FIBRA ÓPTICA PARA NGN DISPERSIÓN CROMÁTICA Y PMD
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Fibra óptica para NGN – Dispersión cromática y PMD
Noviembre 2009
Índice Índice ................................................................................ ............................................................................................................................................. ............................................................................... .................. 2 Introducción Introducció n .............................................................................. ............................................................................................................................................... ....................................................................... ...... 3 Tipos de fibra óptica monomodo ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... 4 Fibra monomo monomodo do G.652 ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... 4 Dispersión cromática en fibras fibras G.652. G.652. ......................................................................................... .................................................................................................. ......... 5 Fibra monomo monomodo do G.655 ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... 6 Atenuación espectral ....................................................................................... ..................................................................................................................................... .............................................. 10 Dispersión cromática (CD) .............................................................................. ............................................................................................................................ .............................................. 12 Dispersión por polarizació polarización n del modo (PMD) ............................................................................. ................................................................................................ ................... 14 14 PMD del enlace.................................................................................. .......................................................................................................................................... ........................................................ 17 17 Medida de PMD ......................................................................................................................................... ........................................................................................................................ ................. 17 Característicass del cable óptico............................................................................................. Característica ..................................................................................................................... ........................ 18 Construcción de cable ............................................................................................................................... 18 Influencia de la fabricación del cable sobre los parámetros de la fibra óptica .......................................... .......................................... 19 Influencia sobre el coeficiente de atenuació atenuación n ........................................................................................ ........................................................................................ 19 Evolución de las medidas de atenuación en cables instalados con fibras G.652. ................................ 21 Influencia sobre PMD ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. 22 22 Referencias Referenci as.......................................................................... .................................................................................................................................................... .......................................................................... 26
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Introducción Nuestra actual sociedad de la información refleja una tendencia imparable de aumento de la demanda de ancho de banda de transmisión en las redes de comunicación. Este ancho de banda está limitado por el propio diseño y topología de la red de comunicaciones. En el caso concreto de las redes de fibra óptica existen varios factores que limitan la velocidad: distancia de transmisión, diseño de los cables, factores físicos externos, tipo de fibra óptica, etc. Al aumentar la velocidad de transmisión de las redes ópticas WDM hasta valores de 40 Gbps y superiores, toman importancia las limitaciones debidas principalmente a los siguientes factores:
Atenuación (dB/Km)
Dispersión cromática (CD)
Polarización del modo de dispersión (PMD)
Cuanto mayor es la tasa de transmisión, menor es la tolerancia a estos factores, si bien existen diferentes métodos de compensación que se verán más adelante.
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Tipos de fibra óptica monomodo La ITU-T (International Telecommunication Union – Telecommunication Standarization Sector) estandariza tanto las descripciones de de la fibras monomodo y multimodo como las definiciones de parámetros y test de medida asociados. Las características ópticas, geométricas y de transmisión de las fibras monomodo utilizadas en los sistemas de comunicación de larga distancia utilizan habitualmente fibras G.652 y G.655.
Fibra mon omod o G.652 Son fibras optimizadas para su utilización en torno a 1310 nm, aunque también pueden transmitir en otras longitudes de onda. Las fibras G.652.A y B presentan un pico de atenuación por la presencia de OH - en torno a 1383 nm, mientras las G.652.C y D están libres de este pico. Las revisiones más recientes, marzo de 2003 y mayo de 2005, crearon dos nuevas categorías para reducir PMD del enlace1 a 0,20 ps/√Km para poder ofrecer tasas de transmisión de alta velocidad/distancia. Además se ajustaron las tolerancias de algunos parámetros para mejorar las prestaciones de las fibras ópticas.
Ancho de banda de Características de la fibra. G.652.B
transmisión
Longitud de onda 1310 nm Diámetro de campo modal Pendiente
de
Rango
8,6 - 9,5 µm
Tolerancia
± 0,6 µm
dispersión
cromática de 1300 - 1324 nm S0max
0,092 ps/nm2.km
Características del cable Longitud de onda de corte del cable
Coeficiente de atenuación
Coeficiente de PMD
1310 nm, 1550 y 1625 nm Máximo
1260 nm
Max a 1310 nm
0,40 dB/Km
Max a 1550 nm
0,35 dB/Km
Max a 1625 nm
0,40 dB/Km
M
20 cables
Q
0,01%
Max PMDq
0,20 ps/ √km
1
PMD del enlace: consultar definición en apartado 3.
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(Bandas O, C y L)
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Ancho de banda de Características de la fibra. G.652.D
transmisión
Longitud de onda 1310 nm Diámetro de campo modal Pendiente
de
Rango
8,6 - 9,5 µm
Tolerancia
± 0,6 µm
dispersión
cromática de 1300 - 1324 nm S0max
0,092 ps/nm2.km
Características del cable
Coeficiente
de
Máximo
1260 nm
1310 a 1625 nm
0,40 dB/Km
atenuación 1383 ± 3 nm
Máximo
Coeficiente de PMD
a L. Similar a G,652,B pero permite la transmisión en
Longitud de onda de corte del cable
Amplia cobertura: bandas O
*
1550 nm
0,30 dB/Km
M
20 cables
Q
0,01%
Max PMDq
0,20 ps/ √km
ancho de banda extendido de 1360 nm a 1530 nm. Adecuada para sistemas CWDM
* Atenuación detectada debe ser menor o igual al valor especificado para el intervalo 1310 nm a 1625 nm después del proceso de envejecimiento con hidrógeno conforme a CEI 60793-2-50 en relación con la categoría de la fibra
Dispersión cromática en fibras G.652. En esta gráfica vemos los límites de dispersión cromática para las fibras G.652 sen función de la longitud de onda. Se define únicamente en las bandas O (1260-1360 nm) y C (1530-1565 nm), estas fibras pueden ser usadas en bandas L (1565-1625 nm), para DWDM y S+C+L (1460-1625 nm), en sistemas CWDM.
Dispersión cromática para fibra G.652.
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Fibra mon omod o G.655 Las características mecánicas, geométricas y de transmisión de las fibras de dispersión desplazada no nula NZDS (Non Zero Dispersión Shifted) están recogidas en la recomendación ITU-T G.655. Estas fibras están pensadas para transmitir en tercera ventana con bajos valores de D, entre 1530nm y 1565 nm, aunque se ha previsto que puedan soportar transmisiones en longitudes de onda mayores de 1625 y menores de 1460 nm. La dispersión cromática (CD) es un parámetro que limita la capacidad de transmisión de la fibra óptica. En sistemas de comunicación de alta velocidad y larga distancia es fundamental controlar su efecto, ya que limita fuertemente la capacidad de transmisión del sistema y para ello es necesario utilizar sistemas de compensación de dispersión cromática. Aunque la dispersión cromática es reducida en la ventana de transmisión de las fibras NZDS, nunca puede tener valor cero en este rango de longitud de onda (pero sí en longitudes de onda menores). Esto es debido a que un valor nulo de D potencia efectos no lineales, que es fundamental evitar en aplicaciones WDM. La aparición de fenómenos no lineales también depende del área efectiva de la fibra. Estos se minimizan con áreas efectivas mayores. La recomendación ITU-T G.655 recoge diferentes subtipos de fibra NZDS, en los que varían fundamentalmente los siguientes parámetros: dispersión cromática, diámetro de campo modal (MFD) y PMD. Es una recomendación más reciente y que permite más variación de los parámetros que la G.652, en la que los subtipos están claramente diferenciados y estandarizados. La revisión de marzo de 2003 creó una nueva categoría con PMD de enlace reducida 0,20 ps/ √Km para ajustar los estándares a las nuevas necesidades de mayor distancia y velocidad de transmisión. En la revisión de febrero de 2006 se reducen las tolerancias de algunos parámetros así como unos valores máximos y mínimos para limitar la DC entre 1530 y 1565 nm. Características de la fibra. G.655.A
Diámetro de campo modal
Longitud de onda
1550 nm
Rango
8 - 11 µm
Tolerancia
± 0,7 µm
λmin y max
1530 - 1565 nm
Coeficiente de dispersión cromática Dmin
0,1 ps/nm.km
de 1530 - 1565 nm
Dmax
6,0 ps/nm,km
Longitud de onda de corte del cable
Máximo
1450 nm
Coeficiente de atenuación
Max a 1550 nm
0,35 dB/Km
M
20 cables
Q
0,01%
Max PMDq
0,50 ps/ √km
Coeficiente de PMD
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Características de la fibra. G.655.B
Diámetro de campo modal
Longitud de onda
1550 nm
Rango
8 - 11 µm
Tolerancia
± 0,7 µm
λmin y max
1530 - 1565 nm
Dmin
1,0 ps/nm.km
Coeficiente de dispersión cromática Dmax
10,0 ps/nm,km
de 1530 - 1565 nm
Dmax - Dmin
≤ 5,0 ps/nm.km
Max a 1550 nm
0,35 dB/Km
Max a 1625 nm
0,4 dB/Km
M
20 cables
Q
0,01%
Max PMDq
0,50 ps/ √km
Longitud de onda
1550 nm
Rango
8 - 11 µm
Tolerancia
± 0,7 µm
λmin y max
1530 - 1565 nm
Dmin
1,0 ps/nm.km
Coeficiente de atenuación
Coeficiente de PMD Características de la fibra. G.655.C
Diámetro de campo modal
Coeficiente de dispersión cromática Dmax
10,0 ps/nm,km
de 1530 - 1565 nm
Dmax - Dmin
≤ 5,0 ps/nm.km
Max a 1550 nm
0,35 dB/Km
Max a 1625 nm
0,4 dB/Km
M
20 cables
Q
0,01%
Max PMDq
0,20 ps/ √km
Coeficiente de atenuación
Coeficiente de PMD
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Características de la fibra. G.655.D
Diámetro de campo modal
Longitud de onda
1550 nm
Rango
8 - 11 µm
Tolerancia
± 0,6 µm
Dmin(λ):1460-1550 nm
7.00 90
Dmin(λ):1550-1625 nm Coeficiente
de
dispersión
cromática de 1530 - 1565 nm
Dmax(λ):1460-1550 nm Dmax(λ):1550-1625 nm
2 . 97 75
1460 4.20 1550
2 . 80
2.91 90
5.06 75
1460 3.29
1550 6.20
Longitud de onda de corte del cable Coeficiente de atenuación
Coeficiente de PMD
Máximo
1450 nm
Max a 1550 nm
0,35 dB/Km
Max a 1625 nm
0,4 dB/Km
M
20 cables
Q
0,01%
Max PMDq
0,20 ps/ √km
Gran parte de la red de fibra óptica instalada actualmente funciona sobre fibra monomodo G.652. Este estándar ha ido mejorando con el paso del tiempo y las fibras que se fabrican actualmente están bastante optimizadas respecto a las que se instalaron en las primeras redes. Para conseguir anchos de banda de transmisión elevados se utilizan nuevas modulaciones, sistemas de compensación y fibras G.655, de dispersión desplazada, pensadas para transmitir en tercera ventana. En la siguiente imagen se muestran varias de las fibras G.655 disponibles, con sus correspondientes diferencias en el valor de CD.
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16.0
65
LA (Aeff : 72 m2) 14.0
74
] ) m k12.0 m n ( /10.0 s p [ a 8.0 c i t á m6.0 o r c n ó i 4.0 s r e p s 2.0 i D
ULA (Aeff : 95 m2) 87
SS Pendiente dispersion 0.05ps/(nm ·km) 104
PG (Aeff : 63 m2) 130
173
260
USS Pendiente dispersion 0.02 s/ nm2·km ITU-T G.656
FWM Influence
0
-
C-band
-
Longitud de onda [nm]
9
520
F C D n i s ] n m ó i k [ s i h c m / s s n p a r b t G e 0 d 1 a t i a c n a t s i D
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Atenuación espectral Es la pérdida de potencia en función de la longitud de onda, los factores que originan la atenuación son: absorción, scattering y radiación. Aunque la fibra óptica está fabricada con silicio de alta pureza, pueden aparecer pequeñas impurezas e imperfecciones que hagan que parte de la potencia se pierda o se convierta en otro tipo de energía. La impureza más importante son los iones OH, procedentes de una deficiente eliminación de agua. Debido a estos iones aparece una frecuencia de resonancia a 1390 nm que hace que la atenuación aumente en este punto. En fibras comerciales actuales se ha reducido este pico de dispersión, son las fibras LWP (Low Water Peak) bajo recomendación ITU-T G.652.D, como se puede apreciar en la imagen a continuación.
Atenuación espectral de las fibras monomodo G.652.A&B (SM Convencional) y G.652C&D (SM LWP)
La Relación Señal Ruido (SNR) puede variar en función de la tecnología utilizada en cada red, pero en general esta tasa tiene que aumentar al hacerse mayor la tasa de transmisión, según la siguiente gráfica:
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La relación señal/ruido para un sistema a 40 Gbps es de aproximadamente 12 dB, mientras que para 160 Gbps es necesaria una SNR de 18 dB. Esto significa trabajar con mayores potencias en la red e intentar minimizar lo máximo posible las pérdidas. Las fibras ópticas G.652 y G.655 presentan las siguientes pérdidas típicas: Atenuación fibra:
G.652 0,19 dB/Km G.655 0,20 dB/Km
Atenuación empalmes:
G.652 0,20 dB G.655 0,30 dB
Según esto la fibra G.652 presenta pérdidas ligeramente menores en términos de potencia en una red de fibra óptica, y ayuda a garantizar la tasa SNR necesaria en redes de alta velocidad. Para transmitir a velocidades más altas, hay que conseguir mayor SNR, aumentando la potencia de transmisión, lo que supone incrementar los efectos no lineales (FWM y SPM) en las fibras. Este incremento no deseado supondrá peor comportamiento de las fibras y limitaciones en la velocidad de transmisión. Los dos efectos no lineales que afectan principalmente a la transmisión WDM en las fibras ópticas son:
FWM (Four Wave Mixing): WDM crosstalk, este fenómeno produce la aparición de nuevas ondas en otras frecuencias. Influye sobre todo en los puntos de dispersión 0. Afecta más en las fibras G.655, sobre todo en las de área efectiva más pequeña (fibras de área efectiva amplia para minimizan este efecto).
SPM (Self Phase Modulation): este fenómeno surge debido a que el índice de refracción de la fibra tiene una componente dependiente de la intensidad. Este índice de refracción no lineal induce un desplazamiento de fase que es proporcional a la intensidad del pulso. De esta forma, las diferentes partes del pulso sufren diferentes desplazamientos de fase (chirp), que modificará los efectos de dispersión sobre el pulso.
Las fibras G.652 tienen mejor comportamiento frente a FWM y peor con SPM, las G.655 se comportan al revés. El deterioro de la señal por fenómenos no lineales es similar en ambas fibras, por lo que no es un factor que determine qué tipo de fibra utilizar.
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Dispersión cromática (CD) La Dispersión Cromática de una fibra se expresa en ps / (nm*km), representando el retraso, o incremento de tiempo (en ps), para una fuente con una anchura espectral de 1 nm que viaja en 1 kilómetro de la fibra. Esto depende del tipo de fibra, y limita el bit rate o la distancia de transmisión para una buena calidad de servicio. El ensanchamiento que sufren los pulsos de luz, denominados dispersión, es un factor crítico que limita la calidad de la transmisión de señal sobre enlaces ópticos. La dispersión es una consecuencia de las propiedades físicas del medio de transmisión. Las fibras monomodo, usadas en redes ópticas rápidas, están sujetas a la Dispersión Cromática (CD) que causa un ensanchamiento de los pulsos de luz según la longitud de onda, y a la Dispersión de Modo de Polarización (PMD) que provoca un ensanchamiento del pulso según la polarización. Un ensanchamiento excesivo provocará una superposición de los pulsos y errores en la decodificación.
Una red que transmite a 10 Gbps tiene 16 veces más tolerancia a la dispersión cromática que una que trabaja a 40 Gbps. Este dato permite hacernos una idea de la limitación que supone la CD en sistemas de alta velocidad. Las redes ópticas tienen una CD máxima acumulada hasta la que el sistema funciona correctamente. Para mantener la CD dentro de los límites de cada red es necesario utilizar equipos de compensación de CD (CDFM). Estos equipos permiten eliminar la limitación por CD en las redes ópticas. La siguiente gráfica muestra los costes de CDFM en función del ancho de banda de transmisión de la red óptica:
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35,000 , M F D C e d o d a € m i x o r p a e t s o C
30,000 25,000 20,000
G.652
15,000
G.655
10,000 5,000 0 0
200
400
600
800
1000
Longitud transmisión, Km
El coste de los sistemas de compensación para fibras G.652 y G.655 es prácticamente igual, así que no es determinante para elegir un tipo de fibra o el otro en función de estos costes. Es importante destacar que la contribución de CD es determinante en el funcionamiento del sistema para largas distancias y altas tasas de transmisión. En distancias cortas de pocos kilómetros la contribución al total es pequeña y no afecta gravemente al comportamiento del sistema. La CD varía de unos tipos de fibra a otras, como valores típicos de referencia se pueden tomar estos:
G.652 16.5 ps / (nm*km)
G.655 4.2 ps / (nm*km)
La fibra G.655 tiene unos valores de CD menores y la compensación de CD no se hace tan necesaria, a cambio el coste por Km de este tipo de fibras es mayor que el de la G.652. La fibra G.655 se utilizará en aquellos sistemas que estén diseñados para trabajar con distancias muy largas y a tasas de transmisión altas, sin que sea tan importante la compatibilidad con la fibra instalada.
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Dispersión por polarización del modo (PMD) La Dispersión por Modo de Polarización, PMD, es un efecto de dispersión óptico, que limita la calidad de la transmisión en los enlaces de fibra óptica. Su control se está convirtiendo en esencial, ya que limita fuertemente la capacidad de transmisión a altas velocidades, especialmente en aquellos por encima de los 10 Gbps. Es un parámetro difícil del medir y compensar dada su naturaleza estadística, y depende fuertemente de las condiciones físicas del cable (ambientales y mecánicas). El origen físico de la PMD es fundamentalmente la birrefringencia de la fibra, que produce por las diferencias en las constantes de propagación en los ejes ortogonales. Estas diferencias se producen por imperfecciones en el proceso de fabricación de la fibra o como resultado de fuerzas externas que producen doblados y tensiones en la fibra. Si la fibra fuera perfecta, con una geometría uniforme, homogeneidad en el material y sin efectos de tensión, ambos modos se propagarían exactamente a la misma velocidad y no existiría degradación sobre los bits transmitidos.
Random distribution of fiber defects
Geometric
Internal stress
Environmental constraints
Lateral pressure
Heat
Bend
Wind (aerial fibers)
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Causas de la PMD en fibras ópticas
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En realidad la fibra no es perfecta y los dos modos sufren un retraso llamado PMD, que provoca un ensanchamiento de la señal, aumentando la incertidumbre en la detección de los símbolos. Como consecuencia se incrementa la probabilidad de error de bit en la transmisión (BER).
t fast axis
z, t slow axis PMD
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Retraso de las componentes de la señal
A continuación se muestra un histograma de medidas realizadas por Bellcore en los Estados Unidos sobre la fibra óptica instalada en el año 1994, en el que quedan de manifiesto los valores tan altos de PMD en las fibras, debido a que hasta ese año no se empezó a controlar la influencia de dicho parámetro.
Medidas de PMD en fibras instaladas (1994)
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Por ello, de cara a las futuras velocidades de transmisión, 40G, 100G, 160G…es extremadamente importante evaluar el impacto de la PMD en las redes instaladas y disminuir al máximo su valor para las fibras actuales y futuras. Valores que hace unos años eran aceptados, incluso en normas internacionales, como 0,5 ps/√km, deben ser ahora obligatoriamente revisados para las redes de larga distancia y alta velocidad. Fabricantes de cable y fibra trabajan en el desarrollo de nuevos diseños para mejorar este parámetro. En el siguiente gráfico se pueden comprobar los límites recomendados para que las comunicaciones sean correctas bajo la influencia de la PMD. La transmisión en la fibra queda limitada de la siguiente manera:
Según esto, un sistema a 40 Gbps puede tener una PMD acumulada de hasta 2.5 ps, y alcanzar distancias de enlace de hasta 625 km. con un coeficiente de PMD de 0,1 ps/ √km. La fibra óptica G.652 actual tiene un valor de PMD máximo típico de 0,2 ps/ √km, este valor es mayor en las fibras G.655 debido a su mayor índice de refracción. La PMD cambia de forma aleatoria con el tiempo y la longitud de onda, así que es más difícil de prever y compensar que la CD; una solución es utilizar modulaciones más eficientes. La reducción de los valores de PMD en G.652 hasta 0,1 ps/ √km teórica es posible en las fibras G.652 actuales, pero depende en gran medida de la instalación de la fibra y de la influencia de los factores ambientales.
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PMD del enl ace Según ITU-T G.652, se define la PMD de forma estadística, no de forma individual para cada fibra. Los requisitos sólo hacen referencia a aspectos del enlace calculados a partir de la información del cable. El fabricante debe proporcionar un valor de PMD de diseño del enlace, PMDq, que constituya el límite estadístico superior del coeficiente de PMD de los cables de fibra óptica concatenados en un enlace de M secciones de cable. El límite superior se define en términos de un bajo nivel de la probabilidad, Q; de que un valor de coeficiente de PMD concatenado sea mayor que PMDq. Para valores de M y Q definidos (M = 20 cables y Q =0,01%), el valor de PMD no debe superar el coeficiente máximo de PMD especificado. Las medidas y especificaciones obtenidas en fibras no cableadas son requisito necesario pero no suficiente para garantizar las especificaciones en fibra cableada. El valor máximo para el diseño de enlaces especificado en fibras no cableadas será inferior o igual al especificado en fibras cableadas. La relación de los valores de PMD en fibra no cableada y cableada dependerá de las circunstancias de la construcción y tratamiento del cable, así como del estado de acoplamiento del modo de la fibra no cableada.
Medida de PMD Existen disponibles en el mercado diferentes equipos para medir la PMD en la fibra, basados en la inyección de luz polarizada y medida del retraso de la señal. Los equipos más avanzados combinan la función con un OTDR y permiten obtener los valores de PMD en diferentes tramos realizando la medida sobre un solo extremo de la fibra. Mediante esta técnica se puede conocer si un extremo del enlace está fallando y proceder a su reposición.
Medida PMD y OTDR extremo a extremo
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Características del cable óptico Se debe hacer especial énfasis en los efectos de macro y microcurvaturas que pueden inducir pérdidas en las fibras contenidas en los cables ópticos. Las principales causas están asociadas al proceso de fabricación e instalación, así como a cambios de temperatura durante la operación. Las pérdidas por microcurvaturas se evitan con un adecuado diseño y proceso de las fibras durante la aplicación de la protección secundaria. Las características mecánicas principales que se deben tener en cuenta al diseñar un cable son: curvado, tensión, impacto, aplastamiento e impacto. Los elementos de refuerzo y el radio mínimo de curvatura se definen para evitar que el cable pueda resultar dañado durante el proceso de instalación debido a tracción o radio de curvaturas no adecuados. Los factores ambientales que más influyen son: generación de hidrógeno, penetración de agua, vibración, cambios de temperatura y ataques biológicos (roedores) ;y también cargas de viento y hielo en el caso de cables aéreos. Las características geométricas y ópticas de las fibras (atenuación, dispersión, PMD...) se ven poco afectadas por el proceso de cableado, si se respetan las condiciones de diseño adecuadas.
Construcción de cable La fibra óptica cuenta con un recubrimiento primario de acrilato que puede ser fácilmente retirado para realizar el empalme de las fibras. Las protecciones secundarias: holgadas o ajustadas evitan presiones directas sobre la fibra óptica. Los elementos de refuerzo, tanto centrales como periféricos evitan daños en el cable debido a tensiones durante instalación y operación. Los cables cuentan con una o dos cubiertas plásticas, y armados metálicos o dieléctricos que los protegen de los factores ambientales y mecánicos asociados a: almacenamiento, instalación y operación. Las cubiertas y su espesor se eligen en función de la aplicación final y considerando limitaciones como: diámetro máximo o peso máximo admisible.
Ejemplos de fabricación de cables ópticos: PKP y PESP.
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Influenci a de la fabricació n del cable sobre los parámetros de la fibra ópti ca Algunos de los parámetros de la fibra pueden verse afectados por el proceso de fabricación o instalación de cable: longitud de onda de corte y PMD. Unos correctos diseños y procesos de fabricación permitirán que estos valores se encuentren siempre bajo los límites considerados por la correspondiente recomendación ITU-T. Las características ópticas y geométricas se ven poco afectadas por el proceso de cableado, recogiéndose principalmente recomendaciones relativas a las características de transmisión de tramos largos instalados. Influencia sobre el coeficiente de atenuación A modo de ejemplo la siguiente tabla presenta los valores de atenuación de las fibras ópticas
utilizadas
para la fabricación de un cable de 32 fibras G.652.D, tanto en segunda como en tercera ventana, mismas medidas tras el proceso de fabricación. Puede observarse que las variaciones son mínimas, ya que los procesos no afectan a este parámetro.
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y
las
en la atenuación
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Color fibra Código
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Atenuación fibra
Atenuación fibra
desnuda
cableada
Longitud 1310 1550
Longit 1310 1550
(m)
nm
nm
Color tubo
ud (m) nm
nm
Verde
612505900300059
0,33
0,185
Blanco 1
8245
0,33
0,184
Roja
612505900400051
0,33
0,185
Blanco 1
8246
0,33
0,184
Azul
612505900300023
0,33
0,184
Blanco 1
8247
0,33
0,183
Amarilla
612505901900018
0,33
0,183
Blanco 1
8244
0,33
0,182
Gris
612505902200033
0,33
0,184
Blanco 1
8248
0,33
0,185
Violeta
612505900600127
0,33
0,186
Blanco 1
8248
0,33
0,184
Marrón
612505901300107
0,33
0,186
Blanco 1
8249
0,33
0,187
Naranja
612505900300113
0,33
0,183
Blanco 1
8245
0,33
0,183
Verde
612505900300060
0,33
0,184
Rojo 1
8256
0,33
0,183
Roja
612505900400052
0,33
0,185
Rojo 1
8261
0,33
0,184
Azul
612505900300022
0,33
0,184
Rojo 1
8261
0,33
0,184
Amarilla
612505900300019
0,33
0,184
Rojo 1
8256
0,32
0,183
Gris
612505902200021
0,33
0,186
Rojo 1
8262
0,33
0,185
Violeta
612505900100217
0,33
0,184
Rojo 1
8257
0,32
0,182
Marrón
612505901300108
0,33
0,183
Rojo 1
8256
0,32
0,183
Naranja
612505900300114
0,33
0,183
Rojo 1
8258
0,33
0,184
50400
Verde
612505900300058
0,33
0,185
Azul 1
8246
0,33
0,184
Roja
612505900400053
0,33
0,184
Azul 1
8251
0,33
0,184
Azul
612505900300024
0,33
0,185
Azul 1
8248
0,33
0,183
Amarilla
612505901900017
0,33
0,184
Azul 1
8246
0,32
0,183
Gris
612505900600089
0,33
0,185
Azul 1
8246
0,33
0,183
Violeta
612505902200105
0,33
0,183
Azul 1
8244
0,32
0,182
Marrón
612505901300105
0,33
0,184
Azul 1
8243
0,33
0,184
Naranja
612505900300116
0,33
0,183
Azul 1
8251
0,33
0,184
Verde
612505900300062
0,33
0,183
Verde 1
8259
0,32
0,181
Roja
612505900400054
0,33
0,183
Verde 1
8266
0,33
0,184
Azul
612505900300021
0,33
0,184
Verde 1
8259
0,33
0,184
Amarilla
612505901900020
0,33
0,184
Verde 1
8259
0,33
0,183
Gris
612505900100066
0,33
0,186
Verde 1
8259
0,32
0,183
Violeta
612505900600128
0,33
0,186
Verde 1
8261
0,33
0,185
Marrón
612505901300106
0,33
0,185
Verde 1
8261
0,33
0,184
Naranja
612505900300115
0,33
0,185
Verde 1
8256
0,33
0,183
20
Fibra óptica para NGN – Dispersión cromática y PMD
Noviembre 2009
Evolución de las medidas de atenuación en cables instalados con fibras G.652. Las mejoras de calidad presentes en las fibras G.652.A y B durante los últimos años se muestran claramente en las siguientes gráficas. Aparecen las medidas de atenuación medias totales (incluidas pérdidas por empalme) en 1270-1610nm medidas en cables instalados en dos periodos de tiempo diferentes: alrededor de 2000 y 2003. Las medidas de atenuación estadísticas se obtienen mediante el ajuste matemático de las medidas masivas con OTDR a 6 longitudes de onda diferentes. Las estadísticas de las pérdidas de atenuación por empalme se tienen en cuenta a través de un modelo empírico, basado en los resultados de las medidas realizadas.
Medida de atenuación en fibra y empalmes para cables con fibra G.652.A&B instalados en el año 2000.
Medida de atenuación en fibra y empalmes para cables con fibra G.652.A&B instalados en el año 2003.
21
Fibra óptica para NGN – Dispersión cromática y PMD
Noviembre 2009
Puede apreciarse claramente que los valores de fibra instalada en el año 2000 presentan unos incrementos de atenuación entorno a 1380nm muy elevados, que podrían comprometer el funcionamiento de sistemas CWDM y DWDM actuales. Influencia sobre PMD Actualmente, los procesos de fabricación son estrictos y aseguran valores de PMD para fibras muy bajos. Como este parámetro varía con las condiciones externas debe considerarse desde un punto de vista estadístico, siendo muy importante que una vez instalada se realicen medidas en intervalos de tiempo diferentes. Tras varios análisis de laboratorio, en los que se realizan medidas sobre 40 bobinas de fibra óptica, con longitudes comprendidas entre 9 y 50 Km, los resultados obtenidos son los siguientes: ps/√km Media Coef. PMD:
0,054
Desviación estándar Coef. de PMD:
0,020
Mínimo Coef. PMD:
0,019
Máximo Coef. PMD:
0,121
Posteriormente se procede a fabricar un cable PKP (polietileno-aramida-polietileno) de 128 f.o. y otro de PFVP (polietileno-fibra de vidrio-polietileno) de 64 fibras a partir de estas 40 bobinas medidas.
Vista transversal de los cables fabricados
22
Fibra óptica para NGN – Dispersión cromática y PMD
Noviembre 2009
Sobre los cables terminados se han medido 192 fibra distribuidas en varias bobinas y el resultado es el siguiente: ps/√km Media Coef. PMD:
0,038
Desviación estándar Coef. de PMD:
0,012
Mínimo Coef. PMD:
0,026
Máximo Coef. PMD:
0,097
De las anteriores tablas, comprobamos que el proceso de fabricación, en cables bien diseñados, no supone un aumento del coeficiente de PMD, sino que más bien se logra una ligera disminución media (aprox. -0,02 ps/√km). Esto es debido a que la medida de la PMD en bobina de fibra es más alta por
las
tensiones del bobinado. En el siguiente gráfico se representan en rosa la PMD en las 40 bobinas de fibra originales del
ensayo, y
en azul la PMD en las fibras de los cables fabricados, haciendo coincidir por trazabilidad cada fibra final con su correspondiente original. Se observa que considerando las medidas
individualmente, no se
puede asegurar relación directa entre el valor de la PMD en bobina y en cable
terminado, por el hecho
comentado de la variación instantánea de la PMD. Si bien se extrae que estadísticamente,
según
las
anteriores tablas, la PMD cableada medida sin tensión es menor que en las bobinas de fibra provenientes del fabricante.
0,140 0,120 0,100 0,080 0,060 0,040 0,020 0,000 1
3
5
7
9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39
Fibra en bobina origen Fibra cableada
Si nos fijamos en las siguientes gráficas, la desviación estándar es más alta en bobinas de fibra materia prima, de nuevo por causa del bobinado con tensión, lo que lleva a una distribución más ensanchada que la de la fibra cableada.
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Fibra óptica para NGN – Dispersión cromática y PMD
Noviembre 2009
Distribución de la PMD en fibras en bobina origen
Distribución de la PMD en fibras cableadas
En el siguiente histograma se presentan las 192 medidas de la fibra cableada y se observa que el 94% de los valores están por debajo de 0,06 ps/ √km :
Valores PMD obtenidos
140
120,00%
120
100,00%
100 80,00% a i c n e u c e r F
80 60,00% 60 40,00% 40
20,00%
20
0
0,00%
0 0 2 0 4 0 6 0 8 , 1 , 2 r . . . 0 , 0 , 0 , 0 , 0 0 y o a m y
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Frecuencia % acumulado
Fibra óptica para NGN – Dispersión cromática y PMD
Noviembre 2009
Basándonos en los valores medidos de PMD en fibra cableada, y empleando la herramienta de diseño de enlaces Link PMD Calculator v.1.0 de Photon Kinetics, se ha calculado el valor PMDQ, conocido como link design value. El valor PMDQ es el siguiente para diferentes valores de Q:
Q = 0,0001 (0,01%), PMDQ = 0,057 ps/√km Q = 0,001 (0,1%),
PMDQ = 0,054 ps/√km
Q = 0,01 (1%),
PMDQ = 0,050 ps/√km
Estos valores se han obtenido mediante la simulación de un enlace aleatorio con M=20 longitudes individuales de las 192 medidas sobre bobina de cable, y para una probabilidad de que el valor de PMD esté por encima del indicado de 0,01 %, 0,1 % y 1% respectivamente. Pese a ello, basándonos en las pruebas descritas en este informe realizadas en nuestra fábrica y, gracias a la alta calidad de nuestros proveedores de fibra homologados, actualmente podemos garantizar
un
valor del coeficiente de PMD individual ≤ 0,10 ps/√km. De hecho hemos comprobado que más del 90% de las medidas estarán por debajo de 0,06 ps/ √km, pero no olvidemos que el énfasis debe ponerse en el coeficiente estadístico PMD Q. En esas condiciones, y con las variables M=20 y Q=0,01% se puede alcanzar un valor PMDQ ≤ 0,05 ps/√km. Este valor tan bajo de link design value sin duda supondrá un gran avance de cara al diseño y construcción de la futura renovación de la red, ya que supone reducir a la mitad el más estricto de los requisitos de PMD hasta ahora.
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Fibra óptica para NGN – Dispersión cromática y PMD
Noviembre 2009
Referencias
“ECOC2005. 40 Gb/s uncompensated 8-channel CWDM system over 30 km of non-zero dispersion shifted fibre”
“ECOC2005. 160 Gbit/s-based field transmission experiments with single polarization RZ-DPSK signals and simple PMD compensator”
“ECOC2005. 8x85.4 Gbit/s WDM Field Transmission over 421 km SSMF Link Applying an 85.4 Gbit/s ETDM Receiver”
“ECOC2005. Long Haul Field Transmission Experiment of 8x170 Gbit/s over 421 km Installed Legacy SSMF Fiber Infrastructure”
“ECOC2005. FGB 40Gx820km Proximinion”
“ECOC2006 Upgrade from 10G to 40G Alcatel”
“Evolution of the ITU-T Standarization of Optical Fibres and Cables” IWCS 2005
“ITU-T G.652. Características de las fibras y cables ópticos monomodo.” 2005
“ITU-T G.655. Características de fibras y cables ópticos monomodo con dispersión desplazada no nula.” 2003 y 2006.
“Stability of Low Water Peak SMF against Hydrogen Aging”. IWCS 2002.
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