empresa de telecomunicaciones se encuentra en contar con la mayor cobertura y la mayor cantidad de servicios.
Facilidad para su gestión
Es necesario contar con mecanismos que permitan la fácil configuración, el monitoreo de toda la red y todas las funciones que generen la información acerca del estado de los signos vitales de red. De esta manera será más sencillo el aprovisionamiento, operación, la anticipación a posibles problemas, así como la pronta respuesta a fallas para la recuperación de la red.
Opciones de medios para el transporte
El objetivo general de las telecomunicaciones es permitir comunicaciones de voz, datos, video a distancia de alta calidad, sin importar la localización de los extremos. Para determinar el tipo de medio que se debe utilizar es considerar dos aspectos en general: el primero la distancia que existe entre los extremos: y el segundo la cantidad de información que se desea transmitir. Esto de alguna manera va asociado con el costo para cada opción de comunicación. Otro factor que también puede influir es el tiempo en el que se desea contar con los medios de comunicación.
Existen diversas opciones de medios de transporte, pero definitivamente las fibras ópticas cuentan con el mejor escenario para la implementación de redes de transporte. Proveen la mayor capacidad, la mayor distancia entre repetidores, la mejor calidad y por lo tanto relación costo beneficio. En la siguiente figura se comparan los diferentes medios de transporte desde diferentes medios de transporte desde diferentes puntos de vista.
ASPECTOS GENERALES DE LAS FIBRAS ÓPTICAS
Existen diversas razones que apuntalan a las fibras ópticas como el medio por excelencia para redes de transporte, entre ellas la gran disponibilidad de materia prima; el silicio. Las grandes distancias que se pueden conseguir entre repetidores. En la actualidad una distancia promedio es de 200 km. y se hablan ya de distancias por encima de los 600 km. La inmunidad al ruido e interferencia electromagnéticas al ser un medio no conductor, al mismo tiempo no genera radiaciones electromagnéticas. Las dimensiones de las fibras son pequeñas y por lo tanto los cables fabricados son más ligeros y fáciles de manejar. El tiempo de vida se entiende por encima de los 25 años y en realidad se asume como indeterminado pues no ha transcurrido el tiempo desde que se instalaron las primeras fibras ópticas. Por ultimo la gran capacidad, que como dijimos antes, permite en la actualidad transportar mas de un millón de llamadas a través un par de fibras ópticas.
Sin embargo y a pesar de todas las ventajas de las fibras ópticas existen ciertas desventajas. Como el requerimiento de derecho de vía, la exposición a accidentes y actos vandálicos. Procesos de fabricación muy estrictos y complicados, equipo de transmisión costoso y tiempo de instalación alto y dependiente del terreno. También el proceso de instalación debe realizarse con equipo y conocimiento especial.
En telecomunicaciones las fibras ópticas son utilizadas tanto para redes de larga distancia como para redes de acceso y transporte local. Redes trasatlánticas mediante cables submarinos. También son utilizadas para establecer enlaces dedicados y en redes de datos LAN y MAN.
Entre los elementos que componen un enlace mediante fibras ópticas encontramos las fuentes de transmisión LED y LASER, los foto detectores, los regeneradores, amplificadores ópticos, acopladores, multiplexores, equipo de medición y equipo para WDM.
LAS FIBRAS ÓPTICAS COMO MEDIO DE TRANSMISIÓN
VENTAJAS DE LAS FIBRAS ÓPTICAS
Tenemos diversas ventajas que favorecen la utilización de las fibras óptica sobre redes de telecomunicaciones.
- Muy altas capacidades, en el orden de los Tbps.
- Calidad en transmisión, en el orden de BER=10-12
- Niveles bajos de atenuación, en el orden de 0.2 dB/km.
- Respuesta a la frecuencia plana dentro de las ventanas ópticas, por lo tanto se prescinde
- prácticamente de ecualización.
- Distancia grande entre repetidores, entre 150 y 600 kms.
- Inmunidad a ruidos e interferencias.
- Menor costo por circuito que cualquier otro medio.
- Cables más ligeros, pequeños y flexibles.
- No generan interferencia y por lo tanto no existe la diafonía.
- Seguridad en la transmisión.
- Facilidad de mantenimiento.
DESVENTAJAS DE LAS FIBRAS ÓPTICAS
ATENUACIÓN
La curva tiene tres características principales. Una gran tendencia de atenuarse conforme se incrementa la longitud de onda (Dispersión Rayleigh), Atenuación en los picos de absorción asociados con el ión hidroxyl (OH-), y Una tendencia por la atenuación para incrementar las longitudes de onda por arriba de los 1.6 um, debidas a las pérdidas inducidas por la absorción del silicio.
Nuevos sistemas de transmisión usan fibras multimodo, operadas en la primera ventana de longitud de onda cercana a las .85 um, mostrado en la figura 3, y después en la segunda ventana cerca de 1.3 um. Una fibra de modo simple primeramente opera en la segunda ventana, donde la atenuación de la fibra es típicamente menor que 0.35 dB/Km. Sin embargo la región de menos pérdida ( típicamente pérdidas cercanas a las 0.20 dB/Km) permanece en una longitud de onda amplia y los laceres y receptores operan en esa ventana cercanos a 1.55 um, estos llegaron a ser disponibles a finales de los 80´s.
DISPERSIÓN
La dispersión cromática describe la tendencia para diferentes longitudes de onda que viajan a diferentes velocidades en una fibra. En longitudes onda donde la dispersión cromática es alta, los pulsos ópticos tienden a expandirse en el tiempo y provocar interferencia, lo cual puede producir una inaceptable velocidad del bit. La dispersión cromática de una fibra consiste de dos componentes - Material y Guía de Onda, el componente material depende de las características de dispersión de los dopantes y del silicio de construcción. Estos materiales no ofrecen mucha flexibilidad a ajustes significantes en la dispersión de la fibra, así que ese esfuerzo se ha enfocado en alterar la dispersión de guías de ondas de las fibras ópticas.
POLARIZACIÓN
Polarización es la propiedad de la luz la cual está relacionada con la dirección de sus vibraciones, el viaje de la luz en una fibra típica puede vibrar en uno o dos modos de polarización
Los dos modos principales de una fibra asimétrica que es uniforme a lo largo de su longitud. El modo en el eje X es arbitrariamente etiquetado con un modo lento, mientras que en el eje Y es etiquetado en el modo rápido. La diferencia en los tiempos de arribo en los modos de dispersión por polarización (PMD), es típicamente medida en pico segundos. Sino es propiamente controlado, PMD puede producir errores excesivos en los bits para la transmisión en sistemas digitales y que pueden distorsionar señales de video trasmitidos usando formato de modulación de amplitud analógico.
NO LINEALIDAD
Niveles de alta potencia de la fibra óptica disponibles y amplificadores ópticos provocan señales que interactúan con la fibra en las cuales produce una variedad de efectos no lineales, sino son controlados propiamente, estas no linealidades pueden afectar de forma adversa al desarrollo del sistema, las no linealidades de la fibra caen dentro de dos categorías:-dispersión estimulada e índices de fluctuación refractivos.
Los niveles de potencia en los cuales los diferentes fenómenos no lineales se manifiestan ellos mismos, son conocidos como thresholds.
Dispersión
Estimulada
(StimulatedScattering).
Esta no linealidad ocurre en sistemas de modulación intensos cuando las señales ópticas interactúan con las ondas acústicas o con vibraciones moleculares en la fibra de Si. Esta interacción dispersa la luz y la cambia a una longitud de onda mayor.
Hay dos formas de dispersión estimulada: -Stimlated Brillouin Scattering y Stimulated Raman Scattering- Índices de Fluctuaciones Refractivas ( Refractive Index Fluctuations).
Aunque el índice de refacción de una fibra óptica de Si presenta una constante a bajos niveles de potencia óptica, las altas potencias relacionadas con los amplificadores ópticos pueden modular el índice variando la intensidad óptica de la señal de transmisión.
Los efectos de la no linealidad de los índices refractivos caen dentro de tres categorías:-Self -Phase Modulation, Croos-Phase Modulation y Four-Wave Mixing.
COMPONENTES DE LA FIBRA ÓPTICA
La fibra es tan pequeña y frágil, que se le ubica dentro de un cable.
Dentro de las nuevas tecnologías que se presentan en la actualidad para accesar a los usuarios podemos identificar diversas tendencias:
Nueva red de acceso por cobre
En este tipo de redes se pretende eliminar el par de cobre como alternativa única para llegar al usuario. En algunos casos se implementa fibra óptica en los segmentos principales y el par de cobre se utiliza en él ultimo tramo. Otra alternativa es usar las redes de teléfonos por cable (CATV) mediante el cable coaxial para ofrecer servicios de telefonía y acceso a Internet, además de los de distribución de video. Finalmente, nuevas tecnologías que permiten el uso del par de cobre a mayores velocidades (ADSL y HDSL).
Redes de acceso inalámbricas fijas
Las telecomunicaciones ya han demostrado su capacidad de contribuir al desarrollo económico de una nación. Por esta razón se han desarrollado tecnologías que permiten una eficiente y rápida implementación de redes de telefonía que ofrecen el servicio. Encontramos a las redes de telefonía inalámbrica o fija o en ingles WLL (Wireless Local Loop). Con estas tecnologías se permite una rápida implementación de red de telefonía básica y además la inversión que se debe realizar es proporcional a la demanda existente, por lo que es posible llegar de una manera eficiente a lugares en donde se carece del servicio.
Redes de acceso inalámbricas móviles
Otra forma es permitir la movilidad, pues él poder estar comunicados en cualquier lugar y en cualquier momento resulta cada día más importante. Es por esto que el concepto de sistemas personales de comunicación o en ingles PCS es cada vez mas utilizado, pues hay un clara tendencia a crear dispositivos que permitan comunicaciones de voz y datos.
Redes de acceso de banda ancha alámbricas e inalámbricas
Otra forma es el implementar redes que permiten el acceso de banda ancha para nuevas aplicaciones. Por banda ancha entendemos velocidades entre 2 Mbps y 155 Mbps, para permitir acceso a Internet de alta velocidad, distribución de vídeo, vídeo en demanda, educación a distancia y teletrabajo. En esta clase de redes encontramos las redes alambricas implementadas mediante fibra óptica y por redes inalámbricas mediante enlaces de microondas punto a punto y también punto a multipunto, como es el caso de la tecnología LMDS.
OPCIONES PARA EL TRANSPORTE
Exigencias en la actualidad para las redes de transporte. Una red de transporte debe de cubrir las siguientes cuatro condiciones:
Capacidad
Calidad
Confiabilidad
Costo.
Integración de servicios y tipos de información
En comunicaciones existen diferentes tipos de tráfico.
Encontramos los tráficos de velocidad constante como la voz y el video, los cuales son sensibles a los retardos y requieren una velocidad binaria constante para su transmisión.
Después tenemos a los tráficos de velocidad variable como las imágenes y el texto (datos), los cuales no son altamente sensibles a los retardos pero si a los errores en la comunicación y requieren una velocidad binaria variable o poco ráfagas.
Mayor capacidad de transmisión
En general la necesidad de mayores anchos de banda o capacidades en el transporte sé esta viendo acotada por dos aspectos:
Incremento de tráfico multimedia sobre las redes de telecomunicaciones.
Incremento del número de usuarios de las redes de telecomunicaciones.
Fibra Óptica Como Portadora de Información.
Las fibras ópticas son filamentos de vidrio de alta pureza extremadamente compactos: El grosor de una fibra es similar a la de un cabello humano. Fabricadas a alta temperatura con base en silicio, su proceso de elaboración es controlado por medio de computadoras, para permitir que el índice de refracción de su núcleo, que es la guía de la onda luminosa, sea uniforme y evite las desviaciones, entre sus principales características se puede mencionar que son compactas, ligeras, con bajas pérdidas de señal, amplia capacidad de transmisión y un alto grado de confiabilidad debido a que son inmunes a las interferencias electromagnéticas de radio-frecuencia.
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 reducir el costo por canal; De esta forma es considerable el ahorro en volumen en relación con los cables de cobre.
Incremento de la calidad
Las comunicaciones digitales se basan en la transmisión de bits “1” y “0” por lo que la calidad consiste en recibir el digito binario originalmente transmitido. Se considera una comunicación con alta calidad cuando se comete un error de entre 109 (1x109) y el mínimo esperado es un error entre un millón de bits (1x10-6).A es te parámetro para medir la calidad se le conoce como Tasa de Errores de Bit o en ingles BER (Bit Error Rate)
Incremento de la confiabilidad
Los requerimientos de disponibilidad de los sistemas, así como las redes de telecomunicaciones se vuelven cada vez más exigente. Esto de debe a la creciente dependencia de las empresas sobre estos elementos para sus operaciones.
Es por esto que la confiabilidad que se tiene sobre las redes de telecomunicaciones debe ser cada vez más alta. Esto se logra mediante la implementación de equipos con duplicidad de elementos, equipos y rutas redundantes.
Mayor cobertura
La globalización de la economía y la ausencia de fronteras entre los países exige servicios de telecomunicaciones acordes. Esto hace que las redes tengan que expandir sus servicios a distancias cada vez mayores (incluso entre continentes)pero esta expansión de cobertura no debe de disminuir la calidad de los servicios prestados.
Actualmente existe un fuerte movimiento en materia de alianzas de empresas de telecomunicaciones con el fin de consolidar una mayor cobertura, al mismo tiempo se encuentran realizando alianzas con empresa de otros sectores para aumentar la cartera de servicios. La meta de una empresa de telecomunicaciones se encuentra en contar con la mayor cobertura y la mayor cantidad de servicios.
Facilidad para su gestión
Es necesario contar con mecanismos que permitan la fácil configuración, el monitoreo de toda la red y todas las funciones que generen la información acerca del estado de los signos vitales de red. De esta manera será más sencillo el aprovisionamiento, operación, la anticipación a posibles problemas, así como la pronta respuesta a fallas para la recuperación de la red.
Opciones de medios para el transporte
El objetivo general de las telecomunicaciones es permitir comunicaciones de voz, datos, video a distancia de alta calidad, sin importar la localización de los extremos. Para determinar el tipo de medio que se debe utilizar es considerar dos aspectos en general: el primero la distancia que existe entre los extremos: y el segundo la cantidad de información que se desea transmitir. Esto de alguna manera va asociado con el costo para cada opción de comunicación. Otro factor que también puede influir es el tiempo en el que se desea contar con los medios de comunicación.
Existen diversas opciones de medios de transporte, pero definitivamente las fibras ópticas cuentan con el mejor escenario para la implementación de redes de transporte. Proveen la mayor capacidad, la mayor distancia entre repetidores, la mejor calidad y por lo tanto relación costo beneficio. En la siguiente figura se comparan los diferentes medios de transporte desde diferentes medios de transporte desde diferentes puntos de vista.
ASPECTOS GENERALES DE LAS FIBRAS ÓPTICAS
Existen diversas razones que apuntalan a las fibras ópticas como el medio por excelencia para redes de transporte, entre ellas la gran disponibilidad de materia prima; el silicio. Las grandes distancias que se pueden conseguir entre repetidores. En la actualidad una distancia promedio es de 200 km. y se hablan ya de distancias por encima de los 600 km. La inmunidad al ruido e interferencia electromagnéticas al ser un medio no conductor, al mismo tiempo no genera radiaciones electromagnéticas. Las dimensiones de las fibras son pequeñas y por lo tanto los cables fabricados son más ligeros y fáciles de manejar. El tiempo de vida se entiende por encima de los 25 años y en realidad se asume como indeterminado pues no ha transcurrido el tiempo desde que se instalaron las primeras fibras ópticas. Por ultimo la gran capacidad, que como dijimos antes, permite en la actualidad transportar mas de un millón de llamadas a través un par de fibras ópticas.
Sin embargo y a pesar de todas las ventajas de las fibras ópticas existen ciertas desventajas. Como el requerimiento de derecho de vía, la exposición a accidentes y actos vandálicos. Procesos de fabricación muy estrictos y complicados, equipo de transmisión costoso y tiempo de instalación alto y dependiente del terreno. También el proceso de instalación debe realizarse con equipo y conocimiento especial.
En telecomunicaciones las fibras ópticas son utilizadas tanto para redes de larga distancia como para redes de acceso y transporte local. Redes trasatlánticas mediante cables submarinos. También son utilizadas para establecer enlaces dedicados y en redes de datos LAN y MAN.
Entre los elementos que componen un enlace mediante fibras ópticas encontramos las fuentes de transmisión LED y LASER, los foto detectores, los regeneradores, amplificadores ópticos, acopladores, multiplexores, equipo de medición y equipo para WDM.
LAS FIBRAS ÓPTICAS COMO MEDIO DE TRANSMISIÓN
VENTAJAS DE LAS FIBRAS ÓPTICAS
Tenemos diversas ventajas que favorecen la utilización de las fibras óptica sobre redes de telecomunicaciones.
- Muy altas capacidades, en el orden de los Tbps.
- Calidad en transmisión, en el orden de BER=10-12
- Niveles bajos de atenuación, en el orden de 0.2 dB/km.
- Respuesta a la frecuencia plana dentro de las ventanas ópticas, por lo tanto se prescinde
- prácticamente de ecualización.
- Distancia grande entre repetidores, entre 150 y 600 kms.
- Inmunidad a ruidos e interferencias.
- Menor costo por circuito que cualquier otro medio.
- Cables más ligeros, pequeños y flexibles.
- No generan interferencia y por lo tanto no existe la diafonía.
- Seguridad en la transmisión.
- Facilidad de mantenimiento.
DESVENTAJAS DE LAS FIBRAS ÓPTICAS
ATENUACIÓN
La curva tiene tres características principales. Una gran tendencia de atenuarse conforme se incrementa la longitud de onda (Dispersión Rayleigh), Atenuación en los picos de absorción asociados con el ión hidroxyl (OH-), y Una tendencia por la atenuación para incrementar las longitudes de onda por arriba de los 1.6 um, debidas a las pérdidas inducidas por la absorción del silicio.
Nuevos sistemas de transmisión usan fibras multimodo, operadas en la primera ventana de longitud de onda cercana a las .85 um, mostrado en la figura 3, y después en la segunda ventana cerca de 1.3 um. Una fibra de modo simple primeramente opera en la segunda ventana, donde la atenuación de la fibra es típicamente menor que 0.35 dB/Km. Sin embargo la región de menos pérdida ( típicamente pérdidas cercanas a las 0.20 dB/Km) permanece en una longitud de onda amplia y los laceres y receptores operan en esa ventana cercanos a 1.55 um, estos llegaron a ser disponibles a finales de los 80´s.
DISPERSIÓN
La dispersión cromática describe la tendencia para diferentes longitudes de onda que viajan a diferentes velocidades en una fibra. En longitudes onda donde la dispersión cromática es alta, los pulsos ópticos tienden a expandirse en el tiempo y provocar interferencia, lo cual puede producir una inaceptable velocidad del bit. La dispersión cromática de una fibra consiste de dos componentes - Material y Guía de Onda, el componente material depende de las características de dispersión de los dopantes y del silicio de construcción. Estos materiales no ofrecen mucha flexibilidad a ajustes significantes en la dispersión de la fibra, así que ese esfuerzo se ha enfocado en alterar la dispersión de guías de ondas de las fibras ópticas.
POLARIZACIÓN
Polarización es la propiedad de la luz la cual está relacionada con la dirección de sus vibraciones, el viaje de la luz en una fibra típica puede vibrar en uno o dos modos de polarización
Los dos modos principales de una fibra asimétrica que es uniforme a lo largo de su longitud. El modo en el eje X es arbitrariamente etiquetado con un modo lento, mientras que en el eje Y es etiquetado en el modo rápido. La diferencia en los tiempos de arribo en los modos de dispersión por polarización (PMD), es típicamente medida en pico segundos. Sino es propiamente controlado, PMD puede producir errores excesivos en los bits para la transmisión en sistemas digitales y que pueden distorsionar señales de video trasmitidos usando formato de modulación de amplitud analógico.
NO LINEALIDAD
Niveles de alta potencia de la fibra óptica disponibles y amplificadores ópticos provocan señales que interactúan con la fibra en las cuales produce una variedad de efectos no lineales, sino son controlados propiamente, estas no linealidades pueden afectar de forma adversa al desarrollo del sistema, las no linealidades de la fibra caen dentro de dos categorías:-dispersión estimulada e índices de fluctuación refractivos.
Los niveles de potencia en los cuales los diferentes fenómenos no lineales se manifiestan ellos mismos, son conocidos como thresholds.
Dispersión
Estimulada
(StimulatedScattering).
Esta no linealidad ocurre en sistemas de modulación intensos cuando las señales ópticas interactúan con las ondas acústicas o con vibraciones moleculares en la fibra de Si. Esta interacción dispersa la luz y la cambia a una longitud de onda mayor.
Hay dos formas de dispersión estimulada: -Stimlated Brillouin Scattering y Stimulated Raman Scattering- Índices de Fluctuaciones Refractivas ( Refractive Index Fluctuations).
Aunque el índice de refacción de una fibra óptica de Si presenta una constante a bajos niveles de potencia óptica, las altas potencias relacionadas con los amplificadores ópticos pueden modular el índice variando la intensidad óptica de la señal de transmisión.
Los efectos de la no linealidad de los índices refractivos caen dentro de tres categorías:-Self -Phase Modulation, Croos-Phase Modulation y Four-Wave Mixing.
COMPONENTES DE LA FIBRA ÓPTICA
La fibra es tan pequeña y frágil, que se le ubica dentro de un cable.
Dentro de las nuevas tecnologías que se presentan en la actualidad para accesar a los usuarios podemos identificar diversas tendencias:
Nueva red de acceso por cobre
En este tipo de redes se pretende eliminar el par de cobre como alternativa única para llegar al usuario. En algunos casos se implementa fibra óptica en los segmentos principales y el par de cobre se utiliza en él ultimo tramo. Otra alternativa es usar las redes de teléfonos por cable (CATV) mediante el cable coaxial para ofrecer servicios de telefonía y acceso a Internet, además de los de distribución de video. Finalmente, nuevas tecnologías que permiten el uso del par de cobre a mayores velocidades (ADSL y HDSL).
Redes de acceso inalámbricas fijas
Las telecomunicaciones ya han demostrado su capacidad de contribuir al desarrollo económico de una nación. Por esta razón se han desarrollado tecnologías que permiten una eficiente y rápida implementación de redes de telefonía que ofrecen el servicio. Encontramos a las redes de telefonía inalámbrica o fija o en ingles WLL (Wireless Local Loop). Con estas tecnologías se permite una rápida implementación de red de telefonía básica y además la inversión que se debe realizar es proporcional a la demanda existente, por lo que es posible llegar de una manera eficiente a lugares en donde se carece del servicio.
Redes de acceso inalámbricas móviles
Otra forma es permitir la movilidad, pues él poder estar comunicados en cualquier lugar y en cualquier momento resulta cada día más importante. Es por esto que el concepto de sistemas personales de comunicación o en ingles PCS es cada vez mas utilizado, pues hay un clara tendencia a crear dispositivos que permitan comunicaciones de voz y datos.
Redes de acceso de banda ancha alámbricas e inalámbricas
Otra forma es el implementar redes que permiten el acceso de banda ancha para nuevas aplicaciones. Por banda ancha entendemos velocidades entre 2 Mbps y 155 Mbps, para permitir acceso a Internet de alta velocidad, distribución de vídeo, vídeo en demanda, educación a distancia y teletrabajo. En esta clase de redes encontramos las redes alambricas implementadas mediante fibra óptica y por redes inalámbricas mediante enlaces de microondas punto a punto y también punto a multipunto, como es el caso de la tecnología LMDS.
OPCIONES PARA EL TRANSPORTE
Exigencias en la actualidad para las redes de transporte. Una red de transporte debe de cubrir las siguientes cuatro condiciones:
Capacidad
Calidad
Confiabilidad
Costo.
Integración de servicios y tipos de información
En comunicaciones existen diferentes tipos de tráfico.
Encontramos los tráficos de velocidad constante como la voz y el video, los cuales son sensibles a los retardos y requieren una velocidad binaria constante para su transmisión.
Después tenemos a los tráficos de velocidad variable como las imágenes y el texto (datos), los cuales no son altamente sensibles a los retardos pero si a los errores en la comunicación y requieren una velocidad binaria variable o poco ráfagas.
Mayor capacidad de transmisión
En general la necesidad de mayores anchos de banda o capacidades en el transporte sé esta viendo acotada por dos aspectos:
Incremento de tráfico multimedia sobre las redes de telecomunicaciones.
Incremento del número de usuarios de las redes de telecomunicaciones.
Fibra Óptica Como Portadora de Información.
Las fibras ópticas son filamentos de vidrio de alta pureza extremadamente compactos: El grosor de una fibra es similar a la de un cabello humano. Fabricadas a alta temperatura con base en silicio, su proceso de elaboración es controlado por medio de computadoras, para permitir que el índice de refracción de su núcleo, que es la guía de la onda luminosa, sea uniforme y evite las desviaciones, entre sus principales características se puede mencionar que son compactas, ligeras, con bajas pérdidas de señal, amplia capacidad de transmisión y un alto grado de confiabilidad debido a que son inmunes a las interferencias electromagnéticas de radio-frecuencia.
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 reducir el costo por canal; De esta forma es considerable el ahorro en volumen en relación con los cables de cobre.
Incremento de la calidad
Las comunicaciones digitales se basan en la transmisión de bits “1” y “0” por lo que la calidad consiste en recibir el digito binario originalmente transmitido. Se considera una comunicación con alta calidad cuando se comete un error de entre 109 (1x109) y el mínimo esperado es un error entre un millón de bits (1x10-6).A es te parámetro para medir la calidad se le conoce como Tasa de Errores de Bit o en ingles BER (Bit Error Rate)
Incremento de la confiabilidad
Los requerimientos de disponibilidad de los sistemas, así como las redes de telecomunicaciones se vuelven cada vez más exigente. Esto de debe a la creciente dependencia de las empresas sobre estos elementos para sus operaciones.
Es por esto que la confiabilidad que se tiene sobre las redes de telecomunicaciones debe ser cada vez más alta. Esto se logra mediante la implementación de equipos con duplicidad de elementos, equipos y rutas redundantes.
Mayor cobertura
La globalización de la economía y la ausencia de fronteras entre los países exige servicios de telecomunicaciones acordes. Esto hace que las redes tengan que expandir sus servicios a distancias cada vez mayores (incluso entre continentes)pero esta expansión de cobertura no debe de disminuir la calidad de los servicios prestados.
Actualmente existe un fuerte movimiento en materia de alianzas de empresas de telecomunicaciones con el fin de consolidar una mayor cobertura, al mismo tiempo se encuentran realizando alianzas con empresa de otros sectores para aumentar la cartera de servicios. La meta de una empresa de telecomunicaciones se encuentra en contar con la mayor cobertura y la mayor cantidad de servicios.
Facilidad para su gestión
Es necesario contar con mecanismos que permitan la fácil configuración, el monitoreo de toda la red y todas las funciones que generen la información acerca del estado de los signos vitales de red. De esta manera será más sencillo el aprovisionamiento, operación, la anticipación a posibles problemas, así como la pronta respuesta a fallas para la recuperación de la red.
Opciones de medios para el transporte
El objetivo general de las telecomunicaciones es permitir comunicaciones de voz, datos, video a distancia de alta calidad, sin importar la localización de los extremos. Para determinar el tipo de medio que se debe utilizar es considerar dos aspectos en general: el primero la distancia que existe entre los extremos: y el segundo la cantidad de información que se desea transmitir. Esto de alguna manera va asociado con el costo para cada opción de comunicación. Otro factor que también puede influir es el tiempo en el que se desea contar con los medios de comunicación.
Existen diversas opciones de medios de transporte, pero definitivamente las fibras ópticas cuentan con el mejor escenario para la implementación de redes de transporte. Proveen la mayor capacidad, la mayor distancia entre repetidores, la mejor calidad y por lo tanto relación costo beneficio. En la siguiente figura se comparan los diferentes medios de transporte desde diferentes medios de transporte desde diferentes puntos de vista.
ASPECTOS GENERALES DE LAS FIBRAS ÓPTICAS
Existen diversas razones que apuntalan a las fibras ópticas como el medio por excelencia para redes de transporte, entre ellas la gran disponibilidad de materia prima; el silicio. Las grandes distancias que se pueden conseguir entre repetidores. En la actualidad una distancia promedio es de 200 km. y se hablan ya de distancias por encima de los 600 km. La inmunidad al ruido e interferencia electromagnéticas al ser un medio no conductor, al mismo tiempo no genera radiaciones electromagnéticas. Las dimensiones de las fibras son pequeñas y por lo tanto los cables fabricados son más ligeros y fáciles de manejar. El tiempo de vida se entiende por encima de los 25 años y en realidad se asume como indeterminado pues no ha transcurrido el tiempo desde que se instalaron las primeras fibras ópticas. Por ultimo la gran capacidad, que como dijimos antes, permite en la actualidad transportar mas de un millón de llamadas a través un par de fibras ópticas.
Sin embargo y a pesar de todas las ventajas de las fibras ópticas existen ciertas desventajas. Como el requerimiento de derecho de vía, la exposición a accidentes y actos vandálicos. Procesos de fabricación muy estrictos y complicados, equipo de transmisión costoso y tiempo de instalación alto y dependiente del terreno. También el proceso de instalación debe realizarse con equipo y conocimiento especial.
En telecomunicaciones las fibras ópticas son utilizadas tanto para redes de larga distancia como para redes de acceso y transporte local. Redes trasatlánticas mediante cables submarinos. También son utilizadas para establecer enlaces dedicados y en redes de datos LAN y MAN.
Entre los elementos que componen un enlace mediante fibras ópticas encontramos las fuentes de transmisión LED y LASER, los foto detectores, los regeneradores, amplificadores ópticos, acopladores, multiplexores, equipo de medición y equipo para WDM.
LAS FIBRAS ÓPTICAS COMO MEDIO DE TRANSMISIÓN
VENTAJAS DE LAS FIBRAS ÓPTICAS
Tenemos diversas ventajas que favorecen la utilización de las fibras óptica sobre redes de telecomunicaciones.
- Muy altas capacidades, en el orden de los Tbps.
- Calidad en transmisión, en el orden de BER=10-12
- Niveles bajos de atenuación, en el orden de 0.2 dB/km.
- Respuesta a la frecuencia plana dentro de las ventanas ópticas, por lo tanto se prescinde
- prácticamente de ecualización.
- Distancia grande entre repetidores, entre 150 y 600 kms.
- Inmunidad a ruidos e interferencias.
- Menor costo por circuito que cualquier otro medio.
- Cables más ligeros, pequeños y flexibles.
- No generan interferencia y por lo tanto no existe la diafonía.
- Seguridad en la transmisión.
- Facilidad de mantenimiento.
DESVENTAJAS DE LAS FIBRAS ÓPTICAS
ATENUACIÓN
La curva tiene tres características principales. Una gran tendencia de atenuarse conforme se incrementa la longitud de onda (Dispersión Rayleigh), Atenuación en los picos de absorción asociados con el ión hidroxyl (OH-), y Una tendencia por la atenuación para incrementar las longitudes de onda por arriba de los 1.6 um, debidas a las pérdidas inducidas por la absorción del silicio.
Nuevos sistemas de transmisión usan fibras multimodo, operadas en la primera ventana de longitud de onda cercana a las .85 um, mostrado en la figura 3, y después en la segunda ventana cerca de 1.3 um. Una fibra de modo simple primeramente opera en la segunda ventana, donde la atenuación de la fibra es típicamente menor que 0.35 dB/Km. Sin embargo la región de menos pérdida ( típicamente pérdidas cercanas a las 0.20 dB/Km) permanece en una longitud de onda amplia y los laceres y receptores operan en esa ventana cercanos a 1.55 um, estos llegaron a ser disponibles a finales de los 80´s.
DISPERSIÓN
La dispersión cromática describe la tendencia para diferentes longitudes de onda que viajan a diferentes velocidades en una fibra. En longitudes onda donde la dispersión cromática es alta, los pulsos ópticos tienden a expandirse en el tiempo y provocar interferencia, lo cual puede producir una inaceptable velocidad del bit. La dispersión cromática de una fibra consiste de dos componentes - Material y Guía de Onda, el componente material depende de las características de dispersión de los dopantes y del silicio de construcción. Estos materiales no ofrecen mucha flexibilidad a ajustes significantes en la dispersión de la fibra, así que ese esfuerzo se ha enfocado en alterar la dispersión de guías de ondas de las fibras ópticas.
POLARIZACIÓN
Polarización es la propiedad de la luz la cual está relacionada con la dirección de sus vibraciones, el viaje de la luz en una fibra típica puede vibrar en uno o dos modos de polarización
Los dos modos principales de una fibra asimétrica que es uniforme a lo largo de su longitud. El modo en el eje X es arbitrariamente etiquetado con un modo lento, mientras que en el eje Y es etiquetado en el modo rápido. La diferencia en los tiempos de arribo en los modos de dispersión por polarización (PMD), es típicamente medida en pico segundos. Sino es propiamente controlado, PMD puede producir errores excesivos en los bits para la transmisión en sistemas digitales y que pueden distorsionar señales de video trasmitidos usando formato de modulación de amplitud analógico.
NO LINEALIDAD
Niveles de alta potencia de la fibra óptica disponibles y amplificadores ópticos provocan señales que interactúan con la fibra en las cuales produce una variedad de efectos no lineales, sino son controlados propiamente, estas no linealidades pueden afectar de forma adversa al desarrollo del sistema, las no linealidades de la fibra caen dentro de dos categorías:-dispersión estimulada e índices de fluctuación refractivos.
Los niveles de potencia en los cuales los diferentes fenómenos no lineales se manifiestan ellos mismos, son conocidos como thresholds.
Dispersión
Estimulada
(StimulatedScattering).
Esta no linealidad ocurre en sistemas de modulación intensos cuando las señales ópticas interactúan con las ondas acústicas o con vibraciones moleculares en la fibra de Si. Esta interacción dispersa la luz y la cambia a una longitud de onda mayor.
Hay dos formas de dispersión estimulada: -Stimlated Brillouin Scattering y Stimulated Raman Scattering- Índices de Fluctuaciones Refractivas ( Refractive Index Fluctuations).
Aunque el índice de refacción de una fibra óptica de Si presenta una constante a bajos niveles de potencia óptica, las altas potencias relacionadas con los amplificadores ópticos pueden modular el índice variando la intensidad óptica de la señal de transmisión.
Los efectos de la no linealidad de los índices refractivos caen dentro de tres categorías:-Self -Phase Modulation, Croos-Phase Modulation y Four-Wave Mixing.
COMPONENTES DE LA FIBRA ÓPTICA
La fibra es tan pequeña y frágil, que se le ubica dentro de un cable.
El núcleo que consiste de vidrio de cuarzo, tiene un índice de refracción más alto que el revestimiento de vidrio, cuarzo o plástico que lo rodea. A su vez la superficie del revestimiento esta protegida por una cubierta primaria de acrilato. La fibra esta protegida contra esfuerzos mecánicos debidos al cableado, instalación, cambios de temperatura, etc., ya que usualmente se coloca libre en el tubo que forma la cubierta secundaria.
Los aspectos principales para la propagación de luz en las fibras ópticas son:
Que la pureza del material del núcleo sea tan alta, que la atenuación se mantenga dentro de los límites razonables.
Que los rayos, que por una razón u otra tiendan a cambiar su dirección de propagación, se mantengan dentro del núcleo de la fibra.
La alta pureza fue un problema en el procesamiento del material de la fibra que ya ha sido resuelto. Se debe tener en cuenta que tanto el índice de refracción como la transparencia, varían con la longitud de onda y la temperatura. Una cierta pérdida por dispersión de la fibra no puede ser evitada por razones teóricas. A mayores longitudes de onda las perdidas aumentan debido a la absorción de rayos infrarrojos (absorción del calor). Los rayos son mantenidos en el núcleo debido a que el índice de refracción disminuye cuando aumenta la distancia desde el centro de una sección transversal imaginaria del núcleo de la fibra. Por esto el índice de refracción puede disminuir por pasos, como en la fibra con índice escalonado o hacerlo gradualmente como en la fibra con índice gradual. Las fibras ópticas son también unos medios especialmente adecuados para el transporte de impulsos digitales de alta velocidad.
Formados por finos tubos de vidrio plástico o cuarzo fundido metidos de varias milésimas de milímetro. Su nombre deriva del hecho de que son excelentes guías de onda para los impulsos lumínicos, y se emplean para transmitir informaciones de cualquier naturaleza transformadas en bits, en forma de ondas electromagnéticas de elevadísimas frecuencias, iguales a la de la luz.
Se utilizan concretamente frecuencias cercanas de infrarrojo, de unos 300 billones de hertzios, para las cuales tanto el vidrio como el cuarzo fundido son perfectamente transparentes, mientras que la envoltura de plástico es completamente opaca: de esta forma, las fibras ópticas tienen la gran ventaja de evitar los fenómenos de interferencia electromagnética, lo que las hace inmunes a las escuchas abusivas.
Las fibras se reúnen en cables, que poseen un número variable de ellas. Los más difundidos llevan 216 fibras, reagrupadas tres veces de seis en seis. Estos cables resultan incluso más baratos que los cables de cobre clásicos, y también son más ligeros manejables y fáciles de instalar. Para empalmar los cables ópticos hay que fundir con un equipo especial.
A pesar de todas las ventajas de que existen también hay ciertas desventajas que deben ser consideradas al momento de tomar la decisión de instalar un enlace mediante fibras ópticas; ya que dependiendo del escenario podría resultar que la utilización de otro medio de transmisión sea más rentable .A continuación las principales desventajas de las fibras ópticas:
Por el tipo de tecnología utilizada los sistemas de transmisión todavía son más caros.
Los conectores utilizados sobre fibras ópticas son muy caros actualmente.
El costo-beneficio que se puede obtener depende de la distancia a cubrir, así como el ancho de banda a utilizar.
Las canalizaciones para redes de larga distancia tiene complicaciones dependiendo del tipo de terreno.
La conectorización exige nuevas técnicas y herramientas.
El manejo de las fibras ópticas requiere mayor adiestramiento y capacitación del personal.
Hay demasiado cobre instalado en la última milla como para pensar que la fibra óptica lo sustituya en corto plazo. La instalación de los cables es más sensible a las curvaturas.
LAS FIBRAS ÓPTICAS COMO MEDIO DE TRANSMISIÓN
En telecomunicaciones, las fibras ópticas se presentan como el medio más adecuado para las redes de larga distancia y de gran capacidad. Es en ese terreno en donde ningún otro medio puede competir contra las fibras ópticas. Sin embargo en otros elementos del modelo de red como el acceso no es siempre posible justificar la utilización de fibras ópticas, o bien cuando se desea movilidad, o que diversos usuarios reciban la misma señal en diversas ubicaciones geográficas.
Otra área en donde se siguen utilizando los satélites es en la transmisión de señales de vídeo entre televisoras, pues en ocasiones es necesario generar señales desde algún punto remoto o cambiante a través del tiempo, por lo que resulta necesario contar con unidades móviles satelitales capaces de transmitir desde cualquier punto.
APLICACIONES PRINCIPALES DE LAS FIBRAS ÓPTICAS
Las aplicaciones de las fibras ópticas van más allá del campo de las telecomunicaciones .De hecho, las fibras ópticas y las tecnologías relacionadas como el LASER están revolucionando diversos ámbitos de la actividad humana.
Se mencionan algunas de las principales aplicaciones de las fibras ópticas en las siguientes áreas: Telecomunicaciones, Redes de Computadoras, Medicina e Industria.
Telecomunicaciones
En telecomunicaciones el papel de las fibras ópticas ha sido clave. Su utilización la encontramos en redes de larga distancia, redes submarinas, redes de acceso, redes de televisión por cable (CATV).Debido a su gran ancho de banda, el uso de las fibras ópticas dentro de las telecomunicaciones está permitiendo las comunicaciones multimedia de alta velocidad y calidad. Es decir, se están logrando comunicaciones a distancia con la misma sensación y a través de todos los medios que podrían tener dos o más personas, cuando llevan a cabo una comunicación presencial; lo cual esta transformando todas las actividades humanas, como la educación, el trabajo, el entretenimiento. etc.
En redes de larga distancia el uso de fibras ópticas es el preferido, pues provee la mejor relación costo beneficio, gracias a la gran capacidad de información y a las grandes distancias entre repetidores.
Redes de computadoras
En redes LAN la utilización del par trenzado tiene gran aceptación, pues es mucho más económico para el cableado horizontal en donde se requieren distancias menores a los 100 m y con lo que se obtienen velocidades en el orden de los Mbps. Para el cableado vertical se prefiere la utilización de fibras ópticas.
Aplicaciones médicas
Hoy a través del LASER es posible realizar operaciones que tenían antes demasiado riesgo o en donde los tiempos de recuperación eran demasiado prolongados con el uso de Endoscopios que son dispositivos construidos a base de fibras ópticas.
Aplicaciones Industriales
Las fibras ópticas encuentran aplicación dentro de la industria debido a su característica de inmunidad al ruido, porque en ambientes industriales hay altos niveles de interferencias.
ESTRUCTURA DE LA FIBRA ÓPTICA
Para describir la estructura de las fibras, debemos saber las dimensiones de ellas. Es un hilo de vidrio de hasta 15 kilómetros de largo y de 125 micrómetros de diámetro. Tan delgado como el cabello humano de tan sólo 70 micrómetros o micras de diámetro. Este hilo de vidrio esta conformado por dos elementos, el núcleo y el recubrimiento.
Los dos elementos son de vidrio, específicamente de sílice (óxido de silicio) y de una pureza muy elevada. Este sílice como el resto de los vidrios, tiene un Índice de Refracción de 1.47.La causa por la cual se construyen las fibras ópticas con dos elementos concéntricos es para formar un tubo con Índice de Refracción menor al cilindro que contiene, cuyo Indice de Refracción es mayor. De tal forma el Recubrimiento tiene un Índice de Refracción de 1.47 y el Núcleo tiene un Indice de refracción de 1.5.con esto se obtiene la Reflexión Interna Total dentro de la fibra.
PROPAGACIÓN DE LA LUZ EN LAS FIBRAS ÓPTICAS.
Dado que hay una frontera, entonces existe un ángulo critico que depende de n0 y de n1, para que el haz de luz en el punto A pueda traspasar al núcleo es necesario que incida en esta frontera con un ángulo menor a ese ángulo crítico determinado por n0 y n1.Requerimos de una refracción en el punto A
Una vez que el haz de luz ha entrado en el núcleo, éste debe incidir en la frontera horizontal formada por el núcleo y el revestimiento, de tal forma que haya una reflexión total interna. Para que eso sea posible el ángulo de incidencia en el punto B debe ser mayor al ángulo crítico determinado por n1 y n2.
Dado que el ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia, el haz de luz saldrá del punto B con la misma dirección con la que llego y llegará al siguiente punto de la frontera núcleo-recubrimiento con las mismas condiciones y se tendrá en ese siguiente punto otra vez una reflexión interna total.
ATENUACIÓN Y DISPERSIÓN
Al propagarse la luz a lo largo de la fibra va a sufrir algunos fenómenos o cambios debidos a características de la fibra óptica los cuales son:
La Atenuación: es la pérdida de potencia conforme la luz se propaga, entre más camino recorra la luz, mayor será la atenuación y por lo tanto menor será la potencia de luz a su llegada al otro extremo del enlace.
La Dispersión: consiste en el retardo que toma parte de la luz al viajar a lo largo de la fibra óptica. Por ejemplo si un pulso de segundo de duración y ese pulso lo hacemos entrar a un extremo de la fibra, del otro extremo obtendremos ese pulso con menor potencia, debido a la atenuación. La dispersión es el ensanchamiento en el tiempo de la luz.
Entre más camino recorra la luz, mayor será el ensanchamiento y por lo tanto mayor será la duración del pulso de la luz a su llegada al otro extremo del enlace.
Factores que propician la atenuación
Existen tres causas de perdida de potencia en un enlace óptico, que son por absorción, por empalmes y por curvaturas.
Perdida por absorción: es por el simple hecho de propagarse la luz por un medio se perderá potencia irremediablemente .Hay absorción intrínseca y extrínseca.,la primera no se puede evitar y la otra se debe a que la naturaleza del vidrio sino a la forma en que fueron fabricadas..Las impurezas o pequeñas burbujas de aire o de otro material que puedan quedar como remanentes de impureza serán la causa de que los fotones choquen y se desvíen, perdiéndose así energía.
Perdidas en un enlace óptico: son los elementos de unión que pueden ser los conectores o los empalmes. Los conectores son empleados para unir una fibra con un equipo, y los empalmes son usados para unir dos fibras y hacer una más grande. La causa de porque los conectores o empalmes introducen perdidas es que para la luz esto significa pasar por una frontera y recordando la ley de Snell, de reflexiones y refracciones. Por diferentes métodos de fabricación de conectores y métodos de empalmado, se han mejorado sustancialmente estas pérdidas.
Perdidas por curvaturas: Siempre que haya una curvatura en un cable de fibra óptica habrán perdidas. Hay dos tipos de curvaturas, las macro curvaturas y las micro curvaturas. Las primeras son apreciadas a simple vista y pueden despreciarse si no se excede un radio de curvatura igual a 20 veces el diámetro del cable. Y las segundas las macro curvaturas, son apreciables a simple vista, son pequeñas torceduras o presiones que sufre la fibra y que también introducen perdidas. Este tipo de curvaturas ocurren cuando se sujeta demasiado fuerte una fibra.
Existen dos causas principales, la dispersión modal y la dispersión intramodal o cromática.
Dispersión modal:es cuando se tiene una onda electromagnética que se radia para su propagación en una guía de onda, la onda viajera encontrara varios caminos para propagarse a lo largo de la guía. A estos caminos se les llama modos de propagación dependiendo de las dimensiones de la guía de onda y de la frecuencia o longitud de onda se podrán propagarse uno o más modos.
Dispersión intramodal o cromática:esta dispersión de debe a que el índice de refracción del material no es independiente de la longitud de onda de la luz que viaja por dicho material..Al variar el índice de refracción y de acuerdo a la Ley de Snell se varía también el ángulo con el que la luz incide a la frontera núcleo-cubierta y por lo tanto esa componente de luz seguirá una trayectoria propia.En las fuentes LED que se emplean,se tiene un ancho espectral del haz de luz de aproximadamente 40 nm,lo que genera una dispersión cromática fuerte.Para evitar este problema se han desarrollado fuentes como las Láser tipo DFB (distributed feedback) con anchos menores a 1 nm que reducen notablemente la dispersión cromática.
Efectos de la atenuación y la dispersión en un sistema de Telecomunicaciones
En un sistema de telecomunicaciones a base de enlaces ópticos,la atenuación es muy importante ya que de ella dependerá el alcance que tenga dicho alcance..Si en el enlace se emplea fibra con un coeficiente de atenuación muy malo,la distancia del enlace será muy pequeña. Por lo contrario si se emplean fibras con un buen coeficiente de atenuación,la distancia será mayor. Actualmente la distancia máxima de un enlace óptico es de 600 km.
EL PRODUCTO DE ANCHO DE BANDA POR DISTANCIA
Los fabricantes de fibras ópticas o bien los cables ópticos proporcionan especificaciones de la fibra, entre esas especificaciones se encuentran los coeficientes de atenuación y de dispersión. Con estos datos se pueden hacer los cálculos correspondientes para saber si esa fibra le servirá en su enlace o no.
Las unidades de este parámetro son los GHzKm. Un ejemplo de este tipo tenemos que una fibra tiene un producto de 1000 GHzKm, lo que significa que puede transportar una velocidad de 1000 Gbps sobe una distancia de 1 kilómetro bien esa misma fibra puede emplear en un enlace una velocidad de 100 Gbps en una distancia de 10 Km. Cualquier combinación siempre y cuando la multiplicación de la velocidad por la distancia no exceda este valor.
TIPOS DE FIBRAS ÓPTICAS
Existen dos tipos de fibras ópticas, las cuales son las fibras multimodo y las fibras monomodo. Por sus características particulares cada tipo se utilizan en aplicaciones diferentes.
PERFIL DE INDICE DE REFRACCIÓN
El Perfil de Índice de Refracción muestra los diferentes valores del Índice de Refracción a lo ancho de una fibra, mostrando también sus dimensiones de diámetros.
FIBRAS MULTIMODO
Este tipo de fibras fueron las primeras que se fabricaron para uso comercial en la época de los 80´s.Este nombre se le atribuyo a su funcionamiento interno. Cuando un haz de luz entra refractado al núcleo de una fibra, no toda la energía se propaga por la misma trayectoria, algunos fotones tomarán una trayectoria, otros tomarán otra y otros otra. Puede haber cientos de trayectorias dentro de ese tipo de fibras.
Fibras Multimodo de Índice Escalonado
En este subtipo de fibras multimodo su núcleo esta ligeramente dopado, lo que hace que su índice de refracción sea ligeramente mayor que el Indice de Refracción del recubrimiento. Ese dopado es constante en todo el núcleo, en la frontera, el valor del Indice de Refracción cambia abruptamente, disminuyendo al valor del índice del recubrimiento. Este cambio abrupto en el valor de los Indices y su representación gráfica en el perfil del índice es lo que da nombre a este subtipo de fibras. Las dimensiones del diámetro del núcleo han variado y se han fabricado núcleos de 62.5 micras y de 50 micras, seindo más comunes las primeras.
Características de las fibras de índice escalonado:
- Fuerte dispersión modal
- Producto Ancho de Banda por Distancia Pequeño.
- Uso de LED´s como fuentes ópticas.
- Apertura Numérica grande.
- Requerimientos mas holgados para conectores.
- Aplicaciones pasadas:LAN´s distancias cortas, velocidades pequeñas, hoy en día en desuso.
Fibras multimodo de Índice Gradual
Este tipo de fibras esta dopado en el núcleo y va cambiando conforme nos alejamos del eje de la fibra; justo en el centro habrá un nivel n1 que irá descendiendo hasta llegar al nivel n2 correspondiente al recubrimiento. El dopado no es constante en el núcleo, su valor de índice de refracción va descreciendo en forma gradual hasta llegar al índice del recubrimiento,donde ya permanece constante.Este cambio gradual en el valor de los índices y su representación gráfoca en el perfil del índice,es lo que da nombre a este tipo de fibras.Las dimensiones del diámetro son las mismas que las del de Índice Escalonado.
Características de las fibras multimodo de índice gradual
- Producto de Ancho de Banda por Distancia mayor que las de índice escalonado.
- Dispersión modal 10 veces menor que las de índice escalonado.
- Uso de LED`s como fuentes ópticas.
- Apertura Numérica grande.
- Requerimientos más holgados para conectores.
- Aplicaciones LAN´s;distancias cortas,velociodades pequeñas
FIBRAS MONOMODO
Este nombre reciben las fibras porque solamente un rayo o haz de luz entra refractado al núcleo de una fibra y toda la energía se propaga por la misma trayectoria y solo hay un modo o trayectoria dentro de este tipo de fibras. Este tipo de fibras fueron construidas con el fin de evitar el alto índice de dispersión causada por los múltiples modos.
Características de las fibras monomodo
- Produce mejor producto de ancho de banda por distancia.
- Solo se presenta dispersión cromática.
- Se requieren conectores muy adecuados.
- Se requieren fuentes de luz precisas.
- Se aplican para altas velocidades y redes de larga distancia.
FABRICACIÓN DE UNA FIBRA ÓPTICA
Para el proceso de fabricación de una fibra óptica tenemos dos etapas:
La primera es la preforma la cual es un tubo de vidrio de alta pureza,y la segunda es el estiramiento de la preforma.
La Preforma: La preforma es un tubo de vidrio de óxido de silicio o silice de gran pureza y con dimensiones de un metro de longitud y 5 cm de diámetro.
Con la preforma ya hecha esta lista para empezar el proceso de dopado (OH) el cual consiste en dejar al tubo libre de impurezas,se pone a una temperatura de1300 oC con una flama que se pasa alrededor del tubo el cual se mantiene girando sobre su propio eje.
Despues de esto se introducen vapores al tubo y al calentarse estos se depositan en el interior del tubo hueco,adhiriendosele y formando parte de la cara cilíndrica interior.En este paso de deja el tiempo necesario para alcanzar el índice de refracción deseado.
Entonces que ya se ha calculado el índice de refracción deseado de dejan de introducir los vapores y comienza un calentamiento más intenso a 1900ºC.
DISEÑO DE ENLACES
Describiremos el funcionamiento de este sistema; por el lado izquierdo una señal eléctrica que puede ser analógica o digital entra en el equipo de transmisión óptico. Este equipo adecua la señal para su transmisión a través de la fibra óptica, convirtiendo la señal eléctrica a una señal óptica. La señal ya en forma de luz pasa a la fibra óptica la cual se conecta al equipo de transmisión con el cable de fibras ópticas que se usara posteriormente para el enlace exterior.
Este enlace esta formado por varios segmentos, cada segmento consta de una emisión de luz, un tramo de fibra óptica y un regenerador. Por causa de la atenuación tenemos que regenerar la señal cada cierta distancia en el enlace para que no pierda su potencia y llegue la señal completa hasta el otro extremo.
Dentro de cada segmento hay empalmes que estos se utilizan para unir dos tramos de fibra a cada cierta distancia.
Una vez que ha llegado al otro extremo el mismo sistema de transmisión recibe la señal y ahora la convierte de óptica a eléctrica para dar por terminada la tarea de todo el sistema de comunicaciones.
SISTEMA DE TRANSMISIÓN
Este es el primer elemento del sistema de comunicaciones basado en fibras ópticas y a continuación se muestra un proceso de transmisión y recepción que simultáneamente se lleva a cabo dentro del sistema de transmisión:
Etapa de transmisión
Posteriormente, lo primero que se hace con la señal eléctrica es agregar información adicional. El propósito de agregar información esta en la necesidad de incorporar funciones que permitieran una mejor administración del enlace como son las siguientes:
- Canal de voz para comunicación de los usuarios de terminal a terminal (order wire)
- Canal de datos para el usuario. Canales de control para la operación del sistema de control de potencia para casos de corte de fibra. Estructura de una trama propia del sistema.
Palabra de sincronía propia del sistema.
El siguiente paso se le llama aleatorización y codificación, en este proceso se utilizan códigos binarios “0” y “1”.Si se trata de un 1 esto se representa con un nivel alto de potencia óptica y si se trata de un cero, esto representa un nivel bajo o de plano ausencia de señal. Si en la señal óptica se presenta una secuencia muy larga de unos y de ceros, eso podría redundar en un tiempo demasiado largo sin cambios en el nivel de la señal óptica con la consecuente posibilidad de perder sincronía. Para evitar lo anterior se tiene este proceso de aleatorización, mediante el cual se manipula la señal para evitar que se presente una combinación demasiado larga de unos y de ceros. Después de esto se somete a un proceso de codificación en el cual se utilizan códigos como 5B6B que consisten en que cada combinación de 5 bits de la señal original se generan 6 bits de manera que este 20% de información adicional facilita la detección y corrección de errores en la comunicación.
Posteriormente se tiene el proceso de modulación directa en el que, los unos se codifican con un nivel alto y los ceros con un nivel bajo de potencia óptica.
Etapa de recepción
Consiste en revertir lo realizado en la etapa de transmisión. Primeramente se tiene la interfaz de línea en la que al igual que en la etapa de transmisión se conecta al cable de fibra óptica exterior, con el foto detector, este tiene una misión de convertir la energía de luz percibida en impulsos eléctricos cuya amplitud es proporcional a la intensidad de la luz, el ser excitado con una intensidad alta de luz, el foto detector generará un nivel alto de señal eléctrica lo que significará un uno.
Posteriormente sigue la etapa de decodificación o desaleatorización, estos dos procesos se llevaran a cabo solo si sucedieron en la etapa de transmisión. De ser así, es necesario para que el efecto neto sobre la información real sea nulo. Asimismo, si en la etapa de transmisión de dio el agregado de información se procederá de retirar esta a fin de dejar únicamente la señal eléctrica que originalmente se alimento. Por ultimo se resta el adecuar la señal eléctrica al código de línea que corresponda la interfaz eléctrica en cuestión.
Tipos de fuentes ópticas
Tenemos dos tipos de fuentes ópticas:
1. -Fuentes tipo LED (Light-Emiting Diode)
Transmisores Ópticos
Muchas de las propiedades del láser no pueden aun ser explotadas, por ejemplo, el pequeño ancho de banda y la coherencia de la luz del mismo. En la actualidad los láser son usualmente fabricados a partir de materiales semiconductores (Diodo láser, LD).
Además de los laceres, también se usan los diodos emisores de luz, LED. Ellos fueron desarrollados en la década de los 70's y son sencillos y baratos. Lamentablemente emiten una luz de gran ancho de banda y como irradian en forma esférica, solamente una pequeña parte de la potencia puede ser introducida en la fibra.
Diferentes LED
Estas son las fuentes más usuales cuando se requiere de un bajo costo y las aplicaciones no son tan demandantes en términos de distancia y ancho de banda. Una de las ventajas de las fuentes tipo LED es su alta estabilidad en el nivel de emisión contra el tiempo, su vida útil y su comportamiento prácticamente lineal en cuanto al nivel de potencia con relación a la corriente eléctrica de excitación.
2. -Fuentes tipo LASER (Llght Amplification by Simulated Emision of Radiation)
Estas fuentes son las ideales para aplicaciones de alta capacidad y velocidad como las que corresponden a las fibras monomodo. Normalmente se trabaja con estas fuentes en la 2ª y 3ª ventanas ópticas a 1310 y 1550 nm respectivamente.
Las fuentes tipo LASER ofrecen la posibilidad de potencias bastantes mayores, el ancho espectral de la fuente es bastante pequeño y soportan velocidades de modulación muy altas. Uno de los inconvenientes es que no son tan lineales. Esto significa que la curva de potencia de luz emitida contra corriente de excitación presenta un punto de quiebre en donde se pierde completamente la linealidad.
Con este comportamiento resulta difícil la modulación del LASER para la transmisión de señales. Esto también ocasiona que el LASER nunca se apague. Cuando se transmite un uno se tiene una potencia alta y cuando se transmite un cero se tiene una potencia baja, pero nunca nula.
Tipos de foto detectores
Estos dispositivos tienen la función de generar una señal eléctrica al ser excitados por una fuente de luz. Existen dos tipos de fotodetectores, tenemos a los tipo PIN y a los APD.
Foto detectores tipo PIN
Este tipo de foto detectores tienen una vida mayor útil que los de tipo APD y son más estables. No son muy sensibles. El nombre PIN de deriva de la estructura de estos fotodiodos,están conformados por una placa de material P otra de material intrínseco I y una tercera de material tipo N. La sensibilidad y sobre todo la longitud de onda a la que se obtiene mejor sensibilidad depende del material con el que este fabricado.
Foto detectores tipo APD
Los foto detectores APD deben su nombre al funcionamiento del diodo que los constituye APD (Avalanche Photodiode).Lo que ocurre con este tipo de diodos cuando se les aplica un voltaje externo adicional tienen un efecto de ganancia interna que redunda en que ofrezcan una sensibilidad más alta. Esto quiere decir que la foto detectora responde a intensidades de luz más tenues, lo que puede operar en enlaces de mayor distancia lo que trae consigo más luz atenuada.
RECEPTORES ÓPTICOS
En las comunicaciones por fibra óptica se usan como detectores de luz, principalmente los diodos PIN y APD. El comportamiento de estos semiconductores ha sido constantemente mejorado, especialmente en los que se refiere al tiempo de elevación del pulso y sensibilidad. En la actualidad se presentan en tamaños adecuados para ser acoplados en las fibras ópticas.
VIDEO
https://www.youtube.com/watch?v=1z4a47gnD0A
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