UP-GRADE

La velocidad de transmisión es un parámetro muy importante cuando se decide utilizar fibra óptica en la red. Este artículo pretende aportar información acerca de las características de los tipos de Fibra óptica y los parámetros que se deben conocer y tener en cuenta a la hora del UP-GRADE.

Velocidad de Transmisión. Ancho de Banda de F.O Dispersión en las fibras

Los rayos ópticos, que ingresan en una fibra óptica, disponen de cierto número de grados de libertad, en su propagación hacia el extremo receptor.

Estos grados de libertad, determinan distintos modos de transmisión, que desde el punto de vista de la óptica geométrica, pueden existir distintos caminos a recorrer, dentro del núcleo de la fibra, (en el caso de tratarse de fibras del tipo multimodo).

Por otra parte, dado que el haz generado por la fuente de luz óptica (ya sea de un diodo láser o un LED) posee un ancho de banda espectral, y cada componente del mismo, se desplazará con velocidad distinta, debido a que el índice de refracción del medio, depende de la longitud de onda.

Además, dados los parámetros ópticos y geométricos de la fibra, cada componente del espectro del haz de luz generado por la fuente óptica, se propagarán recorriendo trayectorias diferentes debido a que se modifican las constantes de propagación. Este conjuntos de efectos conforman un segundo parámetro característico de las fibras, denominado dispersión. Este parámetro define la capacidad máxima de velocidad de información, que puede transmitirse por una fibra y por unidad de longitud, ya que la dispersión es un fenómeno acumulativo. Este parámetro puede medirse en términos de retardo relativo o de la máxima frecuencia pasante que admite, según se trate de una señal digital o analógica.

La dispersión, evidentemente es un parámetro que limita el ancho de banda de la fibra óptica, puesto que si transmitimos pulsos de luz, se distorsionan y se ensanchan, solapándose unos con otros en el extremo receptor. Para evitar que esto ocurra los pulsos deberán ser transmitidos a una frecuencia menor, reduciéndose la velocidad de transmisión de datos.

En la figura 1.a se muestran pulsos originales de datos ópticos, unos y ceros perfectamente identificados. Luego que la señal se ha propagado una cierta distancia a lo largo de la fibra óptica, en la figura 1.b debido a la dispersión los pulsos se ensanchan, pero pueden ser todavía decodificados por el equipo receptor.

Tras una propagación aún mayor por la fibra, la señal se distorsiona totalmente, y el equipo receptor no puede distinguir la forma de onda original (figura 1.c) la transmisión de datos no será posible.

Además, a medida que aumenta la dispersión, la potencia del pico de la señal óptica se reduce, lo cual afecta al presupuesto óptico del receptor. La dispersión total de una fibra óptica está dividida en dos categorías: dispersión modal (dispersión multimodo) y dispersión cromática. Esta última puede dividirse en dispersión del material (ó espectral) y dispersión guía de onda, como se representa gráficamente a continuación:

El fenómeno global de la dispersión, se debe a las tres dispersiones distintas definidas; la modal es inherente a las fibras multimodo que debido a su diferente naturaleza, han de sumarse cuadráticamente con las demás. Por el contrario, la dispersión del material y del guía de onda se refiere a cada modo, por lo que se suman linealmente.

Ancho de banda

Veremos cómo relacionaremos, el efecto de la dispersión en las fibras ópticas con el ancho de banda de transmisión. Supongamos excitar la fibra óptica, con un pulso de luz, cuya forma es un impulso de Dirac@, la respuesta que obtendremos al final de la fibra, en el tiempo será una distribución de Gauss, cuyo espectro en frecuencia, (aplicando transformada de Fourier) adoptada la misma forma, y su desviación típica, como en toda curva gausiana será la dispersión total s.

La distribución del impulso recibido en función del tiempo y de la frecuencia se ven en la figura 2.a.

La expresión matemática de la respuesta al impulso aplicado a la fibra es la siguiente:

y su correspondiente transformada de Fourier, nos da la siguiente distribución espectral:

En la ecuación Nº 5 el desvío típico s es el intervalo de tiempo donde la curva de respuesta presenta un punto de inflexión (cambio de curvatura), y la amplitud decrece un 40% ya que en t = s por lo tanto.

Definiendo el ancho de banda, como el valor de la frecuencia trasmitida a ambos lados del valor central de la distribución para la cual la potencia recibida cae a la mitad, y planteando en la ecuación Nº 6 para f =fc y f =o obtendremos la relación que existe entre ancho de banda y dispersión:

Como observamos matemáticamente la ecuación Nº 7, al tener mayor dispersión, menor será el ancho de banda que podremos trasmitir por la fibra.

Trabajando sobre la función f(t)

Escrita en la ecuación Nº 5, se obtiene la relación entre el ancho de banda y el ancho del impulso al 50%, denominado t entonces Igualando las ecuaciones 7 y 8 se deduce que:

De esta ecuación, inferimos que el aumento de la dispersión provoca un ensanchamiento del impulso, al mismo tiempo que se reduce su amplitud ya que

En cualquier tipo de fibra óptica el ancho de banda total asociado es según la ecuación Nº 7 B = 0,187/s, donde s es la dispersión temporal total dada por la ecuación Nº 4, quedando para las fibras multimodo de la siguiente forma:

Cuando la dispersión viene dada en ns/km en fibra monomodo, la dispersión modal no existe, por lo que el ancho de banda mejorará notablemente quedando de la siguiente forma:

En el cuadro de la figura 2-1 podemos comparar los anchos de banda de los distintos tipos de fibra óptica existentes hoy en día en el mercado, y analizar de esta manera, qué tipo de fibra utilizar en función de la velocidad de información que se necesita transmitir y el costo que demandará el tipo de fibra a elegir.

De la comparación de la tabla concluimos que las fibras del tipo monomodo son las más aptas para transmisión de datos que requieran altas jerarquías digitales, como también aquellos sistemas de señales de gran ancho de banda, como es el caso de los sistemas de enlace de CATV, donde además el factor importante a tener en cuenta, son las grandes distancias a recorrer por dichos enlaces, factor determinante del ancho de banda de la F.O.

Según los requerimientos físicos de la red a diseñar e instalar, ya sea caudal de información a transferir entre estaciones, trayectoria entre los mismos, área de cobertura (redes LAN, MAN o WAN),se optara por el tipo de fibra monomodo o multimodo.

En el caso de optar por el segundo tipo de fibra, según el ancho de banda necesario, elegiremos el tipo de diámetro del núcleo y el perfil del índice de refracción adecuado.

Optar por un tipo de fibra significa además, contar con empalmes de F.O y elementos de medición adecuados a la misma además de una mano de obra muy calificada.

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