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UNIVERSIDAD FERMÍN TORO
VICE-RECTORADO ACADÉMICO
DECANATO DE INGENIERÍA
ESCUELA DE TELECOMUNICACIONES
PROPUESTA PARA LA APLICACIÓN DE LA TECNOLOGÍA FSO (FREE
SPACE OPTICS), COMO SOLUCIÓN PARA CUBRIR LAS NECESIDADES
DE CONEXIÓN DE ÚLTIMA MILLA
Autor: Br. Márquez R., Luis e.
Tutor: Ing. Arteaga, Naudy A.
CABUDARE, FEBRERO 2015
II
ÍNDICE GENERAL
p.
RESUMEN…………………………………………………………………………..VI
INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………1
LISTA DE FIGURAS………………………………………………………………...V
CAPITULO
I. EL PROBLEMA………………………………………………………………2
Planteamiento del problema…………………………………………………..4
Objetivos de la investigación………………………………………………….4
Objetivo General………………………………………………………………4
Objetivos Específicos…………………………………………………………4
Justificación e Importancia……………………………………………………4
Alcances……………………………………………………………………….5
Limitaciones…………………………………………………………………5
II. MARCO TEORICO…………………………………………………………7
Antecedentes de la Investigación……………………………………………7
Bases teóricas………………………………………………………………...9
Redes Inalámbricas………………………………………………………….9
Ondas Electromagnéticas…………………………………………………10
Espectro Electromagnético………………………………………………….10
La luz y el Espectro Visible…………………………………………………11
III
Laser………………………………………………………………………...13
Funcionamiento del Laser…………………………………………………..14
Propiedades de la Radiación Laser………………………………………….14
Monocromaticidad………………………………………………………..14
Direccionalidad…………………………………………………………...15
Free Space Optical (FSO)…………………………………………………16
Ventajas de los sistemas FSO………………………………………………16
Desventajas de los Sistemas FSO…………………………………………..17
Aplicaciones de los Sistemas FSO…………………………………………17
Seguridad en los Sistemas FSO……………………………………………18
Componentes Básicos de un enlace FSO……………………………………18
Transmisor…………………………………………………………………19
Receptor…………………………………………………………………….19
Definición de Términos Básicos……………………………………………20
III. MARCO METODOLOGICO……………………………………………….23
Naturaleza de la investigación……………………………………………….23
Fases de la investigación…………………………………………………….24
Fase I: Diagnostico…………………………………………………...24
Fase II: Factibilidad…………………………………………………..25
Fase III: Diseño de la investigación………………………………….27
IV
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS………………………………………28
V
LISTA DE FIGURAS
FIGURA p.
1. Asignación de frecuencias del espectro electromagnético………………..11
2. Espectro de luz…………………………………………………………….12
VI
UNIVERSIDAD FERMÍN TORO
VICERECTORADO ACADEMICO
DECANATO DE INGENIERIA
ESCUELA DE TELECOMUNICACIONES
PROPUESTA PARA LA APLICACIÓN DE LA TECNOLOGÍA FSO (FREE
SPACE OPTICS), COMO SOLUCIÓN PARA CUBRIR LAS NECESIDADES
DE CONEXIÓN DE ÚLTIMA MILLA
Autor: Br. Márquez R., Luis E.
Tutor: Ing. Arteaga, Naudy A.
Año: 2015
Resumen
En la presente investigación se plantea la propuesta de implementar la tecnología
FSO (Sistemas Ópticos Libres) como solución para cubrir las necesidades de última
milla, El fin de este trabajo de investigación es mejorar la comunicación de las
empresas de comunicación para con los usuarios finales, brindando acceso a datos,
voz y video, mediante una tecnología más eficiente, económica y de fácil instalación.
Se evaluaran las ventajas con respecto a otras tecnologías, como fibra óptica y radio
frecuencia, su factibilidad y los aspectos técnicos necesarios para su implementación.
El presente trabajo de investigación estará enfocado en el polo II, designada para
estudiar y analizar alternativas tecnológicas de desarrollo para la ciudad, en pro del
bienestar del hombre. Debido a que se procura proveer a las personas el acceso a
banda ancha con la finalidad de intercambio de información, así como también
extender los servicios de las centrales de comunicación. A su vez estará sustentada en
los sistemas de transmisión de datos como línea de investigación. Y finalmente será
acotado el sistema de telecomunicaciones como eje conceptual.
Descriptores: Transmisión, FSO, Telecomunicaciones, Red inalámbrica.
1
1
INTRODUCCION
La tecnología óptica de espacio Libre (Free Space Optic) es una línea de
tecnología utilizada para transmitir datos, voz y video a través de la atmósfera a la
velocidad de la luz, utilizando rayos láser como medio transmisor y receptor; esta
línea requiere que exista línea vista entre los implicados para tener un desempeño
óptimo y poder llevar a cabo una
Transmisión de alta calidad. La línea de tecnologías tiene como objetivo proveer
conexiones con ancho de banda óptico, capaz de transmitir hasta 2.5 Gbps en
comunicaciones de datos, voz y video simultáneamente a través del aire, permitiendo
conectividad óptica sin requerir de cables de fibra óptica o licencias de seguridad para
el espectro electromagnético.
Free Space Optic viene a competir contra la tecnología de cable de fibra óptica en
todas sus modalidades, ya que esta es la primera opción que toman las empresas al
realizar proyectos de intercomunicación entre edificios, empresas o instituciones con
distancias geográficas considerables. Este proyecto tiene como meta desarrollar un
análisis de esta tecnología y determinar la factibilidad de aplicación que pueda tener
en el entorno nacional, con el fin de tener una opción adicional de comunicación
informática que pueda satisfacer las necesidades de los usuarios en un mercado
globalizado.
2
2
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
Planteamiento del Problema
La última milla es definida en materia de telecomunicaciones como el tramo final
de una línea de comunicación, ya sea telefónica o un cable óptico, que da servicio al
usuario. Este es quizá el mayor problema al que se enfrenta una empresa de
telecomunicaciones en incluso un país cuando pretende extender los servicios de este
tipo. Hoy son muy importantes los avances a nivel de las redes de comunicaciones, y
estas son mucho más consistentes, tienen alta capacidad de tráfico y un excelente
nivel de confiabilidad, lo cual les permite ofrecer servicios de transmisión de voz,
video y datos. Sin embargo, llegar al usuario final es mucho más complicado.
Si bien se requieren grandes inversiones para concretar los trazados de fibra óptica
que conecten con el exterior, y los que enlacen internamente los centros de
comunicaciones, en la última milla aparentemente la inversión de un solo cable es
menor, pero en cambio es mucho mayor la cantidad de lugares a los que se debe
llegar y por ende se multiplica varias veces su costo lo cual no sería muy viable para
las empresas de comunicación. Esto significa que si, por ejemplo, para tender la red
nacional de fibra óptica hubo que perforar cientos de kilómetros, instalar repetidores,
llegar a cada centro de servicio etc… llevar fibra óptica a cada hogar representaría
muchísimos inconvenientes.
3
3
A eso hay que sumarle que en países menos desarrollados en este tema, las redes
de telecomunicaciones se han ido estructurando sobre otras ya existentes, lo que
implica que se produzca un salto en calidad y velocidad de la conexión cuando se
pasa desde un sistema de transmisión de fibra óptica a uno de cable de cobre, mucho
menos potente como el caso de la tecnología ADSL. Incluso en no pocas ocasiones la
densidad de este cableado es tal, que dificulta o impide tender otros nuevos, así como
el equipamiento y accesorios inherentes a ellos.
De lo argumentado anteriormente, la presente es una tecnología en la cual se
propone como solución para cubrir las necesidades de conexión de última milla, de
tal manera que al pensar en una tecnología que ofrezca el rendimiento de
procesamiento full-dúplex de gigabit Ethernet; que no requiera licencia de instalación
y que se puede instalar en muy poco tiempo, ofreciendo una rápida y alta tasa de
transmisión de información; es la óptica del libre-espacio (FSO).
El proceso de realizar la transmisión de datos, voz o imágenes a través de láser,
utilizando banda ancha y sin necesidad de levantar calles para cablear. La tecnología
inalámbrica es un sistema de línea de vista en el cual voz video y datos son
transmitidos en un haz de luz a velocidades de hasta 2.5 Gigabits por segundo, algo
más de dos mil veces un enlace tradicional ADSL.
4
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Objetivos de la Investigación
Objetivo General
Propuesta para la aplicación de la tecnología de sistema óptico libre, como
solución para cubrir las necesidades de última milla.
Objetivos Específicos
1. Establecer la topología de la tecnología a utilizar para mayor eficiencia del
mismo.
2. Estudiar los elementos técnicos (protocolo, fundamentos y acciones)
involucrados en el proceso comunicación para alcanzar la cobertura para el
servicio.
3. Evaluar factibilidad del sistema en los aspectos económico, técnico y
operativo.
Justificación e Importancia
Tomando en cuenta el crecimiento exponencial en los últimos años del ámbito
tecnológico junto con la necesidad inminente de una constante actualización, se
plantea la siguiente investigación una tecnología que brindara aportes a quienes
deseen implementarlas para un funcionamiento óptimo. Por ser esta un tecnología que
5
5
aún no se ha estandarizado en el país, las razones que justifican la propuesta
planteada se sustentan en la finalidad de brindad a los usuarios, una tecnología de
punta que satisfaga los esfuerzos hasta ahora realizados por el hombre y que vienen
de épocas remotas.
El presente trabajo de investigación estará enfocado en el polo II, designada para
estudiar y analizar alternativas tecnológicas de desarrollo para la ciudad, en pro del
bienestar del hombre. Debido a que se procura proveer a las personas el acceso a
banda ancha con la finalidad de intercambio de información, así como también
extender los servicios de las centrales de comunicación. A su vez estará sustentada en
los sistemas de transmisión de datos como línea de investigación. Y finalmente será
acotado el sistema de telecomunicaciones como eje conceptual.
Su importancia radica en que esta tecnología, ofrece ventajas como la fibra óptica
a un costo menor; por utilizar los equipos de comunicaciones ópticas, la luz a través
del aire como medio de transmisión, emite longitudes de onda donde no se requiere
licencias en el espacio radioeléctrico ante el inevitable problema de saturación del
mismo.
Alcances y Limitaciones
Alcances
6
6
La presente investigación pretende proporcionar una herramienta útil que sirva
para brindar el intercambio de datos, voz y video a los usuarios finales de un sistema
de comunicación, mediante el uso de la tecnología de sistema óptico libre no solo
brindara beneficios que les permita cubrir sus necesidades de internet, así como
también a futuros investigadores que deseen ampliar estudios sobre este tipo de
enlace para su difusión en el país. De igual manera la presente investigación, sirve
como punto de partida para la implementación de este tipo de tecnología a zonas
urbanas y suburbanas.
Limitaciones
Es pertinente señalar, que no se han presentados obstáculos que sean relevantes
para el trabajo de investigación.
7
7
CAPITULO II
MARCO TEORICO
Antecedentes
Cuenca K, Palacio J. (2008) Quito Ecuador. Diseño y factibilidad de una red
inalámbrica óptica utilizando tecnología FSO para la comunicación entre los
edificios de la escuela politécnica nacional y el observatorio astronómico. La
presente investigación se fundamenta en el aporte sustancioso de información
referentes a ondas electromagnéticas, espectro electromagnético, comunicación laser,
enlaces ópticos en el espacio libre, sistemas inalámbricos, además de la divergencia
de datos.
Astaiza E; Bermudez H. Y otros (2009) Armenia, Colombia. Óptica de
espacio libre, una alternativa a la problemática de telecomunicaciones que
enfrenta la zona ecoturística del Quindio. Esta investigación describe el estudio de
la tecnología FSO (Free Space Optics), además, presenta su aplicación en el contexto
de la región del eje cafetero como una posible solución para ser tenida en cuenta por
los operadores de telecomunicaciones ante el inminente problema de saturación del
espectro de RF y entre otros inconvenientes.
8
8
El aporte de esta investigación al trabajo de investigación se basa en las
ventajas que presenta el sistema con respecto a otras tecnologías, como lo es la fibra
óptica y su justificación de la utilización del mismo, ya que, no requiere de
permisologia del espectro electromagnético.
Acosta, B (2010). Sangalqui, Ecuador. Estudio y diseño de un enlace
mediante un sistema de comunicación óptica (FSO) en el espacio libre para
enlazar el edifico principal de la ESPE con los laboratorios del departamento de
eléctrica y electrónica. La investigación se presenta como una alternativa de
comunicación ante las necesidades de contar con un sistema que permita la
transmisión de voz, video y datos, de manera más rápida, segura y robusta entre los
diferentes departamentos académicos y administrativos.
9
9
Bases teóricas
Redes inalámbricas
Una red inalámbrica es, como su nombre lo indica, una red en la que dos o más
terminales (por ejemplo, ordenadores portátiles, agendas electrónicas, etc.) se pueden
comunicar sin la necesidad de una conexión por cable. Con las redes inalámbricas, un
usuario puede mantenerse conectado cuando se desplaza dentro de una determinada
área geográfica. Por esta razón, a veces se utiliza el término "movilidad" cuando se
trata este tema, se basan en un enlace que utiliza ondas electromagnéticas (radio e
infrarrojo) en lugar de cableado estándar.
Hay muchas tecnologías diferentes que se diferencian por la frecuencia de
transmisión que utilizan, y el alcance y la velocidad de sus transmisiones. Las redes
inalámbricas permiten que los dispositivos remotos se conecten sin dificultad, ya se
encuentren a unos metros de distancia como a varios kilómetros.
Asimismo, la instalación de estas redes no requiere de ningún cambio
significativo en la infraestructura existente como pasa con las redes cableadas.
Tampoco hay necesidad de agujerear las paredes para pasar cables ni de instalar porta
cables o conectores. Esto ha hecho que el uso de esta tecnología se extienda con
rapidez.
10
10
Ondas electromagnéticas
Son aquellas ondas que no necesitan un medio material para propagarse. Incluyen,
entre otras, la luz visible y las ondas de radio, televisión y telefonía. Todas se
propagan en el vacío a una velocidad constante, muy alta (300 0000 km/s) pero no
infinita. Gracias a ello podemos observar la luz emitida por una estrella lejana hace
tanto tiempo que quizás esa estrella haya desaparecido ya. O enterarnos de un suceso
que ocurre a miles de kilómetros prácticamente en el instante de producirse.
Las ondas electromagnéticas se propagan mediante una oscilación de campos
eléctricos y magnéticos. Los campos electromagnéticos al “excitar” los electrones de
nuestra retina, nos comunican con el exterior y permiten que nuestro cerebro
construya el escenario del mundo en que estamos, de igual manera son soporte de las
telecomunicaciones y el funcionamiento complejo del mundo actual.
Espectro electromagnético
Las ondas electromagnéticas pueden propagarse por el espacio libre (incluido el
vacío). El número de oscilaciones por segundo de una onda electromagnética se llama
frecuencia (f), y se mide en Hertz (Hz). La distancia entre dos máximas consecutivas
(emisor y un receptor), es la longitud de onda. Por lo que añadiendo una antena del
tamaño apropiado a un circuito eléctrico, las ondas electromagnéticas pueden ser
11
11
emitidas eficientemente y recibidas por un receptor a alguna distancia, siempre y
cuando exista línea de vista directa. Todas las comunicaciones inalámbricas se basan
en este principio.
En el espectro electromagnético se determinan las bandas de transmisión con base en
frecuencias, las mismas poseen medidas en Hertz que se muestran en la siguiente
figura:
Figura N°1
Asignación de frecuencias del espectro electromagnético.
La radio, microondas, infrarrojos y porciones de luz visibles del espectro pueden
usarse para transmitir información modulando en amplitud, frecuencia o fase. La luz
ultravioleta, los rayos X y Gamma, podrían ser mejores debido a su alta frecuencia,
pero son difíciles de producir y modular, no se propagan bien entre edificios y son
peligrosos para los seres vivos. La banda listada en la figura son nombres oficiales del
12
12
ITU y están basados en longitudes de onda: baja (LF), media (MF), alta (HF), muy
alta (VHF), ultra alta (UHF), súper alta (SHF), y extremadamente alta (EHF).
La luz y el espectro electromagnético
La luz visible representa apenas una pequeña porción del espectro
electromagnético, que se extiende desde los rayos gamma hasta longitudes de onda de
radio. Aunque en realidad ambos extremos del espectro electromagnético se
extienden desde cero hasta el infinito.
La luz blanca es en realidad una mezcla de longitudes de onda. Cuando hacemos
que la luz blanca pase a través de un prisma, se descompone en longitudes de onda o
colores que la integran, formando un espectro. La ciencia encargada del análisis de
los espectros se llama espectroscopia.
13
13
Figura N°2
Espectro de la luz.
Laser
Amplificacion de Luz por Emision Estimulada de Radiacion (Light Amplification
by Stimulated Emission of Radiation). Dispositivo que utiliza un efecto de la
mecánica cuántica, la emisión inducida o estimulada, para generar un haz de luz
(también llamado laser) coherente de una medio adecuado y con el tamaño, la forma
y la pureza controlados. Un láser es una haz de luz, monocromático y coherente, las
fuentes de luz normales como bombillas de luz emiten fotones en casi todas las
direcciones y, generalmente, en una amplia gama de longitudes de onda. También
suelen ser incoherente, o sea, las fases de los fotones emitidos por la fuente de luz no
están relacionadas. En cambio un láser emite generalmente los fotones en un rayo
estrechísimo, perfectamente definido, coherente y a menudo polarizado. Esta luz es
prácticamente monocromática, ya que consiste en una sola longitud de onda.
Funcionamiento del laser
Un dispositivo láser utiliza un efecto de la mecánica cuántica para poder generar
ese haz de luz con tamaño, forma y dirección controlada. Los rayos de luz en su
estado normal, como cuando provienen del Sol, viajan en forma radial con respecto a
14
14
su fuente y disminuyen con la distancia. Un láser, en cambio, es una fuente lumínica
que viaja en forma paralela y su energía prácticamente no disminuye con la distancia.
El fenómeno de emisión estimulada por radiación fue enunciado nada menos que
por el gran Einstein ya en 1916 y constituye la base de la tecnología empleada en
la fabricación de los dispositivos láser. El mecanismo utiliza la excitación de una
onda estacionaria entre dos espejos, uno opaco y otro translúcido. Como resultado se
origina una onda luminosa que rebota en los espejos, al mismo tiempo que escapa por
el espejo translúcido.
El láser está formado por un núcleo que suele ser de forma alargada, puede ser una
estructura cristalina (hecha por ejemplo de rubí) o un tubo de vidrio que contiene gas.
Junto al núcleo está el excitador, el encargado de provocar la excitación lumínica de
los electrones que se encuentran dentro del núcleo y el tercer componente de un láser
son los espejos paralelos, que son colocados en ambos extremos del núcleo. Uno de
ellos es semi-reflectante lo que permite el paso parcial de la luz, por donde sale el haz
de luz de un láser.
Propiedades de la Radiación laser
Monocromaticidad
Emite una radiación electromagnética de una sola longitud de onda, en oposición a
las fuentes convencionales como las lámparas incandescentes (bombillas comunes)
15
15
que emiten en un rango más amplio, entre el visible y el infrarrojo, de ahí que
desprendan calor. La longitud de onda, en el rango del espectro electromagnético de
la luz visible, se identifica por los diferentes colores (rojo, naranja, amarillo, verde,
azul, violeta), estando la luz blanca compuesta por todos ellos. Esto se observa
fácilmente al hacer pasar un haz de luz blanca a través de un prisma.
Direccionalidad
La radiación láser tiene una divergencia muy pequeña, es decir, puede ser
proyectado a largas distancias sin que el haz se abra o disemine la misma cantidad de
energía en un área mayor. Esta propiedad se utilizó para calcular la longitud entre la
tierra y la luna, al enviar un haz láser hacia la luna, donde rebotó sobre un pequeño
espejo situado en su superficie, y éste fue medido en la tierra por un telescopio.
Free Space Optical (FSO)
El objetivo de las free Space Optics (FSO) es transmitir información por el espacio
libre utilizando señales ópticas similares a las que viajan a través de las fibras ópticas,
las FSO permiten conectar edificios cercanos entre si de una forma económica y
sencilla, al no tener que hacer prácticamente ninguna obra. Además, los anchos de
16
16
banda que proporcionan son muy grandes, gracias a que la información viaja en
señales luminosas.
El principio de funcionamiento es muy sencillo, se colocan los transmisores y
receptores en los lugares de interés y se transmiten entre ellos haces laser infrarrojos
que pueden transportar desde mensajes de internet, video, señales de radio o ficheros
informáticos. La capacidad de estos enlaces se encuentra entre los 100 Mbps y los 2.5
Gbps. Experimentalmente se han logrado velocidades de transmisión de hasta 160
Gbps. Por tanto, estamos hablando de prestaciones similares a la fibra óptica.
Ventajas
La FSO presenta una serie de ventajas interesantes frente a otras tecnologías
inalámbricas basadas en radio:
1. Fácil instalación
2. Licencia libre de operación
3. Altas tasas de bits
4. Bajas tasas de error a nivel de bits
5. Inmunidad de las interferencias electromagnéticas
6. Protocolo transparente
7. Muy seguro debido a la alta direccionalidad y bajo espesor del rayo.
Desventajas
17
17
1. Dispersión
2. Sensible a los cambios del clima
3. Interferencia por radiación solar
Aplicaciones de los Sistemas FSO
1. Redes Empresariales: Están disponibles para muchos tipos de interfaz sobre
una amplia gama de anchos de banda. Tradicionalmente FSO se ha
desplegado en soluciones punto a punto, sin embargo, cada vez más las
organizaciones están aprovechándose de la flexibilidad y la fiabilidad de la
tecnología para crear arquitecturas de red más complejas.
2. Extensiones de red metro y acceso de ultima milla: Las empresas de
transporte pueden desplegar tecnología FSO para extender anillos de fibra
metropolitanos ya existentes, para conectar nuevas redes y su infraestructura
principal, puede completar anillos Sonet y en cuanto al acceso de ultima milla
FSO puede ser usada en enlaces de alta velocidad que conectan usuarios
finales con proveedores de internet o de otras redes.
3. Recuperación de desastres: La habilidad de recuperarse de forma rápida y
fácilmente de todo tipo de desastre es importante a corto y largo plazo, para
que, las redes sean lo más confiables posibles. Al presentarse un
inconveniente en el funcionamiento de la red, se espera que el tiempo de
inactividad sea el menor posible; por ello, la transparencia y velocidad de
recuperación que una red tenga frente a un desastre se convierte en un factor
importante a considerar.
4. Respaldo para fibra y aceleración de servicios: FSO puede ser desplegado
para crear enlaces redundantes para respaldar fibra en lugar de establecer un
segundo enlace de fibra y a su vez, si se encuentra en instalación una nueva
infraestructura de fibra, puede utilizarse FSO para proveer servicio
instantáneo a usuarios.
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18
Seguridad en los Sistemas FSO
En cuanto a la seguridad del enlace en lo que a intercambio de información se
refiere los enlaces FSO son muy seguros ya que al ser una tecnología de línea de vista
directa, la única forma de interceptar una transmisión sería interrumpir el enlace (esto
implica colocarse en la línea de visión, camino, del telescopio transmisor) y en ese
caso el usuario se daría cuenta enseguida interrumpiendo la transmisión de
información. Además para interceptar la transmisión habría que conocer como recibir
la señal y luego como decodificarla, porque a pesar de todo lo seguro que se diga a un
cliente que es el enlace, cada usuario tiene generalmente la información en forma
encriptada.
Componentes Básicos de un enlace FSO
Los componentes constitutivos básicos de un enlace FSO son el transmisor,
receptor y el canal de propagación. Además de estos elementos, tenemos el
transceptor, elemento importante del transmisor y receptor, el cual, está compuesto
por un conversor eléctrico-óptico que convierte señales eléctricas provenientes de una
fuente de datos de señales ópticas emitidas en el aire y un conversor óptico-eléctrico
que convierte las señales luminosas que llegan al transceptor nuevamente en señales
eléctricas.
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Transmisor
Las funciones básicas de un transmisor en un sistema de comunicaciones es
adecuar las características de la señal, como potencia, frecuencia de transmisión y
técnica de modulación, al medio de transmisión utilizado. En el caso de los sistemas
FSO, este es el responsable por generar la señal óptica modulando y conformando la
señal para la transmisión en la atmosfera.
La fuente óptica utilizada puede ser tanto un LED como un laser, la selección entre
los dos recae principalmente sobre el nivel de potencia necesario, considerando que la
distancia espectral de una fuente no impone limitaciones a la transmisión FSO.
Receptor
El receptor está compuesto por un telescopio y una foto detectora. El telescopio
del receptor tiene como función captar la radiación óptica de un área muy pequeña y
focalizarla en el foto-detector o fibra óptica, que posee áreas muy pequeñas.
La efectividad del receptor en un sistema FSO está relacionada con diferentes
factores tales como el tipo de detector, el rango de sensibilidad y tamaño del receptor,
el tamaño y diseño del dispositivo óptico y la longitud de onda utilizada.
Definicion de Términos Básicos
Ancho de banda: Es la cantidad de datos que pueden ser transportados por algún
medio en un determinado período de tiempo (generalmente segundos). Por lo tanto a
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mayor ancho de banda, mayor transferencia de datos por unidad de tiempo (mayor
velocidad).
Atenuación: Atenuación es la reducción de nivel de una señal, cuando pasa a través
de un elemento de un circuito, o la reducción en nivel de la energía de vibración,
cuando pasa a través de una estructura. La atenuación se mide en Decibels, pero
también se puede medir en porcentajes.
Ber: Se define como el número de bits recibidos de forma incorrecta respecto al total
de bits enviados durante un intervalo especificado de tiempo. Es usado en
telecomunicaciones para modelar un canal de comunicación.
Canal: es el medio de transmisión por el que viajan las señales portadoras
de información emisor y receptor. Es frecuente referenciarlo también como canal de
datos.
Conectores: En telecomunicaciones los conectores son el mecanismo que se emplea
para interconectar las antenas a los equipos transmisores, terminales de monitoreo o
prueba, terminales de entrada o salida, equipos entre sí, y muchas otras aplicaciones
que obligan a conocer de ellos.
21
21
Confiabilidad: La Confiabilidad se percibe comúnmente como la capacidad de un
activo para suministrar largos períodos de operación satisfactoria sin fallas durante su
uso. En términos cuantitativos, una gestión eficiente de la Confiabilidad, permitirá
disminuir la incertidumbre en el proceso de control de las fallas, ayudando a
incrementar de forma eficiente, la Disponibilidad de los activos industriales dentro de
un sistema de producción.
Decibel: Se denomina decibelio a la unidad empleada en acústica y telecomunicación
para expresar la relación entre dos potencias, acústicas o eléctricas.
Enlace: Es el medio de conexión entre dos lugares con el propósito de transmitir y
recibir información. Puede hacer referencia a un conjunto de componentes
electrónicos, que consisten en un transmisor y un receptor (dos piezas de un equipo
terminal de datos) y el circuito de telecomunicación de datos de interconexión.
Fibra Óptica: La Fibra Óptica es un medio de transmisión físico capaz de brindar
velocidades y distancias superiores a las de cualquier otro medio de transmisión
(cobre e inalámbricos). Son pequeños filamentos de vidrio ultra puro por el cual se
pueden mandar haces de luz de un punto a otro en distancias que van desde 1m hasta
N kilómetros.
22
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FSO: Un sistema óptico en espacio libre es una transmisión inalámbrica láser por
infrarrojos punto a punto diseñada para la interconexión de dos puntos situados en
línea de visión directa. Los sistemas operan tomando una señal estándar de datos o
telecomunicaciones, convirtiéndola a formato digital y enviándola a través del
espacio libre.
Mbps: Es una sigla que fue desarrollada para identificar a la unidad de un megabit
por segundo, la cual se emplea para cuantificar un caudal de datos que equivale a
1.0000 kilobits por segundo o 1.000.000 bits por segundo.
Potencia: Capacidad para realizar una función o una acción, o para producir un
efecto determinado.
23
23
Capitulo III
MARCO METODOLOGICO
Naturaleza de la investigación
El estudio presentado se encuentra enmarcado en la modalidad de proyecto
factible, basado en un trabajo de campo y documental. En este sentido la Universidad
Fermín Toro en su manual de normas para trabajo de grado señala que un proyecto
factible:
Es una propuesta basada en la factibilidad para la resolución de un problema
dado. Puede apoyarse tanto en la investigación de campo como documental o
un diseño, que incluya ambas modalidades. Puede referirse a la formulación
de políticas, programas, técnicas, métodos y procesos. (p.6)
De igual manera el manual de tesis anteriormente citado, define Investigación de
campo como aquella que: “Emplea datos de fuentes primarias, ya que, es el
investigador quien los recaba directamente, sin embargo, utiliza datos de fuentes
secundarias en ciertas ocasiones y situaciones” (p.5).
Y según este mismo manual, la investigación Documental:
Es el estudio de problemas con el propósito de ampliar y profundizar el
conocimiento de su naturaleza, con apoyo principalmente, de trabajos previos,
información y datos divulgados por medios impresos, audiovisuales o
electrónicos. La originalidad del estudio se refleja en el enfoque, criterios,
conceptualizaciones, reflexiones, conclusiones, recomendaciones, y en
general, en el pensamiento del autor. (p.6).
El presente trabajo de investigación estará enfocado en el polo II, designada para
estudiar y analizar alternativas tecnológicas de desarrollo para la ciudad, en pro del
24
24
bienestar del hombre. Debido a que se procura proveer a las personas el acceso a
banda ancha con la finalidad de intercambio de información, así como también
extender los servicios de las centrales de comunicación. A su vez estará sustentada en
los sistemas de transmisión de datos como línea de investigación. Y finalmente será
acotado el sistema de telecomunicaciones como eje conceptual.
Fases de la Investigación
El proyecto factible está orientado a la elaboración de un diseño, que de forma
organizada permita recabar información y la factibilidad de la implementación de la
tecnología de punta, como lo es, la aplicada para comunicación óptica en el espacio
libre, la cual, presenta ventajas considerables frente a otras tecnológicas, en atención
a los objetivos planteados, se pueden definir las siguientes fases:
1. Diagnostico
2. Factibilidad
3. Diseño
Fase I. Diagnostico.
Esta fase recurre a la recolección de información necesaria e importante para
conocer detalles de la situación que permitan dar solución a la problemática
planteada y así determinar la medida a tomar para el servicio que requiere el usuario.
25
25
Por otra parte, se realizara observación directa. Según Hernández, Fernández y
Baptista (1992), es “El uso sistemático de los sentidos en la búsqueda de datos que se
necesitan para resolver un problema de investigación” (pag.146).
Que para efectos de este trabajo de investigación tiene como técnica visualizar y
palpar de manera directa, las necesidades o problemáticas comunicacionales en
relación a los usuarios finales de las empresas de comunicación. Para obtener una
mejor visión de lo que se requiere para que la implementación de dicho sistema ayude
a mejorar la calidad y prestación de servicio y existente.
Fase II. Factibilidad
Esta es la fase de mayor relevancia para la investigación, ya que, la misma
aportara la factibilidad técnica, operativa y económica de la implementación de la
tecnología FSO como solución para cubrir las necesidades de conexión de última
milla, lo que permitirá la viabilidad del mismo.
Según cerda (1995):
La factibilidad de un proyecto tiene como finalidad permitir la selección entre
las variantes (si esta no se ha cumplido en la fase anterior), determinar las
características técnicas de la operación, fijar los medios a implementar,
establecer los costos de operación y evaluar los recursos disponibles, reales y
potenciales.
Factibilidad Técnica
Según Hernández (2004) “la factibilidad técnica consiste en realizar una
evaluación de la tecnología existente en la organización” (p.18).
26
26
La factibilidad técnica se encuentra referida a si se cuenta con las herramientas y
recursos necesarios que permitan el buen funcionamiento del sistema. La factibilidad
técnica hace referencia a un estudio de la funcionalidad, el rendimiento y las
restricciones que pueden afectar a la realización de un estudio aceptable.
La factibilidad técnica de la investigación será determinada mediante el análisis de
las características, ventajas y desventajas de las diferentes alternativas de
comunicación, como lo son la fibra óptica y enlaces de radio frecuencia.
Factibilidad Operativa
La factibilidad operativa se refiera a si se cuenta o posee los conocimientos
necesarios para el desarrollo de un diseño de esta magnitud, la agilidad para el
manejo de información que se usara para determinar la zona y los equipos más
adecuados para emitir y recibir las señales.
Hernández (2004) señala que:
La factibilidad operativa permite predecir, si se pondrá en marcha el sistema
propuesto, aprovechando los beneficios que ofrece, a todos los usuarios
involucrados con el mismo, ya sean los que interactúan en forma directa con
este, como también aquellos que reciben información producida por el
sistema. (p.23).
Factibilidad Económica
Es un indicativo netamente cuantificable porque parte de elementos técnicos y
financieros. Incluye el análisis del escenario donde se ejecutara el proyecto, su
viabilidad y rentabilidad dentro de ese contexto.
27
27
En la presente investigación, se realizaran estudios y análisis de una serie de
elementos económicos, que proporciones una visión clara de factores de riesgo,
características de la inversión en el proyecto y su rentabilidad. Luego se procederá a
solicitar presupuesto a los proveedores de los equipos, para que faciliten los costos
actualizados de los mismos, entre otros aspectos necesarios para la implementación
de la tecnología FSO.
Fase III: Diseño del proyecto
Luego de finalizar las fases de diagnostico y factibilidad se inicia la última fase, la
del implementación del sistema, que en este caso, se refiera a una propuesta de
solución para la problemática planteada anteriormente. Para llevar a cabo el
desarrollo de esta investigación se procederá a estructurar el diseño de la siguiente
manera:
1. Comparación de las ventajas y desventajas de FSO (Óptica en el Espacio
Libre) con respecto a otras alternativas de comunicación.
2. Elección del equipo que cumpla con los requerimientos del sistema de enlace.
3. Implementación del enlace óptico en el espacio libre.
28
28
Referencias Bibliográficas
Uft (2000) Manual para trabajo de grado de la universidad Fermín Toro
Hernandez, A (2004). El proyecto Factible como modalidad de la investigación
educativa.
Hernandez, Fernandez y baptista (1997). Metodología de la investigación. McGraw
interamericana editores, S.A de CV.
Tecnología FSO. http://www.oocities.org/es/lobatonmm/tempresa/FSO.htm
Optica de Espacio libre
http://www.datasite.com.ar/datasite/empresas/@comdigitales/optica%20espacio
%20libre.pdf

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  • 1. UNIVERSIDAD FERMÍN TORO VICE-RECTORADO ACADÉMICO DECANATO DE INGENIERÍA ESCUELA DE TELECOMUNICACIONES PROPUESTA PARA LA APLICACIÓN DE LA TECNOLOGÍA FSO (FREE SPACE OPTICS), COMO SOLUCIÓN PARA CUBRIR LAS NECESIDADES DE CONEXIÓN DE ÚLTIMA MILLA Autor: Br. Márquez R., Luis e. Tutor: Ing. Arteaga, Naudy A. CABUDARE, FEBRERO 2015
  • 2. II ÍNDICE GENERAL p. RESUMEN…………………………………………………………………………..VI INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………1 LISTA DE FIGURAS………………………………………………………………...V CAPITULO I. EL PROBLEMA………………………………………………………………2 Planteamiento del problema…………………………………………………..4 Objetivos de la investigación………………………………………………….4 Objetivo General………………………………………………………………4 Objetivos Específicos…………………………………………………………4 Justificación e Importancia……………………………………………………4 Alcances……………………………………………………………………….5 Limitaciones…………………………………………………………………5 II. MARCO TEORICO…………………………………………………………7 Antecedentes de la Investigación……………………………………………7 Bases teóricas………………………………………………………………...9 Redes Inalámbricas………………………………………………………….9 Ondas Electromagnéticas…………………………………………………10 Espectro Electromagnético………………………………………………….10 La luz y el Espectro Visible…………………………………………………11
  • 3. III Laser………………………………………………………………………...13 Funcionamiento del Laser…………………………………………………..14 Propiedades de la Radiación Laser………………………………………….14 Monocromaticidad………………………………………………………..14 Direccionalidad…………………………………………………………...15 Free Space Optical (FSO)…………………………………………………16 Ventajas de los sistemas FSO………………………………………………16 Desventajas de los Sistemas FSO…………………………………………..17 Aplicaciones de los Sistemas FSO…………………………………………17 Seguridad en los Sistemas FSO……………………………………………18 Componentes Básicos de un enlace FSO……………………………………18 Transmisor…………………………………………………………………19 Receptor…………………………………………………………………….19 Definición de Términos Básicos……………………………………………20 III. MARCO METODOLOGICO……………………………………………….23 Naturaleza de la investigación……………………………………………….23 Fases de la investigación…………………………………………………….24 Fase I: Diagnostico…………………………………………………...24 Fase II: Factibilidad…………………………………………………..25 Fase III: Diseño de la investigación………………………………….27
  • 5. V LISTA DE FIGURAS FIGURA p. 1. Asignación de frecuencias del espectro electromagnético………………..11 2. Espectro de luz…………………………………………………………….12
  • 6. VI UNIVERSIDAD FERMÍN TORO VICERECTORADO ACADEMICO DECANATO DE INGENIERIA ESCUELA DE TELECOMUNICACIONES PROPUESTA PARA LA APLICACIÓN DE LA TECNOLOGÍA FSO (FREE SPACE OPTICS), COMO SOLUCIÓN PARA CUBRIR LAS NECESIDADES DE CONEXIÓN DE ÚLTIMA MILLA Autor: Br. Márquez R., Luis E. Tutor: Ing. Arteaga, Naudy A. Año: 2015 Resumen En la presente investigación se plantea la propuesta de implementar la tecnología FSO (Sistemas Ópticos Libres) como solución para cubrir las necesidades de última milla, El fin de este trabajo de investigación es mejorar la comunicación de las empresas de comunicación para con los usuarios finales, brindando acceso a datos, voz y video, mediante una tecnología más eficiente, económica y de fácil instalación. Se evaluaran las ventajas con respecto a otras tecnologías, como fibra óptica y radio frecuencia, su factibilidad y los aspectos técnicos necesarios para su implementación. El presente trabajo de investigación estará enfocado en el polo II, designada para estudiar y analizar alternativas tecnológicas de desarrollo para la ciudad, en pro del bienestar del hombre. Debido a que se procura proveer a las personas el acceso a banda ancha con la finalidad de intercambio de información, así como también extender los servicios de las centrales de comunicación. A su vez estará sustentada en los sistemas de transmisión de datos como línea de investigación. Y finalmente será acotado el sistema de telecomunicaciones como eje conceptual. Descriptores: Transmisión, FSO, Telecomunicaciones, Red inalámbrica.
  • 7. 1 1 INTRODUCCION La tecnología óptica de espacio Libre (Free Space Optic) es una línea de tecnología utilizada para transmitir datos, voz y video a través de la atmósfera a la velocidad de la luz, utilizando rayos láser como medio transmisor y receptor; esta línea requiere que exista línea vista entre los implicados para tener un desempeño óptimo y poder llevar a cabo una Transmisión de alta calidad. La línea de tecnologías tiene como objetivo proveer conexiones con ancho de banda óptico, capaz de transmitir hasta 2.5 Gbps en comunicaciones de datos, voz y video simultáneamente a través del aire, permitiendo conectividad óptica sin requerir de cables de fibra óptica o licencias de seguridad para el espectro electromagnético. Free Space Optic viene a competir contra la tecnología de cable de fibra óptica en todas sus modalidades, ya que esta es la primera opción que toman las empresas al realizar proyectos de intercomunicación entre edificios, empresas o instituciones con distancias geográficas considerables. Este proyecto tiene como meta desarrollar un análisis de esta tecnología y determinar la factibilidad de aplicación que pueda tener en el entorno nacional, con el fin de tener una opción adicional de comunicación informática que pueda satisfacer las necesidades de los usuarios en un mercado globalizado.
  • 8. 2 2 CAPÍTULO I EL PROBLEMA Planteamiento del Problema La última milla es definida en materia de telecomunicaciones como el tramo final de una línea de comunicación, ya sea telefónica o un cable óptico, que da servicio al usuario. Este es quizá el mayor problema al que se enfrenta una empresa de telecomunicaciones en incluso un país cuando pretende extender los servicios de este tipo. Hoy son muy importantes los avances a nivel de las redes de comunicaciones, y estas son mucho más consistentes, tienen alta capacidad de tráfico y un excelente nivel de confiabilidad, lo cual les permite ofrecer servicios de transmisión de voz, video y datos. Sin embargo, llegar al usuario final es mucho más complicado. Si bien se requieren grandes inversiones para concretar los trazados de fibra óptica que conecten con el exterior, y los que enlacen internamente los centros de comunicaciones, en la última milla aparentemente la inversión de un solo cable es menor, pero en cambio es mucho mayor la cantidad de lugares a los que se debe llegar y por ende se multiplica varias veces su costo lo cual no sería muy viable para las empresas de comunicación. Esto significa que si, por ejemplo, para tender la red nacional de fibra óptica hubo que perforar cientos de kilómetros, instalar repetidores, llegar a cada centro de servicio etc… llevar fibra óptica a cada hogar representaría muchísimos inconvenientes.
  • 9. 3 3 A eso hay que sumarle que en países menos desarrollados en este tema, las redes de telecomunicaciones se han ido estructurando sobre otras ya existentes, lo que implica que se produzca un salto en calidad y velocidad de la conexión cuando se pasa desde un sistema de transmisión de fibra óptica a uno de cable de cobre, mucho menos potente como el caso de la tecnología ADSL. Incluso en no pocas ocasiones la densidad de este cableado es tal, que dificulta o impide tender otros nuevos, así como el equipamiento y accesorios inherentes a ellos. De lo argumentado anteriormente, la presente es una tecnología en la cual se propone como solución para cubrir las necesidades de conexión de última milla, de tal manera que al pensar en una tecnología que ofrezca el rendimiento de procesamiento full-dúplex de gigabit Ethernet; que no requiera licencia de instalación y que se puede instalar en muy poco tiempo, ofreciendo una rápida y alta tasa de transmisión de información; es la óptica del libre-espacio (FSO). El proceso de realizar la transmisión de datos, voz o imágenes a través de láser, utilizando banda ancha y sin necesidad de levantar calles para cablear. La tecnología inalámbrica es un sistema de línea de vista en el cual voz video y datos son transmitidos en un haz de luz a velocidades de hasta 2.5 Gigabits por segundo, algo más de dos mil veces un enlace tradicional ADSL.
  • 10. 4 4 Objetivos de la Investigación Objetivo General Propuesta para la aplicación de la tecnología de sistema óptico libre, como solución para cubrir las necesidades de última milla. Objetivos Específicos 1. Establecer la topología de la tecnología a utilizar para mayor eficiencia del mismo. 2. Estudiar los elementos técnicos (protocolo, fundamentos y acciones) involucrados en el proceso comunicación para alcanzar la cobertura para el servicio. 3. Evaluar factibilidad del sistema en los aspectos económico, técnico y operativo. Justificación e Importancia Tomando en cuenta el crecimiento exponencial en los últimos años del ámbito tecnológico junto con la necesidad inminente de una constante actualización, se plantea la siguiente investigación una tecnología que brindara aportes a quienes deseen implementarlas para un funcionamiento óptimo. Por ser esta un tecnología que
  • 11. 5 5 aún no se ha estandarizado en el país, las razones que justifican la propuesta planteada se sustentan en la finalidad de brindad a los usuarios, una tecnología de punta que satisfaga los esfuerzos hasta ahora realizados por el hombre y que vienen de épocas remotas. El presente trabajo de investigación estará enfocado en el polo II, designada para estudiar y analizar alternativas tecnológicas de desarrollo para la ciudad, en pro del bienestar del hombre. Debido a que se procura proveer a las personas el acceso a banda ancha con la finalidad de intercambio de información, así como también extender los servicios de las centrales de comunicación. A su vez estará sustentada en los sistemas de transmisión de datos como línea de investigación. Y finalmente será acotado el sistema de telecomunicaciones como eje conceptual. Su importancia radica en que esta tecnología, ofrece ventajas como la fibra óptica a un costo menor; por utilizar los equipos de comunicaciones ópticas, la luz a través del aire como medio de transmisión, emite longitudes de onda donde no se requiere licencias en el espacio radioeléctrico ante el inevitable problema de saturación del mismo. Alcances y Limitaciones Alcances
  • 12. 6 6 La presente investigación pretende proporcionar una herramienta útil que sirva para brindar el intercambio de datos, voz y video a los usuarios finales de un sistema de comunicación, mediante el uso de la tecnología de sistema óptico libre no solo brindara beneficios que les permita cubrir sus necesidades de internet, así como también a futuros investigadores que deseen ampliar estudios sobre este tipo de enlace para su difusión en el país. De igual manera la presente investigación, sirve como punto de partida para la implementación de este tipo de tecnología a zonas urbanas y suburbanas. Limitaciones Es pertinente señalar, que no se han presentados obstáculos que sean relevantes para el trabajo de investigación.
  • 13. 7 7 CAPITULO II MARCO TEORICO Antecedentes Cuenca K, Palacio J. (2008) Quito Ecuador. Diseño y factibilidad de una red inalámbrica óptica utilizando tecnología FSO para la comunicación entre los edificios de la escuela politécnica nacional y el observatorio astronómico. La presente investigación se fundamenta en el aporte sustancioso de información referentes a ondas electromagnéticas, espectro electromagnético, comunicación laser, enlaces ópticos en el espacio libre, sistemas inalámbricos, además de la divergencia de datos. Astaiza E; Bermudez H. Y otros (2009) Armenia, Colombia. Óptica de espacio libre, una alternativa a la problemática de telecomunicaciones que enfrenta la zona ecoturística del Quindio. Esta investigación describe el estudio de la tecnología FSO (Free Space Optics), además, presenta su aplicación en el contexto de la región del eje cafetero como una posible solución para ser tenida en cuenta por los operadores de telecomunicaciones ante el inminente problema de saturación del espectro de RF y entre otros inconvenientes.
  • 14. 8 8 El aporte de esta investigación al trabajo de investigación se basa en las ventajas que presenta el sistema con respecto a otras tecnologías, como lo es la fibra óptica y su justificación de la utilización del mismo, ya que, no requiere de permisologia del espectro electromagnético. Acosta, B (2010). Sangalqui, Ecuador. Estudio y diseño de un enlace mediante un sistema de comunicación óptica (FSO) en el espacio libre para enlazar el edifico principal de la ESPE con los laboratorios del departamento de eléctrica y electrónica. La investigación se presenta como una alternativa de comunicación ante las necesidades de contar con un sistema que permita la transmisión de voz, video y datos, de manera más rápida, segura y robusta entre los diferentes departamentos académicos y administrativos.
  • 15. 9 9 Bases teóricas Redes inalámbricas Una red inalámbrica es, como su nombre lo indica, una red en la que dos o más terminales (por ejemplo, ordenadores portátiles, agendas electrónicas, etc.) se pueden comunicar sin la necesidad de una conexión por cable. Con las redes inalámbricas, un usuario puede mantenerse conectado cuando se desplaza dentro de una determinada área geográfica. Por esta razón, a veces se utiliza el término "movilidad" cuando se trata este tema, se basan en un enlace que utiliza ondas electromagnéticas (radio e infrarrojo) en lugar de cableado estándar. Hay muchas tecnologías diferentes que se diferencian por la frecuencia de transmisión que utilizan, y el alcance y la velocidad de sus transmisiones. Las redes inalámbricas permiten que los dispositivos remotos se conecten sin dificultad, ya se encuentren a unos metros de distancia como a varios kilómetros. Asimismo, la instalación de estas redes no requiere de ningún cambio significativo en la infraestructura existente como pasa con las redes cableadas. Tampoco hay necesidad de agujerear las paredes para pasar cables ni de instalar porta cables o conectores. Esto ha hecho que el uso de esta tecnología se extienda con rapidez.
  • 16. 10 10 Ondas electromagnéticas Son aquellas ondas que no necesitan un medio material para propagarse. Incluyen, entre otras, la luz visible y las ondas de radio, televisión y telefonía. Todas se propagan en el vacío a una velocidad constante, muy alta (300 0000 km/s) pero no infinita. Gracias a ello podemos observar la luz emitida por una estrella lejana hace tanto tiempo que quizás esa estrella haya desaparecido ya. O enterarnos de un suceso que ocurre a miles de kilómetros prácticamente en el instante de producirse. Las ondas electromagnéticas se propagan mediante una oscilación de campos eléctricos y magnéticos. Los campos electromagnéticos al “excitar” los electrones de nuestra retina, nos comunican con el exterior y permiten que nuestro cerebro construya el escenario del mundo en que estamos, de igual manera son soporte de las telecomunicaciones y el funcionamiento complejo del mundo actual. Espectro electromagnético Las ondas electromagnéticas pueden propagarse por el espacio libre (incluido el vacío). El número de oscilaciones por segundo de una onda electromagnética se llama frecuencia (f), y se mide en Hertz (Hz). La distancia entre dos máximas consecutivas (emisor y un receptor), es la longitud de onda. Por lo que añadiendo una antena del tamaño apropiado a un circuito eléctrico, las ondas electromagnéticas pueden ser
  • 17. 11 11 emitidas eficientemente y recibidas por un receptor a alguna distancia, siempre y cuando exista línea de vista directa. Todas las comunicaciones inalámbricas se basan en este principio. En el espectro electromagnético se determinan las bandas de transmisión con base en frecuencias, las mismas poseen medidas en Hertz que se muestran en la siguiente figura: Figura N°1 Asignación de frecuencias del espectro electromagnético. La radio, microondas, infrarrojos y porciones de luz visibles del espectro pueden usarse para transmitir información modulando en amplitud, frecuencia o fase. La luz ultravioleta, los rayos X y Gamma, podrían ser mejores debido a su alta frecuencia, pero son difíciles de producir y modular, no se propagan bien entre edificios y son peligrosos para los seres vivos. La banda listada en la figura son nombres oficiales del
  • 18. 12 12 ITU y están basados en longitudes de onda: baja (LF), media (MF), alta (HF), muy alta (VHF), ultra alta (UHF), súper alta (SHF), y extremadamente alta (EHF). La luz y el espectro electromagnético La luz visible representa apenas una pequeña porción del espectro electromagnético, que se extiende desde los rayos gamma hasta longitudes de onda de radio. Aunque en realidad ambos extremos del espectro electromagnético se extienden desde cero hasta el infinito. La luz blanca es en realidad una mezcla de longitudes de onda. Cuando hacemos que la luz blanca pase a través de un prisma, se descompone en longitudes de onda o colores que la integran, formando un espectro. La ciencia encargada del análisis de los espectros se llama espectroscopia.
  • 19. 13 13 Figura N°2 Espectro de la luz. Laser Amplificacion de Luz por Emision Estimulada de Radiacion (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Dispositivo que utiliza un efecto de la mecánica cuántica, la emisión inducida o estimulada, para generar un haz de luz (también llamado laser) coherente de una medio adecuado y con el tamaño, la forma y la pureza controlados. Un láser es una haz de luz, monocromático y coherente, las fuentes de luz normales como bombillas de luz emiten fotones en casi todas las direcciones y, generalmente, en una amplia gama de longitudes de onda. También suelen ser incoherente, o sea, las fases de los fotones emitidos por la fuente de luz no están relacionadas. En cambio un láser emite generalmente los fotones en un rayo estrechísimo, perfectamente definido, coherente y a menudo polarizado. Esta luz es prácticamente monocromática, ya que consiste en una sola longitud de onda. Funcionamiento del laser Un dispositivo láser utiliza un efecto de la mecánica cuántica para poder generar ese haz de luz con tamaño, forma y dirección controlada. Los rayos de luz en su estado normal, como cuando provienen del Sol, viajan en forma radial con respecto a
  • 20. 14 14 su fuente y disminuyen con la distancia. Un láser, en cambio, es una fuente lumínica que viaja en forma paralela y su energía prácticamente no disminuye con la distancia. El fenómeno de emisión estimulada por radiación fue enunciado nada menos que por el gran Einstein ya en 1916 y constituye la base de la tecnología empleada en la fabricación de los dispositivos láser. El mecanismo utiliza la excitación de una onda estacionaria entre dos espejos, uno opaco y otro translúcido. Como resultado se origina una onda luminosa que rebota en los espejos, al mismo tiempo que escapa por el espejo translúcido. El láser está formado por un núcleo que suele ser de forma alargada, puede ser una estructura cristalina (hecha por ejemplo de rubí) o un tubo de vidrio que contiene gas. Junto al núcleo está el excitador, el encargado de provocar la excitación lumínica de los electrones que se encuentran dentro del núcleo y el tercer componente de un láser son los espejos paralelos, que son colocados en ambos extremos del núcleo. Uno de ellos es semi-reflectante lo que permite el paso parcial de la luz, por donde sale el haz de luz de un láser. Propiedades de la Radiación laser Monocromaticidad Emite una radiación electromagnética de una sola longitud de onda, en oposición a las fuentes convencionales como las lámparas incandescentes (bombillas comunes)
  • 21. 15 15 que emiten en un rango más amplio, entre el visible y el infrarrojo, de ahí que desprendan calor. La longitud de onda, en el rango del espectro electromagnético de la luz visible, se identifica por los diferentes colores (rojo, naranja, amarillo, verde, azul, violeta), estando la luz blanca compuesta por todos ellos. Esto se observa fácilmente al hacer pasar un haz de luz blanca a través de un prisma. Direccionalidad La radiación láser tiene una divergencia muy pequeña, es decir, puede ser proyectado a largas distancias sin que el haz se abra o disemine la misma cantidad de energía en un área mayor. Esta propiedad se utilizó para calcular la longitud entre la tierra y la luna, al enviar un haz láser hacia la luna, donde rebotó sobre un pequeño espejo situado en su superficie, y éste fue medido en la tierra por un telescopio. Free Space Optical (FSO) El objetivo de las free Space Optics (FSO) es transmitir información por el espacio libre utilizando señales ópticas similares a las que viajan a través de las fibras ópticas, las FSO permiten conectar edificios cercanos entre si de una forma económica y sencilla, al no tener que hacer prácticamente ninguna obra. Además, los anchos de
  • 22. 16 16 banda que proporcionan son muy grandes, gracias a que la información viaja en señales luminosas. El principio de funcionamiento es muy sencillo, se colocan los transmisores y receptores en los lugares de interés y se transmiten entre ellos haces laser infrarrojos que pueden transportar desde mensajes de internet, video, señales de radio o ficheros informáticos. La capacidad de estos enlaces se encuentra entre los 100 Mbps y los 2.5 Gbps. Experimentalmente se han logrado velocidades de transmisión de hasta 160 Gbps. Por tanto, estamos hablando de prestaciones similares a la fibra óptica. Ventajas La FSO presenta una serie de ventajas interesantes frente a otras tecnologías inalámbricas basadas en radio: 1. Fácil instalación 2. Licencia libre de operación 3. Altas tasas de bits 4. Bajas tasas de error a nivel de bits 5. Inmunidad de las interferencias electromagnéticas 6. Protocolo transparente 7. Muy seguro debido a la alta direccionalidad y bajo espesor del rayo. Desventajas
  • 23. 17 17 1. Dispersión 2. Sensible a los cambios del clima 3. Interferencia por radiación solar Aplicaciones de los Sistemas FSO 1. Redes Empresariales: Están disponibles para muchos tipos de interfaz sobre una amplia gama de anchos de banda. Tradicionalmente FSO se ha desplegado en soluciones punto a punto, sin embargo, cada vez más las organizaciones están aprovechándose de la flexibilidad y la fiabilidad de la tecnología para crear arquitecturas de red más complejas. 2. Extensiones de red metro y acceso de ultima milla: Las empresas de transporte pueden desplegar tecnología FSO para extender anillos de fibra metropolitanos ya existentes, para conectar nuevas redes y su infraestructura principal, puede completar anillos Sonet y en cuanto al acceso de ultima milla FSO puede ser usada en enlaces de alta velocidad que conectan usuarios finales con proveedores de internet o de otras redes. 3. Recuperación de desastres: La habilidad de recuperarse de forma rápida y fácilmente de todo tipo de desastre es importante a corto y largo plazo, para que, las redes sean lo más confiables posibles. Al presentarse un inconveniente en el funcionamiento de la red, se espera que el tiempo de inactividad sea el menor posible; por ello, la transparencia y velocidad de recuperación que una red tenga frente a un desastre se convierte en un factor importante a considerar. 4. Respaldo para fibra y aceleración de servicios: FSO puede ser desplegado para crear enlaces redundantes para respaldar fibra en lugar de establecer un segundo enlace de fibra y a su vez, si se encuentra en instalación una nueva infraestructura de fibra, puede utilizarse FSO para proveer servicio instantáneo a usuarios.
  • 24. 18 18 Seguridad en los Sistemas FSO En cuanto a la seguridad del enlace en lo que a intercambio de información se refiere los enlaces FSO son muy seguros ya que al ser una tecnología de línea de vista directa, la única forma de interceptar una transmisión sería interrumpir el enlace (esto implica colocarse en la línea de visión, camino, del telescopio transmisor) y en ese caso el usuario se daría cuenta enseguida interrumpiendo la transmisión de información. Además para interceptar la transmisión habría que conocer como recibir la señal y luego como decodificarla, porque a pesar de todo lo seguro que se diga a un cliente que es el enlace, cada usuario tiene generalmente la información en forma encriptada. Componentes Básicos de un enlace FSO Los componentes constitutivos básicos de un enlace FSO son el transmisor, receptor y el canal de propagación. Además de estos elementos, tenemos el transceptor, elemento importante del transmisor y receptor, el cual, está compuesto por un conversor eléctrico-óptico que convierte señales eléctricas provenientes de una fuente de datos de señales ópticas emitidas en el aire y un conversor óptico-eléctrico que convierte las señales luminosas que llegan al transceptor nuevamente en señales eléctricas.
  • 25. 19 19 Transmisor Las funciones básicas de un transmisor en un sistema de comunicaciones es adecuar las características de la señal, como potencia, frecuencia de transmisión y técnica de modulación, al medio de transmisión utilizado. En el caso de los sistemas FSO, este es el responsable por generar la señal óptica modulando y conformando la señal para la transmisión en la atmosfera. La fuente óptica utilizada puede ser tanto un LED como un laser, la selección entre los dos recae principalmente sobre el nivel de potencia necesario, considerando que la distancia espectral de una fuente no impone limitaciones a la transmisión FSO. Receptor El receptor está compuesto por un telescopio y una foto detectora. El telescopio del receptor tiene como función captar la radiación óptica de un área muy pequeña y focalizarla en el foto-detector o fibra óptica, que posee áreas muy pequeñas. La efectividad del receptor en un sistema FSO está relacionada con diferentes factores tales como el tipo de detector, el rango de sensibilidad y tamaño del receptor, el tamaño y diseño del dispositivo óptico y la longitud de onda utilizada. Definicion de Términos Básicos Ancho de banda: Es la cantidad de datos que pueden ser transportados por algún medio en un determinado período de tiempo (generalmente segundos). Por lo tanto a
  • 26. 20 20 mayor ancho de banda, mayor transferencia de datos por unidad de tiempo (mayor velocidad). Atenuación: Atenuación es la reducción de nivel de una señal, cuando pasa a través de un elemento de un circuito, o la reducción en nivel de la energía de vibración, cuando pasa a través de una estructura. La atenuación se mide en Decibels, pero también se puede medir en porcentajes. Ber: Se define como el número de bits recibidos de forma incorrecta respecto al total de bits enviados durante un intervalo especificado de tiempo. Es usado en telecomunicaciones para modelar un canal de comunicación. Canal: es el medio de transmisión por el que viajan las señales portadoras de información emisor y receptor. Es frecuente referenciarlo también como canal de datos. Conectores: En telecomunicaciones los conectores son el mecanismo que se emplea para interconectar las antenas a los equipos transmisores, terminales de monitoreo o prueba, terminales de entrada o salida, equipos entre sí, y muchas otras aplicaciones que obligan a conocer de ellos.
  • 27. 21 21 Confiabilidad: La Confiabilidad se percibe comúnmente como la capacidad de un activo para suministrar largos períodos de operación satisfactoria sin fallas durante su uso. En términos cuantitativos, una gestión eficiente de la Confiabilidad, permitirá disminuir la incertidumbre en el proceso de control de las fallas, ayudando a incrementar de forma eficiente, la Disponibilidad de los activos industriales dentro de un sistema de producción. Decibel: Se denomina decibelio a la unidad empleada en acústica y telecomunicación para expresar la relación entre dos potencias, acústicas o eléctricas. Enlace: Es el medio de conexión entre dos lugares con el propósito de transmitir y recibir información. Puede hacer referencia a un conjunto de componentes electrónicos, que consisten en un transmisor y un receptor (dos piezas de un equipo terminal de datos) y el circuito de telecomunicación de datos de interconexión. Fibra Óptica: La Fibra Óptica es un medio de transmisión físico capaz de brindar velocidades y distancias superiores a las de cualquier otro medio de transmisión (cobre e inalámbricos). Son pequeños filamentos de vidrio ultra puro por el cual se pueden mandar haces de luz de un punto a otro en distancias que van desde 1m hasta N kilómetros.
  • 28. 22 22 FSO: Un sistema óptico en espacio libre es una transmisión inalámbrica láser por infrarrojos punto a punto diseñada para la interconexión de dos puntos situados en línea de visión directa. Los sistemas operan tomando una señal estándar de datos o telecomunicaciones, convirtiéndola a formato digital y enviándola a través del espacio libre. Mbps: Es una sigla que fue desarrollada para identificar a la unidad de un megabit por segundo, la cual se emplea para cuantificar un caudal de datos que equivale a 1.0000 kilobits por segundo o 1.000.000 bits por segundo. Potencia: Capacidad para realizar una función o una acción, o para producir un efecto determinado.
  • 29. 23 23 Capitulo III MARCO METODOLOGICO Naturaleza de la investigación El estudio presentado se encuentra enmarcado en la modalidad de proyecto factible, basado en un trabajo de campo y documental. En este sentido la Universidad Fermín Toro en su manual de normas para trabajo de grado señala que un proyecto factible: Es una propuesta basada en la factibilidad para la resolución de un problema dado. Puede apoyarse tanto en la investigación de campo como documental o un diseño, que incluya ambas modalidades. Puede referirse a la formulación de políticas, programas, técnicas, métodos y procesos. (p.6) De igual manera el manual de tesis anteriormente citado, define Investigación de campo como aquella que: “Emplea datos de fuentes primarias, ya que, es el investigador quien los recaba directamente, sin embargo, utiliza datos de fuentes secundarias en ciertas ocasiones y situaciones” (p.5). Y según este mismo manual, la investigación Documental: Es el estudio de problemas con el propósito de ampliar y profundizar el conocimiento de su naturaleza, con apoyo principalmente, de trabajos previos, información y datos divulgados por medios impresos, audiovisuales o electrónicos. La originalidad del estudio se refleja en el enfoque, criterios, conceptualizaciones, reflexiones, conclusiones, recomendaciones, y en general, en el pensamiento del autor. (p.6). El presente trabajo de investigación estará enfocado en el polo II, designada para estudiar y analizar alternativas tecnológicas de desarrollo para la ciudad, en pro del
  • 30. 24 24 bienestar del hombre. Debido a que se procura proveer a las personas el acceso a banda ancha con la finalidad de intercambio de información, así como también extender los servicios de las centrales de comunicación. A su vez estará sustentada en los sistemas de transmisión de datos como línea de investigación. Y finalmente será acotado el sistema de telecomunicaciones como eje conceptual. Fases de la Investigación El proyecto factible está orientado a la elaboración de un diseño, que de forma organizada permita recabar información y la factibilidad de la implementación de la tecnología de punta, como lo es, la aplicada para comunicación óptica en el espacio libre, la cual, presenta ventajas considerables frente a otras tecnológicas, en atención a los objetivos planteados, se pueden definir las siguientes fases: 1. Diagnostico 2. Factibilidad 3. Diseño Fase I. Diagnostico. Esta fase recurre a la recolección de información necesaria e importante para conocer detalles de la situación que permitan dar solución a la problemática planteada y así determinar la medida a tomar para el servicio que requiere el usuario.
  • 31. 25 25 Por otra parte, se realizara observación directa. Según Hernández, Fernández y Baptista (1992), es “El uso sistemático de los sentidos en la búsqueda de datos que se necesitan para resolver un problema de investigación” (pag.146). Que para efectos de este trabajo de investigación tiene como técnica visualizar y palpar de manera directa, las necesidades o problemáticas comunicacionales en relación a los usuarios finales de las empresas de comunicación. Para obtener una mejor visión de lo que se requiere para que la implementación de dicho sistema ayude a mejorar la calidad y prestación de servicio y existente. Fase II. Factibilidad Esta es la fase de mayor relevancia para la investigación, ya que, la misma aportara la factibilidad técnica, operativa y económica de la implementación de la tecnología FSO como solución para cubrir las necesidades de conexión de última milla, lo que permitirá la viabilidad del mismo. Según cerda (1995): La factibilidad de un proyecto tiene como finalidad permitir la selección entre las variantes (si esta no se ha cumplido en la fase anterior), determinar las características técnicas de la operación, fijar los medios a implementar, establecer los costos de operación y evaluar los recursos disponibles, reales y potenciales. Factibilidad Técnica Según Hernández (2004) “la factibilidad técnica consiste en realizar una evaluación de la tecnología existente en la organización” (p.18).
  • 32. 26 26 La factibilidad técnica se encuentra referida a si se cuenta con las herramientas y recursos necesarios que permitan el buen funcionamiento del sistema. La factibilidad técnica hace referencia a un estudio de la funcionalidad, el rendimiento y las restricciones que pueden afectar a la realización de un estudio aceptable. La factibilidad técnica de la investigación será determinada mediante el análisis de las características, ventajas y desventajas de las diferentes alternativas de comunicación, como lo son la fibra óptica y enlaces de radio frecuencia. Factibilidad Operativa La factibilidad operativa se refiera a si se cuenta o posee los conocimientos necesarios para el desarrollo de un diseño de esta magnitud, la agilidad para el manejo de información que se usara para determinar la zona y los equipos más adecuados para emitir y recibir las señales. Hernández (2004) señala que: La factibilidad operativa permite predecir, si se pondrá en marcha el sistema propuesto, aprovechando los beneficios que ofrece, a todos los usuarios involucrados con el mismo, ya sean los que interactúan en forma directa con este, como también aquellos que reciben información producida por el sistema. (p.23). Factibilidad Económica Es un indicativo netamente cuantificable porque parte de elementos técnicos y financieros. Incluye el análisis del escenario donde se ejecutara el proyecto, su viabilidad y rentabilidad dentro de ese contexto.
  • 33. 27 27 En la presente investigación, se realizaran estudios y análisis de una serie de elementos económicos, que proporciones una visión clara de factores de riesgo, características de la inversión en el proyecto y su rentabilidad. Luego se procederá a solicitar presupuesto a los proveedores de los equipos, para que faciliten los costos actualizados de los mismos, entre otros aspectos necesarios para la implementación de la tecnología FSO. Fase III: Diseño del proyecto Luego de finalizar las fases de diagnostico y factibilidad se inicia la última fase, la del implementación del sistema, que en este caso, se refiera a una propuesta de solución para la problemática planteada anteriormente. Para llevar a cabo el desarrollo de esta investigación se procederá a estructurar el diseño de la siguiente manera: 1. Comparación de las ventajas y desventajas de FSO (Óptica en el Espacio Libre) con respecto a otras alternativas de comunicación. 2. Elección del equipo que cumpla con los requerimientos del sistema de enlace. 3. Implementación del enlace óptico en el espacio libre.
  • 34. 28 28 Referencias Bibliográficas Uft (2000) Manual para trabajo de grado de la universidad Fermín Toro Hernandez, A (2004). El proyecto Factible como modalidad de la investigación educativa. Hernandez, Fernandez y baptista (1997). Metodología de la investigación. McGraw interamericana editores, S.A de CV. Tecnología FSO. http://www.oocities.org/es/lobatonmm/tempresa/FSO.htm Optica de Espacio libre http://www.datasite.com.ar/datasite/empresas/@comdigitales/optica%20espacio %20libre.pdf