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Fibras Ópticas y Caracterización para Redes
Octubre 2014
José Ignacio Quintero
Agenda
1.- Fibras ópticas, tipos y aplicaciones.
2.- Mantenimiento de conectores
3.- Procedimiento de preparación del cable
4.- Caracterización de Fibras Ópticas
2.1 Definición
2.2 Atenuación
2.3 Efectos Lineales
3
Fibras ópticas tipos y aplicaciones1
4
Fibra Óptica
Caracteristica física de la fibra óptica
Cladding : ~ 125 µm – Propiedades mecánicas y propagación
Core : Propagación de la luz
Coating : Protección e identificación del hilo
La luz se propaga dentro del núcleo
Coating
Cladding
Core
5
Silica Diameter
125 µm
62.5 µm
125 µm 125 µm
50 µm 9 µm
Multimodes Fibres Singlemode Fiber
50/12562.5/125 9/125
6
250 µm250 µm250 µm
Diámetro del Revestimiento (Coating)
50/125/25062.5/125/250 9/125/250
7
Fibra Multimodo
Pulse In Pulso Out
1 0 1 10 ??? ?1Excesivo ensanchamiento del pulso = Bit Errors
8
Estructura Tight Buffer
Optical Fibre
Tigh Buffer
Protección Complementaria
Conectores
Cords y Distribución900 µm
250 µm
9
LSZH Sheath
Cords
Tight Buffer
Fibre (900µm)
Aramid Yarns
10
Simplex or Duplex Cords
11
Breakouts
12
Cable Tight Buffer
Tight Buffer
Fibre SheathStrength Members
13
Estructure Loose Tube
Optical Fibre
Loose Tube
250 µm
2.5 mm Tubo plástico Resistente
Contiene varias fibras (24)
Relleno de Jelly
14
Construction Unitube
Outer Sheath
Central tube
Inner Sheath ArmourPeripheralstrength members
15
Construcción Multi - Tubo
Outer SheathCentralstrength member ArmourLoose Tubes Inner Sheath
16
Diseño Cinta Ranura (Ribbon slotted)
17
Cinta de 8-f
18
Configuración de Cintas (Ribbons)
RIBBON = 4, 8 or 12 fibras en paralelo agrupadas y rodeadas de Acrylate
- fibra 250 micron- Colores Individuales
19
Configuración de Ribbon
- 8-f ribbon
- 8-f ribbon splittable
20
Micro Cable
Fiber count
4
6
12
24
48 - 72
96
21
Comparación Micro cable y Losse Tube
Cable TypeReference
UG Micro Cable UT Micro Cable UB
Fiber Count 24 12 24
Diameter 8.4 mm 3.9 mm 4.0 mm
Weight 62 kg/km 12.5 kg/km 15.5 kg/km
Max Pulling force 170 daN 15 daN 15 daN
5 mm
22
Cables para aplicaciones AéreasFigura 8
ADSS
23
Cable Figura 8
24
Cable OPGW
25
Cable Submarinos
Polyethylene
Screen
Armour wires
26
Construcción :
Single - mode o Multi - mode
No Armada
Armada con:
- SWA
- GSTA
- Wire Braid
Protección Aromatica
- Lead sheath
- PVC or Halogen Free
Adicionales :Low Halogen Content / Halogen Free / Oil Resistant / IEC 60332-3
Cables F.O Para Ambientes Petroleros
27
Cables F.O Para Ambientes Petroleros (plataformas Offshore)
Resistente al Fuego:
1000 °C por 3 horas
Resistente al Lodo de perforación
uso:
Plataformas Petroleras Offshore
Túneles
28
AplicaciónAplicación//DistanciaDistancia/ / AnchoAncho de Banda de Banda parapara FibraFibra MultimodoMultimodo
Fuente: Berktek.com
29
AplicaciónAplicación//DistanciaDistancia/ / AnchoAncho de Banda de Banda parapara FibraFibra MultimodoMultimodo
Fuente: Berktek.com
30
Mantenimiento de conectores2
31
Mantenimiento de Conectores IEC 62627
32
Fibra Magna de alineación
Sucio
Conector Ferrule
INSPECCIÓN DE CONECTORES
33
INSPECCIÓN DE CONECTORES
34
INSPECCIÓN DE CONECTORES
35
INSPECCIÓN DE CONECTORES
36
Fibra Multimodo perfecta Fibra Monomodo perfecta
INSPECCIÓN DE CONECTORES
37
Contaminación por alcohol Contaminación de liquido
INSPECCIÓN DE CONECTORES
38
Contaminación por polvo Contaminación por polvo conectores MPO
INSPECCIÓN DE CONECTORES
39
Contaminación por polvo, conectores MPO Residuos de alcohol, conectores MPO
INSPECCIÓN DE CONECTORES
40
Hoyos en Core y Clading Rayón en core y clading
Defectos permaentes
INSPECCIÓN DE CONECTORES
41
Materiales para Mantenimiento
42
Materiales para Mantenimiento
43
Limpieza MPO
44
Limpieza MPO
45
Práctica de preparacion de cable3
46
Preparación del cable loose Tube
Stripping Tool
47
Preparación del cable loose Tube
48
Preparación del cable loose Tube
49
Preparación del cable loose Tube
50
Preparación del cable loose Tube
51
Preparación del cable loose Tube
52
Preparación del cable loose Tube
53
Preparación del cable loose Tube
54
Preparación del cable loose Tube
55
Preparación del cable loose Tube
56
Preparación del cable loose Tube
57
Preparación del cable loose Tube
58
Preparación del cable Tight Buffer
59
Preparación del cable Tight Buffer
60
Preparación del cable Tight Buffer
61
Preparación del cable Tight Buffer
62
Preparación del cable Tight Buffer
63
Caracterización de Fibras Ópticas4
64
Definición
• Son un conjunto de medidas ópticas de extremo aextremo realizadas sobre capa física, que cualificany determinan la calidad y el potencial de una fibraóptica dada en la red.
• Aporta toda la información necesaria para definir siun enlace Óptico es capaz de soportar 10Gb/s,40Gb/s ,100 Gb/s o sistemas mayores.
Caracterización de Fibras Ópticas
65
Caracterización de Fibras Ópticas
La siguiente Información debe ser conocida con precisión:
Capaciad del Sistema (Máximo # de Canales)
Tasa de transmisión
Tipo de Fibra
Número de Spans
Longitud de los spans
Atenuación de los spans
Márgenes de envejecimiento de la fibra
PMD y CD del los spans
66
Pruebas
• Pérdidas de Inserción y Perdidas de Retorno(Insertion & Return losses)
• Verificación de planta física
• Espectro de perfil de Atenuación (SAP, spectralattenuation profile.
• Dipersión Cromática (CD, Chromatic dispersion).
• Dispersión por Modo de Polarización (PMD,Polarization mode dispersion).
Caracterización de Fibras Ópticas
67
Caracterización de Fibras Ópticas
Parámetros Claves de la Fibra4
68
Caracterización de Fibras Ópticas
Efectos Lineales4
69
Parámetros que definen a las Fibras Ópticas
• Atenuación
• Dispersión Cromática
• PMD Dispersión por modo de Polarización
Efectos Lineales
70
Atenuación = Disminución de la potencia utilizable.
• Disminución por absorción intrínseca.
Por efecto de campo eléctrico.
Por vibración mecánica debido a la estructura cristalina.
• Disminución por absorción extrínseca.
Iones metálicos Cr+++, Fe++, Ni+++, Cu++.
Restos de agua OH- y H2.
• Disminución por difusión.
Atenuación
ININ OUTOUT
71
CR+++OH-
Difusión
Potencia de Ingreso
Potencia de Salida
7 quantums 2 quantums
Atenuación
72
0.22 dB/Km0.3 dB/Km
Atenuación vs longitud de onda
73
Ventanas o bandas de longitud de Onda
Ventana Banda
(ITU-T)
(nm) Atenuac. típica
(dB/Km)
Alcance (Km)
Tipo fibra Aplicaciones
1ª (´70) 820-900 3,0 2 MM 10M/Gb/10Gb Eth
2ª (´80) O 1260-1360 0,34 40-100 MM y SM 100M/Gb/10Gb Eth, SONET/SDH, CWDM
(años 00) E 1360-1460 0,31 (LWP) 100 SM CWDM
(años 00) S 1460-1530 0,25 100 SM CWDM
3ª
(años 90)
C 1530-1565 0,2 160 SM 10Gb Eth, DWDM, CWDM
4ª
(años 00)
L 1565-1625 0,22 160 SM DWDM, CWDM
(años 00) U 1625-1675 SM
74
1ª ventana
Absorción producida por el ión hidroxilo, OH-
(‘Pico de agua’)
Luz visible Longitud de onda, (nm)
Aten
uaci
ón (d
B/K
m)
2,5
2,0
1,0
1,5
0,5
700 1000900800 1400130012001100 170016001500
Luz infrarroja
Atenuación de la fibra óptica
0
LáserCD-ROM
3,0
Fibra multimodo
Fibra monomodo
Pérdida debida a la dispersión intrínseca
2ª v Banda O
(Original)
3ª v Banda C (Conventional)
4ª v Banda L (Long)
Banda E
(Extended)
Banda S (Short)
Banda U (Ultra-long)
75
dB (a
ttenu
atio
n)
Distance
OTDR – A Good TracePatch Panel
Patch PanelFusion Splice
Mechanical Splice (or may be interconnect)OTDR
Access Jumper
The System
76
dB (a
ttenu
atio
n)
Distance
Patch PanelPatch Panel
OTDR
Ghosts
77
dB (a
ttenu
atio
n)
Distance
A Bad Fusion Splice
≥ 0.3 dB
Patch Panel
Patch Panel
OTDR
78
dB (a
ttenu
atio
n)
Distance
OTDR – Light Increase in Fiber?
Gainer?
Patch Panel A
Patch Panel BFusion Splice
OTDR
79
Medición de Atenuación
80
Medición del Perfil de Atenuación (AP)
81
Falta de Paralelismo
Desalineamiento Axial
Gap
Presencia de Impurezas
a = 1 dB
1) Alineación
2) Descarga eléctrica para fusión.
3) Secado y recubrimiento.
a = de 0.1 a 0.07 dB
Problemas de empalmes mecánicos. Proceso de un empalme de fusión.
Empalmes Mecánicos y de Fusión
82
Conectores de Fibra Optica Form factors ST ‘S’traight ‘T’ip connector
(set & Twist) SC ‘S’ubscriber ‘C’onnector LC ‘L’ucent ‘C’onnector MT-RJ ‘MT’ ferrule, ‘R’egister
‘J’ack latch MPO/MTPTM
The MPO connector houses an MT ferrule ‘M’ultiple ‘T’erminations,
‘P’ush-pull latch
Physical Contac/ super" and "ultra" polish qualities
83
Cartuchos MPO
84
MPO
85
MPO ODF
86
Componentes MPO Systems
87
Conectores de Fibra Optica
88
Resumen de Formulas
P recib.= P Sal. + PérdidasMargen Tramo= P recibida - Sensibilidad
Atenuación Global = Psal. - SAtenuación Máxima Disponible = Atenuación Global –
ODF – Márgen Op.
Distancia Máxima = Atenuación Máxima/Ad
89
Se tiene un tramo de 93 Km., se sabe que la fibra ha sido cortada13 veces de las cuales 8 han sido reparadas con empalmesmecánicos y 5 por fusión.
¿Cuál es la pérdida esperada en segunda y tercera ventana?
Se dispone de un Tx de Pout= -2 dBm y un Rx de S= -36 dBm. ¿Cuál es el margen disponible? , ¿Con dicho margencuantas veces se puede empalmar mecánicamente?
Los carretes son de 3 Km.
Ejemplo de un enlace
90
Ejemplo1
Perd. Empalmes -3,0 - 5x 0,1 - 8 x 1 = - 11,5 dB
Pérd. Fibra 3ra. Ventana 93 Km x 0,22 dB/Km = - 20,46 dBPer. Total = -20,46 dB – 11,5 dB = - 31,96 dB
Pérd. Fibra 2da. Ventana
93Km x 0,3 dB/Km = - 27,9 dB
Per. Total = -27,9 dB – 11,5 dB = - 39,4 dB
Perd. Empalmes Inst. (93 Km/3 Km)-1 x 0,1= -3,0 dB
91
Ejemplo1/2
Margen= P recibida - SensibilidadP recib.= P Sal. + PérdidasP recib.= -2 dBm + (-31,96 dB) = -33,96 dB
Margen = -33,96 – (-36 dBm) = 2,04 dB
# empalmes Mecánicos = 2,04 dB/1 dB= 2 empalmes
# empalmes Fusión = 2,04 dB/0,1 dB= 20 empalmes
92
Prácticas de empalmes
93
94
95
Caracterización de Fibras Ópticas
Efectos Lineales4
96
Caracterización de Fibras Ópticas
Dispersión Cromática5
97
Dispersión Cromática
•Dispersión Cromática:•Diferentes longitudes de onda viajan a diferentes velocidades
Pulso Difusión del pulso
98
Tx Rx
Fibra
d= 65 Km
En fibra G.652 @ 1.550 nm => 65 Km x 18 ps.nm/Km = 1.170 ps.nm
En fibra G.652 @ 1.310 nm => 65 Km x 3.5 ps.nm/Km = 227.5 ps.nmEn fibra G.655 @ 1.550 nm => 65 Km x 9 ps.nm/Km = 585 ps.nm
Cálculos de Dispersión Cromática
99
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
Atte
nuat
ion
[dB
/km
]
20
0
-5
-10
-15
-20
15
10
5
Dis
pers
ion
[ps/
(nm
*km
)]
Wavelength [nm]1280 1320 1360 1400 1440 1480 1520 1560 1600 1640
G.652 Fibre
G.655 Fibre
G.652, G.653 & G.655 Fibres
DWDM WINDOW1310 nm
O-Band E-Band S-Band C-Band L-Band
Fibra Óptica. Atenuación y Dispersión
G.653 Fibre
G.652.C & .DFibres
100
Medición de Dispersión Cromática
101
Medición de Dispersión Cromática
102
Efectos de la Dispersión
103
Valores maximos para un sistema a 1550 nm con una penalidad de 1 dB
Donde B es la velocidad binaria en Gb/s, D es el coeficiente de dispersión cromática en ps/nm-Km, y L es la longitud de la Ruta en KM.
Limitaciones de Trasmisiones Inducidas
104
Al aumentar la tasa de Tx, La dispersión Residual permitida en el receptor disminuye para tener una penalidad fija
Tolerancia del receptor para 1dB penalidad de Potencia
Tasa de Tx Dispersión Cromática
2.5 Gb/s 16,640ps/nm
10 Gb/s 1,040 ps/nm
40 Gb/s 65 ps/nm
100 Gb/s 10,4 ps/nm
Ejemplo: un enlace de 80km @ 1550nm tendrá:
17ps/(nm.km) x 80km = 1360ps/nm. Por lo tanto para un sistema de 10 Gbps es necesario Compensar por dispersión Cromática
Para compensar efectivamente es mandatorio medir la dispersión cromática del enlace
Valores Máximos de dispersión Cromática
105
Compensación de Dispersión Cromatica
La Compensación es usada para reducir la dispersión acumulada
Fibre span
Dis
pers
ión
Acu
mul
ada
[ps/
nm]
DCM
106
Tx RxPout= 6-4 dBm
S= -28 -30 dBmPsat= -9 -11 dBm
a= 0.18-0.22 dB Fibra
DCmax= 900ps.nm
Se desea saber cual sería la distancia máxima alcanzable. En un tramo fibra G.652.d. @ 1550 nm. Que se va a construir con carretes de 5Km
Ejemplo de Compensación de Dispersión Cromática
107
Ejemplo de Compensación de Dispersión Cromática
Atenuación Global = Psal. - S
Atenuación Máxima Disp. = Atenuación Global – ODF - Márgen
Distancia Máxima = Atenuación Máxima/Ad
Atenuación Global = -4 dBm –(– 28 dBm) = 24 dB
Atenuación Máxima Disponible = 24 dB – 1 dB – 3 dB= 20 dB
Distancia Máxima = 20 dB /0,22 = 90,91 Km
DC = 90,91 Km x 18 ps.nm/Km = 1.636 ps.nm > 900 ps.nm !!!!
DCM= 1.636 ps.nm - 900 ps.nm = 736 ps.nm a compensar
108
Ejemplo de Compensación de Dispersión Cromática
Este es el modelo que aplica para compensar 736 ps.nm
Tx RxPout= 6-4 dBm
S= -28 -30 dBmPsat= -9 -11 dBm
DCmax= 900ps.nmTxRx
DC
U
DC
U
Ejemplo de Compensación de Dispersión Cromática
Modelo D.C. (ps.nm) Atenuación (dB)A -85 1B -170 1,8C -255 2,6D -340 3,3E -680 4,1F -1020 5,1G -1360 6
109
Caracterización de Fibras Ópticas
Dispersión Por Modo de Polarización6
110
¿Qué es el PMD ? Es la separación temporal de las componentes ortogonales de luz debido a la falta de simetría axial de la fibra.
Teórico
Real
PMD
111
Dispersión por Modo de Polarización PMD
•Dispersión por modo de Polarización:• Diferentes modos de polarización viajan a diferentes velocidades
PulsePulse Spreading
Signal
Polarisation axes
∆τ
Fuente: EXFO.com
112
PMD – baja Tasa de Tx
fast axis
z, tslow axis
Dt
tDt
T0 T
Fuente: EXFO.com
113
PMD – Alta Tasa de Tx
fast axis
z, tslow axis
Dt
t
Dt
Fuente: EXFO.com
114
PMD vs Longitud de Onda
El PMD puede cambiar drásticamente de una longitud de onda o otra adyacente.
115
PMD vs Distancia
Teórico
Real
El PMD es un valor estadístico, no es fijo y no es el mismo para todas las longitudes de onda.
No es lineal ya que no crece con la distancia, sino con la raiz de ella.
PMD = u x d 0 < u < 2
u en una fibra nueva se considera igual o menor a 0.5 ps/ Km
El peor valor medido en campo es de 1.3 ps/ Km
116
Determinación del DGD
El DGD máximo para el sistema será igual a:
DGD = TB/10
TB= 1/Tt
TB= Ancho del Pulso en Picoseg.
Tt= Tasa de tx Bits/seg
Ejemplo:
Tt= 40 Gbps
TB= 25 Ps.
DGD= 2.5 Ps
117
PMD vs Velocidad de Transmisión
La cantidad de PMD que pueden soportar los agregados o puertos ópticos es lineal e inversamente proporcional a la velocidad de transmisión.
Tx RxPout= 6-4 dBm
S= -28 -30 dBmPsat= -9 -11 dBm
a= 0.18-0.2 dB
d= 149 Km
Fibra
PMD max @ STM16 (2.5 Gbps) = 40 ps.
PMD max @ STM64 (10 Gbps) = 10 ps.
118
Coeficiente de PMD para una probabibilidad 99.9954% y una penalidad de 1 dB.
Bit rate(Gb/s)
2.5
10
40
100
PMD(ps)
Coeficinet PMD 400 km fibra (ps/km½)
40
10
2.5
1
2.0
0.5
0.125 o 25 km con 0.5 ps/km1/2)
0.05 o 4 km con 0.5 ps/km1/2)
Especificaciones de PMD
119
Mediciones de PMD
120
Ejemplo 1
Tx RxPout= 6-4 dBm
S= -34 -36 dBmPsat= -9 -11 dBm
a= 0.2-0.22 dB
d= 125 Km
Fibra
DCmax= 2.400ps.nm
En la siguiente configuración se desea saber ¿Se podrá instalar indistintamente un enlace STM16, STM64, o STM256 ?. . Igualmente, se conoce que el PMD promedio medido es de 0,8 ps / (Km) 1/2
Ejemplo de Calculo de PMD
PMD = u x d PMD = 0.8 ps/ Km x 125 Km = 8,94 psSTM-16 OK
STM-64 OK
STM-256 NO
121
Caracterización de Fibras Ópticas
Efectos No Lineales7
122
Efectos No Lineales – Auto-modulación de Fase (SPM)
Auto-modulación de fase (SPM)
Efecto de Canal Simple
La Fase Óptica de una señal es modulada proporcionalmente a la potencia de la señal misma.
La fase óptica, es entonces convertida por dispersión cromática a distorsión de intensidad
2 dBm
17 dBm
18 dBm
20 dBm
Distorsión de Intensidad de propagación de un canal en un enlacede 2x80 Km, con diferentes potenciade canales
123
Efectos No Lineales – Modulación de Fase Cruzada (XPM)
Modulación por Fase Cruzada (XPM)
Efecto multicanal
La Fase óptica de la señal es modulada proporcionalmente a la potencia de los canales vecinos.
La fase óptica, es entonces convertida por dispersión cromática a distorsión de intensidad.
signal Ps = 2 dBmco-propagating channel Pc = 13 dBm
Distorsión de Intensidad de
propagación de un canal en un enlace
de 2x80 Km
124
Efectos No Lineales – Mezcla de Cuatro Ondas (FWM)
Mezcla de cuatro Ondas (FWM)
Efecto Multicanal
Generación de intermodulación de componentes de frecuencia f = fi + fj - fk
Significantivo only para transmisiones sobre fibra G.653 (alrededor de valor de dispersión cero
-40-35-30-25-20-15-10
1543 1545 1547l (nm)
Pow
er (d
Bm
)
1541 1549
113 123112
223 132221
231 331332
f1 f2 f3
Espectro experimental registrado después de 25 Km de fibra G.653 con tres canales no espaciados uniformemente
125
Desarrollos para tecnologías de mayor capacidad a 100 G8
126
PolarizationFrequency
Time Quadrature
Acercandose al Limite de shannon (SDM)
SpaceSpacehttp://www.occfiber
.com/
Dimensiones físicas
7-core 19 -core3-core
Multicore fibers
127
Multiplexación espacial (SDM)
TX RX
TX RX
TX RX
Single-mode fiber
1 modo espacial x 2 pol. = 2 modos
Three-core fibers
3 modos espaciales x 2 polarizaciones = 6 modos
0°
0°
0° 0°
240° 120°
0°
120° 240°
128
400 Gb/s por Longitud de onda
Exp. 200G por polarización
Ethernet Standardization
• 100G Ya es una realidad comercial hoy• El próximo paso es 400 GbE• Demos de 400G con una longitud de onda en 2010• Estandarización cerca de 2015