La Capa Fsica

Medios fsicos de transmisin de datosRogelio MontaanaDepartamento de InformticaUniversidad de Valenciarogelio.montanana@uv.eshttp://www.uv.es/~montanan/NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaLa Capa Fsica1SumarioGeneralidadesCables de cobreFibra pticaNUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaLa Capa Fsica2Medios fsicos de transmisin de la informacinMedios guiados (Ondas electromagnticas)Cables metlicos (normalmente de cobre)CoaxialesDe pares trenzados (apantallados o sin apantallar)Cables de fibra pticaMultimodo (para distancias cortas)Monomodo (para distancias grandes o altas velocidades)Medios no guiados (tambin Ondas electromagnticas)Enlaces va radio (microondas)Enlaces va satlite (microondas)NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaLa Capa Fsica3Velocidad de propagacin de las ondas electromagnticasMedioVelocidad (Km/s)Vaco o aire300.000Cobre200.000 (aprox.)Fibra ptica180.000 (aprox.)La velocidad de propagacin de las ondas en los cables impone un retardo en la transmisin de la informacin; a esto hay que aadir el retardo que introducen los equipos.NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaLa Capa Fsica4Fibra vs cobreSe recomienda utilizar fibra cuando se da alguna de las siguientes circunstancias:Se conectan edificios diferentes (el cobre da problemas por las tormentas y la posible diferencia de potencial entre tierras)Se prev utilizar velocidades superiores a 1 Gb/s (valorar en ese caso el uso de fibras monomodo)Se quiere cubrir distancias de ms de 100 mSe requiere mxima seguridad frente a intrusos (la fibra no puede pincharse)Se atraviesan atmsferas corrosivasSe corre el riesgo de tener fuerte interferencia electromagnticaSi no se da ninguna de estas es preferible utilizar cobre, ya que las interfaces son ms baratasNUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaLa Capa Fsica5SumarioGeneralidadesCables de cobreFibra pticaNUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaLa Capa Fsica6Tipos de cables de cobreLos cables ms utilizados son:Cables de pares trenzados:UTP (Unshielded Twisted Pair). Es el ms utilizadoSTP (Shielded Twisted Pair)Cables coaxiales NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaLa Capa Fsica7Cable coaxialDesde el punto de vista de la transmisin de datos el cable coaxial es el mejor, ya que es el que tiene menor atenuacin y sufre menos interferencia. Esto significa que puede transmitir ms datos a mayor distancia.Sin embargo su mayor costo hace que su uso haya disminuido, prefirindose el UTP o el STP para distancias cortas, y la fibra ptica para distancias largasActualmente se utiliza en redes de televisin por cable (CATV) y en enlaces de corta distancia para algunas redes de alta velocidadNUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaLa Capa Fsica8

NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaLa Capa Fsica9Cable de pares trenzadosEs la base del bucle de abonado del sistema telefnico, y tambin del ADSL. Tambin se utiliza en todas las redes locales actualesLos hilos que forman cada par van trenzados (twisted) para minimizar interferenciasNo son adecuados para largas distancias por su atenuacinSegn el apantallamiento pueden ser:UTP (Unshielded Twisted Pair), sin apantallamientoSTP (Shielded Twisted Pair), con apantallamiento FTP o ScTP (Foil Twisted Pair o Screened Twisted Pair)

NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaLa Capa Fsica10

Vista transversal de un cable UTP-5de cuatro paresAlambre de cobreAWG 24( 0,51 mm)Cubierta hecha conmaterial aislanteAislante de cada conductorNUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticas4-11

Vista longitudinal de un cable STPde cuatro pares Alambre de cobreAWG 23( 0,57 mm)NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaLa Capa Fsica12Atenuacin de las seales en cables metlicosLa intensidad de la seal se reduce con la distancia debido a:Calor (resistencia)Emisin electromagntica al ambienteLa prdida por calor es menor cuanto ms grueso es el cableLa prdida por emisin electromagntica es menor cuanto ms apantallado est el cableLa atenuacin aumenta con la frecuencia (pero si queremos altas velocidades hemos de utilizar altas frecuencias)NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaLa Capa Fsica13La propagacin de ondas electromagnticas de alta frecuencia a travs de conductores metlicos presenta una serie de caractersticas que limitan su alcance y/o capacidad. La principal es la atenuacin de la seal, que aumenta de forma proporcional a la raz cuadrada de sta. Tambin depende del tipo de cable, siendo mayor en cable no apantallado que en coaxial.

Atenuacin en funcin de la frecuencia para un bucle de abonado tpico (servicio ADSL)3,7 Km5,5 KmFrecuencia (KHz)001002003004005006007008009001000-20-120-100-80-60-40Atenuacin (dB)NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaLa Capa Fsica14Esta figura muestra un ejemplo concreto (para el caso de ADSL) de cmo evoluciona la atenuacin de la seal en funcin de la frecuencia para dos longitudes de cable dadas.El grosor del cable tambin influye en la atenuacin. Para una frecuencia dada un cable de mayor grosor tiene menor atenuacin.Asimismo en el caso de cables coaxiales la atenuacin es menor cuanto mayor es el apantallamiento del cable.

AtenuacinLa atenuacin se expresa en una escala logartmica usando como base los decibelios (dB)Si 100 m de cable tienen una atenuacin de 3 dB significa que la seal despus de recorrer los 100 tiene la mitad de potencia que la seal original, ya que 10-0,3 = En este caso 200 m de cable tendrn una atenuacin de 6 dB, es decir la seal en destino ser la cuarta parte de la original, puesto que 10-0,6 = 1/4 Con 300 m la atenuacin ser 9 dB, o 10-0,9 = 1/8 Para x metros de cable la atenuacin en dB ser:Atenuacin (dB) = 3*(x/100)NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaLa Capa Fsica15Problemas de la transmisin de seales en cables metlicosDesfase. Variacin de la velocidad de propagacin de la seal en funcin de la frecuencia.Interferencia electromagntica:Externa (motores, emisiones de radio y TV, etc.). Normalmente se evita alejando la fuente emisoraDe seales paralelas: diafona o crosstalk (efecto de cruce de lneas). La diafona puede ser:Del extremo cercano o NEXT (Near End Crosstalk): seal inducida en el lado del emisorDel extremo lejano o FEXT (Far End Crosstalk): seal inducida en el lado receptorNUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaLa Capa Fsica16Otro problema es el desfase, que consiste en al distorsin de la seal debida a la diferente velocidad de propagacin de la onda en funcin de la frecuencia. Cuanto mayor es la anchura de banda del canal mayor es el desfase. Para un ancho de banda dado el desfase es directamente proporcional a la distancia recorrida; por otro lado cuanto mayor es la capacidad del canal mas sensible es el receptor al desfase. La combinacin de estos dos factores lleva a expresar a menudo la capacidad mxima en trminos de capacidad*distancia.Por ltimo tenemos la interferencia electromagntica. Aqu podemos distinguir dos tipos. Por un lado la inducida por factores externos, tales como arranque de motores o emisiones comerciales de radio o televisin, y por otro el denominado crosstalk, que es la interferencia debida a seales que inevitablemente acompaan a la que nos interesa, por ejemplo en una comunicacin full dplex cada seal produce una cierta interferencia en el sentido opuesto. Otro ejemplo es la induccin producida por seales que viajan en cables paralelos, que estn en un mismo mazo.

Diafona o CrosstalkLa seal inducida en cables vecinos se propaga en ambas direccionesLa seal elctrica transmitida por un parinduce corrientes en pares vecinosNUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaLa Capa Fsica17La seal inducida por un cable en otro viaja en ambas direcciones, hacia el emisor y hacia el receptor.

El NEXT lo produce la seal inducida que vuelve y es percibida en el lado del emisorNEXT (Near end Crosstalk)NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaLa Capa Fsica18Aqu se muestra el tipo de crosstalk del extremo cercano o NEXT (Near End Crosstalk). La seal inducida viaja hacia el emisor. Si la fuente de interferencia se produce lejos del emisor el NEXT es pequeo ya que la seal ha de viajar una gran distancia y llega ms atenuada; en cambio si se produce cerca del emisor la seal es fuerte.

El FEXT lo produce la seal inducida que es percibida en el lado receptor. Es mas dbil que el NEXTFEXT (Far end crosstalk)NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaLa Capa Fsica19El otro tipo de crosstalk es el del extremo lejano o FEXT (Far End Crosstalk). En este caso la corriente inducida sigue el mismo sentido que la original, por lo que se manifiesta en el lado del receptor. En este caso la intensidad de la seal recibida es independiente de donde se produce la interferencia, ya que la seal ha de viajar la misma distancia en cualquier caso.

Componentes del Crosstalk: FEXT y NEXTTanto el NEXT como el FEXT aumentan con la frecuencia.El NEXT es ms fuerte que el FEXT porque la intensidad de la seal inducida en el extremo cercano es mayor (la seal es ms intensa al principio)Si se usa una frecuencia distinta en cada sentido (p. ej.: ADSL) el NEXT no es problema (el FEXT s)NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaLa Capa Fsica20Seal: la seal (atenuada) que nos llega del emisorRuido = el NEXT, principalmente (la interferencia externa la consideramos despreciable) Transmisor(Salida)Receptor(Entrada)OrdenadorConmutador LANSealNEXTSealTransmisin de una seal en un latiguillo UTP EthernetLa relacin seal/ruidoReceptor(Entrada)Transmisor(Salida)NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaLa Capa Fsica21This slide shows the traditional ACR as the indicator for signal-to-noise ratio. Consider the Receive Input of the Workstation. The desired signal of the Receive Input is the attenuated signal from the remote end. The undesired signal is the NEXT from its own Transmit Output.On top of the NEXT, there may be externally induced crosstalk. In most situations, this external crosstalk is negligible.The Signal-to-Noise Ratio is the linear ratio of attenuated signal voltage and NEXT voltage. If both quantities are measured in dBs, the linear ratio corresponds to a subtraction when attenuation and NEXT are expressed in dB. Since both quantities are losses, but normally positive numbers are used to express them, ACR is simply the difference of NEXT and attenuation, when both are expressed in positive numbers in dB.Like was mentioned before, 1000BASE-T implements NEXT cancellation techniques, and there the importance of the ACR figure of merit is reduced. (The same technique was implemented in 100BASE-T2: 100 Mbps on Category 3 cabling, however this standard is not practically used.)

Transmit(salida)Receive(entrada)OrdenadorTransmit(salida)Receive(entrada)Conmutador LANSeal(de A a B)Seal(de B a A)Observar aqu y aqu!NEXT(A)NEXT(B)Necesitamos mas seal (electrones azules y morados) que NEXT (electrones grises)ABNUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaLa Capa Fsica22Let us illustrate the concept with the electron model. We start out with blue (good) electrons at the transmit output of the workstation and with pink (also good) electrons at the transmit output of the LAN equipment. The signal travels in the direction of the respective receive inputs.However,l crosstalk occurs and black (bad!) NEXT electrons are created in the path of the other signal.The signal electrons (blue and pink) are now accompanied by NEXT (black is bad) electrons. As the combined signals arrive at the receive inputs, of course what is desired is that there are more signal electrons left than there are NEXT (black) electrons.

ACR (Attenuation-Crosstalk Ratio)Para un cable dado cuando la frecuencia aumenta:La intensidad de la seal disminuye debido al aumento de la atenuacinEl ruido aumenta debido a la diafona (principalmente al NEXT)El cociente diafona/atenuacin (equivalente a la relacin seal/ruido) se denomina ACR (Atenuation-Crosstalk Ratio). Al expresar la diafona y la atenuacin en dB el ACR se puede calcular como: ACR = Diafona AtenuacinEl ACR refleja el margen de seguridad de un cable para una frecuencia dada. Tambin se le denomina rango dinmicoConforme aumenta la frecuencia el ACR disminuye, hasta que llega a valer 0. Un ACR = 0 significa que Diafona = AtenuacinLa frecuencia a la que ACR=0 fija el ancho de banda de un cable y es la mxima frecuencia a la que debe utilizarse

NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaLa Capa Fsica23AtenuacinDiafona (Crosstalk)Rango dinmicoo ACRFrecuencia(MHz)Intensidad dela seal (dB)0Ancho de bandaACR=0 dBAtenuacin, Diafona y ACR 050100150200250300102030405060NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticas4-24

Valores de diafona, atenuacin y ACR para el cable UTP Nokia UC300 comparados con los de la Cat. 5(Diafona)NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticas4-25102030504070600050100150200Frecuencia (MHz)dBAtenuacin Cat. 6Atenuacin Cat. 5Diafona Cat. 6Diafona Cat. 5Atenuacin y diafona en funcin de lafrecuencia para las categoras 5 y 6 NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticas4-26Cableado estructurado1/1/1984: AT&T pierde en un juicio histrico el monopolio de las telecomunicaciones en USA. Repentinamente las empresas son dueas de su red de telefona interior1985-1990: aparecen los primeros sistemas de cableado integrado. Las LANs pasan de usar cable coaxial al cable de pares1991: aparece la primera versin de los estndares de cableado estructurado: EIA/TIA 568 e ISO/IEC 11801. Ambos son muy similares, aunque difieren en algunos detalles, especialmente en nomenclatura.NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaLa Capa Fsica27Normativas de cableado estructuradoLas normativas de cableado estructurado establecen pautas homologadas para la instalacin de infraestructura de cableado de redes datos en edificios. Se prevn cables de cobre y de fibra pticaHay una normativa europea y una americana:Europea: ISO/IEC 11801Americana: EIA/TIA 568Normalmente se intenta en lo posible que las instalaciones cumplan ambos estndaresNUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticas4-28Categoras/clases del cable de paresEn los estndares de cableado estructurado los cables de pares se clasifican en una serie de categoras (3, 4, 5, ) o clases (C, D, E, ) segn la frecuencia mxima para la que est prevista su utilizacinA una mayor frecuencia corresponde una mayor capacidad de enviar datosGradualmente se ha ido aumentando la frecuencia mxima de los cables y han ido apareciendo categoras/clases superiores en nuevas versiones del estndarEl aumento en la categora/clase va acompaado de:Mayor seccin del cobreTrenzado ms denso (mas vueltas por metro)Cambios en el material aislanteMayor control de la geometra del cable (separadores entre pares)Apantallamiento (en los casos extremos)NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticas4-29Categoras de cables de cobre en cableado estructuradoCategoraClaseTipoFrec. Mx. (MHz)Uso habitual(1)AUTP0,1Bucle de abonado(2)BUTP1Token Ring 4 Mb/s3CUTP1610 Mb Ethernet4 UTP20Token Ring 16 Mb5DUTP100100 Mb Ethernet5e (enhanced)DUTP100Gigabit Ethernet6EUTP25010 Gb Ethernet (55 m)6a (augmented)EAUTP50010 Gb Ethernet (100 m)7FSTP60040/100 Gb Ethernet?7a (augmented)FASTP1000NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticas4-30Armario (o rack) decomunicaciones de 19Latiguillode conexinEnlace bsico(mx. 90 m)Enlace de canal = enlace bsico + latiguillosmx. 100 mRosetaLatiguillode parcheoConmutadorLANPanel de conexin o patch panel

Cableado estructurado: esquema de un enlace de cableado horizontalNUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaLa Capa Fsica31SumarioGeneralidadesCables de cobreFibra pticaNUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaLa Capa Fsica32Hitos de la fibra ptica1950s: Invencin del LASER. Fundamental para conseguir alcances elevados y velocidades elevadas1970s: Fibra ptica de baja atenuacin. Imprescindible para conseguir alcances elevados1980s: Amplificador de fibra ptica. Permite llegar a grandes distancias sin tener que regenerar la seal1990s: Rejillas de Bragg en fibra. Reducen el costo de los dispositivos que separan diferentes longitudes de ondaNUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticas4-33Velocidad de la luzLa velocidad de la luz en el vaco es la constante universal c (299.792,458 Km/s). En cualquier otro medio la luz va ms despacio. Generalmente cuanto ms denso el medio menor la velocidad.MedioVelocidad(Km/s)Vaco299.792Aire299.700Agua225.400Vidrio205.000 (aprox.)Diamante123.800NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticas4-34ndice de refraccinEl ndice de refraccin de un material es el cociente entre la velocidad de la luz en el vaco (constante c) y la velocidad en ese material. Se representa por n. No tiene unidades y siempre es igual o mayor que 1.MaterialVelocidad (Km/s)nVaco299.7921Aire299.7001,0003Agua225.4001,33Vidrio205.000 (aprox.)1,46Diamante123.8002,42En el caso del vidrio eligiendo la composicin se puede variar ligeramente la densidad y por tanto el ndice de refraccin.NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticas4-35Refraccin de la luzCuando un haz de luz pasa de un material a otro de distinto ndice de refraccin el haz se dobla. El ngulo de desviacin depende de la relacin entre el ndice de refraccin de ambos materiales.A partir de un cierto ngulo el haz se refleja en la superficie de separacin, como si sta fuera un espejo. Este se conoce como el ngulo crtico.El ngulo crtico es mayor cuanto menor es la diferencia en el ndice de refraccin de ambos materialesngulo crticoRefraccin ordinariaReflexin totalngulo menor que el ngulo crticongulo mayor que el ngulo crticoVidrion=1,46 Aguan=1,33 Vidrio Agua Vidrio Agua 66NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticas4-36Fibra Multimodo (MMF)Cubierta125 m Ncleo50 62,5 m Estructura y transmisin de la luz en la fibra ptica multimodoPulsoentrante Pulsosaliente SiO2 SiO2 GeO2 Estos haces no rebotan y se pierden porque su ngulo es menor que el ngulo crtico+Angulo crtico: 85 (aprox.)LED de luz normalEl ncleo se dopa con 4-10% de GeO2 para aumentar su densidad y con ello su ndice de refraccinNUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticasLa fibra ptica tiene una estructura formada por dos tipos de vidrio concntricos. El interior, que se denomina ncleo, est envuelto por otro exterior denominado cubierta. El ncleo est formado por xido de silicio al que se han aadido pequeas cantidades (entre un 4 y un 10%) de xido de germanio. La cubierta est formada por xido de silicio nicamente. El xido de germanio le confiere al ncleo una mayor densidad y por tanto un mayor ndice de refraccin que a la cubierta.Existen dos tipos de fibra que se denominan monomodo y multimodo. Se distinguen por el dimetro del ncleo (la cubierta suele ser de 125 micras en ambos tipos de fibra). En la fibra monomodo el ncleo tiene un dimetro de unas 8 micras, mientras que en la multimodo suele ser de 50 62,5 micras.En el caso de la fibra multimodo el haz de luz se inyecta en el ncleo por un extremo y viaja rebotando por las paredes que le separan de la cubierta como si fueran un espejo. Esto se debe a que la cubierta tiene un menor ndice de refraccin y el ngulo de incidencia normalmente supera el ngulo crtico (salvo probablemente algunos haces que inciden de forma muy oblicua en la fibra y se pierden en la entrada). Si se producen curvas en la fibra el haz seguir por el ncleo como si se tratara de una tubera de luz. En caso de producirse curvas muy cerradas algn haz no superar el ngulo crtico, en cuyo caso pasar a la cubierta y se perder.4-37Propagacin de la luz en f.o. multimodoEn fibra multimodo la luz se propaga en forma de haces, llamados modos, que se transmiten rebotando en la separacin entre el ncleo y la cubierta. La distancia entre rebotes ha de ser un nmero entero de longitudes de onda, esto produce que el nmero de modos sea bastante reducido

NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticas4-38

Prdida de luz por un doblez en la fibraPrdida de luz por una irregularidad en la fibraPropagacin de la luz en f.o. multimodoEn caso de dobleces excesivos o irregularidades de la fibra algunos modos incidirn con un ngulo inferior al crtico y se perdern:NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticas4-39Fibra Monomodo (SMF)Ncleo8-10 m(SiO2+GeO2) Cubierta125 m Estructura y transmisin de la luz en la fibra ptica monomodoSiO2 Pulsoentrante Pulsosaliente LED de luz lserNUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticasEl funcionamiento de la fibra monomodo es diferente al de la monomodo. Debido a su pequeo dimetro y a que normalmente se utiliza con emisores lser la luz en este caso viaja directamente por el ncleo, sin apenas rebotar en las paredes. Sin embargo tiene que rebotar cuando se presentan curvas en el trayecto.4-40Propagacin de la luz en f.o. monomodo

En la fibra monomodo el dimetro es tan pequeo que el ncleo se comporta como una gua de ondas. Podemos imaginar que el haz tiene el mismo dimetro que el ncleo y viaja por l como si fuera un pistn.En realidad en la fibra monomodo una parte de la luz viaja por la cubierta:

NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticas4-41

ndice de refraccin de la fibra monomodo Corning SMF-28 0,36%NcleoEstructura de una fibra ptica monomodoEl GeO2 aumenta la atenuacin de la fibra. Por eso se intenta poner tan poco dopante como sea posible.Esto provoca que la diferencia de ndice de refraccin entre el ncleo y la cubierta sea muy pequea, sobre todo en fibras monomodo.Por consiguiente el ngulo crtico es muy grande, es decir la luz que viaja por el ncleo ha de incidir en las paredes de forma muy oblicua para que rebote.Si la fibra se dobla mucho el haz no rebota, se escapa y la atenuacin aumenta. Por eso la instalacin de fibra tiene unos requerimientos estirctos en el radio de curvaturan=1,4682 (1550 nm)n=1,4629(1550 nm)NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticasLa proporcin de dopante (GeO2) en el ncleo determina su ndice de refraccin con respecto a la cubierta. En la fabricacin de las fibras, especialmente en las monomodo, se intenta aadir tan poco material dopante como sea posible, ya que el GeO2 no es tan transparente como el SiO2.El problema de utilizar una cantidad pequea de dopante en el ncleo es que el aumento que se consigue en el ndice de refraccin del ncleo respecto a la cubierta es pequeo, lo que provoca que el ngulo crtico (mnimo para que el haz de luz rebote y no se escape) sea muy grande. Esto aumenta el riesgo de que en una curva cerrada de la fibra el haz de luz se pierda, con lo que la atenuacin aumenta. Por tanto es preciso encontrar un compromiso entre ambos factores: por un lado el inters de minimizar la cantidad de dopante para no aumentar de manera importante la atenuacin de la fibra, y por otro la necesidad de tener un aumento suficiente en el ndice de refraccin del ncleo respecto a la cubierta para que la fibra se pueda doblar en un grado razonable sin que la prdida por atenuacin sea importante.La atenuacin debida a radios de curvatura crece dramticamente cuando se superan los valores mnimos permitidos. A modo de ejemplo diremos que la fibra Corning SMF-28, cuyo perfil de ndice de refraccin se muestra en la figura, tiene una atenuacin de 0,1 dB para una bobina de 100 vueltas de 50 mm de dimetro (equivalente a 0,001 dB por vuelta), mientras que con una bobina de 32 mm de dimetro se induce con una sola vuelta una atenuacin de 0,5 dB.4-42

PCOF (Primary Coated Optical Fibre)

SCOF (Secondary Coated Optical Fibre)

Cable de una sola fibraEstructura de un cable de fibra pticaNUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticas4-43

Soporte central dielctricoFibras pticas (de 32 hasta 224)Tubos de proteccin holgada de las fibras taponados con gel antihumedadCintas de proteccin y sujecin del ncleo pticoTubo de aluminio estancoArmadura de hilos de acero-aluminioCable de fibra para tendidos elctricosUsado como cable de tierraSoporte central dielctricoFibras pticas (de 32 hasta 224)Proteccin holgada taponada con gel antihumedadCintas de proteccin y sujecin del ncleo pticoCubierta termoplstica interiorRefuerzo compuesto por hilados de aramidaCubierta termoplstica exteriorCable de fibra areoResiste disparos de cazadores a 20mMangueras de fibra ptica areasNUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticasAparte de su utilidad como proteccin mecnica los materiales que incorporan las cubiertas de las mangueras de fibra ptica tiene como objetivo evitar que en el proceso de instalacin se produzcan curvas demasiado cerradas en la fibra.En esta figura se muestra la estructura interna de dos mangueras de fibra ptica habituales. La de la izquierda es una manguera utilizada normalmente por las empresas elctricas que ofrecen servicios de comunicaciones. Dichas empresas aprovechan el derecho de paso que les otorga la red de distribucin de electricidad (cables de alta tensin) para establecer tendidos de fibra ptica que luego aprovechan para vender capacidad y servicios de telecomunicaciones a los usuarios mediante sus empresas filiales. Utilizando como cable de tierra una manguera de fibra ptica con recubrimiento metlico como la de la figura se consigue un tendido de fibra sin aumentar el nmero de cables.El cable de la derecha es otro ejemplo de manguera de fibra diseada tambin para tendidos areos, pero en este caso sin envoltura metlica. La proteccin mecnica de la cubierta est preparada no solo para resistir inclemencias del tiempo, la accin de los rayos ultravioleta, etc., sino incluso el impacto de un disparo con escopeta de caza desde una distancia de 20 metros.4-44

SECCIN TRANSVERSAL DE UN CABLE SUBMARINOPolietilenoCinta MylarCables de acero StrandedBarrera de aluminio protectora del aguaPolicarbonatoTubo de cobre o de aluminioGelatina de petrleoFibras pticasBarco utilizado para tender cable submarino

Fibras submarinas en el mundoFibra ptica submarinaNUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticasEl primer cable submarino de larga distancia (de cobre) se tendi en 1866 entre Europa y Amrica para aplicaciones de telegrafa, permitiendo transmitir ocho palabras por minuto. El primer cable submarino de fibra ptica de larga distancia se tendi en 1988 entre Estados Unidos, Inglaterra y Francia. Estaba formado por un cable de cuatro fibras que transportaban cada una 20 Mb/s de trfico con repetidores cada 40 Km y permitan mantener 40.000 llamadas telefnica simultneamente.El cable de fibra ptica submarina est expuesto a daos producidos por mltiples factores, como la pesca de arrastre, las anclas de los barcos, terremotos, volcanes e incluso mordeduras de tiburones. Por ese motivo tiene una proteccin mayor que la fibra terrestre. Curiosamente cuanto mayor es la profundidad del tendido menor es la proteccin de la fibra, ya que los factores de riesgo disminuyen. Una fibra a 1000 metros de profundidad lleva doble armadura de proteccin con un dimetro de 46 mm, mientras que a 2000 metros de profundidad o ms se utiliza fibra con armadura simple cuyo dimetro es de 31 mm.Mientras que con fibra de armadura sencilla un barco tpico puede cargar unos 6000 Km de fibra como mximo, cuando se utiliza doble armadura la capacidad disminuye a unos 4000 Km.Por las mismas razones cuando el tendido discurre a ms de 2000 metros de profundidad el cable simplemente descansa sobre la superficie del fondo, mientras que a profundidades menores se entierra unos 10 metros en el fondo del mar. Para efectuar y controlar el enterramiento se utilizan vehculos especiales dotados de cmaras de vdeo operados por control remoto que trabajan a una velocidad media de 1 o 2 Km por hora, da y noche de forma ininterrumpida .4-451 ventanaAbsorcin producida por el in hidroxilo, OH- (Pico de agua) Luz visibleLongitud de onda, (nm)Atenuacin (dB/Km)2,52,01,01,50,570010009008001400130012001100170016001500Luz infrarrojaAtenuacin de la fibra ptica0LserCD-ROM3,0Fibra multimodo Fibra monomodo Prdida debida a la dispersin intrnseca 2 v Banda O(Original)3 v Banda C (Conventional)4 v Banda L (Long)Banda E(Extended)Banda S (Short)Banda U (Ultra-long)NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticasEsta grfica muestra la variacin de la atenuacin de la fibra ptica en funcin de la longitud de onda. La fibra multimodo tiene mayor atenuacin dado que el ncleo contiene mayor cantidad de material dopante. La cresta que aparece en torno a 1400 nm se debe a la absorcin producida por el in hidroxilo OH- presente en el agua, por eso se denomina pico de agua. A medida que las tcnicas de fabricacin de la fibra ptica mejoran y se reduce la cantidad de agua presente en el vidrio la altura de esta cresta disminuye.Las denominadas ventanas son las bandas de longitudes de onda en las que la fibra ptica es ms transparente. Todas ellas se encuentran fuera del espectro visible, en la zona del infrarrojo, aunque la primera ventana est cerca de la luz visible. La primera ventana no es realmente una zona de baja atenuacin, su principal virtud consiste en el bajo costo de los emisores pticos debido a la posibilidad de aprovechar tecnologa desarrollada para los lectores de CD-ROM.A medida que la tecnologa ha permitido fabricar emisores capaces de transmitir a longitudes de onda mayores se han ido definiendo ventanas en bandas mas alejadas del espectro visible, que ofrecen menor atenuacin. As han parecido la segunda ventana seguida de la tercera y la cuarta. Esas ventanas tambin reciban la denominacin de bandas O, C y L respectivamente. Recientemente se han definido dos bandas adicionales (Ey S) que abarcan la zona comprendida entre la segunda y tercera ventanas. Estas bandas requieren para poder utilizarse que la fibra utilizada tenga atenuado el pico de agua.La figura muestra la atenuacin de fibras que podemos denominar antiguas, ya que las fibras actuales tienen atenuaciones notablemente inferiores. La curva discontinua muestra cual es la dispersin intrnseca de la fibra que da una idea de la atenuacin que debera tener una fibra que podramos denominar perfecta.4-46

Corning SMF-28

Corning SMF-28e (enhanced)Fibras sin pico de aguaFibra monomodo normalFibra monomodo LWPAl mejorar los procesos de fabricacin de la fibra el pico de agua a 1383 nm se ha atenuado bastante en los ltimos aos. Actualmente se fabrican fibras que casi no tienen pico de agua, se llaman fibras ZWPF (Zero Water Peak Fiber) o LWP (Low Water Peak).OESCLOESCLNUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticasEste es un ejemplo de la atenuacin espectral de dos fibras actuales tpicas, la muy conocida Corning SMF-28 y la Corning SMF-28e, que se distingue de la anterior por tener especialmente atenuado el pico de agua. La Corning SMF-28e es un ejemplo de las fibras que se denominan LWP (Low Water Peak) que permiten utilizar las nuevas bandas E y S adems de las habituales.4-47Ventanas o bandas de la Fibra pticaVentanaBanda(ITU-T) (nm)Atenuac. tpica (dB/Km)Alcance (Km)Costo opto-electrnicaTipo fibraAplicaciones1(aos 70)820-9002,52BajoMM10M/Gb/10Gb Eth2(aos 80)O1260-13600,3440-100MedioMM y SM100M/Gb/10Gb Eth, SONET/SDH, CWDM(aos 00)E1360-14600,31 (LWP)100AltoSMCWDM(aos 00)S1460-15300,25100AltoSMCWDM3 (aos 90)C1530-15650,2160AltoSM10Gb Eth, DWDM, CWDM4 (aos 00)L1565-16250,22160AltoSMDWDM, CWDM(aos 00)U1625-1675SMNUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticasCada ventana se caracteriza por una atenuacin diferente, lo cual condiciona el alcance mximo de la seal luminosa. La tabla muestra la atenuacin aproximada de cada banda, si bien estos valores dependen mucho del tipo de fibra.La fibra multimodo solo utiliza la primera y segunda ventanas, mientras que la monomodo puede utilizar todas las bandas excepto la primera ventana.4-48

Tipo de emisorLED normalLED LserAncho de bandaespectral50-100 nm0,5 5 nmPotencia0,1 mW20 3200 mWVelocidad mx.300-600 Mb/s10-40 Gb/sTipo de fibraMMMM o SMVentana1 y 21, 2, 3 y 4,Banda E y SAlcance max.2 Km160 KmEmisores pticosComo fuente de luz se emplean LEDs (Light Emitting Diode) por su rapidez y bajo consumo. Los LEDs pueden ser de dos tipos:LED de luz normal, no coherente: se utilizan en aplicaciones de corto alcance y baja velocidad (600 Mb/s o menos). Son muy baratos. Solo se emplean en fibra multimodo.LED de luz lser, coherente: son ms caros pero permiten alcances y velocidades mayores. Se emplean en fibra multimodo y monomodo.Luz normalLuz lserNUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticasLos emisores de fibra ptica son siempre LEDs, que pueden emitir luz normal (no coherente) o luz lser, coherente. Normalmente el costo del emisor (tanto si es de luz normal como si es lser) aumenta conforme aumenta la longitud de onda de funcionamiento.Como ejemplo ilustrativo podemos dar el dato de que un transceivers de gigabit ethernet de primera ventana cuesta 500 dlares y tiene un alcance mximo de 500 metros, uno de segunda ventana cuesta mil dlares y tiene un alcance de diez kilmetros, y uno de tercera ventana cuesta cuatro mil dlares y tiene un alcance de cien kilmetros.Para distancias largas (ms de 2 Km) se emplean siempre emisores lser en 2, 3 o 4 ventana, ya que los LED de luz normal no tienen suficiente potencia para llegar a estas distancias. Por otro lado, cuando se trata de altas velocidades (por encima de 600 Mb/s) siempre se usan lsers, aunque se trate de distancias cortas, porque los LEDs de luz normal no son capaces de emitir pulsos lo bastante cortos.Aunque los emisores lser tienen un espectro de emisin mucho ms estrecho que los de luz normal, la luz emitida tiene una cierta anchura, que suele estar entre 0,5 y 5 nm dependiendo del tipo de lser.

4-49AtenuacinLa F.O. moderna tiene una atenuacin de 0,15 dB/Km. Esto significa que la seal se debilita a la mitad cada 20 Km.Si la seal que llega al receptor es muy dbil la relacin seal/ruido es baja, el receptor no detecta correctamente los bits y la tasa de error aumentarPara aumentar la intensidad de la seal se pueden instalar amplificadores intermedios (uno cada 100-500 Km dependiendo del tipo de fibra y la seal transmitida)

NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticas4-50Conversor ElectropticoTransmisorElctrico(Txe)Transmisorptico(Txo)Flujo de bitsentranteFibra pticaConversor ElectropticoReceptorElctrico(Rxe)Receptorptico(Rxo)Flujo de bitssalienteEsquema de un enlace de fibra ptica simplex sin repetidores

Segn la distancia es posible que haya que utilizar amplificadoresNUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticasLa informacin digital no se procesa en los ordenadores en formato ptico sino elctrico. Por esto siempre que se realiza una transmisin de informacin a travs de una fibra ptica es preciso realizar una conversin de la seal elctrica en seal ptica en el lado del emisor, y la conversin inversa (de ptica a elctrica) en el lado del receptor.El conversor electro-ptico es un elemento que no esta presente cuando la seal se transmite en formato elctrico. Por eso las interfaces en fibra ptica siempre tiene un costo superior que las equivalentes interfaces elctricas. No obstante las ventajas de la fibra ptica (alcance elevado, baja tasa de error, alta inmunidad frente a interferencias) compensan en muchos casos el costo del conversor electro-ptico.4-51Amplificadores y RepetidoresLos amplificadores realizan la funcin Restore, es decir aumentan la intensidad de la seal, pero no suprimen el ruido ni corrigen los defectos. Decimos que son dispositivos 1RCada amplificador distorsiona un poco la seal. Si sta pasa por muchos amplificadores llega a ser indescifrable. Para evitarlo hay que poner de vez en cuando un Repetidor, que es un dispositivo 3R:Restore: restaura la intensidad inicialReshape: corrige las distorsiones en la formaResynchronize: corrige las desviaciones de reloj (sincronismo)Dependiendo del tipo de seal hay que colocar un repetidor cada 10-20 amplificadores (cada 2.000 10.000 Km)NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticas4-52Diferencia entre repetidor y amplificadorProceso 3R de un Repetidor:BitPulso originalPulso llegadoal repetidor1R: Restore2R: Reshape3R: Resynchronize.Pulso enviadopor el repetidorProceso 1R de un Amplificador:Pulso originalPulso llegadoal amplificador1R: Restore.El ruido seacumulaBitBitBitBitBitBitBitEl repetidor tiene que saber la velocidad de la seal que recibe, para regenerar pulsos de la misma duracin. El amplificador no porque solo maneja la seal a nivel analgico.NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticasEl repetidor desarrolla tres tareas diferentes, normalmente conocidas como las tres R, con la seal recibida:Restore: La restaura a una intensidad adecuada para que pueda ser interpretada.Reshape: Corrige las deformaciones que se puedan haber producido en el trayecto debido a interferencias y comportamientos no lineales del medio de transmisin.Resynchronize: Una vez la seal tiene el nivel y la forma adecuados el repetidor la sita exactamente en su sitio dentro del bit que le corresponde. La seal normalmente sufre una ligera desviacin en el tiempo debido tambin a fluctuaciones y comportamientos no lineales del medio de transmisin.Si el repetidor se sita demasiado lejos del emisor existe el riesgo de que la seal recibida est tan deformada que el repetidor sea incapaz de determinar el valor (0 1) del bit transmitido. Ahora bien, cuando no se da este problema la seal que sale del repetidor es completamente equivalente a la que sali del emisor inicial. Dado que la calidad de la seal no se degrada se puede utilizar un nmero ilimitado de repetidores en la transmisin de una seal por un cable, siempre y cuando se asegure que en ningn caso se supera el lmite de distancia permitido.A diferencia de un repetidor un amplificador solo realiza la primera R, es decir solo restaura la intensidad de la seal pero sin darle de nuevo forma ni ponerla en su lugar en el tiempo, es decir sincronizarla. El amplificador acta sobre la seal nicamente a nivel analgico, por lo que la seal que atraviesa varios amplificadores se deforma de manera paulatina. Existe un nmero mximo de amplificadores por los que puede pasar una seal digital antes de que la tasa de error introducida sea excesiva.4-53Flujo de bitsentranteFlujo de bitssalienteFlujo de bitssalienteFlujo de bitsentrantef.o.f.o.f.o.f.o.Esquema de un enlace de fibra ptica full-dplex con un repetidorRepetidorTxoRxeTxeRxoTxoRxeTxeRxoTxoRxeTxeRxoTxoRxeTxeRxoRgRgTxe: Transmisor elctricoTxo: Transmisor pticoRxe: Receptor elctricoRxo: Receptor pticoRg: Regenerador de la seal

NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticasNormalmente la informacin se transmite por la fibra de forma unidireccional, de modo que para conseguir una comunicacin full-dplex se utilizan dos fibras, una para cada sentido.Por otro lado, aunque la fibra ptica tiene un alcance considerablemente mayor que los cables de cobre la seal se atena con la distancia y antes o despus es preciso regenerarla, como ya hemos comentado. El dispositivo encargado de esta tarea es un repetidor, que se muestra esquemticamente en la figura.El Repetidor regenera la seal en formato elctrico. Por tanto es necesario realizar una doble conversin.4-54Fibra multimodoSolo se utiliza en LANs, nunca en largas distancias. El alcance mximo es de 2 Km, pero a altas velocidades es menor (500 m a 1 Gb/s, 300 m a 10 Gb/s)Es ligeramente ms cara que la fibra monomodo, pero la optoelectrnica es mas barata.Se utiliza en 850 y 1310 nm (1 y 2 Vent.)En cableado estructurado (norma ISO 11801) se distinguen tres tipos de fibra multimodo: OM1, OM2 y OM3. Estas difieren en el ancho de banda modal (lo vemos luego)NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticas4-55DispersinCuando un pulso de luz se transmite por fibra ptica no conserva su forma original, siempre se ensancha un poco:ttFibra 10 KmA este efecto lo llamamos dispersin. La dispersin es proporcional a:La longitud del enlace de fibra, y aLa frecuencia de los pulsos, es decir la velocidad en bits/sttFibra 20 KmAl duplicar la longitud del enlace el efecto de la dispersin se duplicaCon pulsos demasiado solapados hay riesgo de erroresNUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticasLa dispersin se ve afectada por dos factores, la distancia y la velocidad.La distancia recorrida en la fibra afecta negativamente a la seal ya que todos los fenmenos que provocan dispersin se incrementan de forma proporcional con la distancia.Por otro lado el aumento de la velocidad provoca que los pulsos sean mas cortos y por tanto sea mayor el riesgo de solapamiento entre ellos.Generalmente dada una tecnologa es posible ir a mayores velocidades si se est dispuesto a sacrificar en alcance, o viceversa, es posible aumentar el alcance si se est dispuesto a transmitir a una velocidad menor.

4-56DispersinSi el ensanchamiento es excesivo los pulsos consecutivos se solapan, pudiendo llegar a producirse errores en el receptor.El efecto de la dispersin es mayor cuanto mayor es la longitud del enlace de fibra y cuanto ms cortos son los pulsos, es decir cuanto mayor es la velocidad de transmisinActualmente la dispersin es la mayora de las veces el factor limitante de la capacidad de transmisin de la fibra pticaHay diversos tipos de dispersin. Los ms importantes son:En fibra multimodo la dispersin modalEn fibra monomodo la dispersin cromticaNUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticas4-57Dispersin modalSe debe a que los haces de luz (modos) por medio de los cuales se propaga el pulso no recorren todos exactamente la misma distanciaSolo ocurre en la fibra multimodo, ya que en la monomodo solo hay un hazPulsos entrantes Pulsos salientes El ensanchamiento es directamente proporcional a la distancia y a la velocidad. Por tanto podemos mantener una dispersin constante si aumentamos una reduciendo la otra proporcionalmente. Se produce la misma dispersin en un enlace de 2 Km a 100 Mb/s que en uno de 200 m a 1 Gb/sHaz largoHaz cortoNUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticasLa dispersin modal se origina por el hecho de que los haces de luz que viajan por la fibra no realizan todos el mismo recorrido. Esto provoca que las distancias sean diferentes y por tanto que unos lleguen antes que otros.En la fibra monomodo no se produce dispersin modal ya que en este caso la luz viaja en nico haz o modo.La dispersin modal es directamente proporcional a la distancia recorrida, ya que la diferencia en la longitud de los recorridos es tambin proporcional a dicha distancia. Por otro lado cuanto menor sea la separacin entre pulsos consecutivos mayor ser el riesgo de solapamiento entre ellos, por lo que menor tolerancia podr haber al ensanchamiento debido a la dispersin modal. As pues, si por ejemplo la dispersin modal en una fibra dada limita a 2 Km el alcance mximo de una seal a 155 Mb/s podemos predecir que en esa misma fibra una seal a 622 Mb/s, cuatro veces ms rpida, tendr un alcance mximo cuatro veces menor, o sea 500 m La dispersin modal solo es importante en seales superiores a 155 Mb/s. A velocidades menores la atenuacin suele limitar el alcance antes de que la dispersin modal sea relevante.

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Fibra multimodo de ndice gradualLa dispersin modal en la fibra multimodo puede reducirse haciendo que el ndice de refraccin cambie de forma gradual al pasar del ncleo a la cubierta. De esta forma los modos tienden a seguir un camino ms parecidoEsto reduce la dispersin modal y aumenta el alcance a altas velocidades. Pero para ello los procesos de fabricacin han de estar muy controlados

NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticas4-59Ancho de banda modalPara comparar el comportamiento de diferentes fibras ante la dispersin modal se utiliza un parmetro denominado ancho de banda modal (modal bandwidth) que se expresa en MHz*Km. Aunque la frecuencia de la seal (en MHz) no coincide con la velocidad (en Mb/s) para clculos aproximados se pueden considerar equivalentes.P. ej. una fibra con ancho de banda modal de 500 MHz*Km nos permitira transmitir (aproximadamente):250 Mb/s a 2 Km, 500 Mb/s a 1 Km, 1 Gb/s a 500 mNUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticas4-60Alcance de fibra multimodo en 1 ventanaen funcin del ancho de banda en Gigabit y 10 Gigabit EthernetNcleoAncho de banda modal(MHz*Km) a 850 nmEstndar ISOAlcance1000BASE-SAlcance10GBASE-S62,5 m160 (1)S220 m26 m200S (OM1)275 m33 m50 m400S500 m66 m500(2) S (OM2)550 m82 m950No750 m150 m2000 (3)S (OM3)1000 m300 m4700No1100 m550 m(1) Referida como fibra Calidad FDDI(2) Referida como fibra Calidad Fibre Channel(3) Referida como fibra Calidad 10 Gigabit EthernetNUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticasLa dispersin modal no se da en la misma medida en todas las fibras multimodo, suele ser menor en las que tienen unos procesos de fabricacin ms estrictos. Los fabricantes de fibras pticas suelen indicar en sus catlogos un parmetro caracterstico denominado ancho de banda modal o modal bandwidth que permite comparar las prestaciones de dos fibras cualesquiera. El ancho de banda modal se expresa en MHz*Km. Los valores mayores suelen indicar que la fibra es de mayor calidad.Con la aparicin de las redes locales de alta velocidad, primero Fibre Channel (800 Mb/s) y ms tarde Gigabit y 10 Gigabit Ethernet, el uso de fibras multimodo se vea limitado cada vez ms por el ancho de banda. Por esto los fabricante empezaron a producir fibras multimodo con mayor ancho de banda modal, especialmente en la primera ventana que es donde trabajan los lseres de menor costo.Cuando se empez a utilizar la fibra multimodo a finales de los 80, bsicamente en redes FDDI, se utilizaba generalmente la de ncleo de 62,5 micras pues permite ms tolerancia en los LED y conectores que la de 50 micras. Sin embargo la fibra de 50 micras tiene un ancho de banda mayor (el haz no rebota tanto en las paredes al ser el ncleo ms estrecho) lo cual se traduce en un alcance proporcionalmente mayor. Por eso en este tipo de aplicaciones de emisores lser de alta velocidad se ha extendido ms la fibra con ncleo de 50 micras.Los estndares de cableado se modifican continuamente para incorporar las nuevas fibras. Sin embargo los fabricantes suelen ir por delante y normalmente ofrecen en su catlogo de productos fibras que superan las especificaciones requeridas por los estndares. 4-61Alcance de la fibra multimodo a 1 y 10 Gb/s en funcin del ancho de banda200Distancia(m)04006008001000120040080012001600200024002800320036004000Ancho de Banda Modal a 850 nm(MHz*Km)1000BASE-S10GBASE-SAlcance terico para 1,25 GHzAlcance terico para 10,3125 GHzNUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticas4-62Factores que limitan el rendimiento de la F.O. monomodoAtenuacin. Prdida de intensidad de la seal con la distancia. El uso de amplificadores reduce el problema pero los amplificadores tambin amplifican el ruido. Se mide en dB/Km. Dispersin cromtica: se produce por las diferencias en la velocidad de propagacin de la luz a distintas longitudes de onda. Se mide en ps/nm/KmDispersin de Modo Polarizacin (PMD): las imperfecciones del ncleo provocan que diferentes polarizaciones de la misma longitud de onda viajen a diferente velocidad. Su efecto suele ser importante a partir de 5 Gb/s. Se mide en ps/Km. NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticas4-63Dispersin cromticaLa luz emitida en la fibra ptica monomodo, incluso siendo de una fuente lser, no tiene toda exactamente la misma longitud de onda. La anchura de banda espectral est entre 0,5 y 5 nm (depende del emisor) Las distintas longitudes de onda viajan a distinta velocidad, lo cual ensancha el pulso en el receptorPuesto que se debe a las diferencias en longitud de onda se la denomina dispersin cromtica (debida al color)La dispersin cromtica tiene dos componentes:Dispersin materialDispersin por gua de ondasNUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticas4-64La dispersin material se debe al material, es decir al vidrio. El ndice de refraccin del vidrio (y por tanto la velocidad de la luz) vara con la longitud de onda. Las longitudes de onda mayores viajan ms despacio y llegan ms tarde:Dispersin material (nm)ndice de refraccinVelocidad de la luz (Km/s)13101,4677204.26015501,4682204.190NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticas4-65Como ya hemos visto cuando la luz viaja por la fibra monomodo lo hace en parte por la cubierta. La proporcin de luz que viaja por la cubierta crece conforme aumenta la longitud de onda, por ejemplo:

Pero la cubierta tiene un ndice de refraccin menor que el ncleo, por tanto la luz por all viaja ms deprisa (0,3%) y llega antes, ensanchando el pulsoLa dispersin por gua de ondas acelera las longitudes de onda mayores, ya que las hace ir en mayor proporcin por la cubierta.Dispersin por gua de ondas (nm)Dimetro utilizado por la luz (ncleo de 8,2 m)13109,2 m155010,4 m

NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticas4-66Compensacin de los dos tipos de dispersinLas dos componentes de la dispersin cromtica actan en sentido contrario:La dispersin material ralentiza las longitudes de onda mayoresLa dispersin por gua de ondas acelera las longitudes mayoresEn cualquier fibra hay una longitud de onda determinada a la que ambos efectos se neutralizan y la dispersin cromtica es nula (o despreciable)Ajustando una serie de caractersticas de la fibra se puede conseguir que ese punto de dispersin cero est justo en los 1310 nmNUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticas4-671000110012001300140015001600 (nm)-30-20-10010203040Dispersin(ps/nm/km)Dispersin por gua de ondasDispersin materialDispersin cromticaDispersin en fibra monomodo estndar o fibra NDSF (Non Dispersion Shifted Fiber)1310 nmNUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticas4-68Fibra DSF (Dispersion Shifted Fiber)La fibra NDSF (monomodo estndar) fue diseada pensando en su uso en 2 ventana. Por eso se ha buscado que en esa las dos formas de dispersin se cancelen.La 3 ventana tiene menor atenuacin y permite mayores distancias, pero en esa hay mucha dispersin, lo cual limita el alcance a grandes velocidades.Solucin: fabricar fibra en la que la dispersin se cancele a 1550 nm, no a 1310. Esta se denomina fibra DSF (Dispersion Shifted Fiber) y se introdujo a mediados de los 80 para mejorar el alcance en 3 ventanaPara ello se modifica la fibra para hacer que ms parte del haz viaje por la cubierta. De este modo se aumenta la dispersin por gua de ondas.NUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticas4-691000110012001300140015001600 (nm)-30-20-10010203040Dispersin(ps/nm/km)Dispersin por gua de ondasDispersin materialDispersin cromticaDispersin en fibra DSF (Dispersion Shifted Fiber)1550 nmNUniversidad de ValenciaRogelio MontaanaRedes pticas4-70

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