1. Transmisión Mediante Fibra Óptica
Principios de la transmisión por Fibra Óptica
La fibra óptica no es más un. La luz queda atrapada en este conducto y se
propaga a la máxima velocidad posible a lo largo del mismo. La velocidad de
propagación de la luz depende del tipo de material transparente empleado,
ya que la máxima velocidad c = 299.792.458 m/s sólo se alcanza en el vacío.
En el resto de medios la propagación se produce a menor velocidad, la
relación entre la velocidad de la luz en el vacío y en otro medio, se conoce
como índice de refracción del medio y es característico de cada material.
El motivo físico por el cual la luz queda atrapada dentro del conducto, se
basa en las leyes de reflexión y refracción de la luz, según las cuales, cuando
un rayo atraviesa la frontera desde un medio físico transparente a otro
también transparente, pero donde la velocidad de propagación es menor, la
trayectoria del mismo varía, siguiendo una ley física conocida como Ley de
Snell.

2. Este es el motivo de que cuando se mete un palo en el agua, éste parece
doblarse.
Más concretamente el fenómeno óptico en el que se fundamenta la
transmisión de la luz en el conducto de fibra de vidrio se denomina TIR (Total
Internal Reflection), según el cual, cuando un rayo de luz pasa de un medio
hacia otro con menor índice de refracción, si incide sobre la frontera de los
materiales con un ángulo determinado, no pasa ninguna luz a través de la
frontera del material. El ángulo a partir del cuál el rayo de luz queda
totalmente atrapado se denomina ángulo crítico de incidencia.
El esquema siguiente muestra el ángulo crítico de incidencia en rojo.

3. En la espectacular fotografía obtenida de la wikipedia que se muestra a
continuación, se puede apreciar perfectamente el fenómeno de la TIR:

4. Los cables de fibra óptica se construyen basándose en ese principio.
Veamos un ejemplo gráfico:

5. • n núcleo > n revestimiento. > n aire
• El rayo 1 se refleja parcialmente porque también se refracta.
• El rayo 2 se refleja totalmente
Si se hace un corte transversal de un cable de fibra, se pueden distinguir sus
componentes principales:

6. La parte central de la fibra óptica es el núcleo, su tamaño, como se verá en el
apartado siguiente depende del tipo de fibra con el que se esté trabajando,
aunque los estándares son 8.3 µm (monomodo), 50 µm (multimodo) y 62.5
µm (multimodo). El revestimiento tiene un diámetro de 125 µm. Para hacer
una analogía, un cabello humano tiene unos 70 µm de diámetro.
Por último, los cables están recubiertos por una cubierta protectora,
semirígida, que protege al núcleo y al revestimiento de posibles daños. Tanto

7. el núcleo como el revestimiento están formados por distintos materiales,
normalmente cristal de silicio (SiO2) de distintas composiciones para
provocar el fenómeno TIR.
Los conectores son interconexiones fibra-a-fibra que alinean el núcleo de
ambas fibras y la principal diferencia entre ellos es el tipo de enganche
mecánico y su tamaño. Los cables se terminan en diferentes terminaciones
que permiten conectarlos a los paneles y bandejas de fibras existentes en los
armarios de comunicaciones.
Si se corta un cable de fibra óptica, y es necesario repararlo, el proceso,
consiste en la unión de ambos extremos del cable y su fusión posterior. El
proceso es técnicamente complejo y requiere maquinaria y personal
altamente especializados.

8. Además de los cables, debemos tener en cuenta que un sistema de
transmisión óptico consta de varios componentes esenciales:
• La fuente de luz
• El medio de transmisión
• El detector
El medio de transmisión es la propia fibra de vidrio, la fuente de luz suele ser
un láser, y el receptor un elemento fotosensible. La información se codifica
de modo que un pulso de luz indique un 1 y la ausencia del mismo un 0.
Una vez que la luz entra en una fibra óptica, se propaga de una forma
uniforme llamada modo, que no es más que el camino que sigue a través de
una fibra (la onda electromagnética)
Dependiendo del número de modos de propagación, hay dos grandes tipos
de fibra óptica que se describen en los siguientes subapartados.

9. Fig: Comparación cable de cobre frente a cable de fibra óptica

10. Fig: Estructura de un cable de fibra óptica
Hay dos grandes tipos de fibra óptica que se describen en los siguientes
subapartados.
Fibras monomodo.
Son fibras con el núcleo de vidrio mucho más fino que en el siguiente caso,
permitiendo el paso de un único haz de luz. Estas fibras tienen la
característica de tener un alcance muy superior (hasta 10 Km) Para su

11. correcto funcionamiento se precisan emisores láser más potentes y
sofisticados, lo que encarece su uso.
Estas fibras se emplean fundamentalmente para conexiones de media, larga
y muy larga distancia (desde 550m hasta 40km)
Las fibras monomodo no sufren tanto el fenómeno de la dispersión (ver
apartado siguiente) como las multimodo ya que por la fibra sólo viaja un
pulso de luz cada vez. También tiene menos atenuación (absorción parcial
al ser reflejada en el revestimiento) lo que garantiza una transmisión de la
señal más fidedigna.
Una de las desventajas de este tipo de fibras, es que al ser el núcleo mucho
más estrecho que en las fibras multimodo, la conexión entre dos fibras tiene

12. que ser mucho más precisa, encareciendo los conectores y el coste del cable
en general.
Existen 3 tipos básicos de fibra monomodo: NDSF, DSF y NZ-DSF. Las
diferencias entre los 3 tipos se basan principalmente en su adecuación para
el funcionamiento con diferentes láser que funcionen en distintas longitudes
de onda.
Por último, una familia de fibras monomodo, las PM (Polarization-
maintaining), son capaces de transmitir sólo una polarización de la luz de
entrada, lo cual tiene aplicaciones muy interesantes en la industria.
Fibras multimodo.
Fibras que permiten el paso de varios haces de luz (modos) a través del
núcleo, que se reflejan con distintos ángulos dentro del núcleo. Su alcance
es limitado a construcciones con poca distancia entre ellas.
Este tipo de fibras tienen un núcleo (core) con un diámetro mucho mayor que
el de las fibras monomodo.

13. Dentro de las fibras multimodo, existen dos tipos principales, las de índice
escalonado y las de índice gradual, que permiten un alcance ligeramente
superior.
En las fibras de índice escalonado, se propagan varias ondas o modos
diferentes a través de la fibra.
• Unas ondas se propagan completamente paralelas al revestimiento,
por el núcleo de la fibra
• Otras se refleja continuamente, atrapadas por el fenómeno TIR
• El resto, se refracta en el revestimiento
Intuitivamente se ve que las ondas que se reflejan, recorren mucha mayor
distancia que las que se propagan por el núcleo sin reflejarse. Esto da lugar

14. a un fenómeno, conocido como dispersión que produce atenuación de la
señal transmitida. Este fenómeno es inevitable en la fibra óptica multimodo y
es el ocasionante de que la longitud de estas fibras no pueda ser tan grande
como la de las fibras monomodo.
En las fibras de índice gradual, el índice de refracción del núcleo decrece
desde el centro hacia el revestimiento. Esto hace que se reduzca la
dispersión, ya que los haces llegan casi al mismo tiempo, ya que cerca del
revestimiento, los rayos se propagan más rápidamente que en el núcleo.
Tipologías de red FTTx
Se entiende por red de acceso de fibra óptica al conjunto de elementos
tecnológicos que conectan los terminales de los usuarios finales hasta los

15. equipos terminales de la red de transporte. Comúnmente se denomina a éste
tramo la última milla.
Dependiendo del punto de terminación de la fibra óptica, el tipo de red recibe
un nombre u otro distinto. Para abarcar todas las tipologías posibles se
utiliza el denominador común FTTx
Entre las diferentes tipologías encontramos:
• Fibra hasta el hogar (Fiber to the Home, FTTH)
• Fibra hasta la acera (Fiber To The Curb, FTTC)
• Fibra hasta el edificio (Fiber To The Building, FTTB)
Sistemas de accesos ópticos para FTTH
Existen dos principales arquitecturas de red para los sistemas de accesos
ópticos: arquitecturas activas y arquitecturas pasivas.
La principal diferencia entre arquitecturas activas y pasivas se encuentra en
que las pasivas el ancho de banda disponible se multiplexa en una misma
fibra repartiéndolo entre todos los usuarios a partes iguales o según una
calidad de servicio preestablecida, en cambio en las arquitecturas activas el

16. ancho de banda disponible es dedicado por fibra y por usuario.
Evidentemente, éste tipo de accesos tiene un coste más elevado.
Entre las arquitecturas activas encontramos principalmente las redes PTP
(Point To Point) y redes Ethernet Activas (Active Star Ehternet) y para las
arquitecturas de red pasivas, las redes PON (Passive Optical Network).
Redes PTP: Redes punto a punto.
Las redes punto a punto son líneas de acceso permanente en las que se
usa una única fibra para conectar a dos nodos de transmisión, por ejemplo,
entre el proveedor de Internet y el usuario final, o conexiones entre sedes de
una empresa. Estas redes se comportan como un enlace donde todo el
ancho de banda es dedicado y exclusivo. El gran inconveniente de esta
topología es su elevado precio.
Como ventaja presentan una gran fiabilidad en la transmisión de datos y
permiten una comunicación bidireccional full-dúplex.
Redes PON (Passive Optical Network).
Introducción a las redes xPON.

17. Una red óptica pasiva es una configuración de red que por sus
características provee una gran variedad de servicios de banda ancha a los
usuarios mediante accesos de fibra óptica.
La utilización de arquitecturas pasivas permite reducir los costes y son
utilizadas principalmente en las redes FTTH. Por contrapartida, el ancho de
banda no es dedicado, sino multiplexado en una misma fibra en los puntos
de acceso de red de los usuarios. En definitiva, se trata una configuración de
red punto-multipunto.
Avanzando desde la red hacia el usuario podemos decir que una
arquitectura de red PON está formada por los siguientes equipos: un
Terminador de red Óptico (OLT, Optical Line Termination) en la central local
del proveedor de servicios y una serie de Unidades de Red Ópticas (ONU,
Optical Network Units) próximo a los usuarios de acceso.

18. Fig. Ejemplo arquitectura de red PON

19. Fig: Split para redes PON
Existen varias tipologías de redes PON englobadas por el denominador
común xPON, entre ellas, APON, BPON, GPON y EPON.
Estándares xPON.
Realizando un seguimiento cronológico encontramos los siguientes
estándares para redes xPON basados en las recomendaciones ITU-T G.983,
ITU-T G.984 e IEEE 802.3ah
• Recomendación: ITU-T G.983
APON (ATM Passive Optical Network):Esta fue el primer estándar de red
pasiva, se usaba principalmente para aplicaciones de empresas y estaba
basado en transmisión de tráfico ATM.
BPON (Broadband PON), es un estándar basado en APON aportó nuevas
mejoras como la multiplexación por longitud de onda o WDM,
incrementando de esta manera el ancho de banda.
• Recomendación ITU-T G.984

20. GPON (Gigabit PON): Es una evolución de BPON, permitiendo una
optimización de la transmisión del tráfico IP y ATM mediante celdas de
tamaño variable.
• Recomendación IEEE 802.3ah
EPON (Ethernet PON): La principal característica es que transporta tráfico
nativo de red Ethernet en lugar del clásico tráfico ATM. Se optimiza el tráfico
IP, se mejora la seguridad y soporta mayores velocidades de transmisión de
datos.
Las características principales de los estándares expuestos anteriormente
se pueden apreciar en el siguiente cuadro resumen:

21. Basado en el Standard IEEE 802.ah, las redes activas Ethernet proveen de
ancho de banda simétrico con velocidades superiores a 1Gbps por puerto
sobre una única fibra utilizando para ello dos longitudes de onda
multiplexadas y diferenciadas sobre cada fibra óptica.
De ésta manera con cada longitud de onda tenemos dos slots de

22. transmisión, un slot se utiliza como canal de transmisión y otra para el canal
de recepción.
Esto nos permite una transmisión de datos Full-Dúplex mediante una
conexión punto a punto con un ancho de banda dedicado al usuario.
En las redes PON define como máxima distancia entre un OLT y un equipo
ONU de 20 Km para que la red PON sea operativa, con las redes Ethernet
activas éste límite desaparece permitiéndose distancias superiores a 80Km
desde el punto de distribución hasta el usuario.
Protocolos
La transmisión y la recepción de información por una fibra óptica siguen
métodos de codificación o protocolos similares a los de otro medio de
transporte no óptico cuando se establece entre dos puntos determinados. El
sistema más sencillo es modular la señal óptica variando la intensidad
eléctrica que se aplica al dispositivo generador de la luz. Esto permite enviar
una sola señal. En los casos en que se utiliza para transmitir diferentes
señales en el mismo canal, la técnica más simple es la de modulación de
subportadoras. La señal es superpuesta en subportadoras auxiliares y luego

23. combinadas utilizando la señal eléctrica resultante para modular la
portadora óptica (SCM: Sub Carrier Multiplexing). Estas técnicas anteriores
son heredadas de los sistemas de comunicaciones de radiofrecuencia. Más
propio de la comunicación óptica, para este tipo de enlaces, es la tecnología
de combinación de un número de longitudes de onda en la misma fibra
(WDM: Wavelength Division Multiplexing). La transmisión de luz por las
fibras ópticas presenta diferentes propiedades en función de la longitud de
onda del haz que la recorre. La principal característica que se aprovecha
para este tipo de transmisión de información es la atenuación que presenta
la fibra para las distintas frecuencias de la fuente de luz.

24. Para ver el potencial de WDM, primero examinaremos las características de
una fuente de luz de alta calidad. Como ejemplo, la salida modulada de un
láser de tipo DFB (Distributed Feedback Laser) tiene un espectro de
frecuencias de 10 a 50 MHz, lo que equivale a un ancho de 1E-3 nm (1
milésima de nanómetro o picómetro). Cuando se usa una fuente como esta
se suele establecer una banda de guarda –separación entre canales
adyacentes– de 0,4 a 1,6 nm previendo posibles alteraciones con el paso
del tiempo o efectos de la temperatura. En la figura anterior podemos ver
dos regiones de poca atenuación de una fibra mono-modo. Por un lado el
rango de 1270 a 1350 nm (llamado ventana de 1310 nm) y por otro lado el
rango de 1480 a 1600 nm (la ventana de 1550 nm). Para encontrar el ancho
de banda correspondiente a un ancho espectral en particular, usamos la
relación c=λv que relaciona la longitud de onda λ, con la frecuencia
portadora v, donde c es la velocidad de la luz. Diferenciando esto tenemos
que para Δλ<<λ² |Δv| = (c/λ²) |Δλ|
De la ecuación anterior tenemos que Δv = 14 THz (Tera Hercios) para una
banda espectral usable de Δλ = 80 nm en la ventana de 1310 nm. E,
igualmente obtenemos que Δv = 15 THz para una banda espectral utilizable

25. de Δλ = 120 nm en la ventana de 1550 nm. Esto da como resultado un ancho
de banda total de la fibra de unos 30 THz en las dos ventanas de baja
atenuación. Usando diferentes fuentes de luz, cada una emitiendo con una
longitud de onda que esté suficientemente espaciada de su vecina, de tal
manera que no se interfieran, la integridad de los mensajes independientes
de cada fuente se mantiene para una posterior conversión a señales
eléctricas en el receptor. La definición de estos canales de comunicación en
función de la longitud de onda, se establece según ITU (International
Telecommunication Union) en frecuencias. La razón fundamental para
seleccionar frecuencias fijas para el espaciado de canales, en lugar de
longitudes de onda, radica en que al fijar el modo de funcionamiento de un
láser es la frecuencia lo que se selecciona. La recomendación ITU-T G.692
especifica que los canales han de ser seleccionados de unas frecuencias
referenciadas a 193,100 THz (1552,524 nm) y espaciarlos 100 GHz (0,8 nm
a 1552 nm). Otras alternativas de espaciado son 50 GHz (0,4 nm) y 200 GHz
(1,6 nm). La ventaja fundamental de WDM es que las longitudes de onda
discretas forman un conjunto de portadoras ortogonal que pueden ser
separadas, enrutadas y conmutadas sin interferirse una en la otra.

26. Con la llegada de las líneas de transmisión de fibra óptica, el siguiente paso
en la evolución de TDM (Time Division Multiplexing) fue la creación de un
formato estándar de señal llamado SONET (Synchronous Optical Network)
para Norte América y SDH (Synchronous Digital Hierarchy) en otras partes
del mundo. Los protocolos SONET y SDH especifican formatos para las
señales ópticas que pueden ser compartidas entre diferentes redes (europea
y americana). Las características más relevantes de estos estándares cubren
la normalización de la estructura de los datos (data-frame), las
especificaciones del interfaz óptico y las arquitecturas de llamada
fundamentales. Aunque hay algunas diferencias en la implementación entre
SONET y SDH, todas las especificaciones SONET cumplen con las
recomendaciones SDH.

27. En la figura anterior podemos ver la estructura básica de una trama SONET.
Es una estructura bidimensional consistente en 90 columnas de 9 filas de
octetos. La trama fundamental tiene 125 µs de duración. Tenemos entonces
que, la velocidad de transferencia de una señal básica SONET es: STS-1 =
(90 octetos/fila) * (9 filas/trama) * (8 bitios/octeto) / (125 µs/trama) = 51,84
Mb/s Esto es lo que se llama una señal STS-1, donde STS significa
Syinchronous Transport Signal. Todas las demás señales SONET son
múltiplos enteros de esta tasa de transferencia, así que una señal STS-N
tiene un bit-rate (tasa de transferencia) de N veces 51,84 Mb/s. Tras la
conversión eléctrica a óptica, la señal óptica de la capa física que resulta es

28. denominada OC-N, donde OC significa Optical Carrier. Es muy corriente
referirse a los enlaces SONET como enlaces OC-N.
En SDH la velocidad básica de transferencia que se toma es equivalente a
STS-3 que corresponde a 155,22 Mb/s; a la que se llama STM-1
(Synchronous Transport Module – Level 1). A las velocidades más altas se
las denomina de la forma STM-M. Los valores de M (en SDH) soportados por
las recomendaciones ITU-T son M = 1, 4, 16, y 64. Son equivalentes a
SONET OC-N , donde N = 3M. Vemos que, en la práctica para mantener la
compatibilidad entre SONET y SDH, N ha de ser un múltiplo de 3.
Tanto SONET como SDH tratan primero la señal antes de su transmisión
para prevenir largas secuencias de 1 o de 0 que produciría pérdida de
sincronismo.

29. Distancia
de
transmisión
Ventana
1310 nm
Ventana
1550 nm
Atenuación a
1310 nm
Atenuación
a 1550 nm
< 15 km
< 40 km
< 80 km
1260-1360 nm
1260-1360 nm
1280-1335 nm
1430-1580 nm
1430-1580 nm
1480-1580 nm
3,5 dB/km
0,8 dB/km
0,5 dB/km
No
especificada
0,5 dB/km
0,3 dB/km
Fig: Rangos de longitud de onda y atenuación de la fibra según la distancia
de la transmisión
Despliegue de RED
La mayoría de las instalaciones de fibra óptica de hoy en día se realizan
utilizando uno de los tres métodos más conocidos. Cada uno de ellos tiene
ventajas e inconvenientes respecto del otro y son elegidos para cada
instalación en función de varias consideraciones como por ejemplo,
económicas, derechos de paso, características de la red, estéticas y de
cuidado del entorno. Dos de estos métodos enrutan el cable por el subsuelo

30. y el otro transporta el cable por encima del terreno mediante postes.
Esquemáticamente:
• Soterramiento directo
• Canalizado y soterrado
• Instalación aérea
Soterramiento Directo (Directamente Enterrado)
Cuando se trata de instalaciones nuevas o rehabilitadas son más utilizados
los soterramientos, ya sea canalizados o directamente el cable bajo el

31. suelo. Se deja la instalación aérea para las infraestructuras cuyas
conducciones ya están saturadas y sería costosa su ampliación.
Para el soterramiento directo, donde el cable de fibra va sin protección, y por
tanto en contacto directo con el suelo, es necesario el uso de maquinaria
pesada. El cable es introducido en el terreno creando una zanja (que ha de
ser recubierta posteriormente) o simultáneamente excavando e insertando el
cable con máquinas especializadas. Es el sistema más costoso inicialmente
de los tres.
Canalizado y Soterrado

32. Las instalaciones canalizadas requieren la colocación previa de un conducto
que conducirá uno o varios cables entre dos puntos de acceso. Los puntos
de acceso son registros de manipulación que pueden ser tan grandes como
para la entrada de una persona o tan solo como una mano. Este tipo de
instalación requiere un dispositivo de introducción del cable dentro de la
canalización (también puede ser manual), un instrumento de medida de
tensión y un lubricante compatible con la fibra óptica que reduzca la fricción
en la canaleta. Las redes canalizadas se suelen instalar como previsión a
futuros requerimientos de capacidades, ya que, son fácilmente ampliables.
Aérea

33. La instalación de cable aérea se realiza sobre postes y torres que, permiten
el enrutamiento del camino de transmisión óptico sobre el terreno. El método
más común es usar un cable metálico guía entre los postes o torres que
servirá de soporte duradero de las fibras que son mucho más delicadas.
Fibra Óptica en el Hogar
La llegada de la fibra óptica hasta el hogar requiere, además de la
instalación que realiza la compañía que distribuye la señal, de un
desembolso por parte del usuario del servicio que garantice la correcta
distribución de la señal. La instalación dentro del hogar ha de incluir
cableado y tomas suficientes: en cada habitación se recomienda un mínimo
de dos tomas. Además esta instalación interior ha de cumplir la ISO11801

34. (categoría 5E). La instalación ha de unir dos puntos cualesquiera de la
casa, cumplir cualquier topología de red, ser de las mismas características y
cumplir los estándares internacionales y ser de manejo sencillo.
El punto de entrada al hogar de la fibra óptica se realiza mediante un equipo
denominado ONU (Optical Network Unit) que es el encargado de adaptar
las señales ópticas y comunicarse con la central (OLT) extrayendo la
información destinada al usuario que se conecta a él y separándola del
resto de la trama que circula por la fibra.