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Comunicaciones con fibra —ptica

 

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Objetivos: En este cap’tulo, usted aprender‡:

Las ventajas de la fibra —ptica como medio de comunicaci—n.

C—mo se utiliza la fibra —ptica en los sistemas de comunicaciones.

Otros usos de la fibra —ptica.

 

 

ŔPor quŽ utilizar fibra?

 

La fibra se ha convertido en el medio de comunicaci—n elegido para telefon’a, telefon’a m—vil, televisi—n por cable (CATV), redes troncales LAN, c‡maras de seguridad, redes industriales, y casi todo tipo de comunicaciones.

 

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La mayor ventaja de la fibra —ptica es que es el medio de transporte de informaci—n m‡s rentable. La fibra puede transportar m‡s informaci—n en mayores distancias y en menos tiempo que cualquier otro medio de comunicaci—n, tal como la foto de arriba de fines de 1970 en la que se muestran cables de igual capacidad ilustra tan bien. El ancho de banda de la fibra y su capacidad en la distancia implica que se utilicen menos cables, menos repetidores, menos energ’a y que se realice menos mantenimiento. Adem‡s, la fibra no se ve afectada por la interferencia de radiaci—n electromagnŽtica, lo que hace posible transmitir informaci—n y datos con menos ruido y con menos errores. La fibra es m‡s liviana que los cables de cobre, lo que la hace popular para utilizarla en aeronaves y en el campo automotriz. Estas ventajas abren las puertas a muchas otras ventajas que hacen que la elecci—n de la fibra para la transmisi—n de datos sea la opci—n m‡s l—gica.

 

Estas ventajas han llevado a que la fibra se haya convertido en el medio de transmisi—n elegido para pr‡cticamente todas las comunicaciones de datos, voz y video.

 

Tanto las empresas de telecomunicaciones como los operadores de televisi—n por cable utilizan la fibra por razones econ—micas, pero la justificaci—n de los costos implica adoptar nuevas arquitecturas de red para aprovechar las virtudes de la fibra. Los dise–adores e instaladores de redes de ‡rea local (LAN) y de planta interna ahora se han dado cuenta que ellos tambiŽn deben adoptar nuevas arquitectura de redes. Una red de cableado en planta interna tambiŽn debe ser menos costosa si se realiza con fibra en lugar de cobre. La conversi—n de redes de cobre es sencilla con conversores de medios, dispositivos que convierten la mayor’a de los sistemas a fibra —ptica. Incluso si se a–ade el costo de los conversores de medios, la red de fibra —ptica generalmente ser‡ menos costosa que la de cobre si se utiliza la arquitectura apropiada.

 

Redes de comunicaci—n de fibra —ptica

 

Redes de telefon’a

Las redes de telefon’a fueron los primeros grandes usuarios de fibra —ptica. Se utilizaron enlaces de fibra —ptica para reemplazar las conexiones de cobre o de radio digital entre los switches telef—nicos, comenzando con enlaces de larga distancia, llamados l’neas largas, en donde la distancia y el ancho de banda hicieron que la fibra sea considerablemente m‡s rentable. Las empresas de telecomunicaciones utilizan fibra para conectar todas sus oficinas centrales y switches de larga distancia ya que la fibra tiene un ancho de banda miles de veces mayor que el del cable de cobre y puede transportar se–ales cientos de veces m‡s lejos antes de necesitar un repetidor - lo que hace que el costo de una conexi—n telef—nica sobre fibra sea s—lo un peque–o porcentaje del costo de la misma conexi—n con cobre.

 

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Luego de que los enlaces de larga distancia migraran a fibra, las empresas de telecomunicaciones comenzaron a reemplazar con fibra enlaces de menor distancia entre switches, por ejemplo, entre switches dentro de la misma ‡rea metropolitana. En la actualidad, pr‡cticamente todas las redes de telefon’a han migrado a fibra. Las empresas te telecomunicaciones est‡n tendiendo fibra directamente hasta el hogar (FTTH), utilizando sistemas de red —ptica pasiva (PON) de bajo costo que emplean divisores (splitters) para compartir el costo de algunos componentes de fibra —ptica entre un m‡ximo de 32 abonados.

 

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Incluso las redes de telefon’a m—vil tienen redes troncales (backbones) de fibra,  lo que es m‡s eficiente y menos costoso que utilizar el preciado ancho de banda inal‡mbrico para conexiones de la red troncal (backbone). Las torres de telefon’a m—vil con muchas antenas tendr‡n grandes bandejas o pedestales de cable en donde los cables de fibra se conecten con la antena electr—nica.

 

Internet

Internet siempre se ha basado en una red troncal (backbone) de fibra —ptica. Comenz— siendo parte de la red de telefon’a, que en ese entonces era principalmente de voz, pero se ha convertido en la mayor red de comunicaciones ya que el tr‡fico de datos ha superado con creces al tr‡fico de voz. En la actualidad, las empresas de telecomunicaciones est‡n migrando sus comunicaciones de voz al protocolo de internet (IP) para reducir costos.

 

Televisi—n por cable (CATV)

La mayor’a de los sistemas de televisi—n por cable tambiŽn est‡n utilizando fibra en sus redes troncales (backbones). Las empresas de televisi—n por cable utilizan fibra porque les otorga mayor confiabilidad y les brinda la oportunidad de ofrecer nuevos servicios, como el de telefon’a y de conexi—n a internet.

La televisi—n por cable sol’a tener una pŽsima reputaci—n con respecto a la confiabilidad, aunque en realidad, no se trataba de un problema con el servicio sino con la topolog’a de red. Estas empresas de TV por cable utilizan se–ales anal—gicas de muy alta frecuencia, hasta 1 GHz, lo que tiene una atenuaci—n elevada sobre el cable coaxial. Para implementar un sistema en toda una ciudad, la televisi—n por cable necesita muchos amplificadores (repetidores) para llegar al usuario al final del sistema, generalmente 15 o m‡s. Con frecuencia los amplificadores fallan, lo que significa que el tr‡fico de bajada (downstream) hacia el abonado, que corresponde al amplificador que fall—, pierde la se–al. Encontrar y reparar los amplificadores que han fallado era complejo y consum’a mucho tiempo, lo que ocasionaba reclamos por parte de los abonados.

 

 

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El desarrollo de los l‡ser de retroalimentaci—n distribuida (DFB) sumamente lineales permitieron que los sistemas de televisi—n por cable pudieran migrar a sistemas —pticos anal—gicos. Las empresas de televisi—n por cable se expanden a nuevos territorios con la fibra,  conectan sus cabeceras con fibra y luego llevan la fibra localmente al vecindario; sujetan el cable de fibra al cable coaxial "hardline" aŽreo utilizado para el resto de la red o lo tiran para que atraviese el mismo conducto subterr‡neo. La fibra les permite dividir su red en ‡reas de servicio m‡s peque–as, generalmente con menos de 4 amplificadores, lo que evita que una gran cantidad de clientes se vean afectados en una interrupci—n del servicio, de esta forma su red es m‡s confiable y la soluci—n de problemas es m‡s sencilla, generando un mejor servicio y una mejor relaci—n con el cliente.

TambiŽn la fibra le brinda al operador de televisi—n por cable una v’a de retorno que puede utilizar para conexiones telef—nicas o de internet, y as’ aumentar su potencial de ingresos. La mayor’a de los sistemas de televisi—n por cable todav’a utilizan sistemas AM (anal—gicos) que simplemente convierten las se–ales elŽctricas de televisi—n en se–ales —pticas. Bśsquelos para migrar a m‡s transmisiones digitales en el futuro.

 

 

Redes en planta interna

Las redes en planta interna, mayormente las redes inform‡ticas de ‡rea local (LAN) utilizan fibra —ptica principalmente en la red troncal (backbone) pero cada vez en mayor medida, la est‡n utilizando para llegar hasta el escritorio y para conectar puntos de acceso inal‡mbricos. La red troncal (backbone) de una red LAN con frecuencia requiere de mayores distancias que una red de cable de cobre (Categor’a 5/5e/6/6A) pero por supuesto, la fibra ofrece un mayor ancho de banda para expansiones futuras. La capacidad que tiene la fibra para permitir actualizaciones de red, se puede expresar al decir que un tipo de fibra determinado tiene una duraci—n mayor que 9 generaciones de cable de cobre en redes de ‡rea local (LAN). Un nuevo tipo de fibra (OM3) ofrece posibilidades de actualizaci—n en el futuro, mientras que el cobre continśa luchando por aumentar la velocidad en las redes.

Hasta hace no mucho, las redes corporativas de ‡rea local utilizaban fibra en sus redes troncales (backbones) combinada con cableado de cobre hasta el escritorio.  Generalmente los switches y concentradores LAN est‡n disponibles con puertos para fibra —ptica pero los ordenadores personales tienen interfaces a Ethernet sobre cobre; econ—micos conversores de medios permiten conectar los ordenadores personales a fibra. La fibra hasta el escritorio puede ser rentable si se dise–a apropiadamente utilizando una arquitectura de red centralizada sin conmutaci—n local en el cuarto de telecomunicaciones, pero muchos usuarios no quieren continuar "atados" a un cable de red. Las ventas de los ordenadores personales est‡n decayendo y los que eligen la mayor’a de los usuarios son los ordenadores port‡tiles con conexi—n inal‡mbrica a la red. Generalmente s—lo los usuarios de datos de alta velocidad como los ingenieros y dise–adores gr‡ficos utilizan estaciones de trabajo de escritorio; el resto de la gente utiliza ordenadores port‡tiles con conexi—n inal‡mbrica.

 

 

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Redes LAN de fibra centralizada

Cuando la mayor’a de los contratistas y usuarios finales analizan la fibra en comparaci—n con el cableado UTP para una red de ‡rea local (LAN), comparan la antigua red LAN de cobre con la fibra directamente reemplazando los enlaces de cobre. El costo de una planta de fibra —ptica instalada es comparable con el costo de una planta de cable categor’a 5/6/6A tambiŽn instalada, pero la fibra con frecuencia requiere de conversi—n electr—nica de medios lo que aumenta el costo del enlace de fibra.

Sin embargo, la diferencia real se ve si se utiliza una red de fibra —ptica centralizada - que se ilustra a la derecha del diagrama de arriba. Dado que la fibra no tiene el l’mite de 90 metros de distancia que tiene el cable UTP, se puede colocar todo lo electr—nico en el cuarto de inform‡tica o cerca de Žl. El cuarto de telecomunicaciones s—lo se utiliza para la conexi—n pasiva de los cables de fibra —ptica de la red troncal (backbone), por lo tanto no se necesita electricidad, unidades UPS (fuentes de alimentaci—n ininterrumpida), puestas a tierra, ni acondicionamiento de aire. Estos servicios auxiliares, necesarios para concentradores (hubs) categor’a 5, conllevan elevad’simos costos para cada sala de telecomunicaciones. Incluso si se est‡ dise–ando un nuevo edificio, ni siquiera se tiene que incurrir en gastos en el cuarto de telecomunicaciones.

Adem‡s, al tener todos los concentradores (hubs) de fibra —ptica en un s—lo lugar, puede utilizar mejor el hardware ya que tendr‡ menos puertos sin utilizar. Dado que los puertos de los concentradores modulares tienen que a–adirse en m—dulos de 8 o 16, es frecuente que al tener un concentrador (hub) en un cuarto de telecomunicaciones haya muchos puertos vac’os en un modulo. Con un sistema de fibra centralizado, podr‡ a–adir m—dulos de una forma m‡s eficiente ya que podr‡ soportar muchas ubicaciones de escritorio m‡s pero no necesitar‡ tener m‡s de un m—dulo con puertos disponibles.

 

Otras aplicaciones de la fibra —ptica

Muchas otras redes utilizan fibra. La televisi—n en circuito cerrado (CCTV) suele utilizar fibra por su capacidad en la distancia y por su seguridad, especialmente en grandes edificios como aeropuertos y redes metropolitanas. Los sistemas de seguridad son m‡s seguros si se realizan con fibra. Hoy en d’a, pr‡cticamente cualquier red tiene la posibilidad de realizarse con fibra.

 

Redes metropolitanas

Muchas ciudades han adoptado la fibra para sus redes de comunicaciones. Las redes metropolitanas utilizan fibra para muchas otras aplicaciones adem‡s de las c‡maras de vigilancia de CCTV, lo que incluye la conexi—n entre organismos de servicio pśblico como los bomberos, la polic’a, y otros servicios de emergencia, como hospitales, escuelas y sistemas de gesti—n del tr‡fico. En una ciudad, se pueden instalar cables en ubicaciones estratŽgicas de forma tal que varios servicios puedan compartir las fibras de los cables, y as’ ahorrar en costos de instalaci—n. TambiŽn se est‡ aprendiendo a instalar conductos subterr‡neos cada vez que se realizan excavaciones en la calzada, por lo que cuando los cables tengan que instalarse, no ser‡ necesario realizar m‡s construcciones.

 

Redes industriales

Las plantas industriales utilizan fibra debido a su robustez, capacidad en la distancia e inmunidad a ruido. En un entorno industrial, la interferencia electromagnŽtica (EMI) suele ser un gran problema. Las m‡quinas, los relevadores, las soldadoras y otros equipamientos industriales generan una inmensa cantidad de ruidos elŽctricos que pueden causar problemas significativos con el cableado de cobre, especialmente con cable sin blindaje como el UTP. Para tender cable de cobre en un entorno industrial, con frecuencia es necesario pasarlo a travŽs de un conducto para que tenga la protecci—n necesaria. La fibra tambiŽn es flexible, por lo que muchos robots industriales utilizan fibra, generalmente de pl‡stico, para controles.

La fibra —ptica tiene inmunidad total frente a la interferencia electromagnŽtica (EMI). Solamente tiene que elegir un cable que sea lo suficientemente resistente para la instalaci—n, y un cable "breakout" es una buena elecci—n para este tipo de obras reforzadas. El cable de fibra —ptica puede instalarse f‡cilmente punto a punto, pasando junto a las principales fuentes de interferencia electromagnŽtica (EMI) sin efecto alguno. La conversi—n de redes de cobre es sencilla con conversores de medios, dispositivos que convierten la mayor’a de los sistemas a fibra —ptica. Aunque se incluya el costo de los conversores de medios, la red de fibra —ptica ser‡ m‡s econ—mica que la de cobre tendida en conductos.

 

 

Redes de empresas de servicios pśblicos

Estas empresas utilizan la fibra para las comunicaciones, los sistemas de vigilancia de CCTV y la gesti—n de la red. Las empresas pśblicas proveedoras de electricidad tambiŽn aprovechan la inmunidad al ruido de la fibra, incluso tendiendo fibra dentro de cables de distribuci—n de alta tensi—n  TambiŽn, algunas empresas de servicios pśblicos instalan fibras en sus redes de distribuci—n de alta tensi—n y alquilan fibras a otras empresas de telecomunicaciones. Estas empresas no utilizan la fibra para aplicarla a la comunicaci—n, sino que los sensores de fibra —ptica permiten controlar la tensi—n alta y la tensi—n de la corriente en sus sistemas de distribuci—n. El interŽs en la gesti—n de la distribuci—n de potencia de "redes elŽctricas inteligentes" para mejorar la eficiencia se basa en utilizar fibra —ptica para la gesti—n de la red.

 

Aplicaciones militares y plataformas

El personal militar utiliza la fibra en todos lados, en bases, plataformas (buques y aviones), y en el campo de batalla, dado que la fibra resulta dif’cil de da–ar y de interferir. Los aviones utilizan fibra por su confiabilidad e inmunidad al ruido, pero tambiŽn por el poco peso de la fibra; incluso millones de autom—viles tiene redes de fibra que conectan todo los componentes electr—nicos ya que la fibra es inmune al ruido y a su vez reduce el peso del veh’culo.

 

Dise–o de redes de fibra —ptica

 

Este es un tema muy amplio, por lo que m‡s adelante en el libro hay un apartado completo acerca de este tema. El ancho de banda adicional de la fibra as’ como su capacidad para transmitir en distancias mayores, hacen que sea posible realizar cosas que no lo son con cableado de cobre o con redes inal‡mbricas. Primero y principal, considere que es necesario conocer bien cu‡les son las se–ales que se transmitir‡n sobre la fibra y la especificaciones del equipamiento de transmisi—n. Luego, realice un plano y visite el lugar de trabajo para saber a d—nde se instalar‡ la red de cables de fibra —ptica; conozca los est‡ndares pero utilice el sentido comśn al dise–ar la instalaci—n; considere cu‡les ser’an los posibles problemas y elśdalos o ev’telos; no omita procedimientos que podr’an afectar el rendimiento o la confiabilidad; documente todo de forma completa; realice planificaciones para ampliaciones futuras y para restauraciones en caso de que surjan problemas. ÁEn este tema, no hay nada que reemplace a la experiencia ni al sentido comśn!

 

 

Preguntas de revisi—n

 

Verdadero o Falso

Indique si los siguientes enunciados son verdaderos o falsos.

 

____               1. La mayor ventaja de la fibra —ptica es que es el medio de transporte de informaci—n m‡s rentable.

____               2. Las redes telef—nicas han migrado a fibra, incluyendo las redes de larga distancia y las metropolitanas, pero la fibra hasta el hogar (FTTH) aśn no es viable.

 

Ejercicio con opciones mśltiples

Identifique una o m‡s opciones que mejor completen el enunciado o responden a la pregunta

 

____               3. En un entorno industrial, se utiliza la fibra m‡s a menudo para __________.

A.

evitar la interferencia electromagnŽtica

B.

brindar conexiones ultra altas a las m‡quinas

C.

soportar temperaturas elevadas

D.

tolerar el abuso f’sico

 

 

____               4. ŔCu‡les no son necesarios en una arquitectura centralizada de cableado de fibra —ptica?

A.

Repetidores o concentradores (hubs)

B.

Cuartos de telecomunicaciones

C.

Tomas de corriente

D.

Tarjetas NIC (de interfaz de red)

 

 

____               5. Las redes de cobre pueden convertirse a fibra —ptica __________.

A.

Utilizando concentradores (hubs) para fibra

B.

Utilizando conversores de medios

C.

Utilizando paneles de conexi—n

D.

Renovando el cableado

 

 

Ejercicio de respuestas mśltiples

Identifique una o m‡s opciones que mejor completen el enunciado o responden a la pregunta

 

____               6. El ancho de banda de la fibra —ptica y su capacidad en la distancia implica __________. (Elija todas las opciones que apliquen)

A.

que se necesiten menos cables

B.

que se necesiten menos repetidores

C.

que la red consuma menos energ’a

D.

que se necesite menos mantenimiento

 

 

____               7. ŔCu‡l/es de los siguientes sistemas de comunicaciones suelen utilizar redes troncales (backbones) de fibra? (Elija todas las opciones que apliquen)

A.

Telefon’a

B.

Televisi—n por cable (CATV)

C.

Internet

D.

Telefon’a m—vil

 

 

Otros proyectos y lecturas

Lea los siguientes apartados en la gu’a de referencia en l’nea de la FOA: redes en planta interna y FTTH.

Visite los sitios web de empresas que ofrezcan sistemas, conversores de medios, etc., y conozca quŽ tipos de equipamiento para comunicaciones est‡n disponibles.

 

 

La Asociaci—n de fibra —ptica

(The Fiber Optic Association, Inc. [FOA])

1119 S. Mission Road #355, Fallbrook, CA 92028

Tel.: 1-760-451-3655 Fax: 1-781-207-2421

Email: info@thefoa.org      Web: www.thefoa.org

 

 

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