Transmidion Por FIBRAS OPTICAS

7/22/2019 Transmidion Por FIBRAS OPTICAS

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Instituto Nacional de Investigaciny Capacitacin de Telecomunicaciones

UNIVERSID D N CION L DE INGENIER

CURSO DE INGENIERIA DE

FIBRA OPTICAIng: Abel Durand Loaiza


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I.- GENERALIDADES


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Fig. 1.1. Aumento del Producto BL a travs de varias generaciones de los Sistemas deComunicaciones pticas

1975 1980 1985 1990 1995 2000

1

101

102

103

104

105

106

107

Capacida

d-Distancia(Gbps.Km)

Se duplica cada ao

Primera Generacin (Fibra Multimodo, Laser GaAs, = 0.85um)

Segunda Generacin (Fibra Monomodo, Laser InGaAsP, = 1.3um)

Tercera Generacin (Fibra Monomodo, Laser Monomdo, = 1.55um)

Cuarta Generacin (Amplificacin ptica, WDM)


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2

1

(a) Sistema de comunicacin convencional

ReceptorElctrico

(Demodulador)Destino

Fuente deInformacin

TransmisorElctrico

(Modulador)

3

5

4

(b) Sistema de comunicacin ptica

ReceptorElctrico

(Demodulador)Destino

Fuente deInformacin

TransmisorElctrico

(Modulador)Fuenteptica

Fuenteptica

(LD)(LED)

(APD)(PIN-PD)

LEYENDA

1. Micro Onda

2. Cable Multipar o Cable Coaxial 3. Cable de Fibra ptica 4. Empalme F.O. 5. Conector F.O.

Seal ptica

Seal Elctrica

Fig. 1.2. Sistema de Comunicaciones Convencional y Sistema de Comunicaciones por Fibra Optica


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MENORATENUACION

MAYOR ANCHO DE BANDA

MULTIPLEXACIONDE LONGITUD DE

ONDA

PEQUEODIAMETRO

PESOLIVIANO

FLEXIBILIDAD

LIBRE DEINDUCCION

MAYORES DISTANCIASENTREREPETIDORAS

GRAN CAPACIDADDE

TRANSMISION

MEJORAMIENTODEL

FACTORDE ESPACIO

EXPANSIONDELAREA DE

APLICACION

BAJO

COSTO

ALTACONFIABILIDAD

VARIEDAD

DESERVICIOS

MEJORAMIENTODEL

MANTENIMIENTO

MEJORAMIENTODE LAINSTALACION

ALTA CALIDAD

CARACTERISTICAS Y VENTAJAS DEL SISTEMA DE TRANSMISION POR CABLE DE FIBRA OPTICA


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TABLA 1 COMPARACION ENTRE CABLES CONVENCIONALES Y CABLES DE FIBRA OPTICA

TIPO DE CABLE DIMETRODEL

CABLE(mm)

PESO DELCABLE(Kg/m)

VELOCIDADDE

TRANSMISIN(Mb/s)

SECCINMXIMA SINREPETIDORA

(Km)

CAPACIDADTOTAL DECANALES

(CANALES PORCABLES)

CAPACIDAD DECANALES POR

UNIDAD DEREA

(CANALES/mm2)

Cable de 24 fibrasmonomodo

12 0.128 565 40 92.160(7680 x 12)

815

Cable de 24 fibrasmultimodo dendice gradual.

12 0.128 140 25 23.040(1920 x 12)

205

Cable coaxial de9.5 mm.18 ncleos

65 11.0 565 1.5 69.120(7680 x 9)

21

Cable Interurbanocon aislamiento depolietileno celularde 0.9 mm, 54pares.

28 1.0 2 3.4 600(30 x 20)

1


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II. TEORIA DE LA TRANSMISIN PTICA


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0 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022

Onda LargaRadiodifusin

EstndarOndaCorta VHF UHF Micro

onda

OndaMilimtrica

InfrarrojoLejano

Infrarrojo

Radiofrecuencia

Ultravioleta Rayos X

RayosGamma

RayosCsmicos

Rojo~ 0.7um

Violeta~ 0.4um

Espectro Visible

3000Km 30Km 300m 3m 3cm 0.3mm 3um 30nm 0.3nm 3pm 0.3pmFrecuencia Hz)Longitud de Onda

Fig. 2.1 Espectro Electromagntico

1ra V.

0.9 0.81.3 1.21.361.461.51.53 1.26

OESCLU

um11.11.61.7 1.675 1.41.5651.625

3ra V. 2da V.

Comunicaciones pticas


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ndice bajo n2(aire)

ndice alto n1(vidrio)

Rayo Incidente

Rayo Refractado

Rayo Reflejado

t

ir

i = r

Ley de Snell : n1Seni = n

2

Sent

a) Reflexin Interna Parcial

c

n2

n1

n2n1

Senc =

b) ngulo Crtico

n2

n1

c

c) Reflexin Interna Total

Fig. 2.2 Reflexin y Refraccin de Luz


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Fig. 2.3 Transmisin de Luz en una Fibra ptica

Eje deNcleo

> c n1> n2

Revestimiento n2

Ncleo n1

cc Ncleo n1

Prdida por Radiacin

Fig. 2.4 ngulo de Aceptancia

A

Revestimiento n2

Cono deAceptancia

ngulo deAceptancia

Aire (n0)


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n 1[1 - (r/a)g

]; r


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Nmero de modos de Propagacin: N = g V22(g+2)

Donde: V = 2pa . AN 2pa . n1 2 D

g: representa el perfil de ndice de refraccin.a: radio del ncleo.

: longitud de onda del rayo de luz.

COMPORTAMIENTO MULTIMODO: V > 2.405 N = V22

(Fibra ndice gradual , g=)

N = V24

COMPORTAMIENTO MONOMODO: O V < 2.405

c =2pa .n2 D2.405


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1%*2

*1

RecubrimientoHaz de Luz

Revestimiento

Ncleo50um

0.3%*2

*1


Revestimiento

Ncleo 10um Ncleo

1%*2

*1


Revestimiento

50umNcleo

MONOMODO MULTIMODO MULTIMODO

NDICE ESCALN NDICE GRADUAL

Fig. 2.6 Tipos de Fibras pticas

*1 : Perfil de ndice de Refraccin

*2 : Diferencia de ndice de Refraccin Relativa ( )


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01 2 3 4 5 6

0.2

0.4

0.6

0.8

0

1.0

ConstantedePropagacinNormalizadab

Frecuencia Normalizada V

Fig. 2.7: Constante de Propagacin Normalizada b como una funcin de lafrecuencia normalizada V para algunos modos de fibra de orden inferior

HE11

TE01 TM01

HE21

HE12

HE31

EH11

EH21

HE41

TM02

TE02

HE22

n1

n

n2


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III.- CARACTERISTICAS DE TRANSMISION DE LA

FIBRA OPTICA


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Prdida deAcoplamiento conFuente de Luz Prdida por Dispersin

de Rayleigh

Presin LateralPrdidas de Empalme

Prdidas deAcoplamiento con

Fotodetector

Prdidas porCurvatura

Prdidas porMicrocurvatura

Prdidas porImperfeccionesEstructurales

Prdidas porAbsorcin

FACTORES DE PRDIDA EN LA FIBRA PTICA


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0.8 1.0 1.2 1.4 1.60.1

0.5

1

5

10

50

100

(0.94um)

(1.24um)

(1.38um)

Caractersticas en 1977

Caractersticas en 1979

Prdida por Absorcin IR

Caracterstica en 1984

Prdida por Dispersin deRayleigh

Prdida por Absorcin UV

Longitud de Onda (um)

Atenuacin(dB/Km)

Fibra ZWP

Fibra Convencional

1ra Ventana 2da Ventana3ra Ventana

ZWP: Zero Water Peak

ATENUACIN DE FIBRA Vs LONGITUD DE ONDA


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UNIVERSID D N CION L DE INGENIERFACTORES DE DISPERSION TEMPORAL EN LAS FIBRAS OPTICAS

(1) DISPERSIN INTERMODAL

Intensidadde Luz

Tiempo

Seal Opticade Entrada

La energa de luz estransportada por cadamedio de propagacin

Fibra Multimodo

Modo SuperiorModo Inferior

Forma de Onda delModo Superior Forma de Onda del

Modo Inferior

Tiempo

Tiempo

La forma de Onda de

Salida es ensanchada


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TiempoSeal Optica

de Salida

Seal Opticade Salida

Seal Opticade Entrada

Tiempo

longitud deonda

Ancho Espectral

longitud deonda

ndice

de

Re

fracc

in

Fibra Monomodo

(2) DISPERSION DEMATERIAL

Espectro de energa de laluz de entrada

dB


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Dispersin

(ps nm-1Km-1)

20

10

0

-10

-20

1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7

Dispersin

Es tnda r

Dispersin

Desplazada

Dispersin

Desplazada

No Nula

Dispersin Plana

Long i tudde Onda

(um)


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TIPO DE FIBRAS MONOMODO

TIPO DE PERFIL

n2

n1

n1

n2

n2

n1

n2

n1

n1

n2

TIPO DE FIBRALONGITUD DE

ONDA (um)ATENUACIN

(dB/Km)LONGITUD DE ONDA

DE CORTE (um)

LONGITUD DE ONDADE DISPERSIN

CERO (um)

Fibra deDispersin

Normal

1.31.55

0.350.25

1.1 ~ 1.29 1.31

Fibra deDispersin

Normal

1.30.35

(menoratenuacin por

curvatura)

1.1 ~ 1.29 1.3

Fibra deDispersin

Desplazada

1.550.21

(atenuacinoptimizada)

1.0 1.55

Fibra de

DispersinDesplazada

Fibra deDispersin Plana

1.55

1.31.55

0.35

0.50.5

0.9

0.7

1.55

1.381.55

RevestimientoAdaptado

Revestimientocon Depresin

PerfilGaussiano

PerfilTriangular

Perfil W


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t

Efecto de la dispersin por la polarizacin (PMD) en lapropagacin de un pulso a travs de una fibra ptica


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Fibra Optica

A0 A1

Tiempo

Seal Elctricade Entrada

Seal Optica de Entrada

TiempoTiempo

Seal Optica de Salida

Atenuacin = 20Log A0(dB) A1

E/OO/E

Ancho de Banda de la Fibra Optica


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50

20

10

5

2

1

0.5

0.2

0.11 2 5 10 20 50 100 200 500 1000

Frecuencia (MHz)

Atenuacin(dB

/Km)

Fibra Monomodo

Fibra MM de ndice Gradual

Fibra MM dendice Escaln

EJEMPLO DE CARACTERISTICAS DE ANCHO DE BANDA DE FIBRAS OPTICAS



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RELACION ENTRE PARAMETROS ESTRUCTURALES Y CARACTERISTICAS DETRANSMISION DE LA FIBRA OPTICA

Dimetro Exterior(2d)

Dimetro de Ncleo(2a)

Diferencia de ndice derefraccin relativa ()

Perfil de ndice derefraccin del ncleo (n(r))

Prdida por dispersin de Rayleigh(f)

Atenuacin por Macrocurvatura (b)Atenuacin por Microcurvatura (m)

Atenuacin por Conexin y Empalme(s)

Atenuacin de Acoplamiento (c)

Dispersin TemporalAncho de Banda



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CARACTERISTICAS DE LAS FIBRAS OPTICAS

TIPO DEFIBRA

ESTRUCTURA CARACTERISTICAS DETRANSMISIN CARACTERISTICAS DEEMPALME Y ACOPLAMIENTOCAMPO DE APLICACIONDimetro deNcleo/Dimetrode Revestimientoum)

Prdida deTransmisindB/Kmlongitud deonda en um)

Ancho deBandaMHz-Km)Empalme RendimientoAcoplamiento conFuente

Multimodo

ndice Escaln

50/12562.5/125100/140

6(0.85) 100Relativament

e sencilloGrande

Comunicacin decapacidad pequea yenlaces cortos

(comunicacin entrecomputadores en eledificio)

Multimodondice Gradual

50/12562.5/125

3(0.85)1(1.3)

1002000Relativament

e sencilloMediano

Comunicacin decapacidad y enlacesmedianos (comunicacinhasta 140Mbps)

Monomodo 9/1251(1.3)

0.5(1.55)variosmillares Un poco difcil Pequeo

Comunicacin de grancapacidad y larga distancia(comunicacin de ms de140Mbps)



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CARACTERISTICAS DE UN CABLE DE FIBRA OPTICAMULTIMODO DE INDICE GRADUAL 50/125umRec. G651-UIT-T)CARACTERISTICAS GEOMETRICAS Y OPTICASCARACTERSTICAS ESPECIFICACIONES

GEOMETRICAS

Dimetro del Ncleo 50um 3um

Dimetro del Revestimiento 125um3um

Error de Concentricidad 6%

No Circularidad del Ncleo 6%

No circularidad del Revestimiento 2%

OPTICAS

Perfil del ndice de Refraccin Parablico

Apertura Numrica0.20 0.23 Tolerancia: 0.02

del Valor Nominal



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CARACTERISTICAS DE LOS LARGOS DE FABRICACINESPECIFICACIONES

= 0.85um = 1.3umMx. Mn. Mx. Mn.

Coeficiente deAtenuacin

(dB/Km)

4 22.5 2 0.50.8

Ancho de Banda(MHz.Km)

1000 200 2000 200

Coeficiente deDispersinCromtica

Ps(nm.Km)

120 6



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A B C D A B A B C A B C D E

Dimetro de campo modal (um)7.8 a 8.5 0.8 ( =

1.55um)

7.8 a 8.5 0.6 ( =

1.55um)

9.5 a 10.5 0.7 ( =

1.55um)

9.5 a 13 0.7 ( =

1.55um)

9.5 a 10.5 0.7 ( =

1.55um)

8 a 11 0.7 ( =

1.55um)

8 a 11 0.7 ( =

1.55um)

8 a 11 0.7 ( =

1.55um)

8 a 11 0.6 ( =

1.55um)

8 a 11 0.6 ( =

1.55um)

Dimetro del revestimiento (um)

Error de concentricidad del

ncleo (um)

< 0.8 < 0.6 < 0.8


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A B C D A B A B C A B C D E

Coeficiente de Atenuacin

(dB/Km)


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ESPECIFICACIONES DEL CABLE DE FIBRA OPTICA MONOMODO(REV. ANSI/EIA/TIA-568 B3)

1270nmLongitud de Onda de Corte

1300 1324nmLongitud de Onda de Dispersin

Cero

8.7 10.0 um 0.5% (1300nm)Dimetro de Campo Modal

NormalDispersin

ESPECIFICACIONCARACTERISTICAS

ESPECIFICACIONES DE LOS LARGOS DE FABRICACION

1.0 Mx.1.0 Mx.0.5 Mx.0.5 Mx.Coeficiente deAtenuacin (dB/Km)

=1550nm=1310nm=1550nm=1300nm

CABLE INTERIORCABLE EXTERIORCARACTERISTICAS



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CARACTERISTICAS nm) 62.5/125um 50/125um50/125umoptimizado para laser850n.m)

Coeficiente de Atenuacin(dB/Km)

850 3.5 Mx. 3.5 Mx. 3.5 Mx.1300 1.5 Mx. 1.5 Mx. 1.5 Mx.

Ancho de Banda(MHz.Km)

850160 Mn.

500 Mn. 2000 Mx.

I tit t N i l d I ti i



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ESPECIFICACIONES DEL CABLE DE FIBRA OPTICA MONOMODOANSI/EIA/TIA-568 B3)

CARACTERISTICAS ESPECIFICACIONDispersin Normal

Dimetro de Campo Modal 8.7 10.0 um 0.5% (1300nm)

Longitud de Onda de Dispersin Cero 1300 1324nm

Longitud de Onda de Corte 1270nm


CARACTERISTICASCABLE EXTERIOR CABLE INTERIOR=1300nm =1550nm =1310nm =1550nm

Coeficiente deAtenuacin (dB/Km)

0.5 Mx. 0.5 Mx. 1.0 Mx. 1.0 Mx.

I tit t N i l d I ti i



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IV.- FIBRA OPTICA Y CABLES

Instit to Nacional de In estigacin



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Instituto Nacional de Investigacin



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Cubierta de Polietileno

Cinta de Envoltura

Gel de Relleno

Tubo Holgado

Fibra Optica conRecubrimiento de Acrilato

Miembro de Tensin

Central RgidoA.- CABLE TUBOS

HOLGADOS

B.- CABLE CON ESTRUCTURA APRETADA (Por Capas)

ESTRUCTURA BSICA DE CABLE DE FIBRAPTICA

Miembro de TensinCentral Rgido

Cubierta Exterior

Hilo de Corte

Recubrimiento de AcrilatoFibra Optica

SUBCABLE

C.- CABLE CON FIBRAS BREAKOUT

Recubrimiento Secundario de 900um

Miembro de Tensin de Aramida

Cubierta Elastomerica de Sub-Cable

Miembro de TensinCentral Rgido

Fibra ptica

Recubrimiento de Acrilato

Recubrimiento Secundario de 900um


Cubierta Exterior

Hilo de Corte




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Sub-Grupo de Cable

Hilo deCorte

CubiertaExterior

Miembro de TensinDielctrico

FibraRecubierta

Hilo de Corte

CubiertaExterior

Miembro CentralDielctrico

Miembro deTensin

DielctricoFibra Recubierta

Cubierta ExteriorMiembro Central

DielctricoSub-Unidad(6 Fibras)

Hilo de Corte

Cubierta Exterior

Miembro CentralDielctrico

Miembro de TensinDielctrico

Fibra Recubierta

Fibra ptica Recubierta


Cubierta de Sub-Cable

Hilo de CorteHilo de Corte

Cubierta Exterior

Relleno

Sub-Grupo de

Cable

Miembro deTensin Central

OTROS TIPOS DE FIBRA CON ESTRUCTURA APRETADA

Sub-Unidad(6 fibras)




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CABLE DE ESTRUCTURA DE TIPO CINTA (RIBBON)

Cubierta

Miembro de Tensin

Cilindro Ranurados

Cintas de Fibras

Recubrimiento de Cintas

RecubrimientoPrimario

Recubrimiento deProteccin

Fibra

Ci ntas de FibrasAncho: 1.6 mmEspesor: 0.45 mm

200 Fibras(24 mm

600 Fibras(37 mm




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NMERO DE FIBRAS PTICAS

Conductores de Cobre

ESTABILIDAD

Propiedades Mecnicas

Propiedades Transmisin

Lmite de Esfuerzo

Corrosin

Humedad

Microcurvatura

CAPACIDAD DE TRANSMISION

FACILIDAD DEIMPLEMENTACIN

Facilidad de Trabajo deInstalacin

Facilidad de Trabajo deMantenimiento

Facilidad de Manipulacin

Mtodo de Empalme yTerminacin

Facilidad de Reparacin

Miembro de Tensin

Cubierta/Armadura

Resistencia Neumtica

Barrera Contra la HumedadCompuesto de Relleno

Tcnica de Proteccin dela Fibra

Estructura del Cable

FACTORES A CONSIDERAR EN LA SELECCIN DEL TIPO DE ESTRUCTURA DE CABLE DEFIBRA PTICA




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Tipo de Fibra

Tipo de Recubrimiento de Fibra

Nmero de Fibras

Estructura del Cableado

Tipo de Cubierta del Cable

Coeficiente de Atenuacin (dBKm)

Ancho de Banda (MHz.Km)

Coeficiente de Dispersin Cromtico (Psnm.Km)

Mxima Tensin de Traccin

Mnima Radio de Curvatura

Resistencia al Impacto

Resistencia al Aplastamiento

Resistencia a la TorsinPeso del Cable

Dimetro del Cable

Mxima Subida Vertical

Temperatura de Operacin

Temperatura de Almacenamiento

Estructura

Caractersticasde Transmisin

Caractersticas

Mecnicas

COMO ESPECIFICAR UN CABLE DE FIBRA PTICA




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gy Capacitacin de Telecomunicaciones

IDENTIFICACIN DE FIBRA PTICA Y DE TUBOS HOLGADOSCdigo de Colores de Fibras Individuales

N de Fibra Color N de Fibra Color1 Azul 7 Rojo

2 Naranja 8 Negro

3 Verde 9 Amarillo

4 Marrn 10 Violeta

5 Gris (pizarra) 11 Rosado

6 Blanco 12 Celeste (agua)




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gy Capacitacin de Telecomunicaciones

Cdigo de Colores de Tubos HolgadosN de Tubo Color N de Tubo Color

1 Azul 13 Azul marcado con negro

2 Naranja 14 Naranja marcado con negro

3 Verde 15 Verde marcado con negro

4 Marrn 16 Marrn marcado con negro

5 Gris 17 Gris marcado con negro

6 Blanco 18 Blanco marcado con negro

7 Rojo 19 Rojo marcado con negro

8 Negro 20 Negro marcado con blanco

9 Amarillo 21 Amarillo marcado con negro

10 Violeta 22 Violeta marcado con negro

11 Rosado 23 Rosado marcado con negro

12 Celeste 24 Celeste marcado con negro




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y Capacitacin de Telecomunicaciones

V.- DISPOSITIVOS OPTICOS ACTIVOS




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Estado Inicial Estado Final

(a) Absorcin

(b) Emisin Expontanea

(c) Emisin Estimulada

E2

E1

E2

E1

E2

E1




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Eg

EnergadelosElectrones

Banda de Conduccin

Banda Prohibida

Banda de Valencia

Ec

Ev

Electrn

Hueco

h: Constante de Plank (6.62617x10-34Joule.seg 4.1357x10-15eV.seg

f: Frecuencia de la onda luminosa emitida (Hz).

c: Velocidad de la Luz en el vaco (3x1014um/seg)

Longitud de Onda (um)Eg: Amplitud de banda prohibida (eV)

f = c

Eg= E1- E2= hf

hc = 1.24Eg Eg

FIG. 5.2. BANDA DE ENERGA DE LOS ELECTRONES

Instituto Nacional de Investigacini i d l i i



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FIG. 5.3. EMISIN ESPONTANEA DE LUZ EN UN DIODO DEUNIN p-n

LED: EL DIODO EMISOR DE LUZFuente de Luz Incoherente basada en una estructura de uniones de materialsemiconductor del tipo p-n, que al ser polarizada directamente da origen a laemisin espontnea de radiacin.

Tipo-p

Tipo-n

Contactoohmico

Fotones

Unin p-n

ElectrnHueco

Instituto Nacional de InvestigacinC it i d T l i i



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Electrn de Inyeccin

Hueco

hf

(b) Diagramas de Bandas de Energa

-

+Salidaptica

AlxGal-xAs AlxGal-xAsGaAs

Heterouniones

p p n

(a) Estructura de Capas

FIG. 5.4. LED DE DOBLE HETEROESTRUCTURA (LED-DH)

Instituto Nacional de InvestigacinC it i d T l i i



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ESTRUCTURA LED

LED de Emisin Superficial (Tipo Burrus): Estructura donde la

radiacin emitida se encuentra en un plano paralelo al de la unin.

Proporciona una mayor eficiencia en el confinamiento elctrico y

ptico, tambin como menor absorcin de la radiacin emitida.

LED de Borde (ELED): Estructura de geometra de franjas, donde la

radiacin emitida se encuentra en el mismo plano de la unin.

Proporciona alta radiacin.

LED Superluminicente: Estructura de alta potencia de salida, haz

de salida direccional y anchura espectral angosta. Su estructura y

propiedades son muy similares a los ELED y a los LASER de

inyeccin.




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p+AlGaAs

p-AlGaAs

n-AlGaAs

n-GaAs

Substrato n-Ga As

150u

m

( )

120

30

n AlGaAs

(Capa Activa)

Capas deConfinamientode Portadores

Capas deConfinamientode Portadores

350um

65um

(a) Geometra de Franjas DH Al Ga As

Metalizacin

(b) Geometra de Franjas Truncada DH ln Ga As P

p-In P(2um)

Aislamiento deSilicio (0.2um)

Zona de contacto P(-20umAnchoz100umLargo)

n-In P(2um)

Substrato Tipo n(100um)

Capa activa In Ga As P(0.1-1um)

Salida de Luz

Contacto n

400um

250um

FIG. 5.5. LED DE EMISIN DE BORDE-ELED




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Intensidad

Frecuencia

c2nl

hf

Espejo deCristal Cavidad Fabry-Perot

hf

Regin ActivaUnin p-n

Contacto

Ohmico

+

-

Frecuencia

Curva de Ganacia

LASER: AMPLIFICACIN DE LUZ POR EMISIN ESTIMULADA DE RADIACIN* Fuente de Luz amplificada y coherente, basada en una estructura de uniones de materialsemiconductor del tipo p-n y formando una cavidad ptica resonante (del tipo FABRY-PEROT),para proporcionar la realimentacin de fotones y aumentar la emisin estimulada

(a) Modos en la Cavidad Lser

(b) Modos Longitudinales en la Salida Lser

FIG. 5.6. LOS MODOS LSER

P-GaAs

n-GaAsl




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ESTRUCTURAS LASER

LASER guiados por Ganancia: Estructura de geometra de franjas

donde la distribucin de modos pticos a lo largo del plano de la

unin es determinado por la ganancia ptica de la cavidad. Por lo

general proporciona una emisin multimodo.

LASER guiados por Indice: Estructura donde la distribucin de

modos pticos es determinado por los ndices de refraccin de la

capa activa y de las capas de confinamiento lateral. La emisin

puede ser monomodo o multimodo.

LASER MONOMODO: Estructura que proporciona una

realimentacin selectiva de frecuencia de manera que la perdida de

la cavidad es diferentes para varios modos longitudinales. La

emisin de luz contiene un solo modo longitudinal.




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Indice deRefraccin

Distancia

Distribucin de CampoElctrico

Electrones de InyeccinHueco

Eg1

Eg2

(b) Diagrama de Bandas de Energa

(c) Diagrama de ndice de Refraccin yDistribucin de Campo Elctrico

FIG. 5.7. LASER DE DOBLE HETEROESTRUCTURA

-+

Salida ptica

Electrodo

Espejo deCristal

p p n

(a) Estructura de Capas

Luz

hf


UNIVERSID D N CION L DE INGENIERBZ Telecom S.A.C.


55/188


PARAMETROS CARACTERISTICOS DE LAS FUENTES DE LUZ

Longitud de Onda de Emisin () Anchura espectral (D) Lbulo de Emisin. Potencia Optica de Emisin. Potencia Optica Acoplada. Linealidad. Corriente Umbral (ITh) Ancho de Banda o Velocidad de Modulacin. Estabilidad con la Temperatura. Confiabilidad (tiempo de vida til).




56/188


Regin de EmisinEstimulada

POPT

I

Regin deEmisin

Espontnea

Ith

Ith: Corriente Umbral

a. Caractersticade Radiacin

b. Espectro deEmisin

c. Linealidad

LED LD

850 (n.m.)800 840 845 850 (n.m.)

POPT

I

Luz

Luz

Fig. 5.8. Caractersticas Bsicas de las Fuentes de Luz




57/188


1.16 1.20 1.24 1.28 1.32 1.36 1.40 1.44

125 nm

75 nm

ELED

SLED


0.83 0.85 0.87 0.89 0.91

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0C

30C

60C

Aumento de Temperatura


Potencia deSalida

Normalizada

Fig. 5.9. Espectro de Salida Tpicos de los LEDs In Ga As POperando en la Regin de 1.3um

Fig. 5.10. Variacin con la Temperatura del Espectro de SalidaTpicos de los LEDS de Emisin Superficial Al, Ga, As.




58/188

y Capac tac de e eco u cac o es

(a) Laser guiado porganancia a 1.3um0.5

1

0

-3 -2 -1 0 1 2 3-4

Intensidad Relativa

0= 1300 = 1 nm

Longitud de Onda Relativa

(b) Laser guiado porganancia a 0.85um

-3 -2 -1 0 1 2 3nm-4

Intensidad

0= 1300nm


0.5

1

0

-3 -2 -1 0 1 2 3-4

Intensidad Relativa

0= 850 nm = 0.25 nm


(c) Laser Monomodo a1.3um

Fig. 5.11. Espectro de Salida Tpicos de los Lasers




59/188

y p

TABLA 5.1: COMPARACION DE FUENTES DE LUZ

CARACTERISTICASDIODO LASER (LD) DIODO EMISOR DE LUZ (LED)

MATERIAL Al Ga As In Ga As P Al Ga As In Ga As P

Longitud de Onda 0.8 ~ 0.9 m 1.2 ~ 1.6 m 0.8 ~ 0.9 m 1.1 ~ 1.6 m

Potencia de Salida Optica5 ~ 20 mW1.25 mW (Lser Guiados por ndice)

3 ~ 18 mW1.20 Mw (Lser Guiados por Indice)2.40 mW (Lser BH)

1 ~ 3 mW ~ 1 mW

Atenuacin de Acoplamiento 3 ~ 5 dB 3 ~ 5 dB 15 ~ 20 dB 15 ~ 20 dB

Ancho Espectral 2 ~ 3 nm 2 ~ 3 nm 25 ~ 50 nm 50 - 160 nm

Velocidad de Modulacin 3000 MHz 3000 MHz 50 - 100 MHz 30 MHz

Corriente Umbral (Ith) 100150 mA (Lser guiados por ganancia)4060 mA (Lser guiados por ndice)1020 mA (Lser BH)1020 mA (LserDFB)

Rango de Temperatura 0 ~ 50C 0 ~ 80C

Modulacin Adaptable Digital Digital Digital, Analgico Digital, AnalgicoTiempo de Vida 105horas 105horas 107horas 107horas

AplicacinSistema de Larga Distancia y

Gran Capacidad de TransmisinSistema de Corta Distancia y

Baja Capacidad de Transmisin




60/188

y pDETECTORES PTICOS

REQUERIMIENTOS

Alta sensitividad en las longitudes de onda de operacinAlta fidelidad

Alta respuesta elctrica a la seal ptica recibida

Reducido tiempo de respuesta (amplio Ancho de Banda)

Mnimo ruido

Estabilidad en las caractersticas de funcionamiento

Pequeas dimensiones

Bajo voltaje de polarizacin

Alta confiabilidad (tiempo de vida)

Bajo costoTIPOS

Fotodiodos PIN

Fotodiodos de Avalancha - APD




61/188

Ec

Ev

Eghf > Eg +-

p n

Regin deDeflexin

np

Ec

Ev

hf

EF NivelFermi

HuecoElectrn

(a)

(b)

(c)

(a) Fotogeneracin de un Par Electrn-Hueco

(b) Estructura de una Unin p-n Polarizada Inversamente

(c) Diagrama de Bandas de Energa

Principios de la Deteccin ptica y Operacin deFotodiodo p-n




62/188

100.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8

102

103

104

105

103

102

10

1

10

Ge

GaAs

In0.7umGa0.10AsP

In0.53Ga0.47As

Si

Coeficientede

Absorcin

ptica(cm

-1)


Profundidadde

penetrac

indeluz(um)

CURVAS DE ABSORCIN PTICA PARA ALGUNOS MATERIALESSEMICONDUCTORES


UNIVERSID D N CION L DE INGENIERFOTODIODO PIN


63/188

p

n

Carga

hf

Campo E

Regin de Difusin

X

p

n

i

Campo E

Regin deDefexin

Regin deAbsorcin

X

hf

Fotodiodo p-n

Fotodiodo p-i-n

FOTODIODO PIN

Detector ptico con una estructura de semiconductores compuestos de una

capa tipo p, una intrinseca y otra tipo n, que genera un simple par electrn-

hueco por cada Fotn incidente.

Carga

Regin deDeflexin

Regin deAbsorcin




64/188

Colisin por Ionizacin

Campo E

Regin deGanancia

Regin deAbsorcin

Cargax

n

p

p

i

Electrn

Hueco

hf

Fotodiodo de Avalancha - APD

FOTODIODO DE AVALANCHA - APD

Detector Optico con una estructura de semiconductores en el cual se crea

una regin de campo elctrico elevado de tal forma que los portadores

(huecos y electrones) pueden adquirir suficiente energa para excitar nuevos

pares electrn-hueco, produciendo un efecto de multiplicacin. Estos

dispositivos por lo general requieren altos voltajes de polarizacin inversa

(50V a 400V).




65/188

Sensibilidad de longitud de onda

Eficiencia cuntican = Nmero de Electrones Excitados = re

Nmero de Fotones Incidentes rp

ResponsitividadR = Ip.M (AW-1)

Po

Ip: Fotocorriente de salida en Amperios

Po: Potencia ptica incidente en Watts

M: Ganancia ptica (solo APD)R = ne.M = neM

hf hc

Velocidad de Respuesta (Ancho de Banda)

Bmin= 1 = vd2ptdif 2pw

Bmn: Ancho de Banda Mnimo

Tdif: Tiempo de Difusin de PortadoresW: Ancho de la Capa de Deflexin

Vd: Velocidad de Portadores

Ancho de Banda ptico

Ruido Shot

i2s= 2eBI I = Ip + Id Ip Id i2s= 2eBIp

Corriente de oscuridad (Id)

Factor de Multiplicacin (M)

M = 11111 V n

VB

PARMETROS CARACTERSTICOS DE LOS DETECTORES PTICOS



50


66/188

Cantidad de luzinsertada

Corriente deobscuridad

Corriente elctricade salida (A)

50V 100V

VB0

50

Voltaje de polarizacin (Va)VB: Voltaje de ruptura

Velocidad de Transmisin (Mbit/Seg )

0.1 0.5 1 5 10 50 100 500 1000 10000

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

BER = 10-9p-i-nPD

APD

Lmite cunticoMnimaPotenciaptic

a

Detectable (a) Si,= 0.85 um

Comparacin en la Sensitividad de FotodiodosPIN y APD

Caractersticas de Salida del Fotodiodo p-n

Velocidad de Transmisin (Mbit/Seg)

0.1 0.5 1 5 10 50 100 500 1000 10000

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

BER = 10-9p-i-nPD

APD

Lmite cunticoMnimaPotencia

ptica

Detectable (b) In, Ga, As,

= 1.55 um




67/188

TABLA DE COMPARACION DE LOS DISPOSITIVOS DE DETECCION OPTICA

CARACTERISTICAS APDPequeas Longitudes

de Onda

PINPequeas Longitudes

de Onda

APDGrandes Longitudes de

Onda

MATERIAL Silicio Silicio Germanio

LONGITUD DE ONDA 0.6 ~ 0.9 mm 0.6 ~ 0.9 mm 1 ~ 1.55 mm

EFICIENCIA CUANTICA 70% 70% 60%

EFICIENCIA DEACOPLAMIENTO

95% 95% 95%

ANCHO DE BANDA 1 GHz 100 MHz 1 GHz

VOLTAJE DEPOLARIZACION

100 ~ 150 v 5 ~ 20 v 25 ~ 30 v

TIEMPO DE VIDA > 107horas > 107horas > 107horas

APLICACIONDeteccin de alta

sensitividadSistema de deteccin

simpleSistema de transmisin de

gran longitud




68/188

1.42 1.44 1.46 1.48 1.50 1.52 1.54 1.56 1.58 1.60 1.62 1.64

0

5

10

15

20

TWSLA

Ganancia (dB)

ErbiumRaman

Brillouin

AMPLIFICADORES OPTICOS

Raman

Longitud de onda de seal (um)

FIG. 5.12. Caractersticas de Ganancia



DIAGRAMA ESQUEMTICO DE UN AMPLIFICADOR DE FIBRA


69/188

Fibra dopada con Erbium

Seal de salidaSeal de entrada

Bombeo ptico

Acoplador

DIAGRAMA ESQUEMTICO DE UN AMPLIFICADOR DE FIBRA

Bombeo

Transmisor

Acoplador

Sistema

Fibra activa

Empalme de fibra

Bombeo

Sistema

Fibra activa

Sistema

Bombeo

Fibra activa

Sistema

Receptor

APLICACIONES POTENCIALES DE LOS AMPLIFICADORES DE FIBRA

(a) Lado de Transmisin

(b) Repetidora ptica

(c) Preamplificador - Lado Receptor




70/188

CONMUTADORES PTICOS

O1

O1

I1

I2

O1

O1

I1

I2

Operacin del Conmutador ptico

Electrodos de metal

~

Entradade Luz

Salida

Salida

Gua de ondadifundida enLitio Niobatio

Fig. 5.13. Conmutador Electrooptico


UNIVERSID D N CION L DE INGENIERAPLICACIONES DEL CONMUTADOR PTICO


71/188

TransmisorPrimario

Transmisorde Reserva

Conmutadorptico

Al Receptor

Terminacin

TransmisorPrimario

OTDR

Conmutadorptico

Al Receptor

Terminacin

Conmutadorptico

ReceptorPrimario

Receptor deReserva

Desde eltransmisor

Terminacin

Transmisor Receptor

Conmutadorptico

Conmutadorptico

FibraPrimaria

Fibra de

reserva

Conmutadorptico

Conmutadorptico

FibraPrimaria

Fibra dereserva

Receptor deReserva

TransmisorPrimario

ReceptorPrimario

Receptor deReserva

(a) Transmisor de Reserva

(b) Pruebas de Sistemas

(c) Receptor de Reserva

(d) Fibra de Reserva

(e) Sistema Redundante Completo




72/188

VI.- DISPOSITIVOS PASIVOS




73/188

REQUERIMIENTO PARA LAS CONEXIONES DE FIBRA

Mnima Atenuacin de Insercin.

Facilidad de instalacin.

Repetibilidad.

Consistencia.

Reducido tamao y peso.

Economa.




74/188

FACTORES DE PRDIDAS EXTRINSECOS

Desplazamiento Transversal

Desplazamiento Longitudinal

Desviacin de los Ejes

Calidad de los Extremos de Fibras

Reflexiones de Fibras

Macrocurvaturas

2,4

2,2

1,8

2,0

1,6

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

00

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

PrdidaenelEmpalme

(dB)

/ Sen AN

(para S/R = 1)

-1d/R

2R

S

d

S/R

Desplazamiento transversal d/R

Separacin Longitudinal S/R

Desviacin de los Ejes / Sen AN-1

Normalizados

(1) Desplazamiento

Fig. 6.1. Factores de Prdidas Extrinsecos



1,0

k = n = 1.46n0

n n


75/188

,

0,8

0,6

0,40,2

00,02 0,040 0,06 0,08 0,1

k = n =1,46n0

#1 n0#2n n

d1 d2

2R

Exceso

de

Prdida

(dB)

dR

1,0

0,5

0

0 1 2 3 4 5

1+ 2(Grado)

=

0.7%

= 1%

= 0,4%

Exceso

deP

rdida

(dB)

n01 n0 2

(3) Reflexiones de Fresnel

Exceso

de

Prdida

(dB)

0,3

0,2

0,1

1,0 1,2 1,4 1,6

n1 n3 n2

n1 = n2= 1,46

Fig. 6.1 FACTORES DE PRDIDAS EXTRINSECOS

1,5

1,0

0,5

0

0 18 15

x

Exceso

de

Prdida

(dB)

X (um)(2) Calidad de los Extremos de Fibras




76/188



FACTORES DE PRDIDAS INTRINSECOS


77/188

(1) Variacin del Radio de Ncleoy Desadaptacin

AtenuacindeEmp

almedB 1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.01.0 2.0 3.0

0R=1.0

0R=1.5

0R=2.0

0R=2.5

Fibra de Transmisin aT

(2) Desadaptacin

* Variacin del Dimetro de la Fibra (Ncleo y Revestimiento)* Desadaptacin* Elipticidad y Concentricidad del Ncleo de la Fibra

* Macrocurvaturas

Fi . 6.2. Factores de Prdidas Intrinsecas

AtenuacindeEmpalmedB

3,0

2,0

1,0

0

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

DesadaptacinD DT - DR DT

DT - DR DT

Desadaptacin Radio de Ncleo aT - aR aT

aT - aRaT

DR DT

aR aT




78/188




79/188

Tubo cermico de vidrio

Fibra ptica

(1) Empalme de Tubo Ajustado

Fibra ptica

Capilar de seccintransversal cuadrada

Seccin transversal

(2) Empalme de Tubo Holgado

Fig. 6.4. Empalmes Mecnicos


UNIVERSID D N CION L DE INGENIEREpxica


80/188

Fibras OpticasSubstrato Surco V

(a)

Plancha de Vidrio Plano

Fibras Opticas

Substrato Surco V

(b)

(3) Empalme en Surco V

(4) Empalme Springrove

Muelle

MuelleFibra Optica

Pinescilndricos

(a) Componentes del EmpalmeSpringroove

(b) Seccin delEmpalme

Fig. 6.4. Empalmes Mecnicos




81/188




82/188

RETIRO DE RECUBRIMIENTOSECUNDARIO

RETIRO DE RECUBRIMIENTOPRIMARIO

CORTE DE MARCARFIBRA

CURVAR

EMPALME

FUSIN MECNICO UNINADHESIVA

PROTECCIN DELEMPALME

PROCEDIMIENTO DE EMPALME DE FIBRA PTICA



RETIRO DERECUBRIMIENTO

PELADOR


83/188

ATENUACIONREDUCIDA

PROPIEDADESMECANICAS

RECUBRIMIENTOSECUNDARIO

CORTE DEFIBRA

ALINEAMIENTO

CORTADOR

MAQUINA DE EMPALMEPARA FIBRA MM

ALINEAMIENTO DEREVESTIMIENTO

EXTERIOR

PRACTICABILIDAD

ESTABILIDAD ALARGO PLAZO

EMPALME

PROTECCION DEEMPALME

FUSION

ALINEAMIENTO DE EJES DENUCLEO POR MONITORES

DE POTENCIA

MAQUINA DE EMPALME

PARA FIBRA SM

TUBO TERMOCONTRAIBLE

RELACION ENTRE LAS TCNICAS DE EMPALME Y SUS REQUERIMIENTOS




84/188

Rotura Astillamiento Inclinacin

Fig. 6.7. Defectos en el Corte de Fibras




85/188

Fig. 6.8. PROCESO DEL EMPALMES POR FUSIN

Posicionamiento y Sujecin de Fibras

Presionar el Switch de Inicio

Ajuste de la Separacin de Fibras

Limpieza de Extremos de Fibras

Inspeccin de Extremos de Fibras

Alineamiento de Fibras

Prefusin y Fusin

Evaluacin de Empalme

Apariencia Exterior OK?NO

SI

OPERACIN MANUAL

OPERACIN AUTOMTICA

FIN



ASPECTO DEL EMPALME CAUSA


86/188

Deformacin deExtremos de Fibras

Fusin Incompleta

Burbuja

Ensanchamiento

Reduccin

SOLUCIN

1. Electrodos Sucios, fusin irregular 1. Limpiar Electrodos2. Corriente de Fusin muy alto 2. Reducir Por 0.20.3mA

3. Desplazamiento Axial Insuficiente 3. Aumentar por Pasos de 1um4. Tiempo de Prefusin muy Largo 4. Valor Estndar:0.20s5. Corriente de Prefusin Muy Alto Reducir por Pasos de 0.05s

5.Valor Estndar: 14.5mAReducir por Pasos de 0.1mA

Desplazamiento Reducir por PasosAxial Excesivo de 1um

1. Seccin Transversal de

Fibras Sucias2. Corte Defectuoso

1. Limpiar antes de la Fusin,aumetar la corriente o eltiempo de limpieza

2. Verificar la calidad del Corte antesde la Fusin

1. Corriente de Fusin muyBajo2. Tiempo de Prefusin MuyCorto.3. Desgaste de los Electrodos.

1. Aumentar por 0.20.3mA2. Aumentar por 0.05s3. Reemplazar

1. Electrodos Sucios, FusinIrregular.2. Corriente de Fusin MuyAlto.3. Corriente de PrefusinDemaciado Alto.

1. Limpiar Electrodos.2. Reducir por 0.51mA.3. Valor Estndar: 0.20s4. Valor Estndar: 14.5mA

EMPALMES DEFECTUOSOS




87/188

Miembro derefuerzo

Tubo InteriorTubo Exterior

Fibra

Estado Final

Fig. 6.9. Protector Termocontractil




88/188

TABLA6.1.: ATENUACIN DE EMPALMES POR FUSIN PARA APLICACIONES DE CAMPO RECOMENDADO POR DIFERENTES ESTNDARES

ETSI 300 783 IEC 1073-1 BELLCORE TIA/EIA 568 B3

EmpalmeSimple

CLASE IPromedio 0.10dBMximo 0.20Db(97%)CLASE IIPromedio 0.20DbMximo 0.50dB(95%)

Promedio desde 0.1dB a0.5dB, dependiendo de laaplicacin

Alineamiento ActivoPromedio 0.05dB en1300 y/o 1550dm.Mximo 0.1dBAlineamiento PasivoPromedio 0.1dB en1300 y/o 1550dm.Mximo 0.2dB

Mximo = 0.3dB

EmpalmeMultiple

CLASE IIIPromedio 0.20DbMximo 0.80dB(95%)



CARACTERSTICAS Y PARMETROS DE DESEMPEO DE CONECTORES TPICOS


89/188

TIPO APLICACIN MTODO DE

AJUSTEMECNICO

ATENUACIN

DE INSERCIN(dB)

ORL (dB)

ST SM/MM Bayoneta 30 (PC)>40 (SPC)

SMA MM Rosca 60 (APC)

MTRJ SM/MM Push-Pull 50 (UPC)




90/188




91/188

a. Pulido Plano b. Pulido Convexo (PC, SPC, UPC) c. Pulido Angular (APC)

Fig. 6.11. Mtodos de Pulido



Fibra 1 Fibra 2

(a) Tipo Interaccin de Ncleo


92/188

(a) Tipo Interaccin de Ncleo

(b) Tipo Interaccin Superficial

Fig. 6.12. Acopladores de Fibra

Fibra 1

Fibra 2

Divisor

Combinador

(a) Acoplador de Tres Puertas

1

4

2

3

(b) Acoplador de Cuatro Puertas

(c) Acoplador Estrella

Multiplexor

Demultiplexor

(d) Multiplexor por Divisin de Longitud de Onda

Fig. 6.13. Tipos de Acopladores de Fibra Optica

NM N

1

2

1 + 2

1 + 2 1

2



TIPOS DE CONECTORES


93/188

Conector de Ferrule Cilndrico

ST (Straight Tip)

SMA (Subminiature Assembly)

MIC (Mdium Interface Connector)

FC (Fiber Connector)

SC (Subscriber Connector)

MTRJ (Mechanical Transfer Registered Jack)LC

Conectores de Ferrule Bicnico

Conector de Doble Excntrica

Conector de Fibra Mltiple




94/188

REQUERIMIENTO PARA LAS CONEXIONES

DE FIBRA

Mnima Atenuacin de Insercin.

Facilidad de instalacin.

Repetibilidad.

Consistencia.

Reducido tamao y peso.

Economa.



PROCEDIMIENTO DE CONECTORIZACION


95/188

El procedimiento para la conectorizacin de fibras

pticas puede cambiar segn el tipo de conector y

fabricante, pero generalmente siguen el siguiente

procedimiento general:

Preparar la fibra ptica.Preparar la sustancia epxica (si es el caso).

Inyectar epxica en el ferrule del conector.

Insertar la fibra ptica descubierta en el conector.

Engastar la fibra recubierta en el conector.

Curar la epxica/conector.Marcar la fibra.

Pulir.

Pruebas pticas.




96/188

VII.- TECNICAS DE TRANSMISION OPTICA



Seal Original


97/188

datos audio vdeo

Seal Digital Seal Analgica

Seal ptica

PCM

PCM FSK

Transmisinpor uncanal

Multiplexacin (TDM)

Multiplexacin(FDM)

Conversinde Cdigo

Premodulacin

IM: Modulacin por intensidad

Fig. 7.1. PROCESO DE MODULACION Y MULT IPLAJE



PROCESO DE MODULACIN PTICA


98/188

LED

IM

Salidaptica

Transmisin Anloga(Modulacin Directa)

EntradaElctrica

IM: Modulacin de Intensidad Directa

(b)

LD

IM

Salidaptica

TransmisinDigital

TransmisinAnloga

(Premodulacin)

EntradaElctrica

Polarizacin

(a)

IM: Modulacin de Intensidad Directa



P i(t)


99/188

Fig. 7.3: Tcnicas de Modulacin de Intensidad y Deteccin Directa

I(t)= RPOPT(t) = K[E(t)]2

E(t)= Z POPT(t).ejwt

Laser Fotodetector AMP

POPT(1)

Fibra ptica

Seal deSalida

i(t)

Seal deEntrada

Anchura Espectral Tpica: > 500GHz

Modulacin Directa de la Corriente de Inyeccin

Fotocorriente proporcional a la Potencia ptica recibida.

Ruido determinado por el Detector en el caso del APD y por los AmplificadoresElectrnicos en el caso de Fotodiodo PIN.

Esquema de modulacin: Banda Base, AM/IM, FM/IM, PCM.



PSeal de


100/188

Laser ModuladorExterno

Combinador Fotodetector AMP DEM

Seal deentrada

- Amplitud- Fase- Frecuencia- Polarizacin

WX

Ps(t)

Control depolarizacin

Osciladorlocal Laser

I(t) salida

PL(t)WL

i(t) = k ( ES+ EL)2

PL>> PS i(t) = RPL + 2R PL.PS.Cos(w if t + )

WIF= WX- WL WIF 10 ~ 5000 MHz Recepcin Heterodina

WIF= 0 Recepcin Homodina

- La Fotocorriente de seal es proporcional al producto de la Potencia ptica de la seal por laPotencia ptica del oscilador local- El ruido es determinado por el ruido cuntico producido por el oscilador local.- Reduccin del ruido APD.- El proceso de conversin origina una ganancia

Fig. 7.4: Transmisin ptica Coherente



TECNICAS DE TRANSMISION COHERENTE VS IM/DD

CARACTERISTICAS DETECCIN DETECCION


101/188

DIRECTA COHERENTE

Seal

Ps2 Ps.PL

Ruido Cuntico

Ps PL

Ruido del Amplificador

K K

Relacin Seal/Ruido

Ps2 = Ps

Ps+ K 1 + K/Ps

Ps.PL = Ps

PL+K 1+K/PL

La relacin Seal/Ruido es mejorada debido a la mezcla con el

oscilador local.

La Sensitividad del Receptor es aumentada en 10 a 20 dB (Mayor

espaciamiento entre repetidoras).

Seleccin de esquemas de modulacin ms eficiente (Mayores

Velocidades de Transmisin).

Atenuacin Optica permisible aumentada y disponible para

Multiplexores/ Demultiplexores en redes de distribucin.



CH1

CH2


102/188

(a) Multiplex de Fibra SDM

CH3

CH4

(b) Multiplex de Longitud de Onda WDM

WDMWDM

WDM

CH1

CH2

CH3

CH4

Fig. 7.5: Multiplex en la Transmisin ptica Unidireccional

(c) Multiplex Elctrico TDM y FDM

CH1

CH2

CH3

CH4

Fuente de Luz (E/O)

Fotodetector (O/E)

Dispositivo Mux/Dmux de longitud de ondaWDM




103/188

Fig. 7.6: Multiplex en la Transmisin Optica Bidireccional

Fuente de Luz (E/O)

Fotodetector (O/E)

Dispositivo Mux/Dmux de longitud de onda

WDM

(a) Multiplex de Fibra

1 1

1 1

1

(b) Multiplex de Longitud de Onda

1

WDM WDM



ReceptoDetectoO ti

Emisor FuenteOptica


104/188

CH1

CH2

CHn

CH1

CH2

CHnRecepto

r

Receptor

rOptico

FibraOptica

Optica

Filtro deDerivacin

(a) Transmisin en un Sentido

Receptor

Emisor

Emisor

FibraOptica

Receptor

Filtro deDerivacin

(b) Transmisin en ambos

Sentido

Fig. 7.7: Esquema Bsico del Multiplex por Divisin de Longitud de Onda



Unidad deConversin

Unidad deCodificacin

Circuito dePolarizacin

Fuenteptica

Unidad de ConversinF/O

TERMINAL DE TRANSMISIN PTICA

MU


105/188

B/U de Lnea

Circuito de ControlAutomtico dePotencia (APC)

Fotodetector AmplificadorEcualizador

Unidad deDecisin y

Regeneracin

Unidad deDecodificaci

n

Unidad deConversin

U/B

Circuito deControl

Automtico de

Ganancia(AGC)

Unidad deRecuperacin

de Reloj

DMUX

TERMINAL DE RECEPCIN PTICA

B/U: Bipolar/UnipolarU/B: Unipolar/Bipolar

Fibra ptica

Unidad de ConversinO/E

X

Fig. 7.8: Sistema de Transmisin Digital



TERMINAL DE TRANSMISIN PTICA


106/188

Modulador Circuito dePolarizacin

Fuenteptica

Detectorptico

Amplificador Demodulador

Fibra ptica

SealesAnalgicas enBanda Base

Seales

Analgicas enBanda Base

Sub-Portadoras

RF

TERMINAL DE RECEPSIN PTICA

RF RF

RF RF

Fig. 7.9: Sistema de Transmisin Analgica Modulacin de Sub-Portadora



-35

PR (dBm)


107/188

10000

1000

100

10

1

FP-LD,MM(1,3um)

FP-LD,(1,3um)

DFB-LD,SM(1.55um)- (Fibradedispersinceroen1.55um)

SistemaCoherente

Fibraen elInfrarojo

=2.6 ~ 10um

0.001 0.01 0.1 1 10Velocidad de Transmisin (Gb/s)

Esp

aciamientoentreRepetidoras(Km)

Fig. 7.11: Espaciamiento Esperado entre Repetidoras

-45

-55

-65

-751 10 100 1000

Heter

odino

ASK

Homo

dinoP

SK

Deteccin Directa ASKFSK

PSKDPSK

he

ho

Velocidad de Transmisin (Mbit/s)

Fig. 7.10: Eficiencia del Sistema Coherente



Seal Original


108/188

datos audio video

Seal Digital Seal Analgica

Seal ptica

IM: Modulacin por Intensidad

PCM

PCM FSK

FM

Multiplexacin(TDM)

Multiplexacin(FDM)

Transmisinpor un Canal

Conversinde Cdigo

Premodulacin

PROCESO DE MODULACIN YMULTIPLAJE




109/188

VIII.- TECNICAS DE CONSTRUCCION



M i E f P i ibl

TCNICAS DE INSTALACIN DEL CABLE DE FIBRA PTICA


110/188

Condiciones de laPlanta

Capacidad deProduccin del Cable

Radio de Curvatura Permisible

para el CableMayor que 20 veces el

dimetro exterior del cable

Reduccin de

costos deInstalacin

Reduccion delNmero deEmpalme

Longitud deInstalacin Optima

(1 ~ 2 Km)

Cantidad de Personaly Tiempo para la

Construccin

Condiciones deTrabajo

Mximo Esfuerzo Permisiblepara el Tiro del Cable

Equivalente al peso de 1Km de cable o segn

especificacionesTcnicas de Instalacin:

Area.En ducto.Directamenteenterrado.



CONSIDERACIONES LONGITUD (Km)0 1 2 3

OBSERVACIONES

Cantidad de personal Cuadrilla de personal consiste de 6 personas.

CONSIDERACIONES PARA LA LONGITUD DE INSTALACIN DE CABLES DE FIBRA PTICA


111/188

Tiempo de construccin Jornada de trabajo, tiempo de lluvias, tormentas, etc.

Condiciones de trabajo Las cmaras no pueden ser abiertas debido a las restricciones para laocupacin de calles o avenidas.

Condiciones de la planta Existen cmaras a travs de las cuales los cables no pueden sertendidos.

Caractersticas de transmisin permisibles

Costo de instalacin del cable Es deseable reducir los costos por empalme de cables.

Transporte de la bobina de cable Uso de vehculos y equipamiento convencionales.

Capacidad de produccin del cable Produccin de fibra en longitudes grandes es dificultoso.

Longitud deseable.

Longitud permisible bajo buenas condiciones.


112/188



Poleas


113/188

Fig. 8.1.2. Mtodos de Instalacin Area

Poleas

Cable de TiroDel Cabrestante

(2) Traccin con Cabre stante

(1) Traccin Manual

(3) Subir el Cable




114/188

(A) (B)

(C) (D)

Fig. 8.2.1. Mtodos de Almacenamiento de Exceso de Fibra



PROCEDIMIENTO DE UNION

En general el procedimiento para la unin de cubiertas de cables de fibra ptica


115/188

En general el procedimiento para la unin de cubiertas de cables de fibra ptica,

es el siguiente:

(1) Preparacin del cable: determinar el centro de la unin, despojo de cubiertas

de cables y limpieza.

(2) Colocar los cables en la manga de empalme.

(3) Conectar la continuidad de pantalla y puesta a tierra.

(4) Identificar y agrupar las fibras pticas

(5) Sujetar el miembro de tensin.

(6) Instalar las bandejas de empalme.

(7) Empalmar las fibras pticas.

(8) Disponer el empalme y la longitudes de exceso de fibra ptica sobre la

bandeja de empalme.

(9) Realizar el cierre de la manga de empalme.



Unidad de


116/188

Cable

Equipos de TX/RXOpticos

Cable de Fibraptica TipoApretado

Unidad deDistribucin de

Reparticinptica

300 um FibraRecubierta

Jumpers

Equipos de TX/RXOpticos

Unidad deDistribucin o de

Reparticin ptica

Bandeja deEmpalme

Empalme

Cable deFibra

ptica

Exterior InteriorCable de InteriorPreconectorizado

Pigtail

Equipos de TX/RXpticos

Unidad deDistribucin o de

Reparticin ptica

Cable deFibra ptica

TipoHolgado

Equipos de TX/RXpticos

Kit

Jumpers

(1) Empalme con Pigtail(2) Conectorizacin Directa con Kit Breakout

(3) Conectorizacin Directa(4) Conectorizacin Directa sin Unidad de

Distribucin de Fibras

Conector de Fibra ptica

Acoplador ptico Fig. 8.2.4. Mtodos de Terminacin de Cables



PARMETROS DE MEDICIN Y FASES DE APLICACIN


117/188

PARAMETROS DE MEDICION LABORATORIO

FBRICA CAMPO

FIBRA CABLE INSTALACION MANTENIMIENTO

Caractersticas Geomtricas y Opticas 0 0 X X X

Caractersticas Mecnicas 0 0 0 X X

AtenuacinOptica

En una longitud de onda 0 0 0 0 0

Atenuacin Espectral 0 0 0 X X

Atenuacin de empalmes X X X 0 0

Ancho de Banda 0 0 0 0 0Dispersin Cromtica 0 0 X X X

Identificacin y Continuidad Optica X X X 0 0

Localizacin de Averas X 0 0 0 0

0 = AplicableX= No Aplicable



PRUEBAS A REALIZAR EN EL LUGAR DE INSTALACION


118/188

MEDICIONES DE ATENUACIN

Cable Empalme Total en la Lnea

Previo al Tendido del Cable(1)

Luego del Tendido del Cable(2) (3)

Durante el empalme del Cable (4)

Al finalizar la Instalacin del Cable(6) (5)

Objeto de las Pruebas:

(1) detectar discontinuidades u otras fallas producidas durante el transporte.

(2) detectar discontinuidades u otras fallas producidas durante el tendido.

(3) Detectar cambios en los valores de atenuacin que puedan ocurrir durante el tendido. (Prueba por muestras).

(4) Verificar si el empalme se ha realizado correctamente.

(5) Medir la Atenuacin Total en la Lnea.

(6) Ancho de Banda.

Pruebas aRealizar

Fase en que seRealiza la Prueba



PARAMETROS E INSTRUMENTOS DE MEDICIONAPLICACIN


119/188

PARMETROS INSTRUMENTO

APLICACIN

MULTIMODO MONOMODO

Atenuacin ptica

Fuente de luz estabilizada y medidor de potenciaptica

0 0

Reflectmetro ptico en el dominio del tiempo 0 0

Atenuacin EspectralFuente de luz blanca y Analizador de espectroptico

0 0

Respuesta en BandaBase

(Ancho de Banda)

Probador de ancho de banda0 X

Identificacin y Pruebade Continuidad ptica

Probador ptico 0 0

Fuente de luz visible 0 0

Localizacin de

Averas

Reflectmetro ptico en el dominio del tiempo 0 0

Fuente de luz visible 0 0Probador ptico 0 0

0 = APLICABLE

X = NO APLICABLE



Reflexinde Fresnel

Retrodispersin de Rayleight


120/188

Reflexinde Fresnel

Salto correspondiente a laatenuacin por empalme

Pendientecorrespondientea la atenuacin

ptica

Potenciadeluzre

trodispersadaPr(t)

(dBm)

P1 P2

A

BC

D

E

Empalme

Tiempo (proporcional a la distancia)

Pulso de Luz

P0 (t)

Extremo deEntrada

ExtremoTerminal

Punto de Rotura

Empalme

Fibra N 1 Fibra N 2A EC

B D

Pr (t)

Diagrama Tpico de la Forma de Onda Medida Utilizando el Mtodo deRetrodispersin



REQUISITOS PARA LAS TECNICAS DE MEDICION


121/188

Alineacin de la fibra con la fuente ptica y el detector ptico.

Correcta terminacin de la seccin transversal.

Condiciones de inyeccin de luz: Acoplamiento modal.

Supresin de modos propagados por el revestimiento.




122/188




123/188




124/188

IX.- APLICACIONES Y FUTUROS DESARROLLOS



S L i233

N

Cables de Fibras pticas

Nmero de 30 Canal es Sobre F.O.

Nmero de Ruta

Central Analgica/Digital

( )

CINTURON DIGITAL OPTICO DE LIMA


125/188

Washingtn

San Luis

Lince

San Isidro

Magdalena

Miraflores

Monterrico

San Borja

Higuereta

(39)

233

189

(27)

12F.O.

3.7Km

12 F.O.6.6 Km

186

(44)

10 F.O.8.1 Km

137

(34)

10 F.O.3.3 Km

127

10 F.O.4.5 Km

10F.O.5.5Km

115

(20)

123

10 F.O.4.4 Km

(18)

(14)

149

10 F.O.3.7Km

(12)

Central Digital



San Jos

RED DE ENLACE OPTICO SISTEMA CATV


126/188

Nodos

Acoplador Optico

1

2

3

4

5

6 7

8

60%

40%

TX3

TX4

TX2TX1

30%

55%

45%

60%40%

20%80%

30%

San Jos

Magdalena

San Isidro

San Borja

Monterrico La Molina

Las Lagunas

HigueretaMiraflores



RED DE AREA LOCAL (LAN)

PC

Edificio B

Hub


127/188

Backbone Vertical, 10Base FL

Backbone de Campus, 100Base FL o FDDI

Cableado Horizontal, 10Base-T

PC

PC

PC

PC

PC

PC

PC

PC

PC

PC

PC

Edificio A

Edificio C

Hub

Hub

Hub

Hub

Hub

Hub

Hub

Hub

Hub

Hub




128/188



TIMMorro Solar

2190 mt

R-A

2633 mt

R-B

1,054.4 mt

219 mtID-23

ID-28


129/188

TIMCerro Camacho

TIMPolo Tecnolgico V.C.

TIM

Dos Cruces

Telepuerto

IMPSAT

IA-24 IA-27

1,288.2 mt 10,694.8 mt 4,430.0 mt

219 mt

ID-22

3,361.7 mt

IA-69

9,280.9 mt

IA-0

IB-0

7,775.7 mt

IB-19IB-22

1,183.1 mt

5054 mt

R-A

3793 mt

R-B

3398 mtR-B

3704 mtR-A

1144 mt

6860 mt269.8 mtIB-56 IB-57 IA-107

96.4m 44.0m

IA-84

IA-82

720mt 1142 mt

R-A

1160 mt

R-B

1058 mt

R-A

1103 mtR-B

TIM

2 Polo de Desarrollo

IB-26 IB-27

545 mt 9206 mt

LEYENDA

Anillo IMPSAT PERU

Anillo TIM PERU Existente

Nodo de Comunicaciones- TIM PER

Cmaras de Registro

142 mt

R-A

238.5 mt

IA-106

NAUTILIUS

R-B06B-05

ENLACE DISTANCIA

Polo Tecnolgico V.C.-NAUTILIUS 8162

NAUTILIUS -Cerro Camacho 3704

Cerro Camacho-2 Polo de Desarrollo 13662

2 Polo de Desarrollo-Dos Cruces 7301

Dos Cruces -Morro Solar 23040

Morro Solar-Polo Tecnolgico V.C. 17832



WDM (Wavelength Division Multiplexing)


130/188

Consiste en transmitir mltiples seales lser a diferentes longitudes deonda (colores),en la misma direccin, al mismo tiempo y sobre el mismohilo de fibra.

Los sistemas con tecnologa WDM de alta capacidad, denominada "WDMdensa" o DWDM, permiten el incremento del ancho de banda necesariopara soportar el crecimiento actual en la demanda de trfico de datos, alcrear mltiples canales virtuales sobre un nico hilo de fibra.



WDM (Wavelength Division Multiplexing)


131/188

Utilizacin tpica de losdiferentes componentes queconforman una red WDM

Asignacin de longitudes de onda adiferentes canales pticos

Recomendacin G.692 de UIT




132/188

X.- CONSIDERACIONES BSICAS DE DISEO




133/188



LONGITUD DE ONDALINEALIDAD

ANCHO ESPECTRAL

CALIDAD DETRANSMISIN

PARMETROS CORRESPONDIENTES A LOS COMPONENTES PTICOS


134/188

FUENTE PTICA

MULTI/DEMULTIPLEXOROPTICO

FIBRA PTICA

DETECTOR PTICO

POTENCIA DE SALIDAOPTICA

VELOCIDAD DEMODULACIN

ATENUACIN PTICA

ANCHO DE BANDA ODISPERSIN TEMPORAL

SENSITIVIDAD

VELOCIDAD DERESPUESTA

LONGITUD DE

ENLACE-SEPARACIN

ENTREREPETIDORA

CAPACIDAD DETRANSMISIN



CARACTERSTICAS DELSISTEMA

CARACTERSTICAS DE LA FIBRAAtenuacin.

PARMETROS PARA EL CLCULO DE LA SEPARACIN ENTREREPETIDORAS


135/188

Velocidad de TransmisinCdigo de LneaTasa de Error (BER)

Ancho de Banda o DispersinTemporal.

CARACTERSTICAS DELTRANSMISOR PTICO

Potencia pticapromedio inyectada.

Anchura espectral deemisin

CARACTERSTICAS DELRECEPTOR PTICO

Sensitividad.Rango Dinmico

Distribucin dePotencia ptica.

Lmite de Ancho de Banda.

Atenuacin deEmpalmes

Atenuacin deConectores

Evaluacin de la Separacinentre Repetidoras

MARGENES DELSISTEMAMargen delcable.

Margen del equipo



PARAMETRO CORRESPONDIENTE AL SISTEMAGLOBAL DE TRANSMISIN

TIPO DE RED: Malla, Estrella, Anillo.


136/188

JERARQUIA DIGITAL: 2, 8, 34, 140 y 565 Mbps.(Capacidad de Transmisin)

LONGITUD DE ENLACE

CODIGO DE LNEA: CMI, mB1C, nBmB

CALIDAD DE ENLACE: Disponibilidad, Tasa de Error

FACILIDAD DE EXPANSION DEL SISTEMA

TIPO DE ALIMENTACIN: Telealimentacin, Local, Medios no Convencionales

CONDICIONES AMBIENTALES: Canalizaciones, Postes, Tipo de Terreno, Humedad, Temperatura.

SUPERVISIN DE LA RED: Sistema de control de errores, Sistema de Conmutacin, Sistema deLocalizacin de Fallas.

COMUNICACIONES DEL SERVICIO TCNICO: Cables mixtos, Redundancia en el Cdigo de Lnea,Radiocomunicacin.



CAPACIDAD DE TRANSMISIN CAPACIDAD DE TRANSMISIN

FACTORES A CONSIDERAR EN LA SELECCIN DEL TIPO DE ESTRUCTURA DEL CABLE DEFIBRA PTICA


137/188

ESTABILIDAD

FACILIDAD DEIMPLEMENTACIN

Propiedades Mecnicas

Propiedades Transmisin

Facilidad de Trabajo deInstalacin

Facilidad de Trabajo de

Mantenimiento

Lmite de Esfuerzo

Corrosin

Humedad

Miembro de Tensin

Cubierta /ArmaduraResistencia Neumtica

Barrera contra la humedad

Compuesto de rellenoMicrocurvatura

Facilidad deManipulacin

Mtodo de empalme yterminacin

Facilidad de reparacin Conductores de cobre

Estructura del cable

Tcnica de proteccinde la fibra



SELECCIN DEL MTODO DE EMPALME

Atenuacin

Estabilidad de los Valores de Atenuacin

Robustez


138/188

Espacio

Tiempo de vida

Costo de Materiales

Costo de Equipos y Herramientas

Costo de Mano de Obra

SELECCIN DE MTODO DE UNIN DE CUBIERTAS

Nmero de Fibras

Nmero de Cables

Mtodo de Instalacin

Requerimientos de Calor

Condiciones Ambientales

Reentrabilidad

Tiempo de Aplicacin

Costos de Equipos y Materiales

Facilidad de Mantenimiento




139/188



Tabla 10.1JERARQU A DIGITAL PLESIOCRONA

(PDH: PLESIOCHRONOUS DIGITAL HIERARCHY)

NIVEL

TIPO DE SISTEMA


140/188

1 2 3 4 5

Nmero de Canales Telefnicos 24 96 672 4032 -

Velocidad de Tx (Mbps) 1.544 6.312 44.736 274.176 -

Nmero de Canales Telefnicos 24 96 480 1440 5760

Velocidad de Tx (Mbps) 1.544 6.312 32.064 97.728 397.200

Nmero de Canales Telefnicos 30 120 480 1920 7680

Velocidad de Tx (Mbps) 2.048 8.448 34.368 139.264 565.148

EUROPA

TIPO DE SISTEMA

USA y CANADA

JAPN



NIVEL SONET NIVEL SDH VELOCIDAD DE Tx

Tabla 10.2JERARQU A DIGITAL SINCRONICA RED PTICA SINCRONICA

(SDH/SONET: SYNCHRONOUS DIGITAL HIERARCHY/SYNCHRONOUS OPTICALNETWORK)


141/188

NIVEL SONET NIVEL SDH VELOCIDAD DE Tx(Mbps)

STS-1/OC-1 51.84

STS-3/OC-3 STM-1 155.52

STS-9/OC-9 STM-3 466.56

STS-12/OC-12 STM-4 622.08

STS-18/OC-18 STM-6 933.12

STS-24/OC-24 STM-8 1244.16

STS-36/OC-36 STM-12 1866.24

STS-48/OC-48 STM-16 2488.32

STS-96/OC-96 STM-32 4876.64

STS-192/OC-192 STM-64 9953.28



DISTANCIA Y ATENUACIN DE INSERCIN DE CANAL PERMISIBLESPARA APLICACIONES DE FIBRA PTICA

Aplicacin

Longitudde Onda

(nm)

Distancia Mxima Permisible2(m) Atenuacin de Insercin de Canal Mximo2

62.5/125um50/125u

mMonomodo7 62.5/125um 50/125um1 Monomodo7

10Base-FL

(Ethernet)

850 2000 2000 NST 12.5 7.8 NST


142/188

(Ethernet)

Token Ring 4/16 850 2000 2000 NST 13.0 8.3 NST

Prioridad por demanda3(100VG-AnlyLAN)

1300850

2000500

2000500

NST-

7.07.5

2.32.8

NST-

100Base-FX(Fast Ethernet)

1300 2000 2000 NST 11.0 6.3 NST

FDDI(Bajo costo)

1300 500 500 NST 7.0 2.3 NST

FDDI(Original) 1300 2000 2000 40 000 11.0 6.3 10.0 a 32.0

ATM 52155

1558622

6228

130013008501300850

300020001000500300

300020001000500300

15 00015 000

-15 000

-

10.010.07.26.04.0

5.35.37.21.34.0

7.0 a 12.07.0 a 12.0

-7.0 a 12.0

-

Fibre 266Channel 2668

10628

1062

1300850850

1300

15007003004

-

15002000500

-

10 000--

10 000

6.012.04.0

-

5.512.04.0

-

6.0 a 14.0--

6.0 a 14.01000Base-SX8

(Gigabit Ethernet)850 2205 5506 - 3.2 3.9 -

1000Base-LX8(Gigabit Ethernet)

1300 550 550 5000 4.0 3.5 4.7



1. Se considera una prdida de acoplamiento de 4.7dB (peor caso) cuando

una fuente de luz LED, optimizada para fibras pticas 62.5/125um, es

acoplada a una fibra ptica 50/125um.

2. NST: No estandarizado.


143/188

3. Aplicaciones que especifican fibras pticas 62.5/125um con anchos de

banda de 200 MHz.Km en 850n.m.

4. Distancia especificada en Fibre Channel actualizado (FC-PH-2).

5. Para fibras pticas 62.5/125um, la IEEE especifica 220m para fibras con un

ancho de banda modal de 160/500MHz.Km y 275m para fibras con un

ancho de banda modal de 200/500MHz.Km.

6. Para fibras pticas 50/125um, la IEEE especifica 500m para fibras con un

ancho de banda modal de 400/400MHz.Km y 550m para fibras con un

ancho de banda modal de 500/500MHz.Km.

7. La mxima distancia y la atenuacin de insercin del canal depende de las

caractersticas del transmisor y del receptor ptico.

8. Esta es una aplicacin basada en el uso de LASER. Cuando no es anotado,

las aplicaciones multimodo estn bas

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Transmidion Por FIBRAS OPTICAS

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