09 planificacion e instalacion

PLANIFICACION E INSTALACION DE UN ENLACE DE FIBRA OPTICAPLANIFICACION E INSTALACION

DE UN ENLACE DE FIBRA OPTICA

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

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


ESTRATEGIA GENERAL DE DISEÑO

Alta VelocidadAlta

Velocidad

1300 -1500 nm800 - 900 nm 1300 nm

Decisión sobreVelocidad

Binaria Rec. UIT

G 900Separación

entre Repetidores

FIBRAMULTIMODO

FIBRAMONOMODO

Detector800-900 nm

FuenteGaAs

FuenteInGaAsP

Detector1300-1500nm Fuente

1300-1500nm

Si APD Ge APDLEDLED LASERSi PIN/PIN-FET

LASER InGaAsPIN/

PIN-FET

InGaASLASER

Hasta 10 Km

Más de 50 Km

De 10 a 50 Km

Hasta 50 Km

Alta Velocidad

Rec.UITG 703

LONGITUDDE ONDA


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 fotodetectorEl 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 LímitesBasados 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} / AFDonde los subíndices m expresan valores mínimos y M valores máximos (ATSF= Atenuación Total sin Fibra)



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

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

AF2.05 ATSF - PR - PT

= (Km) MLE ATSFPRPT222 σσσ +++



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

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 puedeproporcionarse el margen de cable requerido

( )AF

NuNc2.05-MST+AAE+AAD+AuNu+AcNc+PR-PT= (Km) MLE AUAC

22 σσ +


CALCULO DE ANCHO DE BANDA

Cálculo del Tiempo de AlzadaEn 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 enlacecomo resultado de todos los tiempos de alza del sistema:

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 biten formato NRZ o 35% si se utiliza formato RZLos tiempos de subida que componen son

σtx= tiempo se subida del transmisorσrx= tiempo se subida del receptor (incluyendo detector)σfo= tiempo se subida la fibra

∑=N

1=i

2σσ isys



Cálculo del Tiempo de AlzadaSegún o anterior, se puede particularizar para el caso de un sistema por fibra óptica:

σsys2 = σtx

2 + σfo2+ σrx

2

Los tiempos de subida del transmisor y receptor son suministrados por el fabricante, sin embargo es útil utilizar la expresión querelaciona el ancho de banda con el tiempo de subida (para pulsosgaussianos) 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



Cálculo del Tiempo de AlzadaPara 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 = σc

2 + 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 puedeescribir lo siguiente (para una distancia L):

σm(L) = 0,44 LE/B1



Cálculo del Tiempo de AlzadaSegún 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

[ ]2 )- ) 0,44

0,44

(λ(λ(.λ2

GMLB

LB

1

EL

∆+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=


DISEÑO DE PLANTA EXTERNA

Margen de PotenciaA 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 diferentesfabricantes hay que saber la forma en que se obtuvieron dichos valoresLas 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 realesEs 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 ExternaLa 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 + MSAtenuación 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 ExternaSumatoria 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 indicadapor 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 InstalaciónLa 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 (parainstalación 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 / EnrutamientoEl 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 accesoLas 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 mantenimientoEn sistemas aéreos es importante reducir el movimiento del cableen servicio y los esfuerzos. Se debe reforzar la estabilidad de la ruta de postesEn sistemas aéreos debe considerarse la instalación de accesorios de fijación. Se colocan en la posición más elevada del posteSi 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 CableDepende 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 EnlaceEs 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 tanquillade acceso)



Longitud del CarreteDeterminada por la longitud continua que puede producir un fabricante y por el tamaño y peso que pueden manejarseSe pueden suministrar tramos que optimicen las longitudesLa 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 + margende 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 EmpalmesEl número de los empalmes está determinado por la longitud del carrete y la ubicación de la rutaEn rutas con canalización el número de empalmes lo puede determinar la ubicación y condición de la ductería. En rutas concables enterrados lo puede determinar los obstáculosLos empalmes se realizan a distancias entre 1-3 KmLos empalmes se ubican en: tanquillas de acceso, tanquillas manuales en instalaciones enterradas directamente o fijadas al cable sustentadorLa 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 PasoLa 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 PasoAl concluir la fase de planificación detallada es necesario realizar una investigación sobre el terreno, para saber si puede instalarse. Analizando:

Si hay caminos públicos afectadosSi hay propiedades privadas afectadasSi las instalaciones de otras entidades plantean un problemaSi las canalizaciones para cables de otras pueden utilizarseSi 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 instalaciónLuego 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 tanquillasEn nuevas canalizaciones por lo general se instalan reservasSi 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 sellaSi 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 tuberíasSe utilizan materiales de PE y PVCLos diámetros pueden situarse entre 40-100 mm

Secciones de cable aradas o EnterradasLos 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 rellenoArado: bueno en terrenos blandos y a lo largo de zonas preparadas. Si la tierra es dura primero se prepara con un arado vacíoEl método de arado permite instalar más de un cable o un cable yuna canalización de reserva a la vezDependiendo de los factores locales (suelo) se podrá enterrar el cable directamente o en arado o con tuberías



Secciones de Cables AéreosEs importante tomar en cuenta los márgenes para pérdidas adicionales por temperaturas extremas Ventajas:

Uso de líneas de postes existentesIndependencia de las condiciones del sueloRapidez de la instalaciónPosibilidad de largos cableadosFacilidad de mantenimiento (si es tendido a lo largo de caminos)

Desventajas:Vida útil más corta por factores ambientalesPeligro de esfuerzo excesivo en condiciones especiales (viento, hielo, vanos largos)Susceptibilidad a ciertas averías (tormentas, vandalismo)Consideraciones estéticas


DISPONIBILIDAD

GeneralidadesEs una medida de la seguridad de funcionamiento del sistema pararealizar su funciónEn 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 funcionasin 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, fatigaFenómenos naturales externos: lluvias, tormentas, emisiones solaresCausas artificiales externas: radiaciones electromagnéticas, roturas accidentalesCausas artificiales internas: defectos de trabajo humano, mala manipulación material, deficiencias de diseño, punto de operación fuera de límite


DISPONIBILIDAD

ObjetivosPara 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 equipoLos parámetros para medir la calidad de servicio son: la tasa deerrores 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 consecutivosEn 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 DisponibilidadEstablecidos 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 servicioLos 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 DisponibilidadCualquier sistema de protección adoptado puede mejorarse y complementarse con apropiadas técnicas de mantenimiento y fiabilidadProbabilidad de falla (P) de un circuito no protegido:

P = MTTR / MTBF = MTTR . FIT

MTTR = tiempo medio de reparaciónMTBF = tiempo medio entre fallasFIT = 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 DisponibilidadPara 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 deconmutación 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 supervisióngarantizan la integridad de los datos

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