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Parámetros físicos principales que afectan al rendimiento de la red FTTH

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Esta serie de artículos técnicos formativos han sido escritos por los expertos de la firma EXFO y se publican en castellano exclusivamente en nuestro periódico técnico online instaladoresdetelecomhoy.com

Antes de leer este artículo, vea la Introducción a la tecnología FTTH

La finalidad de cualquier red de fibra óptica es ejecutar una transmisión de datos a alta velocidad, libre de errores. Una realización de pruebas correcta durante cada fase de la implantación de la red garantiza que los productos satisfagan las especificaciones y además minimiza el costoso y laborioso trabajo de resolución de problemas localizando conectores sucios/dañados, empalmes cuestionables y otros componentes defectuosos antes de que afecten al servicio.

Uno de los factores más importantes para garantizar una transmisión correcta es controlar las pérdidas de potencia en la red frente a las especificaciones del presupuesto de pérdida del enlace con la recomendación ITU-T y la norma, lo cual se hace estableciendo un presupuesto de pérdida de extremo a extremo total con un margen suficiente, a la vez que reduciendo al mínimo las retrorreflexiones. Esto es especialmente válido para señales de vídeo RF analógicas de alta potencia (normalmente a 1550 nm) desde láseres de banda muy estrecha, ya que las intensas retrorreflexiones degradan la calidad de la transmisión de vídeo. Esta sección trata de los parámetros principales que pueden afectar en gran medida al rendimiento de la red.

El presupuesto de pérdida

Una de las primeras tareas que deben realizarse al diseñar redes de fibra óptica es evaluar el presupuesto de pérdida aceptable para crear un producto que satisfaga las necesidades de aplicación. Para caracterizar correctamente el presupuesto de pérdida se consideran generalmente los siguientes parámetros principales:

  • Transmisor: potencia de lanzamiento, temperatura y envejecimiento
  • Conexiones de fibra: divisor, conectores y empalmes
  • Cable: pérdida de fibra y efectos de temperatura
  • Receptor: sensibilidad del detector
  • Otros: margen de seguridad y reparaciones

Cuando una de las variables arriba indicadas no cumple las especificaciones, el rendimiento de la red puede verse enormemente afectado o, lo que es peor, la degradación puede conducir a fallos en la red.

El presupuesto de pérdida variará en función del tipo de PON que se implementa. Por ejemplo, en el caso de un sistema GPON de clase B, como se muestra en la tabla siguiente, el presupuesto de pérdida máximo para la ruta ascendente a 1,25 Gbit/s puede ser de 32 dB (delta entre sensibilidad mínima y potencia de lanzamiento máxima). Téngase en cuenta que la potencia de lanzamiento del transmisor puede variar y, si consideramos el mismo sistema, pero con una potencia de lanzamiento de -2 dBm, el presupuesto de pérdida se convertirá entonces en 24 dB (delta entre sensibilidad mínima y potencia de lanzamiento mínima).

Presupuestos de pérdida de clase de ODN BPON/GPON
Presupuestos de pérdida de clase de ODN BPON/GPON

Un ejemplo del cálculo del presupuesto de pérdida total típico puede ser el siguiente:

  • La pérdida de divisor (1:4, 1:8, 1:16, 1:32) representa normalmente la mayor parte de la pérdida en el sistema: aproximadamente 16 dB para divisores 1:32.
  • La pérdida de inserción es normalmente de 0,7 a 1.0 dB por acoplador WDM y se utiliza generalmente para combinar la señal de vídeo (1550 nm) con señales de datos y voz (1310/1490 nm).
  • Las pérdidas de conector y empalme rondan normalmente los 2,0 a 3,0 dB para el enlace completo, desde el OLT al ONT.
  • La pérdida de fibra es igual a la atenuación multiplicada por la distancia. La distancia máxima está limitada por el presupuesto de pérdida a la longitud de onda de atenuación más desfavorable (1310 nm con aprox. 0,33 dB/km de atenuación). La longitud máxima varía normalmente entre 4 y 20 km.
Ejemplo de cálculo de presupuesto de pérdida
Ejemplo de cálculo de presupuesto de pérdida

El cálculo de presupuesto de pérdida debe ser una de las primeras cosas a verificar antes de cualquier implantación y debería ser obligatorio para garantizar que la clase del sistema seleccionado sea compatible con la topología que se implantará. Si, por ejemplo, se diseña un sistema con los elementos indicados en la tabla siguiente, y si la potencia de lanzamiento del transmisor a 1310 nm es –4 dBm con una sensibilidad de detector de –28 dBm, el presupuesto de pérdida permitido de 24 dB comprometerá el rendimiento del sistema a 1310 nm (ascendente).

Cálculo del presupuesto de pérdida total
Cálculo del presupuesto de pérdida total

Por tanto, la pérdida total medida durante la implantación de la red no debe superar el presupuesto de pérdida total permitido por el diseño del sistema y debe tener suficiente margen para permitir cualquier fluctuación de pérdida que pueda producirse durante el ciclo de vida del sistema.

¿Qué puede afectar al presupuesto de pérdida?

Como se ha visto en la anterior sección, la ODN está formada por varios elementos que contribuyen a la pérdida general de un sistema. En teoría, considerar la pérdida de inserción (por ejemplo, atenuación de fibra) de cada elemento debería ser suficiente para garantizar que el presupuesto de pérdida se respetará una vez realizada la implantación. Lamentablemente, esto no siempre es así en la práctica. Las siguientes secciones ponen de relieve fenómenos que pueden afectar potencialmente a la pérdida de inserción o a la pérdida de retorno óptico de estos elementos cuando se implantan sobre en el campo.

La pérdida de inserción (IL) es el incremento en la atenuación causado por la introducción de un par de conectores (o componente pasivo) en un enlace de fibra óptica. Se perderá una determinada cantidad de señales en cada punto.

La pérdida de retorno óptico (ORL) es la relación de la potencia óptica de transmisión respecto a la potencia óptica reflejada. Al inyectarse luz en un componente de fibra óptica, como por ejemplo un conector, un multiplexador o en la misma fibra, una parte de la energía se transmite, otra se absorbe y otra se refleja. La luz total que regresa (es decir, que se refleja) es lo que se denomina ORL.

Existen dos efectos fundamentales que provocan ORL. El primero es el efecto de dispersión Rayleigh; sobre todo la parte que regresa al punto de origen, conocida como retrodispersión. El segundo efecto consiste en reflexiones de Fresnel, que son pequeñas partes de luz que se reflejan cuando la luz viaja por materiales de distintos índices de reflexión.

La retrodispersión de Rayleigh consiste en reflejos que resultan de la dispersión de la luz como consecuencia de impurezas en la fibra y es intrínseca a la propia fibra; la luz interactúa con las fluctuaciones de densidad de la fibra. El fenómeno puede estar provocado por una variación en la densidad y la composición del material que da lugar variaciones en el índice de refracción de la fibra. Ello provoca que parte de la onda escape de la guía de onda. Cuando el tamaño del defecto es inferior a una décima parte de la luz incidental de la longitud de onda se denomina dispersión, mientras que la retrodispersión hace referencia a la parte que se captura en la fibra y que se propaga en retroceso.

A) Pérdida de inserción B) Pérdida de rendimiento óptico
A) Pérdida de inserción B) Pérdida de rendimiento óptico

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