07 Fibra Optica - Pruebas.pdf

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Pruebas en Redes de Fibras Opticas


Tecnología de Fibras Ópticas


Tecnología de Fibras Ópticas

⌧Mercado en franca y dramática expansión⌧Fibra en el acceso comienza a volverse interesante

costo de instalación alto, pero:mantenimiento baratosoporte a servicios de banda ancha (TV analógica de 40 a 700 MHz, TV digital y otros servicios en la banda de 700 a 1000 MHz)

⌧Fibra en larga distancia y anillos urbanos creciendoWDM comenzandoNB-WDM / HD-WDM en 1-2 añossistemas comerciales de 10 Gbit/s hoysistemas comerciales de 40 / 80 Gbit/s en 2 años


Tecnología de Fibras Ópticas (cont.)

⌧HFCtecnología híbrida fibra + coax para el acceso

⌧Tecnología de solitons para larga distanciamínima atenuaciónbajo ruido con slide filters9000 km sin regeneración!

⌧Conmutación óptica transparentetemporal, espacial, por longitud de ondapredominará a partir de 2005area de grandes inversiones en desarrollo hoysuccederá en gran parte la conmutación

electrónica en 15 años


Capacidad Instalada

⌧Ya hoy, cerca de 2/3 de la fibra instalada en la planta de interconexión se encuentra sin utilizarse

ejemplo: cables submarinos transatlánticoseste hecho está presionando por una disminución

de las tarifas de transporte de bits y creando un empuje por nuevas aplicaciones

⌧La capacidad disponible permitirá que el factor distancia deje cada vez más de reflejarsedrasticamente sobre las tarifas, como ocurre hoy

también permitirá que nuevas empresas entren a competir en el mercado de telefonía


n nucleo

n recubrimiento

Construcción de la Fibra

envoltura

recubrimiento

nucleo

⌧La fibra está constituída del nucleo y el recubrimiento⌧Esas dos partes son fabricadas en un solo procedimiento:

no es posible separarlas por medios mecánicos⌧El nucleo posee mayor densidad óptica que el recubrimiento

(mediante implementación de impurezas, cambio del índicede refracción)


La Fibra como Guía de Onda

nrecubrimiento

nnucleoααc

βángulode mediaaceptación

N.A.

envoltura

recubrimiento

nucleo

⌧Apertura Numérica NA = RAIZQ (nnucleo2 - nrecubrimiento

2)⌧Angulo crítico α crítico = arc sin (nrecubrimiento /nnucleo)


100 µm 250...900 µmn1=1.527

125 µm

250...900 µm n1=1.471n2 =1.457

125 µm9 µm

n1=1.540...1.562n2 =1.540

N.A.

0.1

0.28N.A.

0.21

∅ nucleo

62.5 µm50 µm

250...900 µm

140µm

Los Distintos Tipos de Fibra∅ recubrimiento ∅ buffer

n2 =1.517fibra multimodoíndice escalónSI 100/140

fibra multimodoíndice gradualGI 62.5/125GI 50/125

fibra monomodo(índice escalón)SI 9/125 N.A.


⌧a) Absorción⌧b) Impurezas ⌧c) Macro-curvatura⌧d) Micro-curvatura

a)

b)

d)

c)

Causas de Pérdidas en la Fibra


Si

SiO

Si

SiO O

OH

Si

SiO O O

Si

SiO

Si

CuO O

Moléculas de Vidrio

⌧Vidrio puro = Si O2⌧Imperfecciones

estructura molecular incompleta, material extraño, iones OH, etc.⌧Los iones de hidroxila dan origen a las lineas de absorción de agua


800 1000 1200 1400 1600longitud de onda / nm -->

1a. ventana 2a. ventana 3a. ventana

dispersión de Rayleigh1/λ4

10

1

0.1

coefi

ciente

de at

enua

ción /

dB/km

-->

⌧α = αs + αaαs = 20 %* α coeficiente de atenuación por absorciónαa = 80 %* α coeficiente de atenuación por dispersión de Rayleigh

Coeficiente de Atenuación α

fibramultimodo

fibramonomodo

absorción IR


1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 17000,0

3,0

2,0

1,0

coefi

ciente

de at

enua

ción /

dB/km

-->

longitud de onda / nm -->

macro-curvatura

micro-curvatura

⌧Una dobladura de la fibra con ∅ < 40 mm ocasiona una macro-curvatura

⌧Micro-curvatura

Efectos de Dobladura

fibra no doblada


⌧ SF = fibra estándar⌧ DFF = fibra dispersion flattened (de dispersión plana)⌧ DSF = fibra dispersion shifted (de dispersión desplazada)

1300 1400 1500 1600 1700

20

0

-20

longitud de onda / nm -->

Disp

ersió

n /ps

/nm-km

-->

1200

10

-10

DF

DSFDFF

SF

Dispersión


Sensibilidad del Acople

desplazamiento desalineación angular separación

reflexionesfractura

excentricidad del nucleo forma elíptica del nucleo


empalme mecánico

ranura V

Conectores y Empalmesconector de espacio de aire

../ conector PC

../ conector APC

8°

empalme mecánico (con gel)

empalme de fusión


zona muertade atenuación

± 0.5 dB

Atenuación

⌧Zona muerta de atenuación:distancia desde el inicio de una reflexión (-35 dB) hasta un

punto en el cual la señal se aproxima a la curva de retro-esparcimiento en ± 0.5 dB


1.5 dB

zonamuerta

de evento

Zona Muerta de Evento

⌧Zona muerta de evento:distancia desde el inicio de una reflexión (-35 dB) hasta un punto a 1,5 dB de lo máximoindica la menor distancia entre dos eventos que se puedan distinguir


Pruebas de la Planta

⌧Durante y trás el término de la construcción de la planta de fibra, se deben realizar pruebas de control de calidad y aceptación para garantizar que las pérdidas en los empalmes y el desempeño del cable están dentro de los parámetros especificados⌧Las pruebas se dividen en 3 categorías:

pruebas de recepciónpruebas de construcciónpruebas de aceptación


Pruebas de los Equipos

⌧También el equipo se debe someter a pruebas de recepción y de aceptación final⌧La prueba de recepción generalmente consiste en

una sencilla inspección visual⌧En algunos casos, las pruebas de recepción incluyen

sistemas de verificación de los parámetros operacionales y dimensiones, y pruebas de esfuerzo climático⌧Las pruebas de aceptación buscan verificar que

todos los parámetros están dentro de lo especificado y que el sistema opera en campo sin errores


⌧En aceptación, además de pruebas funcionales y de nivel óptico, se realiza la medición de la tasa de error (BER)

la medición de la BER tiene por objetivo verificar el cumplimiento de los datos de proyecto y especificaciones del suministradorpara la puesta en servicio, se deben utilizar los

límites genéricos de las recomendaciones del UIT-T (Rec. M.2100, M.2110 y M.2120)

Pruebas de los Equipos (cont.)


⌧Las pruebas de aceptación son, por lo tanto, específicas para cada sistema, mientras que las pruebas de puesta en servicio son genéricas (se trata de verificar si el sistema soporta los servicios)⌧Las pruebas de aceptación deben incluir pruebas de

esfuerzo (stress tests) de los equipos, una vez que de otro modo es difícil detectar deterioro de equipos digitales, los cuales solo manejan estados discretos

El ruido y la distorsión no se detectan a menos de que causen errores de bits

Pruebas de los Equipos (cont.)


Equipos de Prueba

⌧Los equipos de prueba específicos generalmente consisten en:

un reflectómetro óptico en el dominio del tiempoun conjunto de medición de atenuaciónun medidor de potencia ópticaun atenuador óptico

⌧Para transmisión en velocidades muy altas, podría ser necesario incluir:

un puente para medición de la pérdida de retorno


Equipos de Prueba (cont.)

⌧Los instrumentos de prueba para mediciones de los equipos adicionalmente incluyen:

conjunto de medición de BERmedidor de jittergenerador de jitter

el medidor y el generador de jitter pueden estar incorporados en el conjunto de medición de BERel medidor de BER debe poseer las facilidades de trama que requieren los nuevos sistemas (SDH/SONET, y mismo PDH) y las interfaces -- ópticas y eléctricas --adecuadas


Principio de Medición de la Potencia Optica

⌧Las pruebas básicas de potencia óptica son:potencia radiada absoluta de la fuente

tan importante en fibra como mediciones de corriente y tensión en electrónica

pérdida de la fibradepende de la longitud de la fibra y del ángulo de ataquepuede resultar dificil medir

pérdidas de conectores y empalmesla luz acoplada al nucleo de la fibra y la luz acoplada a la cáscara

sensibilidad del receptormedición de la eficiencia de la conversión óptico-eléctrica


El Medidor de Potencia Optica

⌧Consiste en un fotodetector calibrado dotado de unarea grande para poder capturar toda la luz que ingresa por la apertura⌧Se utiliza para determinar la potencia emitida por un

transmisor ótico, una fuente de prueba o de una fibra desnuda transmisora (pigtail)⌧El elemento fotosensible puede ser de germanio,

silicio o InGaAs


2014/00.XX

Acoplamiento Fibra-Fotodiodoconector del sistema

OLP-10OLP-15OLP-1OLP-25OLP-90

detector de area ancha(2...5mm)

conector del sistema

2014/00.XXOLP-2

detector com diseño de lente(0,5...1mm)

detector de face de fibramenor area (0,05...0,5mm)

OLP-100OLP-110OLP-120OLP-130

2014/00.XX2014/00.XXexcentricidad< 0,5 µm

conector del sistema conector interno


Reflectómetro Optico

⌧Un reflectómetro óptico funciona de la siguiente forma:el instrumento emite un impulso por la fibraa la medida que la luz viaja por la fibra, parte de ella es difundida de regreso debido a la difusión normal en el mediobuena parte de la energía del impulso se refleja en el extremo opuesto de la fibra (debido a la diferencia entre los índices de refracción del vidrio y del aire)la luz reflejada y la luz difundida de regreso son absorbidas por otros puntos de la fibra, como empalmes y conectores


Reflectómetro Optico (cont.)

⌧Funcionamiento del reflectómetro (cont.)midiendo el tiempo entre la emisión del impulso y

las reflexiones en empalmes, conectores y final de la fibra, y calibrando el reflectómetro para el índice de refracción de la fibra, es posible medir la distancia a los puntos de reflexiónel instrumento indica graficamente la distancia y la

atenuación de cada punto de reflexiónmidiendo la reducción de la potencia de la luz

desde la emisión del impulso hasta el regreso de la reflexión final, es posible calcular la atenuación por unidad de longitud


generador de impulsos

procesadordigital

de señales

LD

acoplador

pantallaOTDR

APD

Principios de Operación del OTDR

⌧Medición de impulsos⌧Medición de la potencia retro-esparcida y reflejada (muestreo)

--> cálculo de la atenuación hacia adelante⌧Medición del tiempo de propagación

--> cálculo de la distancia


Gama dinámica:

5*log (Ps0 / Pruido)

donde Ps0 es el nivel de retro-esparcimiento en el conector del OTDR yPruido es la NEP (potencia equivalente de ruido)

Dividiendo este valor por el coeficiente de atenuación teórico opráctico de la fibra, se obtiene la longitud correspondiente de la fibra; p. ej.:

teórico: 30 dB, fibra SM,1300 nm, a = 0.4 dB / km --> 75 kmpráctico: 30 dB, fibra SM,1300 nm, a = 0.6 dB / km --> 50 km

(contando con pérdidas en empalmes, conectores, etc.)

gama dinámicaSNR = 1

potencia equivalentede ruido

Gama Dinámicanivel extrapoladode retro-esparcimiento


Reflectómetro Optico

⌧Desventajas del métodosin embargo sea aceptablemente preciso al medir

la atenuación total y la distancia, el reflectómetropuede inducir a errores en cuanto a las pérdidas de cada empalme y conector

p. ej., un empalme que presenta mucha reflexión en el sentido de transmisión, pero poca pérdida en el sentido opuesto, podría aparecer como uma ganancia en vez de una pérdidala transición entre una fibra de baja pérdida por esparcimiento hacia otra con alta pérdida puede aparecer como un punto de ganancia


Conjunto de Medición de Atenuación

⌧El conjunto de medición de atenuación contiene:una fuente óptica calibrada y estabilizada

opcionalmente, podría contener fuentes de varias longitudes de onda

un detector óptico calibrado⌧El cable es conectado al conjunto de medición

mediante un cable de prueba de atenuación conocida


diseño acoplado por lentesOLS-10

diseño acoplado por fibra

OLS-2OLS-90

OLS-25OLS-100

contacto físico

fibra de índice escalón100/140 µm NA = 0,3

fibra de índice gradual62,5/125 µm NA = 0,275

fibra de índice gradual50/125 µm NA = 0,22







-11 dBm

-15 dBm

-20 dBm

-38 dBm

-15 dBmOLS-2

OLS-90

Acoplamiento de Fuente-Fibra


Atenuador Optico

⌧El atenuador incluye una atenuación el el camino entre el transmisor y el receptor⌧Un atenuador fijo se utiliza para reducir una potencia

excesiva⌧Un atenuador variable se utiliza en pruebas de

aceptación para determinar el margen de operación del equipo

para ello, la atenuación es aumentada hasta que el desempeño se degrade hasta un umbral especificado


Atenuador Optico (cont.)

⌧Los atenuadores fijos son interpuestos junto a un cross-connect óptico o junto al equipo terminal

su apariencia es similar a la de conectores ópticos⌧Los atenuadores variables poseen un mecanismo

calibrado que permite variar la atenuaciónalgunos poseen un espejo de transmisión parcial

el espejo es rodado hasta que se alcance la atenuación deseada

otros poseen “wafers” que se pueden insertar para variar la atenuación por pasos


Atenuadores Ópticos

pantalla

AD

AD µCµC

filtro

⌧ Debido al proceso de fabricación, es necesario establecer factores de compensación individuales para cada atenuador

⌧ Además de la compensación, los atenuadores deben ser calibrados en las longitudes de onda estándar

⌧ Son usuales valores de +/- 0,1 dB para la linealidad del atenuador⌧ En el OLA-25, por ejemplo, la indicación en la pantalla es real, y ya toma en cuenta

las pérdidas en los conectoresconector 1 conector 2

señal ópticapantalla

EPROMEPROMpotenciómetro


Inspección del Cable

⌧Consiste en probar si el cable no presenta quiebras, si la atenuación está dentro de lo especificado y, a veces, en medir el ancho de banda de las fibras

el ancho de banda generalmente solo se mide por muestreo al recibir el cable, y solo para fibramultimodoen fibra monomodo, el ancho de banda es

determinado más por la anchura espectral de la fuente que por tolerancias de fabricación


Inspección del Cable (cont.)

⌧La inspección del cable consiste en dos partes:1) Inspección de recepción

el objetivo es verificar si el suministrador ha entregado lo que se pidió y si el producto atiende a las especificacionesconsiste en una inspección visual y algunas mediciones por muestreo

atenuación de la fibra y ancho de banda (si necesario) son las pruebas realizadas con instrumentos de precisiónes usual realizar esas pruebas en 10% del material recibido



⌧Dos partes (cont.):2) Pruebas previas a la instalación

realizadas previamente al despacho de las bobinas de cables al sitio en donde se instalaránconsisten en:

inspección visual de la bobina para constatar que las laterales del rollo no han sido dobladas de forma a interferir con la instalaciónprueba con OTDR de todas las fibras para verificar que no hay

fibras partidas ni anomalías de atenuación, que la longitud estácorrecta y que la atenuación se encuentra dentro de lo especificado



⌧Preparación para las pruebas con el OTDR:pelar al menos un extremo del cable para exponer las fibrascortar con una herramienta adecuada cada fibra para garantizar una buena terminación ópticalimpiar cada fibra e insertarla en el OTDRajustar el OTDR para la longitud de onda utilizada en las pruebas de fábrica (para poder comparar los resultados)

cortes aparecerán como longitudes más cortaspuntos de descontinuidad pequeños pueden representar empalmes realizados en fábricaanomalías graves poden representar problemas y deben hacer rechazar todo el rollo si la fibrapequeñas anomalías deben volver a verificarse cuando el cable está estirado o instalado, pués pueden deberse amicrodobladuras cuando el cable está enrollado


Pruebas de Construcción

⌧Consisten en probar la calidad de los empalmes a la medida que van siendo realizados⌧Generalmente, hay 3 pruebas de calidad:

inspección visualresistenciaatenuación


Pruebas de Construcción (cont.)

⌧Inspección visualdespués de empalmar, especialmente por fusión,

el empalme terminado es inspecionado con un microscopio antes de ser recubierto

un buen empalme debe ser invisible, o, en el peor de los casos, aparecer como una fina lineasi hubiera ampollas, una linea gruesa de demarcación o variación del grosor de la fibra, el empalme debería rehacerse


⌧Resistenciaes una prueba opcional y algo subjetiva, pero

ayuda a determinar la calidad del empalmeuna vez realizado el empalme, la fibra es sacada de

la empalmadora y es tirada ligeramente de un lado mientras el otro lado es sostenido con la mano

si hubiera fracturas o si el empalme fuera débil, el empalme se partiría



⌧Atenuaciónhay dos maneras de medir la atenuación

la primera sería que la misma empalmadora realizara una medición local con un dispositivo de inyección y detección

la empalmadora acopla luz en una fibra y detecta la luz (sea en el extremo abierto, sea a través de la cáscara y el recubrimiento, doblando la fibra)trás es corte de la fibra, la empalmadora alinea a los nucleos

de las fibras con un fluido de acople para una medición de referenciadespués de empalmar, la empalmadora vuelve a medir; la

diferencia entre los dos resultados es la atenuación del empalme

la segunda sería utilizar un OTDR



Pruebas de Aceptación de la Planta Optica

⌧Generalmente, las pruebas consisten en medir la atenuación extremo a extremo del cable empalmado y, por lo general, dotado de conectores

es mejor realizar las pruebas con conectores, pero es posible hacerlo en fibras desnudas con empalmes mecánicos o de fusiónel objetivo es verificar el cumplimiento de un valor especificado de atenuación extremo a extremo

⌧El método usual es medir de repetidor en repetidor con dos conjuntos de medición de atenuación

las pruebas se realizan en un sentido y luego en el otrola pérdida sería el promedio de los dos resultados


Pruebas de los Equipos

⌧El equipo se prueba según una serie de funciones y parámetros específicos de cada equipo⌧Las pruebas son recomendadas por el suministrador

o por la administración de la empresa operadora⌧Las pruebas incluyen, entre otras:

verificación de continuidad en bucle localprueba de alarmas con estímulo provocadomargen de operación en bucle localmargen de operación extremo a extremotolerancia a jitter (en bucle local o remoto)jitter propio a la salida (con señal limpia a la entrada)tasa de error


Mantenimiento Preventivo⌧Ejemplo de una rutina adoptada por una administración de

telecomunicaciones

1. mediciones y ajustes de las tensiones de los convertidores DC/DC

periodicidadpruebamensual

2. medición de las corrientes (de polarización y de modulación) del modulador óptico mensual

mensual3. medición da tensión del elemento de Peltier

semestral4. medición de la potencia óptica de transmisión

semestral5. medición da potencia óptica de recepción

trimestral6. prueba del canal de servicio

anual7. verificación visual de los conectores ópticos

semestral8. medición de la tasa de error


Conclusión

⌧Conviene medir al máximo por ocasión da la aceptación en campo para:

garantizar el cumplimiento de las especificaciones del proyectogarantizar que los equipos no se hayan

deteriorado desde la salida de la fábricagarantizar la corrección las instalacionesobtener datos iniciales para servir como referencia

para futuras búsquedas de fallas⌧Después de instalado el sistema, dificilmente se

pueden efectuar mediciones completas

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