Tendido y Verificación de Redes de Fibra ´Optica

Tendido y Verificaci´on de Redes de Fibra
´
Optica
Cecilia Alberto :: 82652
Lucas Chiesa :: 83417
Margarita Manterola :: 77091
1er cuatrimestre - 2007
Resumen
En este documento se tratar´an los criterios necesarios para el dise˜
no y el tendido de redes de planta externa con fibra ´optica, y los
componentes y t´ecnicas para la verificaci´on de la red.
´Indice
1. Introducci´
on a las redes ´
opticas
2
2. Tipos de tendido
2.1. Tendido submarino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2. Tendido a´ereo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3. Tendido terrestre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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3
5
6
3. Verificaci´
on de redes ´
opticas
3.1. M´etodos de medici´on . . . . . . . . . . . . . .
3.1.1. Inspecci´on visual . . . . . . . . . . . .
3.1.2. Medici´on de potencia . . . . . . . . . .
3.1.3. Medici´on de p´erdidas de potencia . . .
3.1.4. Reflectometr´ıa ´optica en el dominio del
1
. . . .
. . . .
. . . .
. . . .
tiempo
7
. . . . . 7
. . . . . 7
. . . . . 8
. . . . . 8
(OTDR) 9
1.
Introducci´
on a las redes ´
opticas
Las redes de fibra ´optica tienen una diversidad de fines, tales como conexionado entre edificios y dependencias, enlaces urbanos y enlaces de larga
distancia. Se pueden clasifican seg´
un par´ametros como: su funcionamiento,
capacidad de transmisi´on, as´ı como al alcance que definen.
El tendido de redes de planta externa incluye:
Relevamiento de Ingenier´ıa
Replanteo y toma de datos
Construcci´on de Obra Civil rural y urbana
Tendido de Ductos
Tendido de Tritubos
´
Tendido de cables de Fibra Optica
´
Medici´on y Empalmes de cables de Fibra Optica
Mediciones y pruebas
Conexionado entre edificios y dependencias tiene como finalidad unir
edificios entre los cuales se genera una gran cantidad de tr´afico de red,
como puede ser el caso de un proveedor de comunicaciones con sus
distintas dependencias o oficinas.
Como se requiere una gran capacidad en el enlace se utiliza fibra ´optica,
pero dado que en general las distancias recorridas son cortas, tolerando
niveles de atenuaci´on relativamente elevados, no se justifica una gran
inversi´on en equipos y fibra, de modo que se emplea una red con fibra
multimodal.
Adem´as, el tendido es sencillo, y no se necesita equipamiento adicional,
como amplificadores, repetidores o empalmes. En general, en este tipo
de enlaces se logra un bajo costo en relaci´on a los otros.
Enlaces urbanos son utilizados para la infraestructura de comunicaci´on
interna de las ciudades. En este caso, las distancias son mayores y se
requiere un menor nivel de atenuaci´on, para poder garantizar un alto
nivel de servicio.
Dado que el costo de tendido para este tipo de redes es mayor, y que
se necesita una mayor capacidad, al momento de realizar la instalaci´on
de la fibra, se coloca un n´
umero importante de hilos.
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Es posible realizar estos enlaces con fibra monomodal o multimodal de
mayor calidad, transmitiendo en la primera o segunda ventana, seg´
un
los requerimientos particulares del enlace a implementar.
Como consecuencia, en este caso los costos son mayores.
Enlaces de larga distancia son necesarios para interconectar ciudades, pa´ıses
y hasta continentes. Se requiere tener muy alta velocidad y muy poca
atenuaci´on.
En este caso se utilizan fibras monomodo de alta calidad que trabajan
en la tercera ventana, en general se emplea la t´ecnica de DWDM (Dense
Wavelength Division Multiplexing) para un m´aximo aprovechamiento
de la capacidad de la fibra. El costo del tendido de estas redes es muy
elevado y los equipos a utilizar son de alta complejidad, por este motivo
a la hora de realizar el tendido se coloca una gran cantidad de hilos.
Adem´as, es importante la resistencia mec´anica del cable, seg´
un el medio
en el que se encuentre, ya sea terrestre, a´ereo o mar´ıtimo; ya que una
rotura en el enlace podr´ıa significar altas p´erdidas para los proveedores.
2.
2.1.
Tipos de tendido
Tendido submarino
Para la interconexi´on de los centros m´as importantes del mundo, se cuenta con una enorme y compleja infraestructura conformada por fibra ´optica.
Actualmente, existe una gran cantidad de sistemas de cableado submarino
de fibra ´optica instalados en todos los oc´eanos. En total se estima que la
longitud es mayor a los 450 mil kil´ometros de acuerdo con una divisi´on internacional de cuatro regiones: a) Oc´eano Pac´ıfico - Asia, b) Oc´eano Atl´antico,
c) Europa - Asia y d) Sudam´erica. Todas estas regiones se comunican entre
s´ı.
Estos sistemas submarinos se componen de cables de fibra ´optica interconectados, a trav´es de repetidores, que amplifican las se˜
nales y permiten
alcanzar distancias de hasta nueve mil kil´ometros por tramo. Asimismo, resisten las inclemencias de la temperatura, salinidad y humedad, as´ı como las
presiones del agua, ya que se encuentran instalados hasta tres mil metros de
profundidad.
Se conectan a sistemas de transmisi´on y recepci´on, integrados por moduladores y multiplexores ´opticos que constituyen los sistemas de observaci´on
y control, los cuales, en conjunto con los amplificadores empalmados al cable cada 30 o 50km garantizan la integridad de las se˜
nales que viajan por
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las fibras ´opticas para permitir la telecomunicaci´on. Estos cables necesitan
constante mantenimiento y supervisi´on.
Una de las ventajas importantes de la fibra ´optica colocada dentro del
mar, con respecto a la comunicaci´on v´ıa sat´elite, es que es m´as barata e
implica menor riesgo de interrumpir el enlace por razones clim´aticas como
tormentas. Adem´as, el retardo de transmisi´on es considerablemente menor
por lo que es ideal para transmisi´on de telefon´ıa internacional.
El proceso del tendido de la red submarina es complejo y largo. Como
primera instancia, antes de llevar a cabo la instalaci´on, se realiza un estudio
en el cual se traza la ruta del cableado submarino y se especifican los requisitos tecnol´ogicos. Posteriormente, se relevan los datos geof´ısicos y en base a
ellos se define la ruta real a utilizar. En esta fase se especifican los tipos de
cable submarino, empalmes, estructuras y dem´as equipamiento, incluido el
mecanismo de transmisi´on electr´onica.
La instalaci´on del tendido de fibra ´optica es llevada a cabo por dos barcos,
que despu´es de partir de diferentes ´areas geogr´aficas, van desenrrollando y
sumergiendo el cable, hasta que se encuentran en un punto determinado del
oc´eano, es ah´ı donde se realiza la conexi´on de los dos puntos. Finalmente,
despu´es de comprobar que el enlace funciona correctamente, sumergen los
dos extremos de los cables conectados.
Una vez realizada la instalaci´on ser´a necesario realizar operaciones de
mantenimiento permanentes, utilizando veh´ıculos de operaci´on remota (ROV),
que trabajan a grandes profundidades.
El cable submarino de fibra ´optica debe ser resistente y liviano. La estructura de un cable submarino tiene cinco elementos b´asicos:
´
Fibras Opticas,un
alto n´
umero de hilos (hasta 144), agrupadas de a 12.
Tubo central de cobre (tubo holgado) por donde pasan las fibras que
proporciona una protecci´on contra la penetraci´on de hidr´ogeno.
Soporte a trav´es de alambres
Aislamiento con HDPE(High-density polyethylene)
Armadura, que le da integridad y fuerza estructural para resistir los
esfuerzos y proteger contra los predadores, las rocas, etc.
Existen tres tipos distintos: liviano, con blindaje simple, y con blindaje
doble. El tipo de cable apropiado para cada segmento de la ruta del cliente
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se especifica en diagramas rectil´ıneos y balances energ´eticos desarrollados
a partir de los datos geof´ısicos recopilados durante el relevamiento marino
previo al tendido del cable.
2.2.
Tendido a´
ereo
Los tendidos a´ereos importantes suelen aprovechar las instalaciones existentes de las empresas de transporte de energ´ıa el´ectrica. En varios casos,
estas mismas empresas son las due˜
nas de la fibra ´optica y utilizan este recurso para aumentar sus ingresos.
Para los tendidos a´ereos se utilizan b´asicamente 4 tipos de cables de fibra
´optica:
ADSS (All Dielectric Self-Supporting) Dise˜
nados para instalarse en
l´ıneas de alta tensi´on. Este dise˜
no no contiene ning´
un elemento met´alico y su cubierta est´a protegida contra el efecto tracking por lo que hace
a este cable muy adecuado para su instalaci´on en l´ıneas de media y
alta tensi´on. El peso del cable es soportado solo por los elementos de
refuerzo (hilaturas de aramida) incluidos en ´el. La excelente relaci´on
peso resistencia a la tracci´on de los elementos de refuerzo asegura el
bajo peso de los cables ADSS y limita la carga adicional de las torres
de alta tensi´on. Estos cables pueden instalarse en vanos de hasta 600
metros. Adem´as pueden incorporar protecci´on contra los disparos si se
instalan en zonas de cazadores.
Figura-8 Este dise˜
no contiene el mensajero unido al n´
ucleo ´optico mediante la cubierta externa. El mensajero act´
ua como elemento de refuerzo y soporta el peso del cable. Este tipo de cable se usa en instalaciones a´ereas con vanos cortos siendo una soluci´on muy econ´omica.En
la siguiente figura se puede ver un esquema de estos cables.
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Adosados Dise˜
nados para ser atados a un cable mensajero, al hilo de
tierra o al conductor de fase en las l´ıneas de alta tensi´on. La soluci´on
usada en l´ıneas de alta tensi´on, conocida como ADL, contiene elementos totalmente diel´ectricos. La tecnolog´ıa ADL permite instalaciones
r´apidas y econ´omicas.El adosado del cable ´optico al hilo de tierra en
las l´ıneas de alta tensi´on se hace de una manera discontinua usando
preformados met´alicos. El adosado al cable de fase se hace de forma
continua usando lashing binders.
OPGW (OPtical Ground Wire)El n´
ucleo de fibras ´opticas se aloja en el
interior de un tubo de aluminio extruido que proporciona tanto protecci´on mec´anica al n´
ucleo ´optico como estanqueidad frente a la humedad
o penetraci´on de agua. Este tubo de aluminio proporciona a su vez alta conductividad el´ectrica necesaria para la disipaci´on de las descargas
atmosf´ericas o cortocircuitos accidentales. El n´
umero de fibras ´opticas
contenidas puede llegar hasta 96.
Estos cables tienen que tener una alta resistencia mec´anica, ya que tienen
que poder ser tensados sobre las torres de transporte el´ectrico.
Los m´etodos de tendidos son dos, dependiendo del veh´ıculo con acceso
a la l´ınea de poleas, y de la instalaci´on sobre la que que desea realizar el
tendido:
Riel en movimiento
Riel Estacionario
2.3.
Tendido terrestre
Para hacer un tendido terrestre pueden abrirse zanjas a cielo abierto, o
bien utilizar la tecnolog´ıa trenchless de tuneler´ıa guiada.
El sistema cl´asico de tendido a cielo abierto trae numerosas molestias a
los ciudadanos (ruidos molestos, veredas abiertas, suciedad) por lo que se
recomienda que no se use en centros urbanos.
El sistema trenchless, por otro lado, es capaz de trazar t´
uneles mediante
perforaciones direccionales, evitando tener que abrir las veredas. Esto permite
realizar tanto el tendido como el mantenimiento de los tubos, sin tener que
abrir todo el suelo.
Utilizando equipos de rob´otica es posible tender los cables de fibra dentro
de las cloacas, a las que no se podr´ıa acceder normalmente.
Asimismo, comparando los dos sistemas, cuando se habla de pasar una
ca˜
ner´ıa simple (por ejemplo, dos tritubos), los valores son pr´acticamente
6
iguales (entre $ 33 y $ 35 el metro), aunque todo depender´a de la cantidad de
metros a realizar. La variaci´on de precios se produce b´asicamente de acuerdo
a dos ´ıtems: el di´ametro de la ca˜
ner´ıa (cuando es muy grande, la tunelera
deber´a trabajar m´as tiempo para ensanchar el t´
unel) y la cantidad de metros,
que requerir´a mayor costo de reposicionamiento de equipos.
Una vez tendidos las ca˜
ner´ıas, ser´a necesario colocar la fibra dentro de
ellas. La t´ecnica tradicional sol´ıa ser la de tirar de la fibra, lo cual implica
una alta fricci´on, especialmente en las curvas, que se reduce con la utilizaci´on
de un lubricante.
Para evitar los altos niveles de tensi´on sobre el cable, se puede utilizar
la t´ecnica de jetting, en la que se genera una corriente de aire de alta presi´on que va empujando al cable a medida que se lo va insertando. De esta
manera se evitan las fricciones mediante el flujo de aire, y se pueden realizar
instalaciones de mayores distancias.
3.
Verificaci´
on de redes ´
opticas
Una vez que un cable de fibra ´optica est´a instalado y para el buen funcionamiento de la red, se deben realizar distintas mediciones como para verificar
la continuidad, la atenuaci´on en la conexi´on, etc.
3.1.
3.1.1.
M´
etodos de medici´
on
Inspecci´
on visual
El test de continuidad de extremo a extremo se utiliza para asegurarse
que la fibra no est´e da˜
nada y que las juntas y conectores funcionen
correctamente. Se utiliza un trazador de fibra, que tiene forma similar
´
a una linterna. Este
aparato se conecta a una de las puntas y se verifica
que en la otra punta llegue el haz de luz. Es importante realizar este test
antes de desarmar el rollo de fibra comprado, para localizar defectos de
fabricaci´on.
El test de fallas chequea la existencia de imperfecciones a lo largo de toda
la fibra, como roturas o zonas de altas p´erdidas. El equipo a utilizar en
este caso, es similar al equipo anterior pero emite una se˜
nal de mayor
potencia.
La inspecci´
on de conectores se realiza utilizando un microscopio. Se verifica que las conexiones est´en bien armadas, con la fibra pulidas, sin
7
rayones.
3.1.2.
Medici´
on de potencia
Se debe medir la potencia transmitida por la fibra para asegurar que se
sea lo suficientemente alta como para diferenciarse del ruido, pero no tanto
como para saturar el receptor. Para esto, se utiliza un medidor de potencia,
que en general cuentan con adaptadores para los distintos tipos de conectores.
3.1.3.
Medici´
on de p´
erdidas de potencia
La p´erdida es la diferencia entre la potencia transmitida y la recibida.
Se desea medir las p´erdidas debidas a los cables, conectores y empalmes. En
este caso, adem´as del medidor de potencia con sus adaptadores, se necesita
una fuente de emisi´on de prueba (led o l´aser adecuado a la longitud de onda)
y tramos de fibra de referencia.
Antes de realizar la medici´on, se debe calibrar a 0dB el punto donde se
va a conectar la fibra.
Se puede medir las p´erdidas de 2 maneras: p´erdidas con una terminaci´on
y con dos terminaciones. En la primera, se conecta la fibra a la fuente a trav´es
de la fibra de referencia y se mide por el otro extremo con un medidor de
potencia. De esta manera, se observar´an las p´erdidas por el conector utilizado
para la conexi´on, la fibra, y los empalmes. En la segunda, se conecta la fibra
a ambos equipos a trav´es de fibra de referencia. Se debe tener en cuenta que
en este caso se utilizan dos conectores.
Una generalizaci´on de las p´erdidas esperables por cada elemento:
Por cada conector, 0,5dB de p´erdida.
Por cada empalme, 0,2db.
Las p´erdidas en la fibra van a depender del tipo y de la ventana que se
utilice.
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3.1.4.
Reflectometr´ıa ´
optica en el dominio del tiempo (OTDR)
El OTDR utiliza la t´ecnica de reflectrometr´ıa, enviando cortos impulsos
de luz para determinar las caracter´ısticas de la fibra (longitud, perdidas, etc.)
y la ubicaci´on de fisuras en el enlace, problemas en los empalmes.
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