Estudio de la tecnología de múltiplexación por división en longitudes de onda

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(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA Estudio de la Tecnología de Multiplexación por División en Longitudes de Onda.. Autora: Cândida Martins Da Vera Cruz Amadeu.. Tutor: MSc. PA. Ing. José Domínguez Hernández.. Santa Clara 2009 "Año del 50 Aniversario del Triunfo de la Revolución".

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica.. TRABAJO DE DIPLOMA Estudio de la Tecnología de Multiplexación por División en Longitudes de Onda. Autora: Cândida Martins Da Vera Cruz Amadeu. e-mail: candoca4@hotmail.com. Tutor: MSc. PA. Ing. José Domínguez Hernández. Prof. Dpto. de Telecomunicaciones y Electrónica. Facultad de Ing. Eléctrica. Asesor Metodológico de Postgrado. Vicerrectorado de Investig. y Postgrado. UCLV. e-mail: jdomingu@uclv.edu.cu Cotutor: Ing. Osmany Domínguez Hernández. Especialista en Telemática. ETECSA. Santa Clara. 2009 "Año del 50 Aniversario del Triunfo de la Revolución".

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Tutor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) i. PENSAMIENTO. El hombre vivo se ahoga sin aire: Los hombres se ahogan sin vías de comunicaciones. José Martí..

(5) ii. DEDICATORIA. A mi madre Guida y a mis hermanas Ely, Cila, Neyde y Palucha por apoyarme siempre, especialmente en los momentos difíciles durante la carrera.. A mis queridos amigos y a mis compañeros de grupo con los que en varios años en la vida he convivido, aprendido y compartidos tantas cosas buenas..

(6) iii. AGRADECIMIENTOS. A mi madre, que me ha enseñado a valorar la vida, el estudio, el esfuerzo, la necesidad de trazarnos metas en la vida y de luchar por alcanzarlas. Por todo lo que tengo y lo que soy. A mi familia, a Davidson, a mis amigos, a todos en general que ayudaran y contribuyó en mi formación como profesional. A mi tutor por sus enseñanzas y ayuda, por su paciencia y dedicación y por todo su apoyo incondicional. A todos mis profesores que durante estos cincos años de carrera no solo han sido mis formadores sino también mis amigos y consejeros..

(7) iv. TAREA TÉCNICA. 1. Revisión bibliográfica para conocer el estado del arte de las redes ópticas usando Multiplexación por división en longitudes de onda, MDLO (WDM). 2. Estudiar los estándares existentes en relación con esta técnica. 3. Estudiar ejemplos de equipamiento requerido en MDLO. 4. Proponer un documento resumen sobre MDLO y Recomendaciones de posibles campos de aplicación.. Firma de la Autora.. Firma del Tutor..

(8) v. RESUMEN. En el presente trabajo se realiza un estudio general de la tecnología de multiplexación por división en longitudes de onda (WDM), sus diferentes alternativas: aproximada, densa y ultra densa; destacándose sus características, sus aplicaciones, así como ventajas y desventajas de su uso. Se resumen los aspectos más relevantes de las Recomendaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT), relacionadas con la WDM y se analizan los componentes típicamente usados en estos sistemas. A manera de ejemplo se estudian y resumen los aspectos más relevantes de equipos comerciales modernos que utilizan la tecnología WDM. Como conclusiones del trabajo se destacan las grandes posibilidades de estos sistemas en las ampliaciones de las redes ópticas de telecomunicaciones, ya que permiten ampliar las capacidades de transmisión cambiando el equipamiento terminal, multiplicándose así las potencialidades del sistema sin extender nuevas fibras, lo que puede representar un considerable ahorro en las inversiones donde se requiera incrementar la cantidad de canales y la velocidad de transmisión..

(9) vi INDICE. PENSAMIENTO .....................................................................................................................i DEDICATORIA .................................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................ iii TAREA TÉCNICA ................................................................................................................iv RESUMEN ............................................................................................................................. v INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 1 Organización del informe. .................................................................................................. 2 CAPÍTULO 1.. SISTEMAS. DE. MULTIPLEXACIÓN. POR. DIVISIÓN. EN. LONGITUDES DE ONDA Y SUS CARACTERÍSTICAS................................................... 4 1.1. Aspectos teóricos de los sistemas WDM. ................................................................ 4. 1.2. Definición de WDM. ................................................................................................ 4. 1.3. Evolución de la Multiplexación por División en Longitudes de Onda. ................... 5. 1.4. Factores que motivaron el desarrollo de WDM. ...................................................... 7. 1.5. Características generales de la WDM. ..................................................................... 7. 1.5.1. Transmisión con WDM. ................................................................................... 8. 1.5.2. Funcionamiento de un sistema WDM. ........................................................... 10. 1.6. Topologías de las redes WDM. ............................................................................. 11. 1.6.1. Topología punto a punto. ................................................................................ 11. 1.6.2. Topología de anillo. ........................................................................................ 12. 1.7. Los tipos de WDM. ................................................................................................ 13. 1.8. Ventajas de WDM. ................................................................................................. 13. 1.8.1. Desventajas de WDM. .................................................................................... 14. 1.8.2. Aplicaciones de WDM.................................................................................... 15.

(10) vii 1.9. Proveedores. ........................................................................................................... 15. CAPÍTULO 2.. ESTÁNDARES. EXISTENTES. Y. LOS. COMPONENTES. TÍPICAMENTE USADOS EN LOS SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA. ........................................................................ 16 2.1. Estándares de la Unión Internacional de Telecomunicaciones para WDM. .......... 16. 2.2. Componentes típicamente usados en los sistemas WDM. ..................................... 30. 2.2.1. Filtros Ópticos................................................................................................. 31. 2.2.1.1. Filtros ópticos sintonizables............................................................................ 32. 2.2.1.2. Filtros ópticos fijos. ........................................................................................ 34. 2.2.2. Amplificador Óptico (OA, Optical Amplifier). .............................................. 36. 2.2.2.1. Amplificador óptico de Fibra Dopada con Erbio (EDFA, Erbium Doped. Fiber Amplifier). ............................................................................................................... 36 2.2.2.2. Características típicas de los EDFA................................................................ 37. 2.2.2.3. Principio de funcionamiento. .......................................................................... 37. 2.2.3. Multiplexores y demultiplexores ópticos. ....................................................... 38. 2.2.3.1. Demultiplexores basados en difracción. ......................................................... 39. 2.2.3.2. Demultiplexores basados en filtros y acopladores. ......................................... 39. 2.2.3.3. Multiplexores ópticos de inserción/extracción (OADM, Optical Add/Drop. Multiplexer). ..................................................................................................................... 39 2.2.3.4. Multiplexores ópticos de inserción/extracción reconfigurables (ROADM,. Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer). .............................................................. 39 2.2.4. Crosconector (Cross Connect). ....................................................................... 40. 2.2.5. Conversión de longitud de onda. .................................................................... 41. CAPÍTULO 3.. EQUIPAMIENTO. USADO. EN. LOS. SISTEMAS. DE. MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA (WDM). ............. 42 3.1. Unidades transpondedoras ópticas. ........................................................................ 43.

(11) viii 3.1.1 3.2. Unidad de conversión de longitudes de onda de 10 Gbps:TN11LSXR. ........ 44. Unidades de tributarios y de líneas. ....................................................................... 48. 3.2.1. Unidad de convertidora entre 4 crosconectores (4xODU1) y la parte WDM. (OTU2): NS2; TN11NS2. ............................................................................................. 48 3.3. Unidades crosconectoras. ....................................................................................... 52. 3.3.1 3.4. Unidades multiplexoras y demultiplexoras ópticas................................................ 55. 3.4.1 3.5. Unidad crosconctoras: XCS; TN11XCS........................................................ 52. Unidad de multiplexación de 40 canales: M40; TN11M40. .......................... 55. Unidades multiplexoras óptica de inserción y extracción de canales (add and drop. multiplexers). .................................................................................................................... 59 3.5.1. Unidad multiplexora de 8 canales ópticos de inserción y extracción: MR8;. TN11MR8. .................................................................................................................... 59 3.6. Unidades multiplexoras ópticas de inserción y extracción de canales. reconfigurables.................................................................................................................. 63 3.6.1. Unidad multiplexora óptica reconfigurable de insercón y extracción de. canales: RMU9; TN11RMU9. ...................................................................................... 63 3.7. Unidades amplificadoras ópticas............................................................................ 67. 3.7.1 3.8. Unidad amplificadora óptica: OAU1;TN11OAU1. ........................................ 68. Sistema WDM OSN 6800. ..................................................................................... 71. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................... 73 Conclusiones. .................................................................................................................... 73 Recomendaciones ............................................................................................................. 74 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. ................................................................................ 75 GLOSARIO DE ACRÓNIMOS. .......................................................................................... 78.

(12) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. Los avances actuales de las telecomunicaciones, la electrónica y la informática han revolucionado tanto las redes como los servicios telemáticos, brindando la posibilidad de transmitir una gran cantidad de información con fiabilidad y seguridad para satisfacer la necesidad de los usuarios mediante el establecimiento de redes de gran capacidad y ancho de banda, no obstante, a nivel mundial es creciente la demanda de capacidad de comunicación para diversas aplicaciones, ya sea de voz, imágenes, video y fundamentalmente para satisfacer el crecimiento vertiginoso del uso de Internet. Las redes se han multiplicado, el surgimiento de las comunicaciones ópticas ha permitido grandes crecimientos tanto en las redes locales, metropolitanas y las de rango extendido. Más recientemente han evolucionado técnicas de transmisión por Fibras Ópticas que han permitido incrementar sustancialmente las capacidades tanto de enlaces ya existentes como de enlaces nuevos de comunicaciones ópticas, nos referimos a las tecnologías que constituyen el objeto de estudio en este trabajo, los llamados sistemas de Multiplexación por División de Longitudes de Onda (MDLO), conocidos por su nombre y sigla en la literatura en idioma inglés: Wavelength Division Multiplexing (WDM) que permite la transmisión simultánea de señales utilizando diferentes longitudes de onda (canales ópticos) por una misma fibra óptica, logrando así aumentar en gran medida la capacidad del medio de transmisión. La tecnología de Multiplexación por División en Longitudes de Onda (MDLO), WDM (Wavelength Division Multiplexing), a pesar de existir desde hace varios años, es hoy en día uno de los temas de mayor interés dentro del área de la infraestructura de redes ópticas, WDM se ha consolidado como una de las tecnologías favoritas, debido a las enormes ventajas que ofrece al potenciar el ancho de banda. Son cada vez más las redes de cables ópticos que la utilizan para ofrecer multi-servicios. Objetivo general:.

(13) INTRODUCCIÓN. 2. Estudio de los fundamentos de los sistemas de multiplexación por división de longitudes de onda (WDM), desde conceptos básicos, características, los tipos, aplicaciones hasta el equipamiento típicamente usado en los mismos. Objetivo específicos: 1. Estudiar el estado del arte en las comunicaciones por fibra óptica que aplican las técnicas de Multiplexación por División en Longitudes de Onda (Wavelength Division Multiplexing; WDM). 2. Contribuir a buscar, organizar y presentar la información básica sobre los sistemas MDLO. (WDM). 3. Presentar los estándares que rigen estos sistemas MDLO. 4. Presentar y describir equipamiento básico utilizado en estos sistemas. 5. Formular Recomendaciones sobre posible utilización. Organización del informe. El informe de este trabajo ha sido organizado en: introducción, desarrollo (compuesto de tres capítulos), conclusiones, Recomendaciones, referencias bibliográficas y glosario de acrónimos. A continuación se describe brevemente el contenido de los tres capítulos.. Capitulo 1: Sistemas de Multiplexación por División en Longitudes de Onda y sus características. Este capítulo aborda fundamentalmente los aspectos teóricos del sistema Multiplexación por División en Longitudes de Ondas (MDLO), su evolución, definiciones, factores que motivaron su desarrollo, características generales de funcionamiento, topologías usadas, clasificación, ventajas, desventajas, aplicaciones y finalmente algunos de los principales proveedores existentes acerca del mismo.. Capítulo 2: Estándares existentes y los componentes típicamente usados en los sistemas Multiplexación por División en Longitudes de Onda (WDM ). En este capítulo se explican las diversas Recomendaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT-T) relacionadas con el tema, que se utilizan internacionalmente para diferentes tipos de WDM (WDM, CWDM, DWDM). También en la parte final se ofrece una breve descripción de los componentes típicamente usados en los sistemas WDM..

(14) INTRODUCCIÓN. 3. Capítulo 3: Equipamiento usado en los sistemas Multiplexación por División en Longitudes de Onda. En este capítulo se brinda, a manera de ejemplo, la información básicas de los algunos componentes fundamentales en los sistemas de comunicaciones que utilizan Multiplexación por División en Longitudes de Onda (WDM)..

(15) CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA Y SUS CARACTERÍSTICAS.. 4. CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA Y SUS CARACTERÍSTICAS.. Este capítulo se dedica al estudio de los sistemas Multiplexación por División de Longitudes de Onda (MDLO), los factores que motivaron el desarrollo, definición, sus características, los tipos de sistemas, aplicaciones, ventajas y dificultades que pueden existir en los mismos.. 1.1. Aspectos teóricos de los sistemas WDM.. Las tecnologías de transmisión por fibra óptica han evolucionado en la última década debido a la creciente demanda de servicios de alta velocidad y gran ancho de banda. Este hecho está provocando cambios sustanciales en las arquitecturas de las redes ópticas principalmente por las grandes prestaciones alcanzadas con la tecnología de Multiplexación por División de Longitud de Onda (MDLO), que en inglés se conoce por su sigla WDM (Wavelength Division Multiplexing), universalmente difundida en la literatura técnica, y que también usaremos en nuestro trabajo.. 1.2. Definición de WDM.. La Multiplexación por División de Longitudes de Onda o WDM (Wavelength Division Multiplexing) es una tecnología que multiplexa varias señales ópticas sobre una sola fibra óptica mediante portadoras ópticas de diferentes longitudes de onda, usando luz procedente de un láser o un diodo emisor de luz. (LED, Light Emitting Diode).. En un sistema WDM, las señales multiplexadas en longitudes de onda, viajan a través del enlace de fibra óptica y sus señales componentes son demultiplexadas en el receptor. En este tipo de sistema, cada señal de entrada es independiente de las otras. De esta manera, cada canal óptico tiene su propio ancho de banda dedicado, llegando todas las señales al destino al mismo tiempo..

(16) CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA Y SUS CARACTERÍSTICAS.. 5. El rango de longitudes de onda utilizado en la fibra puede dividirse en varias bandas, cada uno de estos canales, a distinta longitud de onda, puede transmitir señales de diferentes velocidades y formatos, así como diferentes protocolos de comunicación, donde comúnmente se encuentran SONET/SDH, ATM, PDH, etc.(Cisco, 2001) Los enlaces de comunicación óptica permiten el envío simultáneo de diferentes longitudes de onda a través de una sola fibra dentro de la banda espectral que abarca los 1300 y los 1600 nm. Ésta es una importante característica, posible gracias a la tecnología WDM, que consiste en combinar varias longitudes de onda dentro de la misma fibra. Conceptualmente, esta forma de multiplexación es semejante a Multiplexación por división de frecuencia (FDM, por sus siglas en inglés de: Frequency Division Multiplexing), utilizada ampliamente en el pasado en los sistemas de línea de conductores metálicos, así como en sistemas satelitales y de microondas. Mientras que FDM consiste en transmitir varias señales al mismo tiempo a través de un solo canal de banda ancha, modulando primero cada una de ellas una subportadora distinta y posteriormente reuniéndolas para formar una sola señal multiplexada, en WDM se reúnen diferentes longitudes de onda para formar la señal que se transmitirá. De manera similar a otras formas de multiplexación, WDM requiere que cada longitud de onda sea debidamente espaciada de las demás, con el propósito de evitar la interferencia intercanales. (Siera, 2001).. Figura 1.1 - Sistema WDM.. 1.3. Evolución de la Multiplexación por División en Longitudes de Onda.. La multiplexación por división en longitudes de onda (WDM) empezó a finales de la década de 1980 usando diferentes longitudes de onda a través de una sola fibra dentro de la banda espectral que abarca los 1300 y los 1600 nm a veces llamada WDM de banda ancha (Wideband WDM). Una de las fibras se usaba para transmitir en un sentido y la otra en el sentido contrario. Al inicio de la década de 1990 vino la segunda generación de WDM, a veces llamada WDM de banda.

(17) CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA Y SUS CARACTERÍSTICAS.. 6. estrecha (Narrowband WDM) en que se usaban de 2 a 8 canales, que generalmente se clasifican como sistemas de WDM aproximada (CWDM), donde los canales están espaciados en un intervalo de unos 400 GHz en la ventana de 1550 nm y conservan una amplia gama de aplicaciones en la actualidad. A mediados de la década de 1990 surgen los llamados sistemas WDM densos (DWDM). Los sistemas DWDM que estaban emergiendo consistían de 16 a 40 canales y un espaciado de 100 a 200 GHz. Los sistemas DWDM evolucionaron hasta el punto de tener de 64 a 160 canales en paralelo en una fibra óptica, espaciados cada 100, 50, 25 o 12.5 GHz y los más recientes, los Ultra-densos (UDWDM) que pueden constar de 160 a 320 canales en paralelo y espaciados cada 25 o 12.5 GHz, entre la tercera ventana (banda C) 1550 nm y la cuarta ventana (banda L) cercana a 1625 nm (Cardozo, 2007).. Tabla 1.1 - Evolución de WDM. Como puede verse, la evolución de esta tecnología ha permitido un incremento en el número de longitudes de onda, acompañado de una disminución en el espaciamiento entre las mismas. Con el crecimiento en la densidad de longitudes de onda, los sistemas también avanzaron en la flexibilidad de configuración, por medio de funciones de adición/sustracción (Add/Drop) y capacidades de administración. El incremento de la densidad de canales, como resultado de la tecnología DWDM, tiene un impacto muy significativo en la capacidad de transmisión en la fibra. A manera de ejemplo en 1995, cuando los primeros sistemas a 10 Gbps se pusieron en práctica, la tasa de incremento de la capacidad de los enlaces creció de un múltiplo lineal de cuatro cada cuatro años a cuatro cada año. (Ver Figura 1.3)..

(18) CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA Y SUS CARACTERÍSTICAS.. 7. Figura 1.2 - Crecimiento de la capacidad en la fibra.. Los sistemas más recientemente, los ultra-densos (UDWDM), además del elevado número de canales ópticos en la fibra, transmiten a velocidades da 10 Gbps y 40 Gbps por canal, con lo que estos sistemas UDWDM han permitido incrementos muy grandes en la capacidad de canales, para brindar mejor satisfacción de la demanda creciente de los usuarios.. 1.4. Factores que motivaron el desarrollo de WDM.. • Necesidad de redes de gran capacidad y ancho de banda para soportar el crecimiento del tráfico resultante de la explosión de los servicios en-línea de banda ancha producida en los últimos años. • Diversidad de protocolos de comunicación utilizados, incompatibles unos con otros. • Multiplexación por División en el Tiempo (TDM, Time Division Multiplexing) típicamente no logra velocidades de transmisión mayores a 10 Gbps (Excepcionalmente en sistemas muy modernos 40 Gbps) por limitaciones de los dispositivos electrónicos para conmutar mayores velocidades. • Imposibilidad con las técnicas actuales de utilizar eficientemente todo el ancho de banda disponible en las fibras ópticas (100 nm - 12.5 THz) (Arcos, 2006).. 1.5. Características generales de la WDM.. Los sistemas de comunicación que utilizan como medio de transmisión una fibra óptica se basan en inyectar en un extremo de la misma la señal a transmitir (previamente la señal eléctrica procedente del emisor se ha convertido en óptica mediante un LED o Láser y ha modulado una.

(19) CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA Y SUS CARACTERÍSTICAS.. 8. portadora óptica) que llega al extremo receptor atenuada y probablemente con alguna distorsión debido a la dispersión cromática propia de la fibra, donde se recibe y un fotodetector que la convierte en eléctrica, se decodifica y pasa al receptor para su lectura y procesamiento. El receptor que se emplea con los sistemas de fibra óptica puede tener diferentes tipos de fotodetectores y su selección depende de varios factores, ya que algunas fuentes de luz se adaptan mejor a unos tipos que a otros y la eficiencia de conversión opto-eléctrica también es diferente.. Los dos métodos tradicionales para la multiplexación de señales en un sistema de fibra óptica que utiliza luz coherente (láser) han sido TDM y FDM que es el que se aplica en WDM, si tenemos en cuenta la correspondencia entre longitud de onda y frecuencia. Contrario a lo que ocurre en TDM, WDM suministra cada señal en una frecuencia láser diferente, de tal manera que cada una puede separarse mediante filtrado en el receptor.. En distancias como las que cubren muchos enlaces de comunicaciones se requiere el uso de amplificadores/repetidores que regeneren la señal cada cierta distancia que, primero convierten la señal óptica degradada en eléctrica, la amplifican y la vuelven a convertir en óptica mediante un transductor electro-óptico, típicamente un diodo láser, para inyectarla de nuevo en la fibra óptica, todo un proceso complejo y que introduce retardos debido a los dispositivos electrónicos por los que ha de pasar la señal. Este inconveniente se evita si todo el camino es óptico, algo que ya es posible gracias al uso de amplificadores ópticos y otros componentes del sistema, donde no es necesario convertir la señal óptica en eléctrica (Sotos, 2009).. 1.5.1 Transmisión con WDM. Al implementar tecnologías WDM, los multiplexores tienen que utilizar fuentes láser con diferentes longitudes de onda, de manera que estas fuentes se sintonicen de acuerdo a las longitudes de onda o bandas específicas del multiplexor, lográndose así que cada canal óptico tenga su longitud de onda apropiada, se evite la interferencia entre ellos y se posibilite la separación de los canales en el extremo demultiplexor. La distribución de las longitudes de onda en cada uno de los sistemas WDM posibles actualmente se encuentra estandarizada en las Recomendaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU-T por su sigla en inglés), aspecto que se tratará en el Capítulo 2 de este trabajo..

(20) CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA Y SUS CARACTERÍSTICAS.. 9. Antes del surgimiento e implementación de la tecnología WDM, siempre eran necesarias dos fibras en un sistema de comunicación. Una de ellas conectada al transmisor óptico, mientras que la otra al receptor, permitiendo una comunicación bidireccional, conocida como "full-dúplex", mediante las dos fibras ópticas. Con la aplicación de WDM, sólo se requiere de una fibra para proporcionar comunicación "full-dúplex" para la totalidad de los canales del sistema, aunque en la actualidad también se producen multiplexores unidirecciones.. Figura 1.4 - Sistema de comunicación por FO tradicional.. Por ejemplo, en un sistema WDM de cuatro canales (longitudes de onda) se tienen dos sistemas de comunicación "full-dúplex" a través de una sola fibra; para ocho canales WDM se mantendrían cuatro sistemas de comunicación "full-dúplex" en la misma fibra. En consecuencia, es muy notable la reducción de fibra óptica de la planta (Siera, 2001).. Figura 1. 4 - Sistema de comunicación por F.O. con WDM..

(21) CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA Y SUS CARACTERÍSTICAS.. 10. 1.5.2 Funcionamiento de un sistema WDM. En su núcleo, WDM involucra un pequeño número de funciones de capa física. Estas son mostradas en la Figura 1.6, con un sistema WDM de cuatro canales. Cada canal óptico ocupa su propia longitud de onda.. Figura1.5 - Esquema funcional WDM.. El sistema ejecuta las siguientes funciones principales (Cisco, 2001): • Transmisores: Como primer elemento de la red se encuentra la fuente que emite la señal en el rango óptico del espectro electromagnético, es decir, una fuente que genera señales luminosas y que consiste normalmente en un diodo láser. La fuente, en este caso lleva los datos digitales modulados así como señales analógicas. • Multiplexación: Los sistemas WDM emplean multiplexores para combinar las señales. Existe una pérdida asociada con la multiplexación y demultiplexación. Esta pérdida es dependiente del número de canales, pero puede ser disminuida con el uso de amplificadores ópticos, los que amplifican todas las longitudes de onda directamente, sin conversión eléctrica. • Transmisión en la fibra: Los efectos de la diafonía (Crosstalk) y la degradación de la señal óptica o pérdidas pueden afectar la transmisión óptica. Estos efectos pueden ser minimizados controlando algunas variables, tales como: espaciamiento de canales, tolerancia de longitudes de onda y niveles de potencia del láser, aspectos que están estandarizados en las Recomendaciones de la ITU-T. En dependencia de la distancia del enlace de transmisión, la señal puede necesitar ser amplificada ópticamente..

(22) CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA Y SUS CARACTERÍSTICAS.. 11. • Demultiplexación: En el receptor, las señales multiplexadas tienen que ser separadas. Esta tarea en principio es el proceso opuesto a la multiplexación de señales y presenta pérdidas asociadas, por lo que normalmente se utilizan los amplificadores ópticos para compensarlas. (Pre-amplificadores). • Receptores: Las señales ópticas demultiplexadas se reciben y convierten en señales eléctricas mediante un fotodetector. Además de estas funciones, un sistema WDM podría ser equipado con una interfaz ClienteEquipo para recibir la señal de entrada. Esta función se desempeña por transpondedores individuales, que convierten las señales ópticas en eléctricas y las conducen mediante interfaces estándar hacia el “cliente” . 1.6. Topologías de las redes WDM.. La capa óptica en las redes WDM puede ser capaz de soportar muchas topologías, de forma similar a las redes ópticas que no usan esta tecnología y dado el desarrollo creciente e impredecible en esta área, estas topologías deben ser flexibles, algo que se logra con grandes facilidades con la implementación adecuada de las diferentes opciones que brindan los componentes de los sistemas WDM (capítulos 2 y 3). Las principales topologías más usadas en WDM son las de punto-a-punto y anillo (Cardozo, 2007).. 1.6.1 Topología punto a punto. La topología punto-a-punto puede ser implementada con o sin OADMs (Multiplexores de Inserción/Extracción), que son dispositivos que proporcionan flexibilidad en la red (serán descritos en los capítulos 2 y 3). Estas redes están caracterizadas por velocidades de canales ultra rápidas (10 a 40 Gbps.), alta integridad y confiabilidad de la señal, y rápida restauración de trayectoria. En redes de largo alcance (long-haul), la distancia entre transmisor y receptor puede ser varios cientos de kilómetros, y el número de amplificadores requeridos entre ambos puntos es típicamente menor que 10. En redes metropolitanas (MANs), frecuentemente los amplificadores no son necesarios. La protección en topologías punto-a-punto puede garantizarse duplicando los caminos para lograr redundancia. En los equipos de primera generación, la redundancia es a nivel del sistema, donde ambos sistemas se conectan a través de líneas paralelas redundantes. En los equipos de segunda.

(23) CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA Y SUS CARACTERÍSTICAS.. 12. generación, la redundancia es a nivel de tarjeta, donde líneas paralelas conectan un solo sistema en ambos extremos que contienen transpondedores, multiplexores y CPUs redundantes. [5]. Figura 1.6 - Punto a Punto.. 1.6.2 Topología de anillo. Los anillos son las arquitecturas más comúnmente encontradas en áreas metropolitanas y en tramos de unas pocas decenas de kilómetros. La fibra del anillo puede contener al menos cuatro canales de longitudes de onda. Con el uso de OADMs, los que “bajan y suben” longitudes de onda al sistema en forma transparente, es decir, que las otras longitudes de onda no se ven afectadas, permiten a los nodos tener acceso a los elementos de red, tales como routers, switches y servidores, con la inserción y extracción de canales de longitudes de onda en el dominio óptico, sin tener que hacer la conversión a señal eléctrica. Cuando el anillo es grande, crece el número de OADMs requeridos, los que introducen pérdidas y se pueden requerir amplificadores ópticos. Para la protección en esta topología se utiliza el esquema 1+1. Se tiene dos líneas de conexión, la información se envía por una de ellas. Si este anillo falla, se cambia la trayectoria al otro anillo..

(24) CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA Y SUS CARACTERÍSTICAS.. 13. Figura.1.7 - Topología anillo.. 1.7. Los tipos de WDM.. En el sistema WDM se distinguen típicamente 3 familias de sistemas, aunque a veces los que caen en la categoría DWDM se subdividen en tres sobre la base de la red donde se encuentran implementados. Así las familias fundamentales que se encuentran son (Tejedor, 2006): • CWDM. (Multiplexación por División Aproximada de Longitudes de Onda) (Coarse Wavelength Division Multiplexing). • DWDM (Multiplexación por División de Longitudes de Onda Densa), metropolitano. • DWDM (Multiplexación por División de Longitudes de Onda Densa) de larga distancia. • DWDM (Multiplexación por División de Longitudes de Onda Densa) de ultra larga distancia. • UDWDM (Multiplexación por División de Longitudes de Onda Ultra densa) (Ultra Dense Wavelength Division Multiplexing).. 1.8. Ventajas de WDM.. La multiplexación por división en longitud de onda (WDM) no es solo una técnica para ampliar la capacidad de una red de fibra óptica sino más bien es una tecnología robusta en el ¨backbone¨ de redes multi-servicios y redes de acceso móvil, que permite satisfacer el crecimiento en volumen y complejidad que presenta los servicios de telecomunicaciones. La utilización de tecnologías WDM aporta una serie de ventajas importantes, entre las que se destacan (Barría, 2006):.

(25) CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA Y SUS CARACTERÍSTICAS.. 14. • Aumenta enormemente la capacidad de una red de fibra óptica, lo que se considera la aplicación clásica de WDM. Esto se debe principalmente a la posibilidad de transmitir varios canales ópticos dentro de una sola fibra óptica y a las altas tasas de transmisión que soporta. • Permite transportar cualquier formato de transmisión en cada canal óptico. Así, sin necesidad de utilizar una estructura común para la transmisión de señales, es posible utilizar diferentes longitudes de onda para enviar información sincrónica o asincrónica, analógica o digital, a través de la misma fibra. • Permite utilizar la longitud de onda como una nueva dimensión, en el diseño de redes de comunicación. • Para usar tecnología WDM se debe contar con una unidad de equipamiento en ambos extremos de cada enlace de fibra. Además, para cada longitud de onda o canal en uso, se debe instalar el equipo de canal en ambos extremos del enlace. Cada canal WDM puede ser bidireccional y tiene la misma capacidad que un par de fibras que no usen WDM. • Permite conmutar velocidades de transmisión más elevadas operando directamente sobre las portadoras ópticas (no necesita conversión optoelectrónica). • Permite incorporar diferentes tipos de tráfico sobre la misma red, evitando los problemas de compatibilidad de protocolos.. 1.8.1 Desventajas de WDM. • Las características de las fibras influyen de manera directa en las prestaciones de WDM, pudiendo llegar a limitarlas de manera considerable. Por esto predominan los sistemas WDM en fibras monomodo. • Se requieren componentes ópticos (láseres, receptores ópticos, fibras ópticas) de gran calidad, que elevan el costo de la solución. • Hay muchos parámetros que difieren en función del suministrador (como la distancia máxima sin amplificación, el número de canales por fibra, el ancho de banda de cada canal o la tasa óptica de salida) y que van a influir de manera directa en la configuración y las prestaciones de los sistemas..

(26) CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA Y SUS CARACTERÍSTICAS.. 15. 1.8.2 Aplicaciones de WDM. Los sistemas WDM se utilizan en redes locales, en telecomunicaciones de larga distancia, en telecomunicaciones de banda ancha, que sirven de soporte a diversas aplicaciones, tales como: • Enlaces submarinos. • Red de acceso. • Sistemas de enlaces terrestres punto a punto de larga distancias (4, 8, 16 y 32 x 2.5 Gbps entre otros).. • Enlaces punto multipunto haciendo uso de TDM a 10 Gbps. • Soporte para muchas aplicaciones como: Video teléfono, Video conferencia, Distribución de TV, Multimedia Internet y Audio.. • En cortas distancias y en redes LAN y MAN. • Redes ópticas pasivas (PON), para proporcionar un acceso de gran ancho banda, tanto en el hogar como en la oficina. (Luimi, et al., 2002).. 1.9. Proveedores.. Los principales proveedores de redes ópticas de alta velocidad son los clásicos del servicio telefónico, como Alcatel, Lucent, Nortel, Fujitsu, Siemens y los que vienen de las redes de datos, como Cisco, Huawei, UT StarCom. Los tres grandes, Alcatel, Nortel y Cisco, tienen el 20% cada uno del mercado de equipos de redes de alta velocidad de nueva generación. Todos con una amplia gama de productos en este campo. En el capítulo 3 se describen las características de algunos equipos a manera de ejemplo. (Aguilera, 2007).

(27) CAPÍTULO 2. ESTÁNDARES EXISTENTES Y LOS COMPONENTES TÍPICAMENTE USADOS EN LOS SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA.. 16. CAPÍTULO 2. ESTÁNDARES EXISTENTES Y LOS COMPONENTES TÍPICAMENTE USADOS EN LOS SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA.. En este capítulo se hace una descripción de los diversos estándares usados internacionalmente para los diferentes tipos de WDM (WDM, CWDM, DWDM) y también una breve descripción de los componentes típicamente usados en ellos.. 2.1. Estándares de la Unión Internacional de Telecomunicaciones para WDM.. Para garantizar la compatibilidad de los productos de distintos fabricantes y diseñadores de equipos, la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT), conocida igualmente por su sigla en inglés ITU-T (International Telecommunication Union – Telecommunication) ha establecido diversos estándares para los sistemas WDM, dados en las siguientes Recomendaciones:. I. Recomendación UIT-T G.692. Interfaces ópticas para sistemas multicanales con amplificadores ópticos.. Esta Recomendación especifica las interfaces de los sistemas de línea ópticos multicanales a fin de conseguir compatibilidad transversal entre dichos sistemas. La presente Recomendación define los parámetros de las interfaces de los sistemas de cuatro, ocho y dieciséis velocidades binarias de hasta STM-16 sobre fibra óptica, tal como se describe en las Recomendaciones G.652, G.653 y G.655, con una distancia entre amplificadores de 80 km, 120 km y 160 km y un objetivo de distancia entre regeneradores de hasta 640 km. Para facilitar la selección de las frecuencias centrales de los canales se especifica una gama de frecuencias con su.

(28) CAPÍTULO 2. ESTÁNDARES EXISTENTES Y LOS COMPONENTES TÍPICAMENTE USADOS EN LOS SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA.. 17. referencia a 193,1 THz con separaciones entre canales que son múltiplos enteros de 50 GHz y 100 GHz. Esta Recomendación se aplica principalmente a sistemas multicanales punto a punto. No se han considerado aspectos específicos de sistemas ópticos de extracción e inserción. Además pretende describir sistemas de línea ópticos con las características siguientes: • Número máximo de canales: 4, 8, 16, 32 o más. • Tipos de señales: STM-4, STM-16 y STM-64. • Transmisión sobre una única fibra: unidireccional o bidireccional. Esta Recomendación se ha elaborado en base a la experiencia existente con amplificadores de fibra óptica Dopada con Erbio (EDFA, Erbium Doped Fiber Amplifiers) trabajando en la región de longitud de onda de 1550 nm. Además no excluye la incorporación futura de nuevos amplificadores ópticos que trabajen en regiones de longitud de onda diferentes, incluida la región de 1310 nm.. Frecuencia centrales nominales. El tabla 2.1 enumera las frecuencias centrales en base a separación mínima de canales de 50 GHz referenciados con respecto a la frecuencia de 193,10 THz. Nótese que el valor de "c" (velocidad de la luz) que debe utilizarse para la conversión entre frecuencia y longitud de onda es de 2,99792458 × 108 m/s..

(29) CAPÍTULO 2. ESTÁNDARES EXISTENTES Y LOS COMPONENTES TÍPICAMENTE USADOS EN LOS SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA.. Frecuencias centrales. Frecuencias centrales. Longitudes de onda. nominales (THz) para. nominales (THz) para. central nominal (nm). separaciones de 50 GHz. separaciones de 100 GHz y. 18. superiores 193,50. 193,50. 1549,32. 193,45. –. 1549,72. 193,40. 193,40. 1550,12. 193,35. –. 1550,52. 193,30. 193,30. 1550,92. 193,25. –. 1551,32. 193,20. 193,20. 1551,72. 193,15. –. 1552,12. 193,10. 193,10. 1552,52. 193,05. –. 1552,93. 193,00. 193,00. 1553,33. 192,95. –. 1553,73. 192,90. 192,90. 1554,13. NOTA – Los valores extremos de esta tabla sólo tienen carácter ilustrativo. Está previsto que los sistemas multicanales evolucionen de forma que incluyan frecuencias más allá de esos límites. Tabla 2.1 - G.692 – Frecuencias centrales nominales.. Selección de la separación mínima de canales y de la frecuencia de referencia de la rejilla del plan de multiplexación por división de longitud de onda (WDM).. La frecuencia de referencia de 193,10 THz usada en la tabla, se ha elegido en parte para no establecer una frecuencia de referencia absoluta (AFR por su sigla inglés Absolute Frequency Reference) en base a una situación particular (la selección de una AFR en concreto será función de las diversas aplicaciones posibles). No obstante, el valor de 193,10 THz está próximo a varias de las propuestas de AFR. Se ha elegido una separación mínima de canales de 100 GHz, y subsiguientemente de 50 GHz, en base a las consideraciones siguientes:.

(30) CAPÍTULO 2. ESTÁNDARES EXISTENTES Y LOS COMPONENTES TÍPICAMENTE USADOS EN LOS SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA.. 19. En primer lugar, se ha acordado que la separación de canales sea múltiplo de 25 GHz. Se ha determinado que una separación de 100 GHz, y subsiguientemente de 50 GHz, proporciona la flexibilidad necesaria para satisfacer varios requisitos de aplicación de la Recomendación G.692. Los múltiplos de la separación de canal mínima pueden cumplir con estos requisitos en lo que se refiere al rango de ganancia utilizable del EDFA y a la capacidad (Nota: En Recomendaciones posteriores la separación entre canales se ha variado, permitiéndose hasta 12,5 GHz). (ITU-T, 1998). II. Recomendación. UIT-T. G.694.1.. Planes. espectrales. para. las. aplicaciones. de. multiplexación por división de longitud de onda: Plan de frecuencias con multiplexación por división de longitud de onda densa.. En esta Recomendación se presenta un plan de frecuencias para aplicaciones de multiplexación por división de longitud de onda densa (DWDM). El plan de frecuencias que se define en esta Recomendación soporta diversos espaciamientos de canal que abarcan de 12,5 GHz hasta 100 GHz y espaciamientos mayores (múltiplos enteros de 100 GHz). Así mismo, se pueden utilizar espaciamientos no uniformes entre canales. El espaciamiento de frecuencia actual entre canales resulta de la evolución histórica del plan inicial de 100 GHz, que se ha subdividido sucesivamente por factores de dos.. Frecuencias centrales nominales para sistemas con WDM densa. Las frecuencias (en THz) permitidas, para espaciamientos de canales de 12,5 GHz en una fibra, se definen de la siguiente manera: 193,1 + n × 0,0125, donde n es un entero positivo o negativo incluido el 0. Las frecuencias (en THz) permitidas, para espaciamientos de canales de 25 GHz en una fibra, se definen de la siguiente manera: 193,1 + n × 0,025, donde n es un entero positivo o negativo incluido el 0.. Las frecuencias (en THz) permitidas, para espaciamientos de canales de 50 GHz en una fibra, se definen de la siguiente manera: 193,1 + n × 0,05, donde n es un entero positivo o negativo incluido el 0..

(31) CAPÍTULO 2. ESTÁNDARES EXISTENTES Y LOS COMPONENTES TÍPICAMENTE USADOS EN LOS SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA.. 20. Las frecuencias (en THz) permitidas, para espaciamientos de canales de 100 GHz en una fibra, se definen de la siguiente manera: 193,1 + n × 0,1, donde n es un entero positivo o negativo incluido el 0. En la Tabla 2.2 se indican algunas frecuencias centrales nominales en las bandas C y L, basadas en el espaciamiento de canal mínimo de 12,5 GHz, referidas a una frecuencia de 193,1 THz.. Longitudes de ondas Frecuencias centrales nominales (THz) para espaciamientos de. centrales nominales (nm) aproximadas. 100 GHz y 12,5 GHz. 25 GHz. 50 GHz. espaciamientos superiores. 195,9250. 195,925. –. –. 1530,14. 195,9125. –. –. –. 1530,24. 195,9000. 195,900. 195,90. 195,9. 1530,33. 195,8875. –. –. –. 1530,43. 195,8750. 195,875. –. –. 1530,53. 195,8625. –. –. –. 1530,63. 195,8500. 195,850. 195,85. –. 1530,72. 195,8375. –. –. –. 1530,82. 195,8250. 195,825. –. –. 1530,92. 195,8125. –. –. –. 1531,02. 195,8000. 195,800. 195,80. 195,8. 1531,12. Tabla 2.2- G.694.1 - Ejemplo de frecuencias centrales nominales del plan con DWDM.. También se ilustran los planes de frecuencia de 25, 50 y 100 GHz en la misma región. Los puntos extremos se incluyen a título informativo, y no son normativos. (ITU-T, 2002). III. Recomendación. UIT-T. G.694.2.. Planes. espectrales. para. las. aplicaciones. de. multiplexación por división de longitud de onda: Plan de multiplexación por división aproximada de longitud de onda..

(32) CAPÍTULO 2. ESTÁNDARES EXISTENTES Y LOS COMPONENTES TÍPICAMENTE USADOS EN LOS SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA.. 21. En esta Recomendación se presenta el plan de longitudes de onda para las aplicaciones de multiplexación por división aproximada de longitud de onda (CWDM). Este plan de longitudes de onda soporta un espaciado de canales de 20 nm.. En esta versión de la Recomendación se ha modificado el plan de longitud de onda en 1 nm para adaptarlo a las prácticas habituales en el ámbito industrial, manteniendo al mismo tiempo las desviaciones simétricas de longitud de onda central nominal. Se utilizan las longitudes de onda centrales nominales para sistemas con WDM aproximada como referencia para definir, en cada uno de los canales, el límite de longitud de onda superior y el límite de longitud de onda inferior, que son los que definen los límites de longitud de onda del transmisor bajo cualquier condición y al mismo tiempo, los límites de longitud de onda que han de cumplir las especificaciones de multiplexadores y demultiplexadores ópticos.. El límite de longitud de onda superior es la longitud de onda central del canal más la desviación de longitud de onda central indicada en la Recomendación que define la aplicación. El límite de longitud de onda inferior es la longitud de onda central del canal menos la desviación de longitud de onda central indicada en la Recomendación que define la aplicación. (ITU-T, 2003). La UIT ha estandarizado un conjunto de longitudes de onda (grid CWDM) que consta de 18 longitudes de onda el G.694.2, desde 1271 hasta 1611 nm con una separación entre portadoras de 20 nm como se muestra en la tabla 2.3..

(33) CAPÍTULO 2. ESTÁNDARES EXISTENTES Y LOS COMPONENTES TÍPICAMENTE USADOS EN LOS SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA.. 22. Longitudes de ondas centrales nominales (nm) para un espaciamiento de 20 nm. 1271 1291 1311 1331 1351 1371 1391 1411 1431 1451 1471 1491 1511 1531 1551 1571 1591 1611 NOTA – Los puntos extremos de este cuadro se presentan a título informativo solamente. Tabla 2.3 - G.694.2 – Longitudes de onda centrales nominales.. IV. Recomendación UIT-T G.695. Interfaces ópticas para aplicaciones de multiplexación por división aproximada en longitud de onda.. Esta Recomendación proporciona valores de parámetros ópticos para interfaces de capa física de aplicaciones de multiplexación por división aproximada en longitud de onda (CWDM) que puede tener hasta 16 canales y hasta 2,5 Gbps..

(34) CAPÍTULO 2. ESTÁNDARES EXISTENTES Y LOS COMPONENTES TÍPICAMENTE USADOS EN LOS SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA.. 23. Las aplicaciones se definen empleando dos métodos diferentes, en uno de los cuales se utilizan parámetros de interfaz multicanal y en el otro, parámetros de interfaz monocanal. Se especifican aplicaciones tanto unidireccionales como bidireccionales. En la presente Recomendación se describen sistemas de línea óptica que tienen las características siguientes: • Número máximo de canales: hasta 16. • Velocidad binaria del canal de la señal: hasta 2,5 Gbps NRZ (sin retorno a cero). • El plan de longitudes de onda CWDM se da en [UIT-T G.694.2]. Las especificaciones están organizadas de acuerdo con los códigos de las aplicaciones. A continuación se ilustra con varias tablas como la clasificación de interfaces multicanales que pueden funcionar en fibra G.652, G.653 o G.655, transportando simultáneamente hasta 16 canales, utilizando señales afluentes ópticas de NRZ 1,25Gbps o NRZ 2,5Gbps, según cuál sea el código de la aplicación particular.(ITU-T, 2006) Aplicación. Corto alcance (S, short-haul). Largo alcance (L, long-haul). Tipo de fibra. G.652. G.653. G.655. G.652. G.653. G.655. –. –. –. –. –. –. para la clase NRZ –. –. –. –. –. –. C4S1-. C4S1-. C4S1-. C4L1-. C4L1-. C4L1-. 1D2. 1D3. 1D5. 1D2. 1D3. 1D5. 37. 37. 69. 72. 72. Clase. de. señal. afluente óptica. NRZ. 1,25G Distancia objetivo 1,25G (km) a) Clase. de. afluente. señal óptica:. NRZ 2,5G Distancia objetivo. para la clase NRZ 37 2,5G (km) a) a). Estas distancias objetivo son para clasificación y no para especificación. Tabla 2. 4 - Clasificación de interfaces multicanal unidireccionales de 4 canales..

(35) CAPÍTULO 2. ESTÁNDARES EXISTENTES Y LOS COMPONENTES TÍPICAMENTE USADOS EN LOS SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA.. Aplicación. Corto alcance (S). Largo alcance (L). Tipo de fibra. G.652. G.652. G.653. B-C4L1-. B-C4L1-. 0D2. 0D3. 90. 90. B-C4L1-. B-C4L1-. 1D2. 1D3. 80. 83. Clase de señal afluente óptica. –. NRZ 1,25G Distancia objetivo para clase. –. NRZ 1,25G (km) a) Clase de señal afluente óptica. –. NRZ 2,5G Distancia objetivo para clase. –. NRZ 2,5G (km) a) a). Estas distancias objetivo son para clasificación y no para especificación. Tabla 2.5 - Clasificación de interfaces multicanal bidireccionales de 4 canales.. Aplicación. Corto alcance (S). Largo alcance (L). Tipo de fibra. G.652. G.652. Clase de señal afluente óptica NRZ 1,25G Distancia objetivo para clase NRZ 1,25G (km) a) Clase de señal afluente óptica NRZ 2,5G. –. B-C8L10D2. G.653 B-C8L1-0D3. –. 64. 64. C8S1-1D2. C8L1-1D2 B-C8L1-1D3. B-C8S1-1D2. B-C8L11D2. Distancia objetivo para clase NRZ 2,5G (km) a) a). 27. 55. Estas distancias objetivo son para clasificación y no para especificación. Tabla 2.6 - Clasificación de interfaces multicanal de 8 canales.. 58. 24.

(36) CAPÍTULO 2. ESTÁNDARES EXISTENTES Y LOS COMPONENTES TÍPICAMENTE USADOS EN LOS SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA.. Aplicación. Corto alcance (S). Largo alcance (L). Tipo de fibra. G.652. G.652. Clase de señal afluente óptica. Distancia objetivo para clase. Clase de señal afluente óptica. 42. Distancia objetivo para clase. –. 1D2. –. NRZ 2,5G (km) a). –. B-C12L1-. –. NRZ 2,5G. –. 0D2. –. NRZ 1,25G (km) a). a). B-C12L1-. –. NRZ 1,25G. G.653. 38. –. Estas distancias objetivo son para clasificación y no para especificación. Tabla 2.7 – Clasificación de interfaces multicanales de 12 canales. .. Aplicación. Corto alcance (S). Largo alcance (L). Tipo de fibra. G.652. G.652. G.653. –. –. –. –. –. –. Clase de señal afluente óptica NRZ 1,25G Distancia objetivo para clase NRZ 1,25G (km)a). C16L1Clase de señal afluente óptica C16S1-1D2 NRZ 2,5G. C16S1-1D2. B- 1D2 C16L1-. B-. –. 1D2 Distancia objetivo para clase NRZ 2,5G (km)a) a). 20. 42. –. Estas distancias objetivo son para clasificación y no para especificación. Tabla 2.8 – Clasificación de interfaces multicanales de 16 canales.. 25.

(37) CAPÍTULO 2. ESTÁNDARES EXISTENTES Y LOS COMPONENTES TÍPICAMENTE USADOS EN LOS SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA.. 26. V. Recomendación UIT-T G.697. Supervisión óptica para sistemas de multiplexación por división en longitud de onda densa.. Esta Recomendación define la supervisión óptica (OM, optical monitoring) que puede ser útil a los sistemas de multiplexación por división en longitud de onda densa (DWDM, Dense Wavelength Division Multiplexing) para llevar a cabo las siguientes facilidades (ITU-T, 2004): • Gestión de configuración para la activación de sistemas y canales, adición de nuevos canales, etc. • Gestión de fallos para detectar y aislar fallos. • Gestión de degradación para mantener el sistema en funcionamiento y para detectar degradaciones antes que se produzca un fallo.. Para llevar a cabo los objetivos precedentes, se deberán considerar una o más de las posibilidades de supervisión siguientes para supervisión interna en sistemas DWDM con los datos resultantes disponibles de una ubicación local o desde una ubicación distante. La alternativa sobre la opción que se ha de utilizar depende de las características específicas del sistema DWDM (por ejemplo, longitud, número de tramos, cantidad de canales, inaccesibilidad de los sitios) así como consideraciones sobre costos/beneficios: a) Potencia total a la entrada de las diversas etapas de la amplificación óptica. b) Potencia total a la salida de las diversas etapas de la amplificación óptica. c) Potencia de canal a la salida del transmisor DWDM antes del multiplexor. d) Potencia de canal a la entrada del receptor DWDM después del demultiplexor. e) Potencia de canal a la salida de las diversas etapas de la amplificación óptica. f) Relación señal óptica/ruido del canal a la salida de las diversas etapas de la amplificación óptica. g) Desviación de la longitud de onda del canal al menos en un punto a través del trayecto óptico.. Parámetros de supervisión óptica. A continuación se muestra. de los parámetros ópticos que se pueden medir utilizando la. tecnología actual en sistemas de transmisión óptica: • potencia de canal..

(38) CAPÍTULO 2. ESTÁNDARES EXISTENTES Y LOS COMPONENTES TÍPICAMENTE USADOS EN LOS SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA.. 27. • potencia total. • relación señal /ruido óptica (OSNR, Optical Signal-to-Noise Ratio) cuando no está presente una conformación de ruido significativa. • longitud de onda de canal. • factor Q.. VI. Recomendación UIT-T G.698.1. Aplicaciones multicanal de multiplexación por división en longitud de onda densa con interfaces ópticas monocanal.. Esta Recomendación proporciona valores de parámetros ópticos para interfaces de capa física de sistemas de multiplexación por división en longitud de onda densa (DWDM) destinados a aplicaciones en áreas metropolitanas. Las aplicaciones se definen utilizando parámetros de interfaz óptica en los puntos de conexión monocanal entre los transmisores. ópticos y el. multiplexor óptico así como entre los receptores ópticos y el demultiplexor óptico en el sistema DWDM. En esta Recomendación se utiliza una metodología que fija conjuntamente la atenuación máxima del multiplexor/demultiplexor y de la fibra y, por consiguiente, no especifica explícitamente la longitud máxima del enlace por fibra. Esta Recomendación incluye aplicaciones unidireccionales de DWDM a 2,5 y 10 Gbps con separación de frecuencia entre los canales de 100 GHz. Esta Recomendación define y proporciona valores para parámetros de interfaces ópticas monocanal de aplicaciones DWDM físicas punto a punto y en anillo (con distancia de transmisión entre 30 km y 80 km) en fibras ópticas monocanal mediante el uso del "enlace negro" que significa que se especifican parámetros de interfaz óptica solamente para señales afluentes ópticas (monocanal). Quedan fuera del alcance de la presente Recomendación las aplicaciones que contienen amplificadores ópticos en el enlace negro. Esta Recomendación describe sistemas DWDM con las siguientes características: • Espaciamiento de frecuencia entre canales: 100 GHz y superiores (especificados en [UIT-T G.694.1]). • Velocidad binaria de canal de señalización: hasta 10 Gbps..

(39) CAPÍTULO 2. ESTÁNDARES EXISTENTES Y LOS COMPONENTES TÍPICAMENTE USADOS EN LOS SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA.. 28. Estos sistemas DWDM con interfaces monocanal están diseñados principalmente para ser usados por una variedad de clientes, servicios y protocolos en redes de áreas metropolitanas. Se proporcionan las especificaciones para los parámetros del enlace negro, tales como atenuación máxima, dispersión cromática, rizado y dispersión por modo de polarización. Este enfoque hace posible la compatibilidad transversal en el punto monocanal utilizando una configuración de multiplexación en longitud de onda directa, pero no permite la compatibilidad transversal en los puntos multicanal. En la presente Recomendación sólo se consideran aquellas aplicaciones DWDM en las que el enlace negro no contiene amplificadores ópticos. (ITU-T, 2006) La notación del código de la aplicación se construye como sigue:. DScW-ytz (v). donde: D es el indicador de las aplicaciones DWDM. S indica las opciones de la desviación espectral máxima, de modo que: • N indica desviación espectral restringida; • W indica desviación espectral amplia. c es el espaciamiento de canal en GHz. W es una letra que indica la distancia del tramo, de modo que: • S indica tramo corto; • L indica tramo largo. y indica la clase más alta de señal afluente óptica soportada: • 1 indica NRZ 2,5G; • 2 indica NRZ 10G. t es una letra que indica la configuración soportada por el código de aplicación.. En la presente versión de la Recomendación, el único valor que se emplea es: • D significa que el "enlace negro" no contiene amplificadores ópticos. z indica el tipo de fibra, como sigue: • 2 indica fibra G.652; • 3 indica fibra G.653;.

(40) CAPÍTULO 2. ESTÁNDARES EXISTENTES Y LOS COMPONENTES TÍPICAMENTE USADOS EN LOS SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA.. 29. • 5 indica fibra G.655. • v indica la gama operativa de longitudes de onda en bandas espectrales. Un sistema bidireccional se indica mediante la adición de la letra B al principio del código de aplicación. Para los códigos de aplicación DWDM será el siguiente: B-DScW-ytz (v) Para algunos códigos de aplicación, se añade un sufijo al final del código. El único sufijo que se ha definido hasta la fecha es: • F para indicar que para transmitir esta aplicación se necesitan bytes FEC como se especifica en [UIT-T G.709]. Interfaces monocanal en los puntos de referencia. Se especifican los interfaces monocanal en los puntos de referencia SS (Punto de referencia monocanal en la entrada afluente del elemento de red DWDM, single channel reference point at the DWDM network element tributary input) y RS (Punto de referencia monocanal en la salida afluente del elemento de red DWDM, single channel reference point at the DWDM network element tributary output).. Aplicación. Corto alcance (S). Largo alcance (L). Tipo de fibra. G.652, G.653, G.655. G.652, G.653, G.655. DN100S-1D2(C). DN100L-1D2(C). DW100S-1D2(C). DW100L-1D2(C). DN100S-1D3(L). DN100L-1D3(L). DW100S-1D3(L). DW100L-1D3(L). DN100S-1D5(C). DN100L-1D5(C). DW100S-1D5(C). DW100L-1D5(C). Clase de señal afluente óptica NRZ 2,5G. Tabla 2.13 - Clasificación de aplicaciones.. Las interfaces monocanal descritas en la tabla 2.14 tienen por objeto permitir la compatibilidad transversal en las interfaces monocanal en los puntos inserción/extracción del enlace DWDM..

(41) CAPÍTULO 2. ESTÁNDARES EXISTENTES Y LOS COMPONENTES TÍPICAMENTE USADOS EN LOS SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA.. Parámetro. 30. DN100L-2D2(C) DW100L-2D2(C). DN100L-2D2(C)F. DW100L-2D2(C)F. DN100L-2D3(L) DW100L-2D3(L). DN100L-2D3(L)F. DW100L-2D3(L)F. DN100L-2D5(C) DW100L-2D5(C). DN100L-2D5(C)F. DW100L-2D5(C)F. GHz. 100. 100. __. NZR 2,5 Gbps. NRZ OTU1. Unidades. Información general Separación mínima. entre. canales.. Velocidad binaria/cód.. de. FEC habilitada. línea de señales afluentes ópticas. 10-12. __. 10-12 Tasa máxima de __ errores en los bits.. G.652,G.653,G.655. G.652,G.653,G.655. Tipo de fibra. Tabla2.14 - Parámetros y valores de la capa física para aplicaciones de larga distancia con una separación de 100 GHz de la clase NRZ 2,5Gbps.. 2.2. Componentes típicamente usados en los sistemas WDM.. Para la implementación de sistemas WDM son necesarios diversos componentes que se muestran y describen algunos de ellos a continuación. El principio de funcionamiento en general es complejo y se basa en la física óptica entre otros principios, que se escapan al alcance de este trabajo, por lo que solo se enumeran características principales de algunos de estos dispositivos, sin pretender agotar el tema:.

(42) CAPÍTULO 2. ESTÁNDARES EXISTENTES Y LOS COMPONENTES TÍPICAMENTE USADOS EN LOS SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA.. 31. Figura 2.1 - Componentes típicamente usados en los sistemas WDM.. 2.2.1 Filtros Ópticos. Un. filtro óptico es un medio que sólo permite el paso de luz con ciertas propiedades,. suprimiendo o atenuando la luz restante.. Características generales de un filtro: • Bajas pérdidas de inserción. • Amplio rango de selección. • Diafonía (Crosstalk) despreciable. • Mecanismo de selección de canal rápido. • Sensibilidad a la polarización. • Estabilidad independiente del ambiente. • Bajo costo de producción.. Los filtros ópticos pueden ser: • Sintonizables. • Fijos..

(43) CAPÍTULO 2. ESTÁNDARES EXISTENTES Y LOS COMPONENTES TÍPICAMENTE USADOS EN LOS SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA.. 2.2.1.1. 32. Filtros ópticos sintonizables.. La factibilidad de muchas redes locales WDM dependen de la velocidad y el rango de los filtros sintonizables (Londoño, 2003). Características de los filtros sintonizables: • Estos filtros se caracterizan básicamente por su rango de sintonía y el tiempo de sincronización. • El rango de sintonía determina el acceso a un mayor número de canales. • El tiempo de sintonización es el tiempo que demora el equipo en pasar de una longitud de onda a otra.. Algunos filtros ópticos sintonizables que existen son: • Filtros Fabry-Perot. • Filtros Opto-Acústicos. • Filtros Mach-Zehnder.. Filtros Fabry-Perot. También llamados Interferómetros de Fabry-Perot. Estos filtros tienen su base de funcionamiento en el fenómeno de interferencia de ondas. (Frez y Márquez, 2004) Crosstalk bajo el 10% haciendo posible seleccionar hasta 100 canales (Frez y Márquez 2004). • Características típicas para aplicación en 1550 nm. • BW: 20 - 100 GHz. • Pérdidas de inserción: 0.5 – 35 dB.. . Figura 2.2 - Filtro Fabry Perot..

(44) CAPÍTULO 2. ESTÁNDARES EXISTENTES Y LOS COMPONENTES TÍPICAMENTE USADOS EN LOS SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA.. 33. Filtros Opto-Acústicos. Utilizan la interacción de sonido y luz. Formado por una guía de ondas que soporta los modos TE (transversal eléctrica) y TM (transversal magnética) de bajo orden. • Onda de Radio Frecuencia (RF) (170MHz en LiNBO3) produce una onda acústica, que provoca cambios periódicos en índice de refracción (efecto fotoelástico). • Cuando la onda TE (transversal eléctrica) cumple con la condición de fase (k’ = k ±Ka), la polarización cambia a TM (transversal magnética). K’= número de onda, onda TM; k= número de onda TE; Ka=número de onda acústica.. Figura 2.3 - Opto Acústicos.. Estos filtros son muy efectivos cuando se requieren seleccionar muchos canales simultáneamente, pero limita el número de canales en un sistema multilongitud de onda, debido al espaciamiento entre canales.. Filtro Mach-Zehnder (MZI). • Formado por dos acopladores interconectados a través de 2 canales de diferentes longitudes (modifica la fase de las ondas). • La sintonización se hace a través de un calentador de cromo. • Utilizado como multiplexor y demultiplexor de 2 entradas y 2 salidas. Ventaja: • Buen nivel de Crosstalk. Desventaja:.

(45) CAPÍTULO 2. ESTÁNDARES EXISTENTES Y LOS COMPONENTES TÍPICAMENTE USADOS EN LOS SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA.. 34. • No tienen respuesta plana. • Velocidad de sintonización lenta.. Figura 2.4 - Filtro Mach Zehnder.. 2.2.1.2. Filtros ópticos fijos.. Estos dispositivos cumplen la función de seleccionar una longitud de onda, dentro de una banda. Además, proveen ecualización y filtraje de ruido en amplificadores ópticos, y se clasifican en (Frez y Márquez, 2004): • Filtro Película delgada (Thin-Film). • Filtro Fiber Bragg Gratting.. Filtro de Película delgada (Thin-Film). También llamado de multicapas dieléctricas. Un filtro de estos con sólo una cavidad, actúa como un filtro pasabanda, dejando pasar una sola longitud de onda. Al aumentar el número de cavidades, pasan más longitudes de onda. Ventajas: • Insensible a la polarización de la señal. • Bajas pérdidas. • Respuesta plana. • Corte abrupto. • Estable frente a variaciones de temperatura. Hace que sean muy populares..

(46) CAPÍTULO 2. ESTÁNDARES EXISTENTES Y LOS COMPONENTES TÍPICAMENTE USADOS EN LOS SISTEMAS DE MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN LONGITUDES DE ONDA.. 35. Figura 2.5 - Filtro Thin Film.. Filtro Fiber Bragg Grating. Basados en FBG: Fiber Bragg Grating. • Una pequeña sección de fibra es modificada para crear cambios periódicos en el índice de refracción. • Dependiendo del espacio entre los cambios, cierta frecuencia de la luz se refleja hacia atrás, mientras que el resto de las longitudes de onda pasan a través de la fibra.. Ventajas: • Bajas pérdidas (0.1 dB). • Fácil acoplamiento a fibra. • Alta supresión de Crosstalk (40dB). • Baja sensibilidad a la polarización. • Respuesta suficientemente plana. • Compensan la dispersión.. Desventaja: • La Reflexión no es perfecta..