09 planificacion e instalacion

PLANIFICACION E INSTALACION
PLANIFICACION E INSTALACION
DE UN ENLACE DE FIBRA OPTICA
DE UN ENLACE DE FIBRA OPTICA

OBJETIVO

Objetivo General

Analizar diversas modalidades del cálculo de enlaces ópticos,
características de la planificación de instalación de la planta
externa e introducir algunos conceptos de disponibilidad

CARLOS BIANCHI: Planificación e Instalación de un Enlace por Fibra Óptica 2

ESTRATEGIA GENERAL DE DISEÑO
Rec.UIT
Decisión sobre G 703
Velocidad
Binaria
Rec. UIT
G 900
Separación
entre
Hasta 50 Km Repetidores Más de 50 Km

FIBRA
FIBRA MONOMODO
MULTIMODO

Hasta 10 Km De 10 a 50 Km
Alta
800 - 900 nm 1300 nm 1300 -1500 nm Velocidad
LONGITUD
DE ONDA

Alta
Detector Fuente Alta Fuente Detector
GaAs InGaAsP Velocidad 1300-1500nm Fuente
800-900 nm Velocidad 1300-1500nm

Si PIN/ InGaAs InGaAS
Si APD LED LASER LED LASER Ge APD
PIN-FET PIN/ LASER
PIN-FET


PLANIFICACION PARA BALANCE DE POTENCIA

Técnica de Planificación para Balance de Potencia
Escogida la potencia en el receptor (PR (dBm)) y la potencia del
transmisor (PT (dBm)) se tiene el siguiente balance, para calcular
un Margen de Potencia (MP (dB)):
MP (dB) = PT (dBm) - PR (dBm)
El mencionado Margen será consumido por los siguientes factores:
Sumatoria de la atenuación en las uniones: AU(dB)
Sumatoria de la atenuación en los conectores: AC(dB)
Pérdida del acoplamiento del detector: AAD(dB)
Pérdida del acoplamiento del Emisor: AAE(dB)
Factor de pérdidas por temperatura (en fotoemisor): AT(dB)
Degradación máxima transmisor (por envejecimiento): AE(dB)
Margen de seguridad (prevé futuras rupturas): MS (dB)
Los tres últimos factores se agrupan en el Margen de Seguridad
Total (MST (dB)):
MST (dB) = AT + AE + MS


Técnica de Planificación para Balance de Potencia
Si al Margen de Potencia le restamos todas las perdidas
enumeradas, se tendrá la atenuación total máxima que se puede
llevar la fibra (ATF(dB)) que la podemos relacionar con la
atenuación por Kilómetro de la fibra (AF (dB/Km) para obtener la
Máxima longitud del Enlace sin Repetidores (MLE (Km))
ATF (dB) = MP - (AC + AU + AAD + AAE + MST)
MLE (Km)= ATF / AF
Comparamos estos resultados con la longitud del enlace (L (Km)).
Si MLE < L entonces se requerirá repetidores o utilización de otra
fibra con menor atenuación. Si MLE >> L seguramente se ha
escogido muy generosamente el fotoemisor o el fotodetector
El balance de potencias, en resumen, para un enlace de L Km es:
PR (dBm) = PT - (AF.L + AC + AU + AAD + AAE + MST)



Planificación por Valores Límites
Basados en el análisis de balance de potencia realizado, este
método consiste en utilizar los valores límites más desfavorables,
que asegurarán el funcionamiento del sistema, pero que resulta
muy costoso.
Se la considera una solución transitoria en el caso de no tener
suficientes antecedentes de diseño.
Si se asume que la atenuación por conector es Ac y el número
conectores Nc, si se asume que la atenuación por unión es Au y el
número de uniones Nu:
ATSF (dB) =NcAc + NuAu + AAD + AAE+ MST
MLE (Km)= {PTm - PRM - ATSFM} / AF
Donde los subíndices m expresan valores mínimos y M valores máximos
(ATSF= Atenuación Total sin Fibra)



Planificación por Valores Desviaciones Normales
Trata de acercar los valores calculados hacia la realidad utilizando
valores estadísticos de variables que aseguren 98% de probabilidad
de funcionamiento

2 2 2
PT - PR - ATSF + 2.05 σ PT + σ PR + σ ATSF
MLE (Km) =
AF

Donde σ2 representa la varianza de la variable respectiva y la barra
representa valor medio
Con este método el 2% de los sistemas no funcionará con los
márgenes adoptados



Planificación por Valores Mixtos
Combina las dos estrategias anteriores aplicando el concepto de
variables aleatorias únicamente a las pérdidas por empalme y por
conector situándose el valor de dichas variables en 2.05
desviaciones estándar:

MLE (Km) =
( 2
PT - PR + NcAc + NuAu + AAD+ AAE+ MST - 2.05 Ncσ AC + Nuσ AU
2
)
AF

Si se acepta ésta regla de diseño para una sección el enfoque
estadístico, aunque se refiera únicamente al cable, tiene todavía
interés.
Con ésta estrategia de diseño para un 2% de los enlaces no puede
proporcionarse el margen de cable requerido


CALCULO DE ANCHO DE BANDA

Cálculo del Tiempo de Alzada
En ésta etapa de análisis se estudia la limitación que por dispersión
puede presentar el enlace (particularmente útil en enlaces digitales)
El método se basa en calcular el tiempo de alza total del enlace
como resultado de todos los tiempos de alza del sistema:
N
σ sys = ∑ σ i2
i=1

Este valor de σsys, permite de acuerdo al formato digital utilizado,
determinar la máxima longitud del enlace sin interferencia
intersimbólica. El cual no debe exceder del 70% de periodo de bit
en formato NRZ o 35% si se utiliza formato RZ
Los tiempos de subida que componen son
σtx= tiempo se subida del transmisor
σrx= tiempo se subida del receptor (incluyendo detector)
σfo= tiempo se subida la fibra



Según o anterior, se puede particularizar para el caso de un
sistema por fibra óptica:
σsys2 = σtx2 + σfo 2+ σrx2

Los tiempos de subida del transmisor y receptor son suministrados
por el fabricante, sin embargo es útil utilizar la expresión que
relaciona el ancho de banda con el tiempo de subida (para pulsos
gaussianos) por si es éste el valor suministrado. Se puede
demostrar que:
σ = 0,44/ B

donde B es el ancho de banda de 3dB y σ es el tiempo de alzada



Para el tiempo de alzada de la fibra es de hacer notar que este
coincide con el ensanchamiento por dispersión (de mitad de valor
máximo FWHM) en ésta, por lo tanto estará compuesto por el
introducido por dispersión cromática, σc, y modal, σm
σfo2 = σc2 + σm2

Según lo analizado en la dispersión cromática para una distancia L
σc(L) = ∆λ L (M(λ) - G(λ))

En cuanto al tiempo de alzada por dispersión modal, normalmente
los fabricantes suministran el ancho de banda modal a 1 Km (B1),
por lo que recordando la no linealidad de éste fenómeno se puede
escribir lo siguiente (para una distancia L):
σm(L) = 0,44 LE/B1



Según lo analizado anteriormente y con los cálculos realizados es
posible determinar el tiempo de alzada y ancho de banda (BL) de la
fibra óptica para un tramo de longitud L, para la misma:

σfo(L)2 = {0,44 LE/B1}2 + { ∆λ.L(M(λ)- G(λ))}2

0,44
BL =
2
⎛ 0,44LE ⎞
⎜
⎜ B ⎟ ⎟ + [ ∆λ.L(M(λ ) - G(λ )] 2
⎝ 1 ⎠


DISEÑO DE PLANTA EXTERNA

Margen de Potencia
A fin de poder planificar eficazmente la ruta es necesario conocer el
valor preciso del Margen de Potencia
Para realizar comparaciones de balance de pérdidas de diferentes
fabricantes hay que saber la forma en que se obtuvieron dichos
valores
Las condiciones extremas de operación pueden dar resultados
poco realistas (Ej. descentrado de la λ del láser en mediciones de
potencia recibida)
Las mediciones de margen de potencia depende de velocidad
binaria del láser (en DC se obtienen valores mayores). La medición
debe realizarse con una señal basada en condiciones reales
Es necesario definir el punto donde acaba el terminal y comienza el
trayecto.
Algunos fabricantes hacen las mediciones del margen de potencia
la en el rabillo de fibra de conexión del enchufe del láser y otros en
el conector en que termina el cable de fibra


Pérdida Máxima del Trayecto de Planta Externa
La Pérdida máxima en el trayecto de planta externa, PE: es el
balance de pérdida total disponible en esas instalaciones, para toda
una sección transmisor - receptor:
PE = MP - (AT+ AE + AAD +AAE)
como se puede deducir.
PE ≥ ATF + AC + AU + MS
Atenuación total de la fibra (ATF(dB)): Se calcula multiplicando la
atenuación por unidad de longitud (AF(dB/Km)) por la distancia del
enlace (L). Debido a que λ puede variar en el fotoemisor, puede
añadirse una pérdida adicional a la fibra (AL(dB/Km)) que
normalmente se fija en 0.05 dB/km. Si una longitud LTE(Km) de
cable está sometido a temperaturas extremas debe añadirse una
atenuación adicional (ATE(dB/Km)) a ese tramo:
ATF (dB) = AF. L + AL.L + ATE.LTE



Pérdida Máxima del Trayecto de Planta Externa
Sumatoria de la atenuación en las uniones (AU(dB)): El número de
uniones (NU) depende del trazado de la ruta y del tamaño de los
carretes. Cada tipo de unión tiene una atenuación media indicada
por los fabricantes (AU(dB)), las medidas en campo pueden diferir.
A veces será necesario incluir pérdidas adicionales (AUE(dB)) por
uniones que se encuentren en temperaturas extremas (NUE)
AU (dB) = NU.AU + NUE.AUE

Margen de seguridad (MS): incluye la pérdida por crecimiento
(CR(dB)) del sistema si se prevé utilización WDM, las pérdidas por
restauración/re-encaminamiento, que incluye la pérdida de una
reparación (AR(dB)) y el número de reparaciones (NR), y un huelgo
adicional (3 dB aproximadamente)
MS (dB) = CR + NR . AR + 3


PLAN DE INSTALACION DE PLANTA EXTERNA

Planificación de la Instalación
La planificación de la instalación puede basarse en procedimientos
para cables metálicos prestando atención a los siguientes aspectos:
Efecto de uniones y conectores sobre la longitud del tramo
La baja tolerancia del cable a uniones adicionales
Los tramos de cables más largos que pueden instalarse
Diferente construcción de los cables de fibra óptica y sus parámetros
físicos más críticos
Construcción y condiciones de la ruta, y acceso a la misma (para
instalación y servicio)
Uso de métodos predictivos para obtener información sobre las
tensiones de cableado máximas
Importancia de la información y capacitación del personal técnico



Encaminamiento / Enrutamiento
El reconocimiento de la ruta es importante, se debe tomar en
cuenta la geometría de las instalaciones existentes, las condiciones
que se encuentran, las disposiciones de acceso
Las canalizaciones deben estar en buenas condiciones, se pueden
considerar sub-canalizaciones, para mejor aprovechamiento, una
línea de instalación clara y limpia y mejores procedimientos de
mantenimiento
En sistemas aéreos es importante reducir el movimiento del cable
en servicio y los esfuerzos. Se debe reforzar la estabilidad de la
ruta de postes
En sistemas aéreos debe considerarse la instalación de accesorios
de fijación. Se colocan en la posición más elevada del poste
Si se requieren instalaciones nuevas, éstas se pueden adaptar a las
condiciones de los cables ópticos (menor diámetro, mayores
longitudes, límites críticos de curvatura, configuraciones de
empalmes grandes)


Longitud Total del Cable
Depende de la pérdida de trayecto máxima PE.
Los factores que más la afectan son las pérdidas de fibra cableada
y el número de empalmes
Luego de determinar la longitud total del cable necesaria para todos
los elementos de la ruta es aconsejable ordenar una longitud
adicional para reparación de averías.
Esta longitud será igual a la máxima longitud instalada en las
secciones de canalización (facilita la restauración).
Si el cable no es relleno la longitud será igual a la máxima sección
instalada



Longitud Total del Enlace
Es la longitud del enlace tomada en planos y confirmada, si es
necesario.
Se le añade longitud adicional por cada empalme.
También se puede añadir longitud adicional por la acometida desde
la unión exterior del cable óptico hasta el repartidor de fibra (RFO) o
cable interno desde la sala de distribución hasta el RFO
La longitud adicional puede ser de 4 mt (solo para reserva en la
manga de empalme) a 12 mt (reserva en la manga y en la tanquilla
de acceso)



Longitud del Carrete
Determinada por la longitud continua que puede producir un
fabricante y por el tamaño y peso que pueden manejarse
Se pueden suministrar tramos que optimicen las longitudes
La longitud del carrete puede variar entre 1-10 Km (normalmente de
2-5 Km)
Longitud del carrete rutas con canalización = distancia entre
uniones + margen de longitud (2%) + margen de uniones y
medición (10+10 mt)
Longitud del carrete (cable arado, enterrado o introducido por
tracción en tubería separada) = distancia entre uniones + margen
de uniones y medición (10+10 mt)
Los márgenes aquí descritos incluyen el margen adicional
especificado en el apartado de “longitud total del cable”



Número y Ubicación de los Empalmes
El número de los empalmes está determinado por la longitud del
carrete y la ubicación de la ruta
En rutas con canalización el número de empalmes lo puede
determinar la ubicación y condición de la ductería. En rutas con
cables enterrados lo puede determinar los obstáculos
Los empalmes se realizan a distancias entre 1-3 Km
Los empalmes se ubican en: tanquillas de acceso, tanquillas
manuales en instalaciones enterradas directamente o fijadas al
cable sustentador
La separación máxima de los empalmes lo determina las
características físicas de la ruta y tamaño del carrete
En cables por canalización la separación máxima de los empalmes
lo determina el esfuerzo de tensión máxima y la posición de las
tanquillas de acceso



Derecho de Paso
La elección que se haga de la zona de paso depende de varios
factores, pero el más importante es la reglamentación nacional
Cables ópticos se colocan en las mismas zonas de paso que los
cables metálicos: a lo largo de carreteras con derivaciones
instaladas bajo caminos
Por conveniencias de acceso los cables de larga distancia también
pueden colocarse en zonas de paso de ferrocarriles, líneas
eléctricas, oleoductos y gasoductos
En regiones donde el terreno lo permite se instalarán cables arados
(tierras agrícolas)



Derecho de Paso
Al concluir la fase de planificación detallada es necesario realizar
una investigación sobre el terreno, para saber si puede instalarse.
Analizando:
Si hay caminos públicos afectados
Si hay propiedades privadas afectadas
Si las instalaciones de otras entidades plantean un problema
Si las canalizaciones para cables de otras pueden utilizarse
Si la instalación del sistema de cable pone en peligro casas, torres,
etc.
Para obtener resultados satisfactorios, el examen debe realizarse
con todas las entidades involucradas y afectadas en la instalación
Luego de evaluar todos los factores, tanto operativos como
económicos se elige el encaminamiento más adecuado. La
planificación detallada puede requerir modificaciones



Canalizaciones, Sub-canalizaciones, tuberías y tanquillas
En nuevas canalizaciones por lo general se instalan reservas
Si no hay suficientes tuberías libres en las canalizaciones
existentes hay que pensar en sub-canalizaciones, que se instalan al
mismo tiempo, cuidando que la configuración no gire en espiral
Existen ocasiones en que no puede enterrarse directamente el
cable (se requiere protección mecánica, presencia de obstáculos,
protección roedores, expansión futura).
En el caso anterior se instala una o más tuberías de reserva
(secciones de 2,5 Km) unidas por piezas de conexión, luego se
introduce el cable por tracción. Para ello se abre la tubería en el
lugar adecuado y luego se sella
Si los empalmes se instalan en las tanquillas de acceso es
necesario verificar, durante la investigación, que haya suficiente
espacio para las instalaciones de montaje necesarias



Materiales y Diámetros de las canalizaciones y tuberías
Se utilizan materiales de PE y PVC
Los diámetros pueden situarse entre 40-100 mm
Secciones de cable aradas o Enterradas
Los cables ópticos se pueden enterrar directamente en trincheras o
en surcos arados.
Trincheras: instala el cable con más suavidad pero son más
costosas. Se utilizan en suelos rocosos o con acceso difícil. Debe
retirarse las piedras grandes y afiladas del relleno
Arado: bueno en terrenos blandos y a lo largo de zonas preparadas.
Si la tierra es dura primero se prepara con un arado vacío
El método de arado permite instalar más de un cable o un cable y
una canalización de reserva a la vez
Dependiendo de los factores locales (suelo) se podrá enterrar el
cable directamente o en arado o con tuberías


Secciones de Cables Aéreos
Es importante tomar en cuenta los márgenes para pérdidas
adicionales por temperaturas extremas
Ventajas:
Uso de líneas de postes existentes
Independencia de las condiciones del suelo
Rapidez de la instalación
Posibilidad de largos cableados
Facilidad de mantenimiento (si es tendido a lo largo de caminos)
Desventajas:
Vida útil más corta por factores ambientales
Peligro de esfuerzo excesivo en condiciones especiales (viento, hielo,
vanos largos)
Susceptibilidad a ciertas averías (tormentas, vandalismo)
Consideraciones estéticas


DISPONIBILIDAD

Generalidades
Es una medida de la seguridad de funcionamiento del sistema para
realizar su función
En un canal de transmisión es la probabilidad de que el canal
pueda ser tomado con éxito y funcionar según especificaciones.
Es expresado en porcentaje del tiempo en que el sistema funciona
sin interrupción (Ej. 99,98%)
Un parámetro más corriente es la interrupción o la indisponibilidad
indisponibilidad = (1 - disponibilidad)
Las interrupciones en un canal de transmisión se pueden deber a:
Fenómenos naturales internos: envejecimiento, fatiga
Fenómenos naturales externos: lluvias, tormentas, emisiones solares
Causas artificiales externas: radiaciones electromagnéticas, roturas
accidentales
Causas artificiales internas: defectos de trabajo humano, mala
manipulación material, deficiencias de diseño, punto de operación
fuera de límite

DISPONIBILIDAD

Objetivos
Para caracterizar el comportamiento de un sistema se necesitan
objetivos de interrupción y calidad de servicio.
Los objetivos de interrupción toman en cuenta la interrupción de la
propagación y del equipo
Los parámetros para medir la calidad de servicio son: la tasa de
errores de bit (BER), la fluctuación de fase y el tiempo de
propagación. El peso de cada uno depende del tipo de servicio.
Para caracterizar el comportamiento de un sistema se necesita
objetivos de interrupción y calidad de servicio.
En sistemas de voz un canal está indisponible si BER>10-3 por más
de diez segundos consecutivos
En sistemas de datos es umbral del BER está entre 10-6 y 10-9
dependiendo de la calidad (Rec. G.821 de la UIT-T)


DISPONIBILIDAD

Distribución de la Disponibilidad
Establecidos los objetivos de interrupciones y calidad de servicio,
se deben distribuir entre los distintos elementos del sistema
En lugar de modelar cada circuito, la tarea la facilita la utilización de
los Circuitos Ficticios de Referencia (CFR), existentes para la
mayor parte de los enlaces de transmisión (Rec. G.820 UIT-T)
Factores que rigen selección CFR: longitud del circuito completo,
medio de transmisión, jerarquía múltiplex y tipo de servicio
Los objetivos de interrupción en CFR incluyen en los elementos del
sistema. Los objetivos se traducen en requisitos de planificación
mediante el prorrateo respecto a la longitud proyectada ( Para CFR
400 Km 105 min/año indisponibilidad entonces en enlace de
100 Km la indisponibilidad será de 26,25 min/año)
Los objetivos se distribuyen entre soporte físico electrónico y
soporte físico de transmisión en una relación 75% -25%
El diseñador deberá evaluar la tasa de fallas para los subconjuntos
del sistema y determinar si la indisponibilidad rebasa el objetivo

DISPONIBILIDAD

Diseño con Redundancia, Diversidad y Encaminamiento
Alternativo
Para aumentar la disponibilidad se utiliza conmutación de
protección: desvío del tráfico (si hay interrupción) a un canal de
reposo mediante conmutación automática
En sistemas de fibras el canal de protección consiste en un par de
fibras redundantes y el dispositivo electrónico asociado (se puede
utilizar mayor redundancia)
La disponibilidad disminuye a medida de más canales en
funcionamiento comparte un mismo canal de protección
Si el par de fibras redundantes se haya dentro del mismo cable, el
sistema no protege contra roturas de éste. Esto se puede solucionar
utilizando otro cable, para las fibras de protección, con otra ruta de
tendido.


DISPONIBILIDAD

Evaluación de la Disponibilidad
Cualquier sistema de protección adoptado puede mejorarse y
complementarse con apropiadas técnicas de mantenimiento y
fiabilidad
Probabilidad de falla (P) de un circuito no protegido:

P = MTTR / MTBF = MTTR . FIT

MTTR = tiempo medio de reparación
MTBF = tiempo medio entre fallas
FIT = Tasa de fallas (Ej. 1 falla/ 109 horas)
La disminución del FIT guarda relación directa con procedimientos
de fabricación y diseño. Se debe identificar las insuficiencias de
fiabilidad


DISPONIBILIDAD

Evaluación de la Disponibilidad
Para reducir P se trata de identificar las fallas antes de que se
produzcan o al momento en que ocurren, mediante un flujo continuo
de datos de supervisión
Los objetivos de la supervisión son las partes protegidas y no
protegidas del sistema, el equipo de alimentación, el sistema de
conmutación de protección y el propio sistema de supervisión
Una aplicación periódica, manual o automática, del sistema de
conmutación garantiza su operabilidad
Las inspecciones y pruebas periódicas del sistema de supervisión
garantizan la integridad de los datos


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