Sistemas de transmisión de cable submarino Integración de Cuba a la red mundial de cables submarinos

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(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Dpto. Telecomunicaciones y Electrónica. SISTEMAS DE TRANSMISION DE CABLE SUBMARINO. INTEGRACION DE CUBA A LA RED MUNDIAL DE CABLES SUBMARINOS. Tesis presentada en opción al Título Académico de Máster en Telemática. Maestría de Telemática. Autor: Juan Carlos Martínez Brito Tutor: Dr. Pedro Arcos Ríos 2004.

(2) RESUMEN. RESUMEN. El empleo de la fibra óptica para la transmisión internacional es una cuestión sumamente importante para ETECSA por las ventajas que puede aportar. Se puede considerar que un país que no emplee este medio para las comunicaciones internacionales no cuenta con una infraestructura adecuada. Cuba, prácticamente es el único país que no posee acceso a la Red Mundial de Cables Submarinos. Esto es motivado entre otras razones, a que este medio se impuso en la transmisión internacional hace aproximadamente 15 anos y los dueños de infraestructura actuaban de forma tipo club. La entrada de nuevos operadores al mercado ha propiciado un cambio en la propiedad de los mismos mejorando y creando sistemas nuevos que se benefician de los numerosos avances tecnológicos actuales. Si antes prácticamente la única topología existente era la punto a punto con conexiones de capacidad fija, en la actualidad se emplean mucho las redes multipunto con capacidad variable. La motivación para la realización de este trabajo estuvo relacionado precisamente con el interés de nuestra empresa en el empleo de este medio de transmisión. Se estudió la tecnología. empleada en los Sistemas de Cable Submarino de Fibra Óptica y sus. características, así como las normas de la UIT relacionadas con la temática y las experiencias de algunas empresas operadoras y se llegó a: •. Caracterizar las funciones de las estaciones terminales de Cable Submarino.. •. Definir aspectos fundamentales de la localización de fallos.. •. Proponer servicios que se podrían implementar.. •. Proponer formas de operar la red. Todo esto se realizó teniendo presente que eran sólo los primeros pasos en la temática, la cual se podría seguir desarrollando una vez que contemos con la red definitiva y la infraestructura seleccionada..

(3) INDICE. INDICE INTRODUCCION ……………………………………………………………….…1-4. CAPITULO 1 : SISTEMAS DE CABLE SUBMARINO DE FIBRA OPTICA 1.1. GENERALIDADES………………………………………………………….5-6. 1.2. SISTEMAS DE CABLE SUBMARINOS EN CUBA………………………6-7. 1.3. SISTEMAS DE CABLE SUBMARINO EN SERVICIO EN AMERICA LATINA……………………………………………………………………...7-8. 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.3.5 1.3.6 1.3.7 1.3.8 1.3.9 1.3.10 1.3.11 1.3.12. SISTEMA DE CABLES AMERICA 1 …………………………………… .8-9 SISTEMA DE CABLE AMERICA 2……………………………………...9-10 CABLE MAYA…………………………………………………………….10-11 SISTEMA DE CABLE PANAMERICANO……………………………..11-12 SISTEMAS DE CABLE SAP, PAC Y MAC……………………………. 12-13 CABLE SAM-1……………………………………………………………..14-15 CABLE ARCOS……………………………………………………………….15 CABLE AMERICO VESPUCCSI………………………………………….. 16 CABLE ALONSO DE OJEDA……………………………………………… 16 CABLE DOMESTICO VENEZUELA…………………………………...16-17 CABLE CAIMAN-JAMAICA……………………………………………......17 SISTEMA DE CABLES ECFS…………………………………………...17-18. 1.4. OPCIONES DE ACCESO A LA RED MUNDIAL DE CABLES. 1.4.1. CONSTRUYENDO O ADQUIRIENDO INFRAESTRUCTURAS…....18-20. 1.4.2. ALQUILANDO TRAMOS O SEGMENTOS ……………………………...20. 1.5. TOPOLOGIAS MAS EMPLEADAS…………………………………….20-22. 1.6. SISTEMA DE CABLES SUBMARINOS SIN REPETIDOR…………..22-23. 1.7. SISTEMAS DE CABLE SUBMARINO CON REPETIDOR…………. 23-24. 1.8. CONCLUSION DEL CAPITULO…………………………………...............25. CAPITULO 2 : INFRAESTRUCURA DE RED DE LOS SISTEMAS DE CABLES SUBMARINOS. 2.1. EQUIPO TERMINAL DE LINEA SUBMARINA………………………….26. 2.1.1. UNIDAD CODIFICADORA Y DECODIFICADORA………………….28-31. 2.1.2. UNIDAD DE MODULACION DE LA SENAL ……………………….........31. 2.1.3. COMPENSACION DE LA DISPERSION CROMATICA……………..32-33.

(4) INDICE. 2.1.4. UNIDAD DE PREENFASIS……………………………………………...33-34. 2.1.5. MULTIPLEXACION Y DEMULTIPLEXACION……………………..34-39. 2.1.6. AMPLIFICACION OPTICA……………………………………………. 40-43. 2.2. FIBRAS OPTICAS ……………………………………………………… 44-50. 2.3. CABLES……………………………………………………………………50-51. 2.4. UNIDAD DE DERIVACION……………………………………………..51-53. 2.5. GESTION DE SISTEMAS……………………………………………….53-54. 2.6. EQUIPO DE ALIMENTACION DE POTENCIA………………………….55. 2.7. ENLACES Y PROTECCION…………………………………………….55-57. 2.8. CONCLUSIONES DEL CAPITULO……………………………………..…57. CAPITULO 3 : SITUACION DE CUBA PARA ACCEDER A LOS SISTEMAS DE CABLE SUBMARINO……………………………………..58-59 3.1. COMPARACION DEL MEDIO DE TRANSMISION SATELITAL Y EL CABLE DE FIBRA OPTICA……………………………………..….59. 3.2. BENEFICIOS QUE SE OBTENDRIAN……………………………...…60-64. 3.3. PROPUESTAS. 3.3.1. PROPIEDAD DE LA INFRAESTRUCTURA………………………………64. 3.3.2. SERVICIOS Y ACTIVIDAD COMERCIAL……………………...……..65-67. 3.3.3 INFRAESTRUCUTURA DE RED………………………………………..67-68 3.3.4 SUMINISTRADOR DEL EQUIPAMIENTO………………………........68-69 3.3.4.1 CARACTERIZACION DE LA TECNOLOGIA ALCATEL…………..69-74 3.3.4.2 CARACTERIZACION DE LA TECNOLOGIA SIEMENS…………..75-76 3.3.5. OPERACIÓN DE LA RED……………………………………………....76-78. 3.3.6. MANTENIMIENTO DE LA INFRAESTRUCTURA……………………..78. 3.3.7. CONCLUSION DEL CAPITULO…………………………………………..78 CONCLUSIONES ……………………………………………………….79-80. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS……………………………………………81-84 ANEXOS………………………………………………………………………………85. 1.

(5) INTRODUCCION. INTRODUCCION. Las empresas operadoras de telecomunicaciones requieren una red de transmisión cuya función es interconectar sus diferentes elementos de red. Esta red de transmisión debe soportar todos los servicios y además estar preparada para incrementos futuros de los mismos. El aspecto fundamental a evaluar en las redes de transmisión internacional es la capacidad. La explosión de la demanda de ancho de banda de las redes se debe principalmente al tráfico de datos, específicamente Internet. Al mismo tiempo que aumenta el volumen del tráfico de la red, el propio tráfico es más complejo: puede basarse en circuitos de voz, en paquetes o en celdas. Además hay una cantidad creciente de datos sensibles al retardo. La situación actual de las empresas operadoras de telecomunicaciones se recoge por algunas fuentes especializadas: “El trafico de comunicaciones creció en un 1700% en el 2002 en comparación con 1998” [1]. “El incremento de acceso a Internet de altas prestaciones y aplicaciones multimedia permitió que en el 2003, 27 millones de usuarios en los Estados Unidos tengan acceso a banda ancha” [2]. “El ancho de banda disponible crece y el precio por el decrece. Se percibe como un “Commodity” (petróleo, electricidad, gas, etc.)” [3]. “Los consumidores tienden a querer mas por menos precio victimas de la ley de Say: La oferta crea su propia demanda en el Mercado Libre” [3]. Para dar respuesta a la demanda de ancho de banda los operadores buscan infraestructuras que rebajen los costos de aprovisionamiento lo que ha provocado la instalación masiva de infraestructura óptica.. 1.

(6) INTRODUCCION. Desde hace algunos anos la ETECSA esta realizando acciones encaminadas a lograr la conexión de Cuba a la Red Mundial de Cables Submarinos de Fibra Óptica. Durante 30 anos el medio casi exclusivo de transmisión internacional ha sido el satélite el cual ha demostrado su efectividad pero en la actualidad su empleo como medio de transmisión principal que evacue el trafico internacional no se adapta a las necesidades de la empresa ni del país. La necesidad del empleo de cables de fibra óptica en la red internacional se basa en los siguientes. aspectos:. Disminución. de. costos. de. arrendamiento. internacionales, mejora del desempeño de los enlaces y. de. capacidades. de su calidad. Además de dar. respuesta a la demanda de ancho de banda motivada por los programas de informatización de la sociedad cubana. Basada en esta necesidad se realizo un análisis de los Sistemas de Cable Submarino regionales así como la infraestructura de red que los soportan. Además se estudiaron su clasificación,. topologías, forma de acceder a sus capacidades y los elementos que. componen un enlace submarino de fibra óptica para al final realizar algunas propuestas desde varios puntos de vista. Los objetivos de este trabajo son: •. Estudiar los Sistemas de Cable Submarinos Regionales y mostrar algunos acontecimientos de la historia submarina de Cuba.. •. Estudiar la infraestructura de red que soportan los sistemas así como las funciones de cada elemento que lo componen.. •. Seleccionar posibles cables a conectarse y posibles suministradores de equipamiento.. •. Proponer forma de operar la red.. Para cumplir con estos objetivos fue necesario: •. Búsqueda de información sobre los cables que atracaron en Cuba.. 2.

(7) INTRODUCCION. •. Estudio de los Sistemas de Cables Submarinos Regionales.. •. Estudio de las recomendaciones de la UIT sobre la temática.. •. Estudio de las redes sumergidas y de cada uno de los elementos que la componen.. •. Revisión de documentos de consultoras internacionales.. APORTES FUNDAMENTALES. •. Constituye un estudio bastante completo de los sistemas de Cable Submarino de Fibra Óptica agrupando una información valiosa sobre una temática prácticamente desconocida en Cuba y de gran actualidad.. •. Se encuentra en la estrategia de trabajo de la empresa por lo que puede ayudar a la toma de decisiones.. •. Puede ser empleado con fines de capacitación.. METODOS DE TRABAJO EMPLEADOS. •. Revisión bibliográfica de las Recomendaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) relativas a los Sistemas de Cable Submarino de Fibra Óptica, así como bibliografía referente a las experiencias de otros operadores .. •. Análisis del contenido de la bibliografía.. •. Análisis de ofertas de suministradores. 3.

(8) INTRODUCCION. •. Método inductivo deductivo para la formulación de las propuestas (selección ). ESTRUCTURA DEL TRABAJO. El trabajo consta de introducción, tres capítulos, conclusiones , referencias bibliográficas y 5 anexos. El capitulo 1 titulado Sistemas de Cables Submarinos de Fibra Óptica. recoge los. acontecimientos mas importantes en la historia de los cables Transoceánicos y algunos de los cables que atracaron en Cuba. Además caracteriza los cables regionales más importantes y muestra algunas de las topologías empleadas así como diferentes opciones de acceder a las capacidades internacionales. También analiza los Sistemas de Cable Submarino con y sin repetidores .Este capitulo trata de demostrar la gran oferta de capacidades de cables submarinos existente en la región y la evolución de la misma hasta nuestros días. El capitulo 2 titulado Infraestructura de Red de los Sistemas Submarinos de Fibra Óptica abarca el análisis de los elementos y equipos que componen los sistemas de cable submarino así como las funciones de cada uno de ellos. Analiza la codificación de errores, transmisor óptico, multiplexación y multiplexación de la señal, módulos de compensación de la dispersión, ecualización, fibras, cables submarinos, gestión, enlaces, protección. El objetivo es mostrar cada una de las funciones desde el punto de vista técnico y asociarlas al elemento que la realiza. El Capitulo 3 titulado Situación de Cuba para acceder a los Sistemas de Cables Submarinos de Fibra Óptica tiene como objetivo realizar un análisis de nuestra situación en particular. Es por esta razón que se realiza una comparación entre los medios de transmisión satelital y cable de fibra óptica y se analizan los beneficios que obtendríamos con el empleo de los últimos. Además de proponer aspectos relacionados con la posesión, selección y operación de la infraestructura de la red.. 4.

(9) CAPITULO 1. CAPITULO 1 SISTEMAS DE CABLES SUBMARINOS DE FIBRA OPTICA. 1.1 GENERALIDADES SOBRE CABLES SUBMARINOS. Estamos inmerso en la Tercera Revolución Industrial, marcada por la red de redes lo que ha provocado una demanda creciente de ancho de banda. Se puede considerar hoy en día que un país que no tenga instalaciones de cable submarino, no tiene suficiente capacidad para las comunicaciones internacionales. Los sistemas de telecomunicación por cable submarino constituyen la estructura básica de transporte de comunicaciones entre países y continentes, por medio de enlaces transoceánicos en, prácticamente, todos los océanos del planeta. Las redes de cable submarino actualmente extendidas son capaces de facilitar conexiones con cualquier lugar del mundo.. En este Capitulo se resume la evolución de los cables submarinos hasta la actualidad, las topologías mas empleadas, las opciones posibles para acceder a sus capacidades y las características fundamentales de los Sistemas Submarinos con y sin repetidor. En general se denomina Sistema de Cables Submarinos de Fibra Óptica a los constituidos por cables submarinos con conductores de fibras ópticas [4] instalados sobre el lecho marino, lagos o ríos y destinados para el servicio de telecomunicaciones. Los primeros cables, destinados al servicio telegráfico, estaban formados por hilos de cobre recubiertos de un material aislante denominado gutapercha. Este sistema fue desarrollado en 1847 por el alemán Verter Siemens. [5]. El descubrimiento de aislantes plásticos posibilitó la construcción de cables submarinos para la telefonía, dotados de amplificadores repetidores sumergidos, con suministro de energía a través de los propios conductores por los que viajaba la señal. Posteriormente, en. 5.

(10) CAPITULO 1. la década de los 60 se instalaron cables submarinos formados por pares coaxiales, que permitían un elevado número de canales telefónicos analógicos, entre 120 y 1800 [6] en dependencia del equipamiento instalado. Hasta estos momentos, los sistemas de cables interoceánicos se limitaban a conectar las principales ciudades del mundo sin existir una concepción de red como tal. Finalmente, los Sistemas de Cables Submarinos de Fibra Óptica posibilitan la transmisión de señales digitales que portan voz, datos, televisión, etc. con capacidad elevada e interconectados entre sí para formar lo que se denomina la Red Mundial de Cables Submarinos o Redes Ópticas Sumergidas. Las fechas que constituyeron hitos en la historia de estos sistemas de acuerdo a su capacidad de transporte fueron [7]: 1857 Establecimiento del Primer Cable Telegráfico Trasatlántico. 1956 Primer Cable Coaxial Trasatlántico (TAT-1). 1988 Primer Cable Óptico Transoceánico (280 Mbps). 1999 Cable Óptico Transoceánico (640 Gbps) 2001 Cable Óptico Transoceánico (1.2 - 2,56 Tbps).. 1.2 SISTEMAS DE CABLES SUBMARINOS EN CUBA. Nuestro país ha estado conectado desde el siglo pasado y en diferentes momentos a Cables Submarinos. En un inicio, a través de Cables Submarinos Telegráficos y luego usando Cables Coaxiales. Los acontecimientos más relevantes ocurridos en nuestra isla sobre el tema estuvieron relacionados con empresas inglesas, francesas y norteamericanas [8].. 6.

(11) CAPITULO 1. 1867: Cable telegráfico entre Cuba (La Chorrera) y Cayo Hueso, Florida. USA con permiso de la corona española. 1870: Se establece cable con topología festón entre Santiago de Cuba-Cienfuegos-Batabanó con una compañía inglesa. 1877: Se establece cable entre Península de Guanahacabibes y Belice con una empresa francesa. 1889: Cable entre Cojímar y la Punta (Festón Nacional). 1895: Cable entre Cienfuegos y Manzanillo (Festón Nacional). 1921: Se pusieron en funcionamiento los tres cables submarinos telefónicos de profundidad más largos del mundo en la época entre Cuba y USA. 1950: Se terminaron 2 cables submarinos coaxiales entre la Habana y Cayo Hueso (longitud media de 190 Km. ). 1988: Cable entre Cojímar y Palm Beach en la Florida. USA. Ninguno de estos cables en la actualidad se encuentran activos pero fueron testigos incuestionables de nuestra historia submarina.. 1.3 SISTEMAS DE CABLE SUBMARINO EN SERVICIO EN AMERICA LATINA.. La explosión que ha sufrido la capacidad de los cables submarinos en América Latina ha sido motivada entre otros aspectos a. la entrada de nuevos operadores a la industria. submarina. La capacidad de los cables submarinos por regiones entre 1999 y el 2005 [9] se comporta como muestra la Figura 1:. 7.

(12) CAPITULO 1. Figura No 1 : Capacidad de cables sumergidos por regiones.. Tradicionalmente, el sector del cable submarino estuvo dominado por un modelo de propiedad de estilo “club”, donde los protagonistas en régimen de monopolio unieron sus fuerzas para construir redes submarinas, asegurándose de ese modo el acceso a la capacidad y al control de los precios de la misma. La entrada de nuevos operadores a la industria del cable submarino ha creado un modelo de propiedad privada, en el que las compañías financian cables submarinos y luego venden capacidad a quien lo requiera. Mientras que algunos propietarios son nuevas compañías de telecomunicaciones, que utilizarán la capacidad para ellos mismos, otros pertenecen a diferentes sectores empresariales: por ejemplo, bancos y compañías de seguros. A continuación analizamos los cables instalados en la región:. 1.3.1 SISTEMAS DE CABLES AMERICAS-1. Figura No 2 : Sistema de Cables Ameritas-1. 8.

(13) CAPITULO 1. El Sistema de Cables América s- I de la Figura No 2, conecta el área del Caribe con países de América del Sur y con los Estados Unidos. Posee puntos de amarre en: Estados Unidos, Venezuela, Brasil, Trinidad y Tobago [10]. Es un sistema de Cable Submarino de 7 162 Km de longitud y se encuentra en servicio desde 1994 empleando once repetidores. En el segmento entre Florida y St. Thomas posee dos pares de fibra operando a 2.5 Gbps para una capacidad total de 5 Gbps. En Trinidad y Tobago existe una unidad de derivación que contiene tres pares de fibras operando a 560 Mbps para una capacidad total de 1.680 Mbps. Los restantes dos segmentos son de dos pares de fibra que operan a 560 Mbps para una capacidad total de 1.120 Mbps. Es una propiedad tipo consorcio entre AT& T, CANTV, Embratel , TSTT( Telecommunications Services of Trinidad and Tobago). Los suministradores principales del equipamiento son: Tycoms, AT&T-SSI, Alcatel.. 1.3.2 SISTEMAS DE CABLES AMERICAS-II. Figura No 3 : Sistemas de Cables América-II. El Cable América II se muestra en la Figura No 3 y conecta el área del Caribe con países de América del Sur y con los Estados Unidos. Posee puntos de amarre en Brasil, Guyana, Trinidad, Curazao, Venezuela, Islas Vírgenes Americanas, Martinica, Puerto Rico, Estados Unidos [10]. Es un sistema de Cable Submarino de 9000 Km de longitud que se encuentra. en servicio desde el ano 2000. Es un sistema con repetidores. Su capacidad es de 40 Gbps. 9.

(14) CAPITULO 1. (39,812 Gbps) y su topología es de anillo colapsado con derivación. Posee cuatro pares de fibra x STM-16 (2.488 Gbps) x 8 longitudes de ondas. La propiedad del cable es de tipo consorcio entre ANTELECOM, AT&T, MCII, Sprint, Embratel, CANTV, Telintar, France Telecom, Telecom Italia, Telefónica, Trescom Int, TSTT, Teles. Los suministradores fundamentales del equipamiento son Tycom y Alcatel.. 1.3.3 CABLE MAYA-1. Figura No 4 : Sistema de Cables Submarinos Maya-1. 10.

(15) CAPITULO 1. El Cable Maya-1 se muestra en la Figura No. 4 conecta a los países de América Central con los Estados Unidos. Posee puntos de amarre en Estados Unidos, Colombia, México, Honduras, Islas Caimán, Costa Rica y Panamá [11]. Es un sistema de Cable Submarino con una longitud de 4 400 Km que se encuentra en servicio desde 1997 empleando repetidores. Su capacidad final es de hasta 20 Gbps y su tologia es un anillo colapsado. Su forma de propiedad es de tipo consorcio entre varias empresas de telecomunicaciones AT&T, MCI, SPRINT, Trescom, Telmex, FranceTelecom, Hondutel, Cable & Wireless (Islas Caimán), Cable & Wireless (Panamá) y Telecom (Colombia).. 1.3.4 SISTEMA DE CABLE PANAMERICANO. Figura No 5 : Sistema de Cables Panamericano. 11.

(16) CAPITULO 1. El Cable Panamericano se muestra en la Figura No. 5 y conecta a los países de América del Sur con algunos países del Caribe. Posee puntos de amarre en St. Croix, Aruba, Venezuela, Colombia, Ecuador, Perú, Chile [10] . Tiene una longitud de 7 300Km y se. encuentra en servicio desde 1999. Posee 23 repetidores y una capacidad de 5 Gbps. Su arquitectura la forman dos pares de fibras x STM-16 (2.488 Gbps). Las empresas dueñas del Cable son: Telefónica, Telefónica Perú, CTC Mundo, MCI, AT&T, Telintar, CANTV, ENTEL Chile, Telecom Italia, Sprint, Setar, Emetel. Los principales suministradores del equipamiento fueron Alcatel, Tyco Submarine Systems Ltd. (Tycom), y Pirelli.. 1.3.5 SISTEMAS DE CABLES SUBMARINOS SAC, PAC Y MAC. GA L EAC. US Cross. PC-1. AC-1 AC-2. P PEC E. MAC PAC SAC. Figura No . 6 : Sistemas de Cables Submarinos de Global Crossing[13]. Global Crossing es un proveedor internacional de servicios de comunicaciones que cuenta. con una red mundial de fibra óptica (en su mayoría submarina) de 160.000 Km. a lo largo del planeta que cubre 5 continentes, 27 países y más de 200 ciudades [12]. Surgió en 1997 en Bermudas en donde mantiene su sede.. 12.

(17) CAPITULO 1. La Red de Global Crossing se muestra en la figura No. 6 y esta formada por los siguientes cables: •. Atlantic-Crossing ( AC-1) que une Estados Unidos y Europa.. •. Pacific – Crossing (PC-1) que une Estados Unidos y Asia.. •. Mid-Atlantic Crossing (MAC) que conecta el Caribe a los Estados Unidos. •. Pan-American Crossing (PAC) que vincula el oeste de Estados Unidos con América Central, del Sur y el Caribe .. •. El South-American Crossing ( SAC) que vincula América del Sur con el Caribe y con Estados Unidos.. El PAC [10]es un sistema de Cable Submarino con repetidores de 9500 Km de longitud que se encuentra en servicio desde el 2001 . Su capacidad inicial fue de 20 Gbps (19.908 Gbps) para los puntos de amarre derivados y 40 Gbps (39.812 Gbps) entre California e Islas Vírgenes Americanas ( la cual comprende conectividad además con el SAC y MAC. La capacidad del sistema puede aumentarse hasta 320 Gbps (318.496 Gbps). Originalmente concebido para 2 pares de fibra. Después el diseño cambio a 3 pares de fibras. Dos pares de estas fibras para formar un anillo colapsado y la tercera para ofrecer capacidades entre California e Islas Vírgenes Americanas y conexión al SAC y MAC. El segmento principal contiene 3 pares de fibras y las derivaciones 2. La capacidad de cada par de fibra es de 8 longitudes de ondas STM-16 ( 2. 488 Gbps) y la capacidad final será de 32 longitudes de ondas STM-64. Emplea tecnología WDM y su topología es de anillo colapsado. El suministrador del equipo es Tycom. El SAC es un sistema de Cable Submarino con repetidores de 18 000 Km de longitud que se encuentra en servicio desde el 2001 .Su capacidad inicial fue 40 Gbps y podrá alcanzar 1.28 Tbps. Posee 4 pares de fibras x STM-16 x 4 longitudes de ondas y alcanzara por 4 pares de fibras x STM-64 x 32 longitudes de ondas. Su topología es en forma de anillo autorestaurable y emplea tecnología WDM. El suministrador principal. 13. fue Tycom..

(18) CAPITULO 1. 1.3.6 CABLE SAM-1. Figura No. 7 : Sistema de Cables Sam-1. El Cable Sam-1 como se muestra en la Figura No 7 conecta 12 estaciones de amarre ubicadas en 7 países: Argentina, Brasil, Puerto Rico, Estados Unidos, Guatemala, Perú y Chile. Es un sistema de Cable Submarino con repetidores de 25 000 Km de longitud (de ellos 3000 Km terrestre) que se encuentra en servicio desde el 2001[14]. Su diseño admite. 14.

(19) CAPITULO 1. una capacidad Inicial 40 Gbps y final 1.92 Tbps. Posee cuatro pares de fibra x STM-64 que podría alcanzar 4 pares de fibra x STM-64 x 48 longitudes de ondas. La velocidad de Bit/par de fibras es de 10 Gbps. y posee 4 pares de fibra , lo que le da una capacidad. inicial al sistema de 40 Gbps y la planta sumergida esta disenada para alcanzar 1.92 Tbps . Emplea WDM y una capacidad maxima de 48 longitudes de ondas. Este cable es de propiedad de Emergia, empresa filial de Telefonica de Espana. El suministrador principal del equipamiento es TyCom( porcion submarina) y Nortel( porcion terrestre).. 1.3.7 CABLE ARCOS ( Americas Region Caribbean Optical-ring Systems) :. Figura No 8 : Sistemas de Cable Arcos. El Sistema de Cable Submarino Arcos se muestra en la Figura No 8 y conecta a 15 países con costa en el Caribe : Bahamas, República Dominicana, Puerto Rico, Aruba, Venezuela,. Colombia, Panamá, Costa Rica, Nicaragua, Honduras, Guatemala, Belice, México, Curazao y Estados Unidos[15]. Entro en funcionamiento en Noviembre del 2001. Posee segmentos con repetidor entre Estados Unidos y Mexico y el resto sin repetidor. La propiedad del sistema es de tipo consorcio lidereado por la empresa canadiense Global Light. Muestra una topologia de anillo autorestaurable y el principal suministrador del equipamiento es NSW.. 15.

(20) CAPITULO 1. 1.3.8 CABLE AMERICO VESPUCCI:. Este Cable conecta las Antillas Holandesas y tiene una longitud de 85 km . Se encuentra en servicio desde 1999 y es sin repetidores. La velocidad de Bit/par de fibras es de 2500/6. La empresas dueñas del cable es Antelecom. El principal suministrador del equipamiento es Alcatel y la topología que emplea es punto a punto.[10]. 1.3.9 CABLE ALONSO DE OJEDA :. Este cable conecta las Antillas holandesas y Aruba. Su longitud es de 120 Km y se encuentra en servicio desde 1999. Es un sistema de Cable Submarino sin repetidores. La velocidad de. Bit/par de fibras es de 2500/6. Las empresas duenas del cable son ANTELECOM, SETAR y el suministrador principal del equipamiento fue Alcatel. Esta configurado usando topología. punto a punto.[10]. 1.3.10 CABLE DOMESTICO VENEZUEL :. Figura No 9 : Cable Domestico Venezuela. 16.

(21) CAPITULO 1. Este cable como se muestra en la Figura No 9 conecta ciudades costeras en Venezuela y tiene una longitud de 1194 Km. Se encuentra en servicio desde 1998 y es un sistema sin repetidor. La velocidad de Bit/par de fibras es de 2500/12 y la empresas dueñas del Cable es CANTV. Su topología es de tipo festón y el suministrador principal del equipamiento fue Alcatel.[10]. 1.3.11 CABLE CAIMAN – JAMAICA:. Este cable conecta Islas Caimán y Jamaica. Es un sistema de Cable Submarino sin. repetidores de 870 Km en servicio desde 1996. Su capacidad inicial fue de 622 Mbps y en la final esta proyectada para alcanzar 10 Gbps. Inicialmente opero con un par de fibras x STM-4 (622 Mbps) y actualmente tiene 4 pares de fibra x STM-16 ( 2.488 Gbps). Las empresas dueñas del cable son :C &W (Cayman Islands) Limited, Telecommunications of Jamaica . Su topología es punto a punto y el suministrador principal del equipamiento fue. Alcatel.[10]. 1.3.12 SISTEMA DE CABLE ECFS (SISTEMA DE FIGRA CARIBENA ESTE):. Figura No. 10 : Sistema de Cables ECTS.. 17.

(22) CAPITULO 1. Este cable conecta las islas del Caribe Este. Tiene una longitud de 1730 Km y se encuentra en servicio desde 1995. Es un sistema sin repetidor con una capacidad inicial de 622 Mbps y en. la actual es de 2.5 Gbp. La capacidad inicial se soporto por un par de fibra x STM-4 (622 Mbps) y en estos momentos por un par de fibra x STM-16(2.488 Gbps). Emplea una topología de tipo festón y se encuentra protegido por un par de fibra de reserva. Las empresas dueñas del cable son France Telecom, Cable & Wireless, AT&T. El suministrador principal del equipamiento fue Alcatel.[10]].. 1.4. OPCIONES. DE. ACCESO. A. CAPACIDADES. EN. CABLES. SUBMARINOS.. Las empresas Operadoras de Cable Submarino son llamadas carriers carriers, u “operadoras de operadoras”, debido a que suministran servicios a otras operadoras y nunca, por definición, tienen como cliente al denominado usuario final de las telecomunicaciones. No están nunca, por decirlo de otra manera, en la última milla, es decir en el bucle local que lleva los servicios de telecomunicación hasta los clientes.. Las empresas pueden obtener la capacidad de transmisión internacional que necesita empleando cualquiera de las opciones que trataremos a continuación.. 1.4.1 CONSTRUYENDO O ADQUIRIENDO INFRAESTRUCTURA.. La posesión de infraestructuras es un elemento clave para determinar tráfico procedente de otros países. Los operadores que tienen acceso a infraestructuras pueden beneficiarse de los ingresos que los flujos de tráfico internacional entrante generan. Los pasos a dar en cuanto a la implementación de un cable submarino son [16]:. 18.

(23) CAPITULO 1. -. Primer barco: La primera gran inversión durante la instalación es la de hacer un sondeo marítimo, lo que requiere contratar un barco para estudiar el fondo del mar, en una franja de mil metros alrededor del trazado teórico, a fin de determinar con exactitud su textura, profundidad, pendiente, corrientes, flora, etc. con los cuales poder fijar exactamente por dónde debería pasar nuestro cable.. -. Segundo barco: Una vez preseleccionado la ruta, es necesario un barco especializado que mide la dureza del fondo a lo largo de esa línea óptima seleccionada dentro de la franja estudiada. Tenemos ahora pues todos los datos para el diseño del cable que se debe tender, así como el presupuesto resultante.. -. El cable: Un cable submarino no esta solamente compuesto por las fibras ópticas que aloja su interior, ya que estas fibras deben estar protegidas contra el agua, la presión, la hidrogenación que le resta nitidez. El cable además debe soportar las tensiones que podrían romperla durante la instalación, el esfuerzo al que pueden someterle corrientes y deslizamientos de tierra, un posible accidente como la caída de un ancla y el efecto nocivo que sobre un cable puede tener una red de arrastre. El usar un cable sencillo, armado, o doble armado dependerá de las características del suelo y de la profundidad a la que vaya a operar. También se toma en cuenta el peso del cable mismo, sobre todo cuando la profundidad es de miles de metros.. -. El capital: Con los datos exactos y el cable diseñado kilómetro a kilómetro, se tiene un cálculo bastante preciso de lo que va a costar el cable y su instalación. Este es el momento en el que se debe revisar el plan de negocio y, una vez convencidos, invitar a instituciones inversoras a unirse al proyecto.. -. Los permisos: Unir dos puntos importantes dentro del globo requiere pasar por terrenos municipales, , terrenos estatales, aguas no territoriales y por supuesto por zonas urbanas, respetando el medio ambiente. Todo ello debe hacerse en justa coordinación con los responsables de gestionar esos patrimonios y por ello requiere sus permisos.. -. Tercer barco: En el momento en que se tiene la certeza acerca de la instalación del cable (que va enterrado en el fondo del mar), se debe asegurar que no hay en el trazado ni restos metálicos ni cables en desuso ni otro tipo de obstáculos que pudieran impedir una. 19.

(24) CAPITULO 1. instalación impecable. Por ello, antes del barco cablero, pasa un barco “chatarrero” que limpia el camino cortando si hace falta viejos cables en desuso. -. El barco cablero: El cable submarino debe enterrarse tanto como sea posible esto con el doble propósito de protegerle de accidentes y asegurarle una larga vida. Enterrar un cable submarino es tarea compleja, ya que el fondo no es tan plano como nos lo imaginamos. Si además queremos enterrarlo allí donde dijimos, debemos contar con un barco que mantenga su rumbo con gran precisión y un arado (que así lo llaman) capaz de depositar el cable, sin tensiones, en el fondo de un surco que él mismo ha abierto.. 1.4.2. ALQUILANDO. ESTRUCTURAS. TRAMOS. EXISTENTES. O. SEGMENTOS. PARA. DE. LAS. COMPLETAR. LA. INSTRAESTRUCTURA QUE SE POSEA.. En esta opción a través de negociaciones con operadores de cable submarino se logra la inserción a sus infraestructuras arrendando capacidades. Usando esta variante existen algunos proyectos en la región como el proyecto Nautilus, empresa controlada por Telecom Italia que le compro dos fibras a Global Crossing para conectar sus sucursales en América : Chile , Bolivia y Argentina.. 1-5TOPOLOGIAS EMPLEADAS:. Existen dos topologías básicas empleadas en Sistemas de Cables Submarinos de Fibra Óptica: topología en cadena (se destacan las redes punto a punto, de tipo Festoon y Cadena derivada) y la topología en anillo (las mas empleadas son los anillos y anillos colapsados).. 20.

(25) CAPITULO 1. Festoon :. Figura No 11 : Topologia Festoon [4]. Las redes de tipo festoon. mostradas en la Figura No. 11 son sistemas submarinos de. telecomunicaciones que no requieren para su funcionamiento de equipos sumergidos, como pueden ser, por ejemplo, los repetidores. Es la topología preferida para interconectar islas y ciudades costeras. Ejemplos de su empleo: Sistema ECSF, Cable Domestico de Venezuela, etc.. Festoon – Cadena Derivada :. Figura No 12: Topologia Feston en Cadena Derivada[4]. En esta configuración mostrada en la Figura No. 12, emplea unidades de derivación que permiten realizar conexiones de fibra (fija o conmutable) o de canal(para sistemas WDM,fija o con filtros sintonizables ).Ejemplo : Sistema SEA-ME-WE-3. Anillo :. Figura No 13 : Topologia Anillo[4]. 21.

(26) CAPITULO 1. Los anillos se emplean en los sistemas submarinos debido a : •. Permiten protección de la red a través de multiplexores de Adición y Sustracción (ADM).. •. Cuando se requiere disponibilidad del servicio ante fallos en equipos. •. Mecanismos de autoprotección con capacidad de protección preasignada.. 1.6 SISTEMAS DE CABLES SUBMARINOS SIN REPETIDOR. Por definición, los sistemas sin repetidor no precisan de repetidores y por tanto no necesitan ni equipo alimentador de energía ni componentes activos sumergidos. Se emplean generalmente en distancias entre 150 a 450 Km. Las redes submarinas sin repetidor se emplean en varias aplicaciones diferentes: – en la orilla costera, – en los anillos de las islas, – para cerrar un anillo transoceánico o como parte complementaria del mismo, – para cruzar secciones submarinas en redes terrestres La aplicación fundamental es la conexión entre ciudades costeras; aunque esta aplicación podría lograrse también, por medio del uso de una red terrestre. Las razones por las que se debe elegir sistemas sin repetidor en vez de sistemas terrestres son básicamente dos: su fiabilidad y su reducido coste. En términos generales, las estadísticas mundiales sobre averías de cable terrestre nos indican que el índice es de 0,00062 averías/Km/año, mientras que la tasa de averías de cables submarinos es 0,00001 averías/Km/año[17]. Los elementos que componen un enlace submarino sin repetidor son:[18] •. Un tramo terrestre, entre la interfaz del sistema en la estación terminal (A) y la unión de playa o punto de amarre (B), que incluye el cable terrestre de fibra óptica, las uniones de. 22.

(27) CAPITULO 1. amarre y los equipos terminales del sistema, en combinación con OFA (amplificadores y/o preamplificadores de potencia) y/o en combinación con los componentes electrónicos adecuados necesarios para llevar a cabo el bombeo a distancia de los amplificadores distribuidos; •. Un tramo submarino sobre el fondo del mar entre las uniones de playa o los puntos de amarre(B), que incluye el cable submarino de fibra óptica y, cuando sea necesario, los equipos submarinos, es decir la unidad o unidades de derivación y la caja o cajas de unión de cables y en su caso una fibra dopada utilizada como amplificador óptico con bombeo a distancia que puede encontrarse en una caja especial situada sobre el fondo del mar o puede estar integrada en el cable.. Los sistemas sin repetidor han tenido un rápido desarrollo en los últimos anos debido a los avances que ha experimentado la amplificación óptica y los enlaces de alta potencia. Las elevadas potencias ópticas se obtienen gracias a un amplificador de gran potencia en el terminal transmisor, de una gran potencia de bombeo para crear ganancia de Raman en la fibra de la línea correspondiente al terminal receptor y de amplificación de bombeo remoto en el extremo receptor. Además se emplea un código de corrección de errores (FEC) efectivo en el terminal.. 1.7 SISTEMAS DE CABLES SUBMARINOS CON REPETIDOR. Los sistemas con repetidor como su nombre lo indica poseen repetidores y se emplean en tramos largos entre 500 a 10 000 Km. Poseen estaciones repetidoras. encargadas de la. amplificación de la señal ya que esta se va haciendo cada vez más tenue a medida que va recorriendo distancias. Estos sistemas poseen además de los elementos de los sistemas sin repetidor un repetidor sumergido [19]. Los sistemas submarinos con repetidor al igual que los sin repetidor pueden emplearse en configuración punto a punto( conectan dos estaciones terminales) como se muestra en la Figura No 14 y se hablara de enlaces de cable submarino de fibra óptica o multipunto. (conectan varias estaciones terminales) y se refieren a una red sumergida de fibra óptica. En. 23.

(28) CAPITULO 1. la Figura No 15 se muestra la configuración multipunto con repetidores.. Figura No 14 : Enlace Submarino punto a punto con repetidor. Figura No 16 : Red de Cables Submarinos con repetidor configurado como multipunto.. 24.

(29) CAPITULO 1. 1.8 CONCLUSIONES DEL CAPITULO:. 1. Existe conectividad a nivel mundial mediante enlaces submarinos con una gran oferta de ancho de banda. 2. Los cables antiguos (instalados antes del ano 2000) fueron concebidos para un entorno de crecimiento lento y no se adaptan para un contexto de aumento explosivo en el tráfico como el actual. Además estos cables ofrecen niveles de capacidad relativamente limitados, la tecnología que utilizan no permiten aumentar la capacidad sin incurrir en inversiones significativas y finalmente no están configurados en forma de anillos lo cual los hace vulnerables a fallas. 3. Los cables puestos en servicio después del ano 2000 emplean la tecnología WDM y amplificación óptica lo que permite el aumento progresivo de capacidades en la planta sumergida con pequeñas inversiones. Como regla son anillos autorestaurables y emplean fibras ópticas de mejores desempeños que permiten alcanzar velocidades elevadas ( en el orden de los Tbits). 4. En un sistema de Cable Submarino de Fibra Óptica interactúan los sistemas con y sin repetidores. Los Sistemas sin repetidor han evolucionado grandemente debido a los avances logrados en la amplificación óptica y se emplean en distancia hasta 450 Km.. 25.

(30) CAPITULO 2. CAPITULO 2 INFRAESTRUCTURA DE LA RED DE CABLES SUBMARINOS DE FIBRA OPTICA. Un sistema de Cable Submarino de Fibra Óptica consiste de uno o más conexiones punto a punto (denominados segmentos) entre estaciones de Cables. El Cable contiene de 4 a 16 fibras (2 a 8 pares de fibras). La transmisión sobre una fibra es unidireccional, con dos fibras (un par) requeridas para dos direcciones .Cada fibra porta señales ópticas ( canales) , con cada canal operando a una velocidad de bit de 2.5 , 10 Gb/s o superior. Empleando WDM varios canales pueden ser combinados para transmitirse por una fibra. Cada canal se transmite a una longitud de onda única y en el extremo receptor las señales se separan usando técnicas de filtraje . Los amplificadores de fibra dopados con erbium (EDFA) y en algunos casos, la amplificación Raman permiten la amplificación de la señal sin procesamiento eléctrico. La porción sumergida del sistema se denomina Planta Sumergida, de la cual forman parte los cables, alojamientos sumergidos y unidades de drivacion. Dos o más tipos de fibras se emplean en un cable para ayudar a la compensación de la dispersión y limitaciones de potencia. Las cajas sumergidas alojan a los EDFA los cuales se localizan a lo largo del cable en un intervalo entre 45 a 100 Km, estos amplificadores sumergidos se referencian por algunos fabricantes como repetidores. La distancia exacta entre repetidores ( espaciado entre repetidores) es una función de la tecnología, la capacidad del sistema y la longitud. Los alojamientos sumergidos y los cables de conexión operan hasta profundidades de 8 000 metros. La potencia se alimenta por un conductor simple usando una corriente constante de 500 mA y cientos de voltios se necesitan para alimentar un cable transoceánico debido a su. 26.

(31) CAPITULO 2. elevada resistencia. Las unidades de derivación pueden usarse para rutear pares de fibras individuales a lo largo de un cable. La porción del Sistema alojada en la estación de cables se denomina Planta Seca. Los Equipos de Terminación de Línea Submarina (SLTE) aceptan las señales desde una red terrestre, las retransmite al cable submarino y viceversa. Las interfaces de señales de 2.5 y 10 Gbps Sonet/SDH se emplean comúnmente [20]. En sistemas de Cables Submarinos de alta capacidad la retransmisión de frecuencia, el ancho espectral, la modulación y el nivel de potencia de cada canal óptico debe ser controlado cuidadosamente. La Corrección de Errores hacia Delante (FEC) se emplea para compensar los errores que resultan de la acumulación de ruido en los amplificadores ópticos. Las fibras que compensan la Dispersión se insertan en el trayecto óptico para eliminar la dispersión residual. Los sistemas de alimentación de potencia y de gestión de la red se localizan en las estaciones de cable. Los transmisores, fibras ópticas, EDFA y receptores se referencian como equipos de línea óptica, El proceso de establecimiento de parámetros de operación de estos componentes ( tales como espaciamiento entre repetidores, niveles de potencia optica,etc ) se llama diseño de línea óptica. La línea óptica tiene componentes secos y mojados. A continuación analizaremos cada uno de ellos, sus funciones y características fundamentales.. 2.1 EQUIPO TERMINAL DE LINEA SUBMARINA (SLTE). El equipo terminal de línea submarina. se encuentra ubicado en lugares donde el cable. submarino sale a tierra y permiten conectarlo con las redes de los operadores de cada país. Las funciones fundamentales se representan en la siguiente figura. Además de esas funciones existen otras relacionadas con la gestión de la red y el suministro de energía que analizaremos mas adelante. 27.

(32) CAPITULO 2. Funciones principales del Equipo transmisor de la Estación Terminal. Funciones principales del equipo de recepcion de la Estacion o Terminal. Figura No 17 Funciones del Equipo de Transmisión y Recepcion de la Estacion Terminal. 2.1.1 UNIDAD CODIFICADORA (FEU) Y DECODIFICADORA (FDU) :. La implementación de la función de errores en recepción (FEC) en los sistemas submarinos de fibra óptica aporta ventajas en el balance total de potencia óptica del enlace y disminuye el B E R. La ganancia resultante [21] en el balance de potencia se puede emplear en:. 28.

(33) CAPITULO 2. •. Los parámetros de la línea: En las aplicaciones submarinas sin repetidor, la función FEC se utilizará para aumentar la longitud máxima del salto. En las aplicaciones submarinas con amplificación óptica, la función FEC se utilizará para aumentar las distancias entre repetidores o para relajar las especificaciones de los componentes ópticos de la fibra.. •. La calidad global de la comunicación, al protegerla contra condiciones degradadas de explotación no deseadas (fallos de componentes o del cable debidos al envejecimiento, por ejemplo).. En la figura se compara la ganancia de codificación que se obtiene en sistemas con y sin el empleo de FEC donde D representa la ganancia de codificación [15].. 1. BER entrada. (sin FE C ). BER salida (con FE C). –10 BER 10. D BER um bral BER salida. 10 –100. – 40. – 38. – 36. – 34. Potencia recibida (dB ). – 32 T1520710-96. Figura No 18 : Comparación entre sistemas con y sin FEC. El procedimiento de codificación y descodificación se efectúa únicamente en el equipo terminal de los Sistemas de Cable Submarino con señales eléctricas. La función FEC comprende un codificador FEC en el equipo terminal de transmisión que acepta bits de información y añade símbolos redundantes, produciendo datos codificados a velocidades binarias superiores y un decodificador FEC en el equipo terminal de recepción que efectúa la corrección de errores y extrae la redundancia para regenerar los datos [22].. 29.

(34) CAPITULO 2. El código de corrección de errores empleado para proteger los sistemas de cable submarino de fibra óptica es un código Reed-Solomon RS (255,239) . La elección de un código ReedSolomon para los sistemas de Cable Submarino de Fibra Óptica viene determinado por las siguientes propiedades: •. Poseen una estructura compatible con las transmisiones binarias, no afectando las operaciones de demultiplexacion .. •. Capacidad de corrección de los errores en ráfaga. Para sistemas de 2,5 Gbit/s permite una corrección de longitud máxima de 1024 bits para 16 codecs entrelazados.. •. Complejidad reducida del codificador y del decodificador.. •. El algoritmo RS (255,239) permite corregir hasta 8 símbolos de bytes erróneos en una palabra de código única de longitud 255.. Para mejorar la inmunidad a los errores por ráfaga pueden entrelazarse diversos códigos RS(255,239). La Figura No 19 [11] muestra la arquitectura de un codificador FEC . Aunque aparece representado solo un codificador RS, en realizan se entrelazan varios .. STM-16. estructura de alineación de trama( inserción). Subtramas 1 / 8. Codificador RS( 256,239) #1. 8 / 1. Multiplexor. Trama FEC a 2.70 Gbit/s. Demultiplexor. Figura No 19 :Arquitectura del codificador FEC en los Sistemas STM-16. Para lograr la integridad de los datos, el multiplexor digital y el demultiplexor son simétricos y son idénticos tanto en el codificador como en el decodificador. Como cada algoritmo Reed Solomon procesa información en bytes y por tanto funciona con 8 trenes de. 30.

(35) CAPITULO 2. datos paralelos, los demultiplexores dan (8 x n) trenes de datos a los n codecs entrelazados, mientras que los multiplexores efectúan la operación inversa. Debido al entrelazado de c’odigos RS ( 255,239) de índice n , la trama FEC tiene una longitud de 2040 x n bits y esta compuesta de subtramas entrelazadas de 8 x n bits. Se añade una estructura de trama a la trama FEC a fin de insertar una palabra de alineación de trama FEC, necesaria para el sincronismo de la trama FEC. La trama FEC se muestra en la Figura 20 se divide en subtramas de 8 x n de 255 bits de longitud. Cada subtrama contiene la información siguiente: El bit 1 de cada subtrama indica la palabra de alineación de trama necesaria para el sincronismo. Además se puede emplear para identificar afluentes o canales de servicios o de servicio telefónico para la comunicación ente terminales. Los bits del 2 al 239 de cada subtrama llevan la información STM-16.Los bits del 240 al 255 de cada subtrama llevan los bits redundantes calculados por el algoritmo RS (255,239).. L on g itud d e la sub tram a = 25 5 b its 1 b it. 2 38 b its. 1 6 bits. D a to s S T M -16. C ó digo s re du n da n te s. E stru ctura de tra m a T 1 5 2 0 6 90 -96. Figura No 20 Trama FEC. 2.1.2 UNIDAD DE MODULACION DE LA SEÑAL (TMU) Y SLU. Se emplean dos tipos de dispositivos de emisión de luz en las comunicaciones ópticas : Diodos Emisores de luz ( LED) y diodos láser o semiconductores láser .En los Sistemas de Cable Submarino se emplean los laseres semiconductores pues poseen características mejores que se adaptan a las fibras monomodos , a los sistemas DWDM y a los amplificadores EDFA. Los requisitos principales que se deben valorar en los laseres son: longitud de onda precisa, ancho espectral estrecho, potencia suficiente y control del chip. 31.

(36) CAPITULO 2. Como en los sistemas de Cables submarinos se necesitan alcanzar altas velocidades, se emplea la modulación externa, que permite resolver las limitaciones del chip que ocurren cuando se modula directamente. En la figura [23]se observa :. Figura No 21 Modulación externa. Existen dos tipos de laseres semiconductores: Monolitic Fabry- Perot Láser y láser de realimentación distribuida (DFB)[24]. Este último es el más empleado porque tiene una razón señal a ruido favorable, linealidad superior, frecuencia central alrededor de 1310 nm y desde 1520 a 1565 nm. Su rango de longitud de onda es compatible con EDFA. En el anexo se muestra la grilla ITU[25] de un láser DFB que se define para un sistema punto a punto WDM con espaciamiento de longitud de onda de 100 Ghz con una longitud de onda central de 1553.52 nm.. 2.1.3 COMPENSACION DE LA DISPERSION CROMATICA (TCAU). Las técnicas de Compensación de dispersión cromática permiten alcanzar distancias de cientos de kilómetros entre regeneradores a velocidades de bitios más altas que 10 Gb/s por canal.. El objetivo de la compensación de la dispersión es compensar la dispersión. cromática de la fibra de la línea. También es beneficioso compensar la curva de la dispersión cromática de tal manera que todas las longitudes de ondas en la ventana WDM experimenten la misma dispersión cromática total. La Figura 22 muestra este proceso. En el anexo No 1 se muestran las características de los módulos de compensación en la estación terminal.. 32.

(37) CAPITULO 2. Figura No 22 Manejo de la Dispersión Cromatica en el SLTE. 2.1.4 UNIDAD DE PREENFASIS ( PAU).. Figura No 23: Ecualización a través de pre-énfasis. En las Figuras 23 y 24 se muestra claramente la necesidad de la ecualización a través del preenfasis y como se soluciona.. 33.

(38) CAPITULO 2. Figura No 24 Ecualización a través del preenfasis (2). 2.1.5 MULTIPLEXACION Y DEMULTIPLEXACION:. La necesidad de la multiplexación se basa en que en la mayoría de las aplicaciones es mucho más económico transmitir datos a una velocidad mayor sobre una fibra óptica simple que si se transmite a velocidades mas bajas sobre fibras múltiples. En sistemas de comunicaciones. ópticas existen dos técnicas de multiplexacion digital consolidadas: Multiplexacion por División en Tiempo (TDM) y Multiplexacion por División en Longitud de Onda ( WDM ) El TDM divide el tiempo en intervalos más pequeños como muestra la Figura 25 de forma que los bits de las entradas se puedan transportar por el enlace aumentando el número de bits transmitidos por segundo [26]. Figura 25 Concepto TDM. 34.

(39) CAPITULO 2. SONET/SDH toman n flujos de bits, los multiplexan, y óptimamente modulan la señal, enviándola a la salida mediante un dispositivo emisor de luz sobre fibra con una velocidad igual a n veces la velocidad de entrada de uno de los flujos. Así el tráfico que entra en un multiplexador SONET de 2,5 Gbps con 4 flujos, saldrá a 10 Gbps en un solo flujo [18] como muestra la Figura 26.. Figura 26 Multiplexacion. El TDM es ineficiente en cuanto hay espacios de tiempo en los cuales algunos de los canales no tenga datos a transmitir. Además, las nociones de prioridad y congestión no existen y la jerarquía de multiplexación es rígida. Si se necesita mayor capacidad, se debe pasar al nivel siguiente mediante el salto correspondiente, por ejemplo, de 10 Gbps se pasa a 40 Gbps. También, dado que la jerarquía se ha hecho pensado en tráfico de voz, hay ineficiencias inherentes a ello en cuando se transportan datos con tramas SONET. WDM (Wavelength División Multiplexing) es la técnica de multiplexacion mas empleada porque permite transmitir varias longitudes de onda en una misma fibra simultáneamente como se observa en la Figura 27 Incrementa la capacidad de transmisión en el medio físico (fibra óptica), asignando a las señales ópticas de entrada, frecuencias especificas de luz (longitudes de onda o lambdas), dentro de una banda de frecuencias inconfundible. [27]. Figura 27 Multiplexacion WDM. La diferencia entre WDM y Dense WDM (DWDM) es fundamentalmente el rango. DWDM espacia las longitudes de onda más estrechamente que WDM, por lo tanto tiene una gran capacidad total. Para sistemas DWDM el intervalo entre canales es igual o menor que 3.2 [nm].. 35.

(40) CAPITULO 2. La ITU ha estandarizado este espaciamiento, normalizando una mínima separación de longitudes de onda de 100 [GHz] (o 0.8 [nm]), también esta la posibilidad de separación de 200 [GHz] (o 1.6 [nm]) y 400 [GHz] (3.2 [nm])[28].. En el Anexo No 2 se muestra el espaciado a 100 Ghz .En DWDM se ejecutan las siguientes funciones principales: -. Generación de la señal. La fuente, un láser de estado sólido, puede proveer luz estable con un intervalo de λ pequeño (menor de 2nm), que transmite la información digital, modulada por una señal analógica.. -. Combinación de señales. Los sistemas DWDM emplean multiplexores para combinar las señales. Existe una pérdida asociada con la multiplexacion y demultiplexacion. Esta pérdida puede ser disminuida con el uso de amplificadores ópticos, los que amplifican todas las longitudes de onda directamente, sin conversión eléctrica.. -. Transmisión de señales. Los efectos de degradación de señal óptica o pérdida pueden ser calculados en una transmisión óptica. Sobre un enlace de transmisión, la señal puede necesitar ser amplificada óptimamente.. -. Separación de señales recibidas. En el receptor, las señales multiplexadas tienen que ser separadas.. -. Recepción de señales. La señal demultiplexada es recibida por un fotodetector.. Una forma simple de multiplexar o demultiplexar la luz es usar un prisma [29]. Un flujo de luz poli cromática incide sobre una superficie en forma de prisma y cada componente de longitud de onda se refracta de forma diferente. A la salida, cada longitud de onda se separa de la próxima por un ángulo. Un lente enfoca cada longitud de onda al punto donde entra una fibra. En la Figura 28 se observa:. Figura No 28 Forma de Multiplexar o demultiplexar usando prismas. 36.

(41) CAPITULO 2. Otra tecnología se basa en el principio de la difracción y de interferencias ópticas como se muestra en la Figura 29. Cuando una fuente de luz policromática incide sobre una rejilla de difracción, cada longitud de onda se difracta a diferentes ángulos y por lo tanto a diferentes puntos en el espacio. Usando un lente, estas longitudes de ondas pueden ser enfocadas a fibras individuales. La figura representa este caso. Figura No 29 Multiplexacion y demultiplexacion por difracción. Las ranuras de guía de ondas ordenadas (AWGs) se basan también en el principio de la difracción. Un dispositivo AWG , Figura 30 ,consiste de un arreglo de guías de ondas con una diferencia fija de acuerdo a la longitud del trayecto de los canales adyacentes. Cuando la luz entra a la cavidad de entrada, esta se difracta y entra al arreglo de guías de ondas donde la diferencia de longitudes de ondas de cada guía de onda introduce demoras de fase en la cavidad de salida.. Figura No 30 Multiplexacion y Demultiplexacion con Ranuras de guías ordenadas.. Otra tecnología como muestra la Figura 31 emplea filtros de interferencia en dispositivos nombrados filtros de películas finas o filtros de interferencia. Posicionando el filtro, que consiste en una película fina, en el trayecto óptico las longitudes de ondas pueden ser extraídas La propiedad de cada filtro es tal que transmite una longitud de ondas, mientras rechaza las otras. Realizando una cascada de filtros, varias longitudes de ondas pueden ser demultiplexadas.. 37.

(42) CAPITULO 2. Figura No 31 Multiplexacion y Demultiplexacion con filtros. Entre los puntos de multiplexacion y demultiplexacion en sistemas DWDM, hay un área en la cual existen varias longitudes de ondas. Lo anterior permite adicionar o sustraer una o más longitudes de ondas. Los multiplexores ópticos de adición y sustracción realizan estas funciones. Los OADM además de combinar o separar las longitudes de ondas, puede quitar algunas mientras deja pasar otras. El OADM es similar al Sonet/SDH ADM, diferenciándose solo en que solo longitudes de ondas ópticas con adicionadas o sustraídas , y no tiene lugar en ellos conversiones eléctricas a ópticas de la señal. Figura No 32.. Figura No 32 OADM. La mayoría de los DWDM poseen interfaces ópticas Standard Sonet/SDH. En la actualidad es muy frecuente la interfaz OC-48/STM-16 .Además pueden soportar interfaces de la red de acceso y redes metropolitanas. En la cara del cliente puede haber terminales Sonet /SDH o ADM, conmutadores ATM o Router. Para convertir la señal óptica de entrada en las longitudes de ondas Standard de la UIT para ser multiplexadas se emplean los transpondedores. Un transpondedor convierte la señal óptica del equipo terminal en señal eléctrica. Esta señal eléctrica es, por consiguiente, usada para dirigir un láser WDM. Cada transpondedor dentro de un sistema WDM, convierte está señal “cliente” en una longitud de onda levemente diferente. Las longitudes de onda 38.

(43) CAPITULO 2. provenientes desde todos los transpondedores de un sistema son entonces multiplexadas ópticamente. En la dirección del receptor se efectúa el proceso inverso. Las longitudes de onda individuales son filtradas desde la fibra multiplexada y alimentan a un transpondedor individual, el cual convierte la señal óptica en eléctrica y conduce una interfaz estándar hacia el “cliente”. [20]. Figura No 33 Esquema de un sistema DWDM.. Los siguientes pasos explican el sistema mostrado en la Figura No 33. El transpondedor acepta entradas en la forma estándar de láser mono-modo o multi-modo. La entrada puede llegar desde diferentes medios físicos, de distintos protocolos y tipos de tráfico. La longitud de onda de cada señal de entrada se identifica con una longitud de onda DWDM y son multiplexadas dentro de una sola señal óptica y lanzadas dentro de la fibra. El sistema puede también incluir la habilidad de aceptar señales ópticas directas para ser multiplexadas. Después un post-amplificador amplifica la potencia de la señal óptica, del mismo modo que emigra el sistema (opcional) Y se pueden emplear amplificadores ópticos son cada cierta distancia de enlace, de ser necesarios. Además un pre-amplificador amplifica la señal antes de que ésta entre en el nodo receptor , la señal recibida se demultiplexada en lambdas individuales DWDM y son identificadas para los tipos de salida requeridos y enviadas a través del transpondedor.. 39.

(44) CAPITULO 2. 2.1.6 AMPLIFICACION OPTICA:. En los sistemas de cables submarinos la amplificación óptica esta basada en la fibra dopada de erbio (EDFA). Se emplea esta técnica en los. pre-amplificadores, post. amplificadores y repetidores submarinos. Los EDFA emplean fuentes de bombeo. La amplificación se produce cuando un foton de señal en la ventana de 1. 550 nm pasan en las proximidades de un ion de erbio en un estado excitado. Cuando pasa a un estado no excitado, el erbio genera fotones gemelos de 1.550 nm por emisión estimulada. Los laseres de alta potencia a 980 0 1.480 nm se emplean para bombear el erbio, de ahí el termino de laseres de bombeo.[21]. Las potencias empleadas para bombear los EDFAs van desde 60 mW hasta 1 W dependiendo de la amplificación y el número de canales a amplificar. Generalmente se emplea bombeo a 980 nm para amplificadores de bajo ruido mientras que se emplean esquemas de bombeo de 1.480 nm para etapas de baja potencia. El ancho de banda óptico natural de un EDFA se encuentra alrededor de los 25 nm y la respuesta espectral se acerca a la ganancia pico que es aproximadamente Gaussiana. Para aumentar el ancho de banda óptico y poder transmitir varias longitudes de onda se emplean los filtros ópticos denominados Fiber Bragg Grating (FBG) que se comportan como un rechazador óptico a una determinada longitud de onda [3]. Optimizando el perfil de atenuación de este FBG, se puede obtener una respuesta espectral que es inversa de la del EDFA, lo que significa que se puede crear un EDFA de banda ancha introduciendo un FBG en la salida del amplificador óptico. Esta técnica se ha utilizado para alcanzar un ancho de banda de 12 nm en Sistemas de Cable Submarino tales como la Southern-Cross (Une Estados Unidos y Australia), que permite transmitir 16 espaciados en 0,8 nm. La técnica se utilizó después para aumentar el ancho de banda de cada EDFA a 27 nm. No obstante, ya que el perfil de ganancia de un EDFA sobre una banda de 27 nm es desigual, tuvo que crearse un filtro de perfil complejo, que requería tres FBGs en cascada en vez de sólo uno.. 40.

(45) CAPITULO 2. Es imposible alcanzar la ganancia plana perfecta de cada EDFA, por lo que se deben insertar filtros adicionales, conocidos como ecualizadores de perfilado (SEQ) y Ecualizador de Inclinación (TEQ). Los SEQs compensan las imperfecciones residuales de la ganancia de un bloque de aproximadamente 15 EDFAs. Un SEQ se construye con varios FBGs en cascada para obtener el perfil requerido. La última mejora en amplificadores ópticos de alto tráfico se alcanzo con la llegada de los Amplificadores Raman. El efecto Raman es un fenómeno no lineal que ocurre en altas concentraciones de potencia en la fibra. Por ejemplo, un bombeo de 1 W a 1.450 nm emitidos en una fibra estándar monomodo producirá ganancia en la banda de 1550 nm. La Ganancia Raman [17] Figura No 34 se alcanza de la transferencia de potencia de un flujo óptico a otro que esta desplazado a una frecuencia menor. El espectro de la ganancia Raman en una fibra de sílice se muestra en la figura. La Banda de ganancia esta sobre los 40 Thz de ancho de banda con un pico cercano a los 13.2 Thz. La Banda de Ganancia se desplaza con el espectro de bombeo y el valor pico del coeficiente de ganancia es inversamente proporcional a la longitud de onda de bombeo.. Figura No 34 Ganancia Raman. Las ventajas de los amplificadores Raman están asociadas a. varios. aspectos. fundamentales. La ganancia Raman existe en cada fibra y no es resonante lo que permite alcanzar un rango entre 0,3 a 2 µm. Además el espectro de ganancia puede ser ajustado a través de la longitud de onda de bombeo y la amplificación es de banda ancha (ancho de banda mayor de 5 Thz). 41.

(46) CAPITULO 2. El preamplificador ROPA permite amplificar la señal en un punto alejado desde los terminales sin necesidad de una inyección de potencia eléctrica. Consiste en amplificadores de fibra dopada con erbio (erbium-doped-fibre amplifiers - EDFA) instalados en un alojamiento (Remote Amplifier Housing - RAH) sumergida a unos 95km de la estación terminal. Desde la estación terminal, se bombea el amplificador EDFA, usado como telepreamplificador, a través de la fibra de línea o empleando una fibra adicional exclusiva mediante un equipo de bombeo a 1480nm como muestra la Figura No 35. Cuando se necesitan pre y postamplificadores, se instalan en un único recinto (Remote Amplifier Housing - RAH). Las Figura No 35 muestra la arquitectura de los pre y post amplificadores ROPA.[18].. RA H. sig n a l. Erb iu m d o p ed fib re. Pu m p 148 0 nm. Lin e fib re 1 p um p. WDM. Rx. Lin e fib re 2 Po st- Am p. sig n a l. Tx. RA H. sig n a l. Erb iu m d o p ed fib re. Lin e fib re 1. Erb ium d o p ed fib re. Lin e fib re 2. Pu m p 1 4 8 0 nm p um p WDM. Rx. Po st-Am p. sig n a l. Tx p um p Pu m p Extra - fib re. 1 4 8 0 nm. Figura No 35 : Pre y post-ROPA. 42.

(47) CAPITULO 2. El recinto Remote Amplifier Housing (RAH), la parte sumergida del amplificador ROPA, sólo contiene componentes pasivos, haciéndolo así muy fiable. No necesita ningún tipo de mantenimiento concreto durante toda la vida del sistema.. Figura No 36 Restricciones que impone la cadena de amplificación.. Una aplicación de la amplificación óptica es en los repetidores. Como se observa en la Figura 37, esta formado por dos EDFA. Para aplicaciones donde se necesiten potencias de salida elevadas, se emplea un arreglo de dos bombas: 980 y 1480 nm. La potencia de salida puede ser ajustada a través del sistema de supervisión que permite medir los niveles de entrada y salida, la corriente de bombeo para. supervisar fallas y además permite la. localización de fallas en la fibra por el método EOTDR. Como regla a la salida de los EDFA se coloca un ecualizador cuya función es aplanar la ganancia del mismo [19]. Figura No 37 Esquema de un Repetidor. 43.

(48) CAPITULO 2. 2.2 FIBRAS OPTICAS. La calidad de la transmisión depende en principio de dos parámetros de la fibra y de la amplificación Óptica.. Estos son: Dispersión , Efectos no lineales y Cadena de. Amplificadores. Las restricciones que impone la fibra óptica a la integridad de la señal se muestra en la Figura No 38.. Figura No 38 Restricciones que impone la fibra óptica a la integridad de la señal. Existen efectos no lineales en las fibras. En el denominado Four Wave Mixing (FWM)[20] como se observa en la Figura 39, tres señales de luz a diferentes longitudes de ondas interactúan en la fibra para crear una cuarta señal de luz a una longitud de ondas que puede solaparse con una de las señales de trabajo. Esta señal interfiere con los datos que están siendo transmitidos sobre esa longitud de ondas. Se ha comprobado que mientras es mayor la dispersión cromática, menor es el efecto de no linealidades debido a que la dispersión cromática causa que las señales de luz a diferentes longitudes de ondas se propaguen a diferentes velocidades en la fibra lo que causa menor solapamiento entre señales y reducción del efecto de intermodulación FWM. Debido a lo anterior, se desarrollaron nuevas fibras que manejan la interacción de los dos efectos : permitan dispersión cromática mayor que las convencionales pero al mismo tiempo reducen las no linealidades.. 44.

(49) CAPITULO 2. Figura No 39 No linealidades de la Fibra Óptica. En el caso de la FWM, cuando la onda de luz espúrea generada tiene la misma longitud de onda que la uno de los canales modulados, la calidad de la señal transmitida por este canal puede degradarse considerablemente.. Figura No 40 Reducción del efecto Tour Waves Mixing. Para reducir el arranque inicial de la señal creada por la FWM, sólo es necesario asegurar que los tres canales que generan la onda espúrea la propagan a la misma velocidad, es decir, que la dispersión cromática de la fibra no es cero.. 45.