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¿Cómo diseñar un enlace de fibra óptica?

A menudo, cuando pensamos en diseñar una red óptica, creemos que es necesario adquirir conocimientos muy avanzados en todos los elementos que forman parte de infraestructura, sin embargo, cuando se va comenzando, es importante aprender lo básico e ir avanzando poco a poco, hasta conocer los puntos más específicos.

Lo primero que se debe en tomar en cuenta cuales son los elementos que conforman a un sistema de comunicación básico, es decir, un transmisor, un medió por el cual pueda viajar la señal y un receptor que pueda aceptar e interpretar el mensaje enviado. En el caso de los sistemas de comunicación ópticos tradicionales, el medio de transmisión es la fibra óptica, que utiliza dos hilos de fibra para establecer una comunicación punto a punto. Este medio de transmisión brinda múltiples beneficios a la red.

En este artículo, abarcaremos los tres elementos principales del sistema de comunicación óptico, con el fin de ilustrar cómo se emplean. 

En un sistema de fibra óptica el transmisor y el receptor están diseñados para coincidir con el medio físico y sus propiedades. En el caso de la fibra óptica, el transmisor y el receptor deben operar a frecuencias ópticas. En este tipo de redes, es común encontrar dispositivos que cumplen las funciones de transmisor y receptor a la vez.

Los transmisores son dispositivos electrónicos que reciben una señal eléctrica modulada, la convierten en una señal óptica y la envían por el hilo de fibra óptica. Las fuentes de luz más utilizadas en la fabricación de transmisores, son las LED, láseres de longitud de onda corta, láser emisor de superficie de cavidad vertical (VSCEL por sus siglas en inglés) y el diodo láser. Para poder seleccionar la fuente de luz más adecuada, es importante conocer sus características.

Las características de un transmisor son las siguientes:

  • Longitud de onda central
  • Ancho espectral 
  • Potencia promedio 
  • Frecuencia de modulación 

La siguiente tabla nos ayuda a comparar entre las distintas fuentes de luz: 



En cuanto al receptor, éste se debe de seleccionar de acuerdo al transmisor y la fibra óptica. Casi todos los tipos de receptores de fibra óptica incorporan fotodetectores para poder convertir la señal óptica de entrada en una señal eléctrica y poder procesarla. Al igual que el transmisor, el receptor cuenta con algunas características relevantes:

  • Sensibilidad
  • BER (Bit Error Rate)
  • Rango dinámico

Conocer las características ópticas del transmisor y receptor, nos permiten conocer la ganancia del sistema, es decir, el alcance con el que pueden contar el transmisor y el receptor. Conocer la atenuación máxima que podrán soportar en conjunto el transmisor y receptor, para que este último tenga la potencia necesaria para funcionar (potencia de recepción o sensibilidad), así como la atenuación mínima que se requiere en nuestra fibra óptica para que dicho receptor no se sature por el exceso de potencia, nos ayudará a elegir los equipos activos adecuados.

Siempre se debe de considerar el margen de penalidad de la potencia, incluyendo el margen de operación (mantenimientos futuros), así como cambios en la potencia media del RX-TX y variaciones de temperatura, por lo que es recomendable considerar como penalidad de potencia para fuentes de luz led de 2dB y para láseres de 3dB. 

La ganancia del sistema la podremos conocer con la fórmula para obtener la atenuación a partir de la diferencia de potencia (en dBm) de entrada y salida, de nuestra fibra óptica:

      atenuación= Potencia de entrada - Potencia de Salida

Donde tomaremos como potencia de entrada a nuestra fibra óptica, la potencia luminosa que sale de nuestro receptor, mientras que, como potencia de salida, tomaremos la especificación de la sensibilidad del receptor (también conocida como potencia de recepción), como se ilustra en el siguiente ejemplo:



De esta manera podemos saber cuánta atenuación podrán soportar el receptor y transmisor en conjunto. También es muy importante saber cuánta atenuación generará nuestra fibra óptica, a esto le llamamos presupuesto de pérdida de atenuación 

El presupuesto de pérdida óptica es la cantidad de atenuación que una red de cables debe tener, se calcula sumando las pérdidas de todos los componentes utilizados en la red, para poder obtener la atenuación punto a punto estimada. Obviamente la ganancia del sistema y el presupuesto de pérdida óptica, están relacionados. 

Un enlace de datos funcionará solamente si la atenuación de la red está dentro del presupuesto de potencia óptica del enlace (también conocido como ganancia del sistema). Lo recomendable es tener primero el presupuesto de atenuación y posteriormente buscar los equipos activos con las características de potencia que satisfagan a la atenuación del enlace, por lo que conocer los valores máximos de atenuación del cable de fibra óptica, empalmes, acoplaciones y conectores, se vuelve un punto de suma relevancia. Los valores máximos te ayudarán a calcular la atenuación de tu sistema pasivo, como se muestra a continuación:     


Poder seleccionar el tipo de fibra óptica adecuada, radica en conocer las necesidades del enlace, como l la velocidad de transmisión y el alcance que debe tener. A mayor velocidad de transmisión, el alcance se va reduciendo por características inherentes del hilo de fibra óptica. la siguiente tabla nos muestra el alcance que tiene cada tipo de fibra óptica con respecto a la velocidad de transmisión a la que se quiere transmitir, lo cual nos facilitará la elección del tipo de fibra óptica:


Como podemos ver en la tabla anterior, la fibra óptica monomodo nos ofrece grandes beneficios, ya que nos permite transmitir a velocidades muy altas y con un gran alcance. La capacidad de la fibra óptica monomodo es tal, que aún no se encuentra una fuente de luz lo suficientemente potente para llevarla a su límite.

Por su parte, la fibra óptica multimodo, nos permite llegar a velocidad de 40G, 100G y 400G, en un corto alcance. Esto es ideal para redes LAN o aplicaciones de centros de datos, ya que no requerimos un alcance tan grande en cuanto a distancia, además de que los equipos activos que tienen fuentes de luz tipo LED y VSCEL, resultan ser económicos en comparación con los equipos para fibra monomodo que utilizan un láser.

En conclusión, el diseño de un enlace óptico, radica en saber las necesidades de velocidad de transmisión y alcance de nuestro enlace, para después realizar el calculo del presupuesto óptico y finalmente, la selección del equipo activo tomando en cuenta los elementos antes mencionados.