Ingeniería de Telecomunicaciones

Transcripción

1 Ingeniería de Telecomunicaciones Proyecto de ejecución de una red FTTH para un municipio Autor: Manuel Cano Payán Tutora: Ana Cinta Oria Oria Departamento de Ingeniería Electrónica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2015 Equation Chapter 1 Section 1 i

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3 Proyecto Fin de Carrera Ingeniería de Telecomunicación Proyecto de ejecución de una red FTTH para un municipio Autor: Manuel Cano Payán Tutora: Ana Cinta Oria Oria Profesora Contratada Doctora Departamento de Ingeniería Electrónica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2015

4 Proyecto Fin de Carrera: Proyecto de ejecución de una red FTTH para un municipio Autor: Manuel Cano Payán Tutor: Ana Cinta Oria Oria El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2015 El secretario del Tribunal iv

5 v A mi familia

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7 Resumen En este Proyecto Fin de Carrera se presenta el diseño de una red de telecomunicaciones de fibra óptica hasta el hogar (FTTH) para un municipio de la provincia de Sevilla. En este proyecto se define la topología de la red y las fases de implantación de la misma, se realiza un estudio para la obtención favorable al procedimiento de Calificación ambiental definido por la ley GICA y se justifica el cumplimiento de la legislación relacionada. vii

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9 Abstract This proyect concerns the design of a Fiber to the Home (FTTH) Network for a municipality in Seville. This project designs the network topology and its stages of implementation, a study is performed in order to obtain a favorable environmental qualifications procedure defined by law Gica and the compliance with the related legislation is justified. ix

10 Índice 1 Memoria Origen y características de la fibra óptica Ventajas e inconvenientes de la fibra óptica frente a otros medios de transmisión Introducción Clasificación de las redes con fibra Redes FTTH Características de una red GPON Funcionamiento de una red GPON OLT ONT Divisor óptico (splitter) Fases del diseño de la red FTTH Cartografía Topología e implantación de la red. Características urbanísticas Definición, diseño y componentes de las partes que conforman la red Principios básicos de diseño Diseño y componentes de una red FTTH Equipo central y repartidores ópticos Red de acceso Red de alimentación Red de distribución Red de dispersión Cálculos de dispersión y atenuación Atenuación Dispersión Cálculos de atenuación y dispersión Balance de atenuación Balance de dispersión

11 Proyecto de ejecución de una red FTTH para un municipio 2 PLANOS 3 PLIEGO DE CONDICIONES Objetivos del Pliego de Condiciones Introducción Características técnicas de los elementos Equipos de planta externa Torpedos Cajas de distribución Cajas de abonado Cables Cables de la red troncal Cables de la red de acceso Cables de tierra Cables de alimentación Conectores Empalmes Legislacion de aplicación a las instalaciones de redes FTTH Normativa de seguridad entre instalaciones Normativa de seguridad entre instalaciones Normativa de tierra local Interconxiones equipotenciales y apantallamiento Accesos y cableados Prevención de riesgos laborales Introducción Derechos y obligaciones Derecho a la protección frente a los riesgos laborales Derecho a la protección frente a los riesgos laborales Evaluación de los riesgos Equipos de trabajo y medios de protección Información, consulta y participación de trabajadores Formación de los trabajadores Medidas de emergencia Riesgo grave e inminente Vigilancia de la salud Documentación Coordinación de actividades empresariales Coordinación de actividades empresariales Protección de la maternidad Protección de los menores Relaciones de trabajos temporales, de duración determinada y en empresas de trabajo temporal Obligaciones de los trabajadores en materia de prevención de riesgos Servicios de prevención Protección y prevención de riesgos profesionales Servicios de prevención Consulta y participación de los trabajadores Consulta a los trabajadores Derechos de participación y representación Delegados de prevención

12 Disposiciones mínimas en materia de señalización de seguridad y salud en el trabajo Introducción Obligación general del empresario Disposiciones mínimas de seguridad y salud para la utilización por los trabajadores de los equipos de trabajo Introducción Obligación general del empresario Disposiciones mínimas generales aplicables a los equipos de trabajo Disposiciones mínimas adicionales aplicables a los equipos de trabajo móviles Disposiciones mínimas adicionales aplicables a los equipos de trabajo para elevación de cargas Disposiciones mínimas adicionales aplicables a los equipos de trabajo para movimiento de tierras y maquinaria pesada en general Disposiciones mínimas adicionales aplicables a la maquinaria herramienta Disposiciones mínimas de seguridad y salud en las obras de construcción Introducción Estudio básico de seguridad y salud Instalaciones de higiene y bienestar Identificación de riesgos y medidas preventivas Prescripciones de seguridad para todo tipo de trabajos Prescripciones de seguridad para todo tipo de trabajos Trabajos en postes/tejados/fachadas Trabajos en fibra óptica Máquinas y herramientas Manipulación de cargas Trabajos con camión grúa Trabajos con maquinaria Trabajos con escaleras y andamios Trabajos con escaleras y andamios Trabajos de construcción y rehabilitaciones Disposiciones mínimas de seguridad y salud en las obras de construcción Introducción Obligaciones del empresario 4 PRESUPUESTO 5 BIBLIOGRAFÍA 6 ANEXO

13 Notación ADSS AN CMT FTTH GPON OLT ONT Sen SFP Cable de fibra óptica dieléctrico autosoportado Apertura numérica Comisión del Mercado de las Telecomunicaciones Fiber To The Home Gigabit-capable Passive Optical Network Optical Line Terminator Optical Network Termination Función seno Transceptor de factor de forma pequeño conectable

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15 1 MEMORIA 1.1. Introducción El proyecto presentado surge de la necesidad de dotar de una nueva infraestructura de telecomunicaciones a un municipio situado en la provincia de Sevilla. Existe un operador inscrito en la CMT (Comisión del Mercado de las Telecomunicaciones) como proveedor de servicios de telefonía e internet que da su servicio mediante una red Wifi. Este proveedor desea ser el primero en ofrecer sus servicios en una red FTTH en la zona. El municipio tiene una población de unos 4000 habitantes según el Instituto Nacional de estadística y una superficie de 17,76 km², con una altitud de unos 150 metros sobre el nivel del mar. Se propone como solución dotar al municipio de una red propia de fibra óptica basada en la tecnología FTTH (Fiber To The Home) capacitada para ofrecer servicios de televisión, telefonía e Internet con la máxima calidad posible. Esta será una red propia que será explotada por el operador cliente a través de diferentes modelos de servicios. Está previsto ofrecer un ancho de banda común de 100 Mbps para cada domicilio conectado a la red que cumplirá con el estándar GPON (Gigabit-capable Passive Optical Network o Red Óptica Pasiva con capacidad de Gigabits). Este proyecto se ejecutará en pocos meses. Se estudia la implantación de la red de fibra óptica en toda su extensión para obtener una red de servicios central-usuario en todo su recorrido, de forma que la inversión en infraestructuras sea adecuada a la necesidad actual y a las previsiones de futuro inmediato. Para alcanzar este objetivo se realizará un extenso análisis y se marcarán una serie de criterios a seguir para realizar el diseño que después deberán ser implementados sobre el terreno. Se analizarán los elementos necesarios para realizar el desarrollo de la infraestructura que nos ofrece el mercado. En resumen, los objetivos del presente proyecto son los siguientes: Ofrecer al municipio servicios de telecomunicación por cable. Respetar las normas y decisiones aprobadas por las autoridades en medio

16 ambiente, interés público, materia urbanística, seguridad pública y defensa nacional. Cumplir con los objetivos de calidad establecidos por las directivas comunitarias y normas nacionales, exponer las características de calidad previstas para los servicios, establecer los medios para garantizar dicha calidad a lo largo del tiempo, y proveer de la documentación necesaria a los auditores o inspectores técnicos de la administración Introducción a la fibra óptica En la actualidad nos encontramos con múltiples elementos y formas de transmitir la información. A lo largo del siglo XX nuestra sociedad experimentó un gran número de avances en el mundo de las telecomunicaciones. Durante este tiempo se han desarrollado muchas formas de enviar información. Entre estos métodos de transmisión de información destacan el cable coaxial, el par trenzado, la fibra óptica o los radioenlaces. En el presente apartado se expone una breve introducción a la fibra óptica y sus principales características. Además se presentará una comparativa frente a otros métodos de transporte de información con el fin de justificar su utilización en este proyecto y el gran desarrollo que han experimentado este tipo de redes en los últimos años Origen y características de la fibra óptica. La idea de transmitir información por medio de ondas luminosas tiene más de un siglo de antigüedad. Hacia 1880, Alexander G. Bell construye el fotófono que transmitía mensajes de voz a media distancia por medio de la luz. Sin embargo, se presentaba el problema de que todavía no se disponía de unas fuentes de luz de una calidad aceptable. Por esta razón se desechó el uso de este método para implementar redes de comunicaciones. En la actualidad se han logrado muchos avances tanto en la fabricación de la fibra óptica como en el desarrollo de fuentes de luz adecuadas, por lo que la fibra es un tipo de cable muy utilizado en nuestros días en todo tipo de comunicaciones. Puesto que no es objetivo de este proyecto el realizar un estudio amplio de la fibra óptica, tan sólo daremos una breve definición de los conceptos mínimos a tener en

17 Proyecto de ejecución de una red FTTH para un municipio cuenta para el estudio de la red. A continuación se expondrán las principales características de la fibra como: de qué están compuestas, qué es el efecto de apertura numérica, qué son y cuáles son las ventanas de trabajo habituales en la fibra óptica y los factores que intervienen en la atenuación de las fibras. Una fibra óptica se define como una varilla o filamento de vidrio de alta pureza, sílice o plástico. Es bastante flexible comparado con otros medios de transmisión y tiene un elevado índice de refracción lo cual permite la transmisión de la luz por medio de una serie de reflexiones interiores. La fibra óptica transmite información por medio de haces de luz que viajan a través de ella desde un extremo al opuesto. Se utiliza en una gran variedad de aplicaciones como pueden ser internet, telefonía, y televisión. Composición de las fibras: Está compuesta por dos elementos básicos: el núcleo (core) y el recubrimiento (clading). Cada uno de ellos está formado por un material con distinto índice de refracción, para conformar así una guía de ondas propagadora de ondas luminosas. De este modo, cuando hablamos de fibras de 50/125, 62.5/125 ó 10/125 µm nos estamos refiriendo a la relación entre el diámetro del núcleo y el del recubrimiento de la fibra. Adicionalmente, se fabrican con una cubierta alrededor del revestimiento que le aporta la resistencia mecánica necesaria para su manipulación. Toda fibra óptica está constituida por tres estructuras o capas concéntricas que poseen diferentes características y propiedades que describiremos a continuación: El núcleo (core) es la parte interna de la fibra y es por donde viajan las señales ópticas procedentes de la fuente. Está compuesta de materiales como cuarzo, plástico o dióxido de silicio. Para ajustar su índice de refracción se dopa con materiales como P 2 O 5 (óxido de fósforo), GeO 2 (óxido de germanio), B 2 O 3 (óxido de boro) con el objetivo de ajustar su índice de refracción. El diámetro del núcleo varía entre los 10 y los 300 µm. Como hemos visto, los cables de fibra se suelen clasificar en general, en función de su diámetro del núcleo y del revestimiento. El revestimiento (cladding) es la parte de la fibra que esta entre el núcleo y el recubrimiento. Esta estructura tiene un índice de refracción menor al del núcleo de forma que éste actúe como una capa reflectante, consiguiendo que las ondas

18 luminosas se reflejen y de esta forma se transmitan a lo largo de la fibra. Se fabrica a altas temperaturas y generalmente son de cuarzo o plástico transparente. Se le suelen añadir varias capas de plástico para absorber los posibles golpes o estiramientos que pueda recibir la fibra y como protección para doblamientos excesivos. El recubrimiento (coating) es la parte más externa de la fibra y protege al núcleo y al revestimiento de posibles daños y agentes externos. Estos agentes externos que pueden perjudicar las características de la fibra pueden ser tales como humedad, aplastamiento, roedores y otros riesgos del entorno. Esta funda está diseñada de forma que sea fácil cortarla para realizar empalmes y le proporciona a la fibra un diámetro fijo que suele ser un valor de 125, 250, 500 o 900 µm.

19 Proyecto de ejecución de una red FTTH para un municipio Las fibras ópticas generalmente se agrupan en un determinado número de fibras, suelen ser grupos de 4,8,16,24,32,64,128 que a su vez pueden reagruparse para formar un cable recubierto con un revestimiento de material plástico que protege los tubos formando en apariencia un único cable. Angulo de aceptación: es el máximo ángulo para el cual la onda luminosa incidente es atrapada por las paredes de la fibra. De esta forma cuando la onda incide sobre la fibra con un ángulo menor al ángulo de aceptación es posible transmitir información a través de la misma. Apertura numérica: en los conductores de fibra óptica se utiliza el efecto de la reflexión total interna para conducir el rayo luminoso desde el exterior. La apertura numérica es un número adimensional que caracteriza el rango de ángulos para los cuales el sistema óptico transmite luz. La apertura numérica está relacionada con los índices de refracción del núcleo y el revestimiento y con el ángulo de aceptación. También está relacionado con el ángulo de salida del sistema. La apertura numérica es: AN sin( ) Donde θ es el ángulo de aceptación de la fibra. Existen más formas de definir la apertura numérica de la fibra.

20 Ventana de trabajo: es una longitud de onda central de una fuente luminosa que utilizamos para transmitir la información a lo través de la fibra óptica. La utilización de una ventana u otra determina parámetros tan importantes como la atenuación y la dispersión que sufrirá la señal que se transmite. Existen tres ventanas de mínima atenuación localizadas entre las fronteras de absorción ultravioleta e infrarrojo que abarcan el rango de 800nm a 1600nm. En la Ilustración 3 extraída de [1] se muestra una gráfica con las 3 ventanas de transmisión. Las ventanas de trabajo más corrientes son: 1ª ventana: se localiza en los 800 nm y tiene una atenuación de 3 db/km. 2ª ventana: se localiza en los 1300 nm y tiene una atenuación de 0.5 db/km. 3ª ventana: se localiza en los 1550 nm y tiene una atenuación de 0.2 db/km. Tipos de fibra: Se pueden realizar diferentes clasificaciones de las fibras ópticas. La clasificación de fibra óptica más extendida es la que las diferencia en función de los modos de propagación que admite. Las diferentes trayectorias que puede seguir un haz de luz se denominan modos de propagación. Según esta clasificación tenemos dos tipos de fibra óptica, fibra monomodo y multimodo.

21 Proyecto de ejecución de una red FTTH para un municipio Fibras monomodo: el diámetro del núcleo de la fibra es muy pequeño (~9µm) y únicamente permite la propagación de un modo o rayo fundamental, el cual se propaga paralelamente al eje de la fibra. Este efecto provoca que su ancho de banda sea muy elevado, por lo que su utilización se suele reservar a grandes distancias, superiores a 10 km. Para este tipo de fibras se utilizan dispositivos de transmisión de elevado coste (LASER). Fibras multimodo: este tipo de fibras pueden guiar varios modos o rayos luminosos, cada uno de los cuales sigue un camino diferente dentro de la fibra óptica. Este efecto hace que su ancho de banda de transmisión sea inferior al de las fibras monomodo. Por el contrario, los dispositivos utilizados con las fibras multimodo tienen un coste inferior. Este tipo de fibras son las más utilizadas para comunicaciones entre pequeñas distancias, de hasta 10 km. Dentro de las fibras multimodo existen dos tipos en función del índice de refracción. o o Fibra multimodo gradual: este tipo de fibras son las más utilizadas entre las multimodo. En estas fibras el índice de refracción del núcleo no es constante, si no que varía de forma progresiva. Fibra multimodo de salto de índice: este tipo de fibras tienen un índice de refracción del núcleo constante y el cambio con el índice de refracción del revestimiento no es gradual. La principal diferencia entre estos dos tipos es que la fibra de salto de índice posee una mayor dispersión. En la Ilustración 4 extraída de [2] se muestran los tipos de fibra según los modos de propagación.

22 Estructura de la fibra: Existe otro tipo de clasificación en función de la estructura del cable de fibra óptica. Para este tipo de clasificación existen dos tipos de cable, el cable de estrucutura ajustada y el de estructura holgada. Estructura ajustada: contiene varias fibras con una protección secundaria que rodea un miembro central de tracción, todo esto es recubierto de una protección exterior. La protección secundaria de la fibra consiste en una cubierta plástica, esta proporciona una protección frente al entorno además de un soporte físico para estructurar y sostener los cables. Debido al diseño ajustado del cable, este es más sensible a las fuerzas de estiramiento o tracción y puede ver incrementadas sus pérdidas provocadas por microcurvaturas. Este tipo de cable, al ser más flexible y tener un radio menor, ha sido diseñado para instalaciones interiores. También se utiliza en tendidos exteriores verticales más elevados, debido a que la fibra holgada presenta problemas en estos casos. Estructura holgada: está formada por varios tubos de fibra rodeando un miembro central de refuerzo rodeados de una cubierta protectora. Cada tubo de fibra lleva varias fibras ópticas que están de forma holgada en su interior. Estos tubos pueden ir llenos de un gel resistente que impide que el agua entre en la fibra o

23 Proyecto de ejecución de una red FTTH para un municipio huecos. Esta estructura se realiza para proteger a la fibra de las fuerzas mecánicas exteriores que se ejercen sobre el cable. El elemento central de refuerzo puede ser de kevlar, acero o un material similar. Sirve para reforzar el cable y como soporte durante las operaciones de tendido. La cubierta o protección exterior del cable se puede hacer con polietileno, goma o coraza de acero para aplicaciones tanto exteriores como interiores. Esta estructura se utiliza generalmente para instalaciones exteriores, incluyendo aplicaciones aéreas, tubos o conductos y en instalaciones directamente enterradas. No son adecuadas para recorridos muy verticales, porque existe la posibilidad de que el gel externo fluya o las fibras se muevan.

24 Ventajas e inconvenientes de la fibra óptica frente a otros medios de transmisión. En redes de telecomunicaciones por cable, hay diversas formas de plantea la infraestructura en función del medio de transmisión utilizado, como pueden ser el coaxial, el par trenzado o la fibra óptica. Es importante, por tanto, justificar la utilización de la fibra óptica, ya que de su elección vendrán determinadas las características de nuestro sistema final. La fibra óptica aporta una serie de ventajas frente al cable coaxial, como son: Velocidad de transmisión: estos cables son recorridos por señales a velocidades muy cercanas a la velocidad de la luz (c = ). Las señales eléctricas recorren otros tipos de cables a velocidades de entre el 50% y el 70% según el tipo. Capacidad de transmisión: es sabido que la velocidad de transmisión aumenta con la frecuencia de transmisión, estos cables al transmitir a frecuencias superiores a otros tipos permiten llegar a velocidades superiores a los 2 Gbps. Ancho de banda: las señales transmitidas poseen mayor ancho de banda por lo que permiten transmitir grandes cantidades de información. Esto es posible gracias a que las señales tienen mayores capacidades de transmisión, ya que son dos variables que están relacionadas. Inmunidad total ante interferencias electromagnética: la fibra no emite radiaciones electromagnéticas. Por la misma causa las interferencias exteriores no le afectan. No presentan problemas de reflexiones, interferencias cruzadas o retorno a tierra. La atenuación a lo largo del cable afecta con la distancia en menor medida que en cables coaxiales o radioenlaces, esto permite aumentar la distancia entre dispositivos amplificadores o repetidores. Presentan unas tasas de error de bit típicas de 10-9 frente a las tasas de orden 10-6 que presentan los cables eléctricos. Esto permite reducir el número de retransmisiones, el volumen de información redundante que se transmite y garantizar mayor fiabilidad en las comunicaciones. Al no transportar señales eléctricas, hay menor riesgo de cortocircuitos o de

25 Proyecto de ejecución de una red FTTH para un municipio cualquier daño de origen eléctrico. Esto aporta mayor seguridad a las redes de fibra óptica. Gran ligereza: estos cables pesan del orden de unos pocos gramos por kilómetro, esto es 9 veces menos que un cable convencional. Esto es una gran ventaja a la hora de transportar grandes volúmenes de cable. El diámetro de este tipo de cables suele ser mucho menor. Mayor flexibilidad y facilidad de instalación. Mayor resistencia a temperaturas y condiciones extremas que los cables eléctricos. También presenta mayor resistencia a los ambientes extremos y los líquidos corrosivos. Mayor seguridad: es más difícil realizar escuchas sobre este tipo de cables, además es imposible realizar escuchas sin ser detectado, puesto que es necesario cortar el cable para interceptar la señal transmitida. Permiten incrementar la capacidad de trasmisión utilizando técnicas de creación de nuevos canales que utilicen longitudes de onda distintas a las ya empleadas, utilizando técnicas de WDM (Wavelength Division Multiplexing o Multiplexacion por división de longitud de onda). En su fabricación se utilizan materias primas muy abundantes, como el Silicio, se espera que en poco tiempo su coste de fabricación se equipare al de los cables eléctricos. Presenta una vida útil y un tiempo medio entre fallos mayores que los del resto de cables. La fibra óptica también presenta inconvenientes que no debemos olvidar al diseñar una red de comunicaciones. Estos inconvenientes pueden limitar en algunos casos los proyectos de despliegue de algunas redes. Los principales inconvenientes son: Es necesario el uso de convertidores electro-ópticos para transformar la señal eléctrica al espectro óptico. La señal eléctrica se debe convertir en una señal luminosa en una ventana de transmisión adecuada (850, 1310 o 1550 nm) antes de ser introducida en la fibra.

26 Coste de instalación: son necesarias técnicas especiales para el despliegue de este tipo de redes, puesto que la fibra óptica no se puede tratar con métodos convencionales. Estos métodos requieren de unos equipos especiales adecuados para probar y poner en servicio los cables. Requiere técnicos especializados aptos para la instalación y puesta en servicio para la fibra óptica. Reparaciones: un cable de fibra óptica dañado no es fácil de reparar. Estas reparaciones son más complejas que en redes convencionales y requieren de una mayor preparación. Conociendo las ventajas e inconvenientes se puede entrar a valorar la posibilidad de desplegar una red de fibra óptica. La multitud de beneficios que presentan, y los avances que se van alcanzando frente a sus inconvenientes hacen que este tipo de redes se vayan desplegando con el paso del tiempo Características generales de las redes FTTH Introducción El objetivo del presente apartado es el de ofrecer una versión generalizada del estándar de red utilizado y su uso en las redes FTTH, clasificaciones de las redes, topologías y arquitecturas más utilizadas. Como hipótesis de partida, consideramos que los operadores de la red de telecomunicaciones van a prestar servicios de telefonía, televisión y datos. Por tanto, suponemos que las comunicaciones serán en los dos sentidos, uno descendente (de la cabecera al usuario) y otro ascendente (del usuario al proveedor de servicios) Clasificación de las redes con fibra tecnología de telecomunicaciones FTTH, también conocida como fibra hasta la casa o fibra hasta el hogar, está enmarcada dentro de las tecnologías FTTx. Las redes FTTx están basadas en la utilización de cables de fibra óptica y sistemas de distribución ópticos adaptados a esta tecnología para la distribución de servicios como telefonía,

27 Proyecto de ejecución de una red FTTH para un municipio internet de banda ancha y televisión a sus clientes. Son consideradas como de banda ancha, ya que garantizan la transmisión de una gran cantidad de información a velocidades muy elevadas. En función de la extensión de la fibra en la red de acceso podemos distinguir las siguientes tipologías: FTTN (Fiber To The Neighbourhood o Fiber To The Node): la fibra llega hasta el vecindario, dando servicio a entre 500 y 1000 usuarios. Desde la central hasta el edificio hay una distancia de entre 1,5 y 3 km. FTTExch: (Fiber To The Exchange): en este tipo de redes la fibra se extiende hasta el nodo de conmutación. FTTC (Fiber To The Curb): el ONT y el tendido de fibra óptica son compartidos por varios abonados pertenecientes a una manzana de edificios o a un área urbana de extensión reducida. Esta red da servicio a un número de usuarios comprendido entre 200 y 500. Desde la central hasta el edificio hay una distancia de entre 300 y 600 m. FFTB (Fiber To The Building): en este caso la fibra llega hasta el interior del edificio. Existe una red de terminación óptica (ONT Optical Network Termination) para todo el edificio. El ONT da servicio a entre 25 y 50 usuarios. No incluye el tendido hasta el hogar. FTTH (Fiber To The Home): se trata de llegar con la fibra hasta el hogar del abonado directamente desde el nodo de servicio. Es la alternativa más directa y la de mayor coste debido a que implica un elevado coste de obra civil.

28 FTTN (Fiber To The Node) Central Telefónica m Bloque viviendas FTTC (Fiber To The Curbe) Central Telefónica m Bloque viviendas FTTB (Fiber To The Building) Central Telefónica Bloque viviendas FTTH (Fiber To The Home) Central Telefónica Bloque viviendas Fibra óptica Cable de cobre Desde hace unos pocos años se ha realizado una apuesta fuerte por las redes FTTH tanto desde el gobierno como desde las grandes empresas de telecomunicaciones. Tanto es así que en 2013 en [1] se prevé que para 2015 los usuarios con cobertura para redes FTTH

29 Proyecto de ejecución de una red FTTH para un municipio superarán el 50% de la población. El número de líneas de FTTH ha experimentado un gran incremento en el último año. En [2] se puede comprobar que en Octubre de 2013 existían líneas FTTH instaladas y en sólo un año se han instalado unas más. Según el informe del primer trimestre del Ministerio de Industria la plataforma tecnológica de mayor crecimiento, tras LTE, es la fibra óptica hasta el hogar (FTTH), que es capaz de ofrecer servicios de más de 100 Mbps y por cuyo despliegue masivo han apostado la mayoría de los operadores de red fija Redes FTTH En la tecnología FTTH se realiza el despliegue de la red de fibra óptica de extremo a extremo. En este tipo de redes se llega con fibra óptica directamente desde el nodo de servicio hasta el hogar del abonado. Esta, es la alternativa más directa, pero también la de mayor coste a la hora de proporcionar acceso de banda ancha. El inconveniente que presenta desde el punto de vista del operador es que requiere de una gran inversión en obra civil. Cualquier tipo de red FTTH independientemente de su configuración y arquitectura, propone utilizar la multiplexacion por longitud de onda para llegar desde la central a cada abonado. Los principales elementos que se utilizan para comunicar desde la central hasta el domicilio del cliente son: Equipo central: Optical Line Terminator (OLT) o terminación óptica de línea. Es un elemento pasivo que se encuentra en la cabecera de la red o central. Generalmente se instala uno por cada fibra óptica. Equipo de cliente: Optical Network Terminator (ONT) o terminación óptica de red. Son elementos pasivos ubicados en el final de la red, en el recinto de cada abonado. Divisores Ópticos (Splitters): Está considerado como el elemento principal de la red, puesto que es el encargado de dividir y guiar las señales desde el elemento activo de la red hasta cada abonado.

30 Cables de fibra óptica de diferentes capacidades. Red óptica: Optical Distribution Network (ODN) o red de distribución óptica. Es la red por sí misma. Esta distribuye la señal desde la central hasta los hogares. Está formada por los elementos que hemos visto; cables de fibra óptica, divisores pasivos o splitters, y armarios o paneles distribuidores de fibra óptica. La topología de la red básica de fibra óptica puede ser de dos tipos: Punto a Punto (P2P) o Punto a Multipunto (P2MP). En la Ilustración 7 se muestra un esquema con la configuración de ambos tipos de redes. P2MP: desde la central parte una fibra óptica común para un equipo de usuarios realizándose una división de la señal por medio de un divisor óptico pasivo (splitter) intermedio en N fibras hasta los usuarios finales en topología de árbol. La división de la señal se hace en una o dos etapas usando uno o dos splitters en serie. Puesto que sólo se necesita una fibra de salida de central para un grupo de usuarios el coste de despliegue es menor que en la tecnología P2P. Esta configuración es en la que están basadas las redes FTTH. Se conoce generalmente como configuración PON (Passive Optical Network o Red Óptica Pasiva). Esta configuración se sostiene en la idea de que varios usuarios comparten los costes de la parte de la red que comparten, de esta forma se abaratan costes sin incrementar demasiado la posibilidad de una falla en la red, reduciendo considerablemente el número de fibras ópticas utilizadas. De esta forma se reducen los costes de despliegue y mantenimiento de la red. P2P: existe una fibra dedicada en exclusiva desde la central hasta el usuario. Se utiliza solo en casos muy concretos donde se solicita todo el ancho de banda. Se realiza la implementación en Ethernet Punto a Punto (EP2P). Estos enlaces suelen ser utilizados por empresas que disponen acceso a fibra óptica y desean conectar ubicaciones alejadas con una buena capacidad en las comunicaciones. El inconveniente de este tipo de configuraciones es el elevado coste de despliegue que suponen, que es difícil de asumir para usuarios domésticos y que ningún operador de telefonía está dispuesto a asumir.

31 Proyecto de ejecución de una red FTTH para un municipio splitter P2MP OLT splitter splitter P2MP P2MP splitter P2P Las dos topologías anteriores son también de la familia de Red Óptica Pasiva, conocida como PON (Passive Optical Network), ya que no utilizan ningún elemento activo en la red. En el caso de la red multipunto los splitters son dispositivos pasivos para realizar la división de la señal óptica. El estándar actual ofrece velocidades de hasta 2,5 Gbps en sentido descendente y 1,25 Gbps en sentido ascendente Descripción e implantación del estándar GPON A finales de los años 90 las redes PON (Passive Optical Network) comienzan a ser vistas tanto por las operadoras como por los suministradores como una buena solución para ofrecer servicios de telecomunicaciones al público. Por esta razón surge la necesidad de definir un estándar que garantice la interoperabilidad entre los diferentes fabricantes y operadores y reducir el precio de los equipos. A principios de 1995 se forma el FSAN (Full Service Access Network). El FSAN en sus inicios era un grupo de 7 operadoras que se reunieron con el fin de promover estándares que definieran un conjunto de requerimientos básicos para el acceso de banda ancha. Este comité definió los siguientes estándares que preceden a la tecnología GPON:

32 APON (ATM PON) es la primera especificación concebida por el FSAN en Hace uso del estándar ATM (Asynchronous Transfer Mode) como protocolo de señalización de la capa 2 (nivel enlace). Estos sistemas utilizan el protocolo ATM como portador. APON se adecua a diferentes tecnologías de acceso, como, FTTH (fibra hasta la vivienda), FTTB/C (fibra hasta el edificio o la acometida) y FTTCab. El estándar ATM es una tecnología de conmutación que usa en el canal de bajada pequeñas de tamaño fijo (53 bytes) y opera en modo orientado a conexión. Estas ráfagas tienen una tasa de bits de Mbps que reparten entre el número de usuarios que se conectan al nodo óptico (ONU). Para el canal de subida, la trama se compone de 54 celdas ATM en las que se incluyen 2 celdas PLOAM (Capa física para operación de administración y mantenimiento) que se utilizan para guardar información a efectos de operación y mantenimiento de la red. BPON (Broadband PON) es una tecnología que surge como una evolución de las redes APON. Esta tecnología es definida para incorporar nuevos servicios como son: Ethernet, distribución de video, VPL y WDM (Multiplexacion por longitud de onda). Está definido en varias revisiones del estándar ITU-T 983, desde la G hasta la G La primera especificación, la G define una arquitectura simétrica en la que las velocidades del canal de subida y de bajada son 155 Mbps. Tiempo después se revisa la norma para lograr un aumento de las velocidades de transmisión y que permite velocidades asimétricas. En esta revisión se llegan a alcanzar unas velocidades de 155 Mbps de subida y 622 Mbps de bajada. En las otras revisiones del estándar se definen las siguientes mejoras: o o o o Rec. G para la capa de gestión y mantenimiento. Rec. G para QoS. Rec. G para asignar ancho de banda de forma dinámica. Rec. G desarrolla mecanismos de protección.

33 Proyecto de ejecución de una red FTTH para un municipio o o o Rec. G para la capa de control de red OTN. Rec. G para la capa de gestión de red para el ancho de banda dinámico. Rec. G da soporte al protocolo IP, Vídeo, etiquetado de redes de área local virtuales y las transconexiones de canales virtuales. GPON (Gigabit-capable PON) está aprobada por la ITU-T en 4 recomendaciones, la G.984.1, G.984.2, G.984.3, G.984.4, G.984.5, G y G Este estándar comienza a ser definido en Marzo de 2008 y la recomendación G es publicada en Julio de Los objetivos de esta tecnología son ofrecer un ancho de banda mucho más alto que sus predecesoras y alcanzar una mayor eficiencia para el transporte de servicios basados en IP. EPON (Ethernet PON) es una extensión del estándar Ethernet, desarrollado por el IEEE sobre el estándar PON. Este estándar permite transmitir en un rango de 20 kms, al igual que el estándar GPON, además utiliza también WDM y las mismas frecuencias ópticas. Permite unas tasas de transmisión de 1.25 Gbits/s tanto en downstream como en upstream. Las redes EPON se caracterizan por que son compatibles con los estándares Ethernet, no necesitan de conversión o encapsulación para conectarse a redes Ethernet. Utilizan tramas de tipo Ethernet con un tamaño de hasta 1542 bytes Características de una red GPON El estándar GPON (Gigabit-capable Passive Optical Network) resulta de la mejora de varias de las características de las recomendaciones de las redes en la tecnología PON. Básicamente una red del tipo PON es una tecnología de acceso mediante la implementación de una red de fibra óptica haciendo uso de elementos de red pasivos, es decir, que no requieren de alimentación externa para su funcionamiento al distribuir la información a través de la red. Las redes ópticas pasivas presentan una arquitectura similar a redes de cable de otro tipo (Ver Ilustración ). Las redes PON sustituyen el tramo de coaxial por uno de fibra óptica y los divisores eléctricos por divisores ópticos. De esta forma se eliminan todos los componentes activos existentes en la red entre el servidor y el cliente.

34 Definido como una innovación del conjunto de estándares PON, la Red Óptica Pasiva con capacidad de Gigabits es el más reciente miembro de esta familia, fue establecido en 2004 con la creación de las recomendaciones ITU-T G.984.X. Estas redes, generalmente no requieren de ningún tipo de actualización ante un posible cambio de tecnología. El uso del estándar GPON tiene muchas ventajas sobre otro tipo de redes que también utilizan fibra óptica o que utilizan otro tipo de medio de transmisión. Las principales características de las redes GPON son las siguientes: Tienen un rango de alcance de cerca de 20 kms (aunque bajo el estándar pueden llegar hasta 6 kms) entre el servidor y el cliente final. Reducen la cantidad de tendido de fibra óptica, tanto entre las distintas distribuidoras como entre circuitos de llegada al cliente. Manejan elevados niveles de ancho de banda para proveer sus servicios. No exigen la utilización de elementos activos en la red. En lo que respecta a las velocidades de transmisión, se puede decir que estas variaciones han definido los tipos de redes PON existentes, de esta forma podemos hablar de velocidades de 622 Mbps de trafico simétrico, 1,25 Gbps de trafico simétrico o un tráfico simétrico de 2,5 Gbps en sentido descendente y 1,25 Gbps en sentido ascendente que es la más utilizada por los suministradores de equipos GPON. Este estándar permite manejar amplios márgenes de anchos de banda tanto para servicios a nivel comercial como para servicios a nivel residencial. Mejora las prestaciones en el transporte de servicios IP de otro tipo de redes. La red de acceso es la parte de la red del operador que está más cerca del abonado y se caracteriza por la gran cantidad de protocolos y servicios. GEM (GPON Encapsulation Method) es el método de encapsulación que emplean las redes GPON y permite soportar muchos tipos de estándares como: Ethernet, TDM, ATM, etc. El protocolo GEM hace uso de tramas periódicas de 125 µs. Entre las principales diferencias en transporte y gestión de estas redes están: Soporte completo para voz (TDM Time Division Multiplexing, SONET Syncronous Optical Network y SDH Synchronous Digital Hierarchy), Ehternet

35 Proyecto de ejecución de una red FTTH para un municipio (10/100 Base T), ATM (Asynchronous Transfer Mode). Alto nivel de funciones de Operación, Administración, Mantenimiento y Suministro OAM&P (Operation, Administration, Manteinance and Provisioning) de principio a fin en el manejo de los servicios. Seguridad en el tráfico debido a la operación en modo radiodifusión para la transmisión en modo descendente heredado del estándar PON. Los sistemas GPON, en general, se encuentran formados por un sistema de Terminación de Línea Óptica (OLT) o una Unidad de Red Óptica (ONU) y una Terminación de Red Óptica (ONT) con una Red de Distribución Óptica (ODN) que las interconecta. splitters splitters splitters splitters OLT ODN ONT

36 Funcionamiento de una red GPON Como ya hemos visto en el apartado anterior, sabemos que una red PON está compuesta, generalmente, de tres elementos. En estas redes el transmisor, que está ubicado en el OLT da servicio a los diferentes ONT que se encuentran en las dependencias de los abonados a la red. Las señales transmitidas son multiplexadas y demultiplexadas por los divisores ópticos con el objetivo de que varios usuarios compartan un mismo cable. A continuación pasamos a detallar las características principales de cada elemento OLT El OLT es el elemento de cabecera de la red PON y su función es la de gestionar los diferentes tráficos que se transmiten por la red. Estos envíos de información pueden ser tanto en sentido ascendente (del ONT al OLT) como en sentido descendente (del OLT al ONT). El OLT también es el encargado de enlazar la red PON con las redes externas con las que este prevista la integración. El OLT adquiere datos de tres fuentes de información diferentes, integrándolas todas en una misma fibra. De esta forma el OLT está conectado con las diferentes redes: Internet: el OLT se conecta a través de un router IP/ATM o IP/MPLS, en función de sobre que tecnología este encapsulado el protocolo IP. Video: actualmente existen dos tipos de servicios vídeo; broadcast y VoD (Video on Demand). En estos casos el router se conecta directamente, o a través de un modulador EDFA, en función de la configuración de la red. PSTN: (public switched telephone network) o RTB (red de telefonía básica), para los servicios de voz. Se conecta a esta red a través de un router de voz haciendo uso de los gateways necesarios. La OLT consta de varios puertos de línea GPON, cada uno soportando hasta 64 ONT. Dependiendo del administrador, hay sistemas que pueden alojar hasta 7168 ONTs en el mismo espacio que un DSLAM.

37 Proyecto de ejecución de una red FTTH para un municipio ONT El ONT es un elemento capaz de filtrar la información destinada al usuario en concreto que procede del OLT. Además, cumple con la función de encapsular el tráfico de datos de un usuario concreto y enviarla a la cabecera. El ONT en las redes FTTH está ubicado en el interior de la vivienda. Cada ONT recibe todas las señales enviadas por su OLT de cabecera correspondiente, de la misma forma que todos los ONT de la misma etapa. El ONT tiene un filtro encargado de dejar pasar al abonado únicamente la información que va destinada al mismo. La voz se transmite mediante TDM (Time Division Multiplexing) y por tanto llega a todos los ONT por igual. Estos ONT serán encargados de filtrar las señales y solo dejar pasar las que van dirigidas a su abonado. El filtrado se realiza mediante el protocolo Ethernet mediante las tramas GEM (GPON encapsulation method). En este método de encapsulamiento la trama consta de tres campos. Un ejemplo de trama GPON se puede muestra en la Ilustración 10que ha sido obtenida de [1]: Cabecera (header): es el campo que contiene información para encapsulación de la trama. CRC: es el campo encargado del método de control de errores. Envía un código junto al mensaje de información, que se comprueba en el destinatario si es correcto. Carga útil (Payload): se conoce como carga útil a la información que se desea enviar de la cabecera al abonado, sin tener en cuenta los campos de cabecera o crc.

38 Una vez filtrada la información que interesa, el ONT diferencia entre dos señales; la de vídeo y las de las tramas de voz y datos, ya que se transmiten a diferentes longitudes de onda. Los datos se reciben para una λ= 1440 nm mientras que la señal de TV se recibe a λ= 1550 nm. Además de esto, el ONT envía información de backup al OLT para gestión de la red y peticiones en λ = 1310 nm. El ONT también utiliza un protocolo TDM para el envío de información a la cabecera Divisor óptico (splitter) Los divisores ópticos tienen una gran importancia en los sistemas DWDM. Son los encargados de extraer la información de un canal y repartirla entre los diferentes canales a los que va destinada en función de la longitud de onda λ a la que viaja la señal de información. Además de tener la función de multiplexar o demultiplexar las señales tienen la de combinar potencias de transmisión. Son dispositivos de distribución óptica bidireccional. Definimos el canal ascendente para la información que se envía desde los ONT y se combinan en el divisor hasta llegar al OLT. En el canal descendente las señales que proceden del OLT se dividen entre los puertos

39 Proyecto de ejecución de una red FTTH para un municipio de salida en los divisores hasta llegar al ONT correspondiente. Al ser elementos totalmente pasivos pueden funcionar con total independencia de una fuente externa de energía, de esta forma abaratamos los costes de despliegue, mantenimiento y operación de la red. El inconveniente de estos elementos es la introducción de pérdidas de potencia en las señales transmitidas. Las pérdidas por splitter están relacionadas con el número de salidas del divisor, cumpliendo la siguiente relación: Siendo N el número de salidas del divisor. El divisor que menores pérdidas presenta será el de dos salidas con unas pérdidas de 3 db en cada salida. Es decir, un divisor de dos salidas reducirá la señal de entrada a la mitad en su salida. A continuación se presenta el esquema general de un divisor óptico:

40 Topologías y arquitecturas de red En cualquier tipo de red podemos distinguir entre 4 tipos de topologías: Estrella, Bus, Anillo y Árbol-Rama. Como cada topología tiene unas características propias elegiremos una u otra o una combinación de ellas en función de una serie de factores: Dimensión del área a cubrir Distancia desde un nodo hasta el grupo de población. Calidad, fiabilidad y ancho de banda necesarios. Presupuesto disponible para el despliegue de la red. Estrella: En esta topología la cabecera está conectada con cada nodo, siendo la transferencia generalmente punto a punto, aunque también puede ser una transferencia multipunto. Su mayor ventaja es la facilidad para gestionarla al estar centralizada. Sin embargo, es una topología frágil y su extensión está limitada por la capacidad de la cabecera, además tiene un coste elevado. Esta arquitectura ha sido empleada normalmente para ofrecer servicios a la red de telefonía básica. Bus: En esta topología todo el conjunto de nodos está conectado a un enlace físico común, siendo necesaria la existencia de terminadores de red. No es una arquitectura muy costosa y tiene una buena fiabilidad, es la que utilizan los operadores de cable para

41 Proyecto de ejecución de una red FTTH para un municipio distribuir la señal a cada abonado. Existen dos tipos de topologías bus: Unidireccional: se transmite la información en una sola dirección. Existe la posibilidad de trasmitir la información empleando canales diferentes, por separación física o por frecuencia. Normalmente este tipo de arquitecturas se encuentran en redes de fibra óptica como soporte físico. Bidireccional: en este caso la transmisión y la recepción se hacen sobre un mismo medio. Anillo: Se forma un bucle entre la cabecera y los nodos. La información circula en un sentido, aunque se puede dotar a la estructura de un doble anillo donde la información viaja en los dos sentidos opuestos. La red de doble anillo garantiza una mayor robustez en caso de avería. Esta topología tiene un mayor coste debido a que es de las que mayor fiabilidad presenta. Los operadores suelen utilizar este tipo de topología en el despliegue de sus redes de telecomunicación para conectar la cabecera con los nodos primarios. Esta red en anillo presenta dos problemas. Uno es la gran inversión económica que requiere desplegar este tipo de redes. El otro problema es que al ser una estructura cerrada, si hay un corte o avería entre dos nodos, el problema afecta a los demás nodos.

42 Árbol-rama: En este caso, desde un nodo surgen ramificaciones que llegan a otros lugares, a su vez desde estos nodos surgen nuevas ramificaciones que desembocan en otros nodos. Habitualmente estas topologías eran empleadas por los antiguos operadores de cable. Estos operadores únicamente transmitían señales de radiodifusión en un solo sentido. Otra de las limitaciones de es que es susceptible de causar interrupciones de la comunicación a un gran número de abonados a la vez, debido a que si hay un fallo en una de las primeras ramificaciones, este puede afectar a un gran número de abonados. -

43 Proyecto de ejecución de una red FTTH para un municipio 1.2. Diseño de la red FTTH del municipio Una vez definidos los aspectos teóricos relacionados con nuestro proyecto se describen las características de la red que se va a implementar en el proyecto, su estructura y los elementos que la conforman Fases del diseño de la red FTTH La ejecución de un proyecto de despliegue de una red FTTH esta dividida en varias fases: - Fase inicial: se realiza una comprobación del número de UIs (Unidades Inmobiliarias) a las que va destinado el servicio. Este proceso se realiza comprobando sobre los planos de la zona el número de viviendas o locales. Tras haber realizado estas mediciones se procesan y analizan los datos con el objetivo de adecuar las necesidades del cliente a las características de la zona y su infraestructura existente. - Obtencion de permisos: los gestores comerciales se encargan de solicitar permisos a cada comunidad de vecinos para la instalación de los cables y los elementos de la red FTTH. Estos permisos se almacenan en una herramienta destinada a este objetivo puesto que son necesarios para el diseño del recorrido de la red. - Ingeniería: los técnicos de campo realizan un replanteo del trazado de la red y las situaciones donde se va a instalar. A continuación se procede al diseño de la red FTTH en el software de diseño adecuado. En esta fase también se realiza un estudio básico de seguridad y salud y un proyecto de legalización de la red Cartografía En el plano número 2 (Ver en PLANOS) se puede observar el casco urbano del municipio así como la disposición de los nodos y las distintas zonas que se han planificado para ofrecer servicios a la totalidad de dicho municipio.

44 Topología e implantación de la red. Características urbanísticas. Para el diseño de la red se han considerado cinco nodos. Cada nodo engloba varias zonas que abarcan entre 50 y 190 viviendas cada una aproximadamente. En el apartado del presente proyecto se detallan los criterios que se han seguido para la división del municipio en nodos y zonas. El diseño de la red se realizará considerando una topología en anillo redundante de fibra óptica con distribución en árbol-rama. En los planos adjuntos en el apartado 2.PLANOS se especifican los siguientes puntos: En el plano 1 se muestra la ubicación de la cabecera central, división del municipio en nodos y zonificación de cada nodo. En el plano 2 se muestra la red de alimentación y ubicación de los equipos de alimentación. En los planos 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 y 3.5 se muestra la red de distribución y ubicación de los equipos de distribución. Para realizar un despliegue adecuado de la red FTTH es necesario conocer las características del municipio. Las principales características urbanísticas del municipio son: Altura promedio de los edificios: de 3 a 8 m (1 o 2 plantas) Ancho promedio de las calles: 8 m. Distancia media en horizontal entre acceso a edificios: 15 m. Promedio de distancia entre vecinos o posibles abonados: 20 m Definición, diseño y componentes de las partes que conforman la red. Los elementos que se utilizan en la implementación de la red FTTH son los siguientes: OLT: se instala en la central y es el equipo terminal de línea óptica. Repartidor óptico: es el equipo que realiza la unión entre los equipos de la central y la red de acceso de usuario que llega del exterior de la central. Cable de fibra óptica: es el elemento que sustituye al cable de cobre en el

45 Proyecto de ejecución de una red FTTH para un municipio despliegue FTTH. Divisores: son los encargados de realizar la división de la señal de la cada fibra en varias señales para repartir entre los usuarios. Empalmes: se realizan para conectar los extremos de la fibra óptica en la instalación o la reparación de roturas. Caja de empalme y distribución: se utilizan para realizar las funciones indicadas con las fibras ópticas a su paso por ellas. Caja de abonado: es el elemento desde el que parten las acometidas de usuario desde el exterior hacia el interior de la vivienda o local. Acometida óptica: es el tramo de cable instalado entre la caja de abonado y la roseta óptica. Roseta óptica: es el elemento que finaliza la red de acceso FTTH. Latiguillo monofibra: es un cable de fibra óptica que une la roseta óptica con el ONT del abonado. ONT: es el equipo terminal de red óptica de usuario. La red objeto del presente proyecto ha sido diseñada teniendo en cuenta las siguientes características. Estas características se han recopilado del estándar GPON, descrito en el apartado 1.1.3, y se siguen para cumplir con los requisitos de calidad de la señal aceptables: Los niveles de recepción de la señal óptica en el punto de terminación de red serán superiores a -28 dbm. Este valor de sensibilidad del ONT de -28 dbm responde a las especificaciones del estándar GPON. Este estándar definió 3 tipos de ONT en función de su sensibilidad que es la potencia mínima del receptor para el cumplimiento de una tasa de errores determinada, si este valor se supera se pierde el servicio. Estos valores son: dbm para el tipo A dbm para el tipo B dbm para el tipo C.

46 La mayoría de fabricantes utilizan la clase B+, además es el de menor valor, por estas razones hemos trabajado con este valor de sensibilidad. Entre la central y el usuario final no existirán más de dos etapas de división o splitting. La primera división será de 1:4 y la segunda de 1:16. En este caso se ha extendido el uso de divisores 1:8 y 1:8, o 1:4 y 1:16, ya que siempre se utiliza una división de 64. La causa de usar este grado de división es el estándar GPON. Este estándar tiene prevista una atenuación máxima de -27 db (Clase B+) y define una longitud máxima de 20 kms. Para el grado de splitting de 64 usuarios por cada fibra se produce una atenuación aproximada de db. También es sabido que 20 kms de fibra provocan unas pérdidas de -6.5 db. La suma de ambas pérdidas es de - 25 db y los 2 db restantes se dejan de margen para conectorización y fusión. En el ANEXO están realizados los cálculos de pérdidas para esta localidad. En este caso se utiliza la fase de nivel segunda de 16 porque permite cubrir mejor zonas de alta densidad de UIs. Si se utilizaran dos niveles 1:8 y 1:8 se necesitarían más splitters en zonas de alta densidad. Se implementará la tecnología GPON (ITU G.984). Sus características han sido desarrolladas en el apartado 1.4 La red FTTH que se diseña consta de 3 partes: Red de alimentación: La red de alimentación óptica comienza en la cabecera central y finaliza en los nodos o torpedos. Su función es la de conducir los servicios desde la cabecera hasta los distintos nodos (o cajas de registro) e interconectar las diferentes cajas de registro. Estará constituida por un cable de 16 y 64 fibras ópticas y torpedos. En la red del proyecto esta parte está formada por un anillo. En el plano 3.1 de la sección PLANOS se muestra el trazado de esta red, donde se muestra el trazado que sigue el cable de red PKP de 64 (entre torpedos) o 16 fibras ópticas (de los torpedos a las cajas de distribución).

47 Proyecto de ejecución de una red FTTH para un municipio Red de distribución: La red de distribución comienza en las cajas de distribución y finaliza en los inicios de las redes de usuario o abonado, es decir, interconecta las CR (cajas de registro) con las CTO (cajas terminales ópticas). Su función es la dispersión de las señales ópticas desde las troncales hasta las redes de abonados. Esta red estará constituida por cables de fibra óptica, cajas de distribución, cajas de abonado, divisores (splitters) y conectores. En cuanto a la topología esta red se corresponde con un árbol-rama. Se puede ver la totalidad de la red de distribución en los planos 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 y 3.5 (Ver PLANOS). Red de dispersión: También se conoce como red de abonado o de usuario y es la encargada de la distribución de señales hasta los usuarios, es decir, lleva la información desde las CTO hasta el abonado. Está compuesta por fibra óptica y conectores. Se puede ver la red de dispersión de una sola C.A, para un hipotético caso en el que todos los UIs de esa de esa C.A se abonaran, en el plano 3.6 (Ver PLANOS). No se ha incluído la totalidad de la red de dispersión debido a que ésta se va diseñando a medida que se abonan los usuarios potenciales. En este proyecto de ejecución se instala la red hasta las cajas de abonado Principios básicos de diseño. Se definen una serie de normas que tratan de dimensionar la red FTTH adecuadamente y minimizar problemas en el futuro con la red instalada y en funcionamiento. Estos principios básicos se han obtenido realizando un estudio sobre las condiciones más importantes que se deben cumplir para el diseño de una red FTTH y a partir de la experiencia. Capilaridad: se debe intentar que en las zonas del despliegue de la red se pueda ofrecer servicio al mismo o mayor volumen de clientes que en la actualidad cubre la red de cobre. Capacidad: se trata de realizar un diseño fácilmente escalable, actuando con visión de futuro en aquellas partes críticas en las que en un futuro puede haber problemas de ampliación de la red. Estos posibles problemas pueden ser saturación en las infraestructuras, problemas de petición de permisos de

48 instalación de la red o largos tiempos de espera para su concesión, necesidad de realizar nuevos canalizados Gracias a este principio de evitarán en un futuro posibles problemas que impliquen inversiones muy costosas y se garantiza que el proyecto rebasa el presupuesto en el futuro. Calidad: se realizará un diseño con el objetivo de alcanzar la mayor solidez posible, tratando de evitar actuaciones posteriores y minimizar futuras averías. La distancia máxima que puede alcanzar la fibra óptica en una red FTTH viene determinada por el margen de potencia entre el equipo central (OLT) y el equipo de usuario (ONT). Para poder llevar a cabo la realización de un despliegue con nivel de splitting 1:64 (1:4 x 1:16), una potencia de emisión del equipo central de 0 db y una sensibilidad en el equipo de usuario de -28 dbm, la distancia máxima que se podrá alcanzar es de unos 20 km. En el punto del presente proyecto se realizan los cálculos que demuestran que se cumplen estas condiciones y en el ANEXO se realizan los cálculos para todo el municipio. Para el dimensionado de equipos en la central se deberá tener en cuenta la previsión de bajada de precios de los equipos con el paso del tiempo y la rapidez en la evolución tecnológica de estos. Para realizar el despliegue FTTH serán necesarios una serie de elementos que se presentan en el siguiente esquema: CENTRAL FTTH RED DE ALIMENTACIÓN RED DE DISTRIBUCIÓN RED DE DISPERSIÓN CR CR CTO OLT ROM CÁMARAS DE REGISTRO CAJA TERMINAL ÓPTICA ONT

49 Proyecto de ejecución de una red FTTH para un municipio Diseño y componentes de una red FTTH En este apartado se detallan los puntos más importantes de la instalación física de la red FTTH, con la que se pretende garantizar un modelo de calidad para la planificación de la red. El objetivo es encontrar la mejor solución en el diseño de esta infraestructura de red. La solución óptima depende directamente de un adecuado conocimiento del área cartográfica. Como consecuencia, la planificación de la red es una función directa del tipo de área de estudio y sus características. Al diseñar una red de comunicaciones se trata de garantizar un bajo coste de implantación y mantenimiento, así como calidad en su funcionamiento y un servicio y diseño adecuados. El municipio para el que se diseña este proyecto cuenta en su gran mayoría con viviendas unifamiliares, por lo que los nodos de acceso que dan servicio a cada área se ubican en lugares apropiados para ello, de manera que resulte ser el punto más cercano a todos ellos. Cada uno de estos nodos, se conecta al nodo central o principal. El tamaño de la red de acceso se encuentra limitado por el despliegue técnico de la proyección inicial, y el tamaño del nodo de acceso determina el número de usuarios que se pueden conectar al sistema. CAJAS DE DISTRIBUCIÓN CAJAS DE DISTRIBUCIÓN NODO NODO OLT NODO NODO NODO CAJAS DE DISTRIBUCIÓN CAJAS DE DISTRIBUCIÓN CAJAS DE DISTRIBUCIÓN

50 Equipo central y repartidores ópticos El despliegue de la red de fibra óptica implica la necesidad de instalar en las centrales FTTH equipos de terminación de línea (OLT) y repartidores ópticos (ROM) para el conexionado de los cables que salen de los equipos hacia la red de acceso. OLT (Equipo de central): actúa como elemento de cabecera de la red. Es el encargado de gestionar la red PON, tanto el tráfico de información en dirección a los usuarios, como el que proviene de ellos. También actúa de enlace con el resto de redes externas, permitiendo el tráfico de datos con el exterior. Es una plataforma de acceso global todo en uno que soporta acceso óptico. En la Ilustración 19 se muestra un ejemplo de un OLT extraído de [4] Red de acceso La red de acceso comprende el tramo de la red que queda delimitado entre la salida de la central y el interior del domicilio del usuario. Esta red finaliza en el Terminal de Red Óptico (ONT). Está formada por:

51 Proyecto de ejecución de una red FTTH para un municipio Red de alimentación Red de acceso Red de dispersión Red de alimentación La red de alimentación es el tramo de red que queda delimitado entre la salida de la central y la caja de distribución, que es donde se realiza el primer nivel de división. Este primer nivel de división será realizado con divisores de tipo 1:4. En el plano 2 (Ver PLANOS) se presenta el esquema de la red de alimentación. El dimensionado de los cables de fibra óptica se realiza a partir de la utilización de una fibra por cada enlace final de usuario, es decir, por cada enlace monofibra bidireccional. Este hecho permite ahorrar costes de implantación de la red, así como un mejor aprovechamiento del espacio. Las fibras procedentes de la red de alimentación serán las entradas a los divisores de primera etapa que terminarán en las cajas de distribución. Las principales ventajas de la solución escogida son: Menor ocupación del cable de 64 PKP de red de acceso, ocupándose menos fibras ópticas activas que si se hubiera realizado la división en la central. Como consecuencia del punto anterior, existe una mayor reserva de las fibras ópticas para futuros servicios propios del operador de la red. Posibilidad de un aumento del índice de penetración en mayor grado al depender este de la red de distribución o de abonado y no de la red de alimentación. Mayor facilidad de manipulación de los cables que forman la red óptica. Esto es debido a que hay una mayor complejidad en el uso de un excesivo número de cables que terminan en un único punto. Reducción del coste total de la instalación final.

52 La arquitectura es de tipo anillo, que consiste en un enlace común para todos los nodos en forma de anillo. Esta topología es más robusta que las demás, porque existen dos caminos distintos por los que se puede llegar a un nodo. El cable utilizado para la red de alimentación es de fibra óptica monomodo. Son fabricados de 4 a 356 fibras ópticas con un máximo de 15 mm de diámetro. Utilizaremos el de 64 con segunda protección holgada, núcleo dieléctrico seco con material bloqueante de agua que evita su propagación. Para los nodos se utiliza una caja de estaca tipo torpedo. En cada torpedo entra el cable

53 Proyecto de ejecución de una red FTTH para un municipio de 64 fibras perteneciente a la red de alimentación, por una salida continúa el mismo cable y por otra salen 16 fibras para continuar a las cajas de distribución pertenecientes al nodo. Existen varios tipos de cables en función del número de fibras que transportan: 8, 16, 24, 32, 48, 64, 96, 128, 144, 192, 256 Para este municipio, teniendo en cuenta que tiene unos 4000 habitantes el rango de decisión estaría entre 3 tipos de cables de alimentación, vamos a seleccionarlo en función del número de UIs a los que se puede llegar. Tenemos en cuenta que existe un nivel de división de 64 (4x16) entre los dos splitters, es decir, con cada fibra se puede llegar a 64 usuarios. Con estos datos se llegan a las siguientes conclusiones: - Con 48 fibras se puede dar servicio a 3072 UIs. - Con 64 fibras se puede dar servicio a 4096 UIs. - Con 96 fibras se puede dar servicio a 6144 UIs. Se selecciona el cable de 64 fibras porque es el más adecuado para la población del municipio previendo una ampliación de la red del municipio, entendiendo que el de 48 fibras podría no ser suficiente y el de 96 serían demasiadas fibras. Esta red también permite tener 8 nodos con 8 fibras por cada nodo de forma que en cada uno se puede almacenar el mismo número de fibras de reserva, lo que es útil por si se amplia el municipio a zonas alejadas núcleo urbano incluyendo nuevos nodos. En los torpedos no hay splitters, puesto que en la red de alimentación no hay fase de división Red de distribución La red de distribución es el tramo de red que prolonga la red de alimentación. Este tramo une las cajas de distribución con las cajas de abonado. Las cajas de abonado podrán estar situadas en una arqueta, en la fachada, en una azotea o en interiores. Dicha red de distribución se detalla en los planos 4,5 y 6. La red de distribución hace uso de los siguientes elementos: El splitter o divisor óptico es un elemento pasivo situado a lo largo del tramo que se extiende entre el OLT y sus respectivos ONT a los cuales presta servicio. Las funciones

54 básicas de un divisor son multiplexar y demultiplexar las señales recibidas. Estos dispositivos además cumplen la función de distribución óptica bidireccional, es decir, también son capaces de combinar potencia. Por tanto es capaz de realizar las siguientes funciones: La señal que accede por el puerto de entrada (enlace descendente), procede del OLT y se divide entre los múltiples puertos de entrada. Las señales que acceden por las salidas (enlace ascendente), proceden de los ONT (u otros divisores) y se combinan en la entrada. El divisor se puede considerar como el principal elemento de la red, ya que ofrece la posibilidad tanto de unir como dividir las señales. Esto supone un gran abaratamiento del coste de la red, tanto en la fase del despliegue de la red como en la del mantenimiento de la misma. Además, el hecho de que sea un elemento totalmente pasivo hace que no requiera de un aporte de energía externa lo cual es una gran ventaja frente a las redes tradicionales. En este proyecto se utilizaran divisores 1:4 para la primera fase de división y de 1:16 en la segunda. La cajas de distribución son estancas mural para exteriores, con 5 bandejas para 60 empalmes. Se pueden utilizar tanto para derivaciones como para empalmes de continuidad. Estas cajas disponen de 5 bandejas de 12 empalmes cada una. En cada caja de distribución entra el tubo de 16 fibras que proviene del torpedo o de la otra caja de distribución. Por cada nodo se instalan 4 cajas de distribución para abastecer a las cajas de abonado de cada zona. En la caja de distribución se instalan dos divisores 1:4, el primero se conecta al cable de fibra que lleva los servicios de telecomunicaciones a la zona (de unas 128 viviendas) y el otro se almacena como divisor de reserva. Se conecta un tubo de 8 fibras a cada divisor y los restantes salen para el resto de cajas de distribución.

55 Proyecto de ejecución de una red FTTH para un municipio Las cajas de abonado son cajas murales para splitter y distribución de 16 salidas, pueden ser empleadas como cajas de acceso a los edificios en redes de fibra óptica. De este divisor sale la fibra óptica que se conecta al ONT, por tanto, cada caja de abonado puede dar servicio a un bloque de unas 16 viviendas y/o locales. En esta caja entra 1 tubo de dos fibras, una fibra se conecta al splitter 1:16 y la restante se almacena para posibles averías Red de dispersión La red de dispersión es el tramo de red que queda delimitado entre la caja de abonado y la entrada al domicilio del cliente. Está formado por los cables de acometida y la roseta óptica. El cable utilizado es un cable monotubo de acometida exterior, con cubierta adaptada para exteriores. Está formada por cada tubo conecta una salida del splitter con su correspondiente roseta óptica. Conecta a la caja de abonado con la roseta óptica del cliente y posee un reducido diámetro. Este cable es de fácil manipulación puesto que es necesario para acceder a todo tipo de viviendas. Las ONT utilizadas en el usuario final serán de la misma marca que la cabecera para evitar posibles conflictos. Estos equipos presentan capacidades de transmisión de alto rendimiento para garantizar una excelente experiencia en los servicios de telecomunicaciones. Dependiendo de los servicios que serán ofrecidos al usuario se puede optar por equipos con distintas prestaciones e interfaces Consideraciones finales de la fase de diseño La red propuesta en este proyecto se regirá por los siguientes puntos: El despliegue se realiza con un factor de división de 1:64. Esta división se hace en dos etapas de splitting, una de 1:4 en las cajas de distribución y otra de 1:16 en las cajas de abonado. Se despliegan tres tipos de cable: o Cable de alimentación de 64 fibras para el anillo de distribución y cable de 16 fibras para conectar cada torpedo con las cajas de distribución.

56 o o Cable de distribución de 16 fibras ópticas para conectar la caja de distribución con las cajas de abonado. Cable de acometida que une la caja de abonado con cada abonado formado por una única fibra óptica. El cable de alimentación interconectará hasta 4 cables de distribución. Cada cable de distribución servirá a las cajas de abonado, dejando 2 fibras en cada caja y dejando el resto hasta el final del cable para futuras ampliaciones. Cada caja de abonado da servicio a un área de 16 usuarios potenciales. Las cajas de abonado se instalan inicialmente con un divisor de 1:16. La conexión entre cables de alimentación y distribución y los divisores se realiza mediante empalmes por fusión. El conector estándar para el despliegue será SC/APC, salvo para las entradas/salidas de la OLT, que serán SC/PC. Los materiales señalados para la instalación son orientativos, dado que durante el proceso del proyecto éstos pueden ser modificados por otros más rentables Proyecto de implantación de las redes físicas. Al comienzo del diseño del proyecto se debe realizar una buena planificación de la instalación y sus características principales. Durante este estudio previo es importante destacar algunos requerimientos básicos que se realizarán en el despliegue de la red, como pueden ser el número de conexiones, la ubicación de los nodos principales, la localización de las cajas de distribución y de las cajas de abonados, etc Las tres fases principales del ciclo de vida de un proyecto son: la fase de planificación, la fase de instalación y la fase de servicios y mantenimiento. La labor de la ingeniería es considerablemente mayor durante las primeras fases del proyecto y se reduce considerablemente en los procesos de servicio y mantenimiento. Por el contrario, los costes del proyecto aumentan a medida que va avanzando el mismo. Es decir la fase de servicio y mantenimiento es la que presenta una menor labor de ingeniería y la que consume mayores costes.

57 Proyecto de ejecución de una red FTTH para un municipio Por todas estas razones se recomienda realizar una planificación de la red tan extensa como para dar servicio al mayor número de usuarios finales en la medida de lo posible, utilizando el menor número de nodos de acceso. El tamaño final del cada nodo de acceso viene definido por varias condiciones, que son diferentes para cada localidad en la que se va a realizar el despliegue, estas condiciones locales para la red de cable son; el tipo y el tamaño de las construcciones de la localidad, las distancias que existen entre viviendas, los acuerdos entre propietarios e instaladores, los derechos de instalación y la legislación, y demás situaciones e imprevistos que nos podemos encontrar durante el proceso de instalación del proyecto. Para poder realizar un proyecto de red FTTH, es necesario contar con una actitud positiva para realizar la instalación por parte de los residentes y de los propietarios de las la viviendas que se van a ver afectadas por la instalación de los elementos de la nueva red. Es necesario concienciar a los propietarios de las viviendas de que el acceso a una red de banda ancha incrementa el valor de su propiedad y permite que las viviendas sean más atractivas en el mercado. A partir de la información recibida en la planificación básica general, se realiza una planificación detallada de la instalación. Este proceso consta de las siguientes acciones: Preparar con detalle la los planos y la delineación de la infraestructura; el recorrido que siguen los cables, los tipos de microconductos y las terminaciones

58 de la red. Presentar el listado de materiales con los costes específicos de cada elemento y los costes totales de la instalación. La estimación global de los costes del proceso de ingeniería, los materiales y la instalación. Las condiciones del suministro de los materiales que se van a utilizar en la red. Un cronograma del proyecto con los tiempos estimados. Los métodos de instalación, canalizaciones y excavaciones para las diferentes partes de la red. Para el diseño de la infraestructura de la red, en primer lugar se realiza la división del municipio en zonas. De esta manera se permite realizar el diseño óptimo de la red, puesto que se minimizan los costes de la instalación de la red, garantizando que cada abonado está a la menor distancia posible de los nodos a los que se debe conectar. A continuación se describe las características del municipio en el que se diseña la red. Número de habitantes: 4000 Número de viviendas: 1831 Se realiza un diseño comenzando por la red de dispersión, a continuación se diseña la red de distribución y por último la red de alimentación. De esta forma es más sencillo optimizar el diseño de la red que comenzando desde una red más amplia como es la red de alimentación. Con el objetivo de estructurar la red en zonas y nodos, se comienza agrupando las viviendas en bloques de unos 16 abonados. La razón de esta división es que cada caja de abonado almacena en su interior divisores de 1:16. Las cajas de abonado pueden estar instaladas en arqueta, fachada, azotea o interior. En un principio se intenta formar grupos de 16 viviendas, pero si es más rentable añadir viviendas por razones de cercanía un

59 Proyecto de ejecución de una red FTTH para un municipio grupo de 16 viviendas, existen mecanismos que nos permiten realizarlo. En cada caja de abonado entra una fibra, que se conecta al splitter 1:16 y da servicio a las 16 viviendas. Si es necesario utilizar otra fibra porque la estructura del bloque de viviendas lo requiere, se lleva una fibra de la caja de distribución a una nueva caja de abonado y puede dar servicio a más clientes. Tras haber realizado la división en bloques de alrededor de 16 viviendas se hacen grupos de 8 cajas de abonados próximas que se van enlazando unas con otras de forma que se garantice el menor recorrido posible hasta llegar a la caja de distribución. Se busca que del cable de 8 tubos de 2 fibras ópticas cada uno, se conecte cada tubo a una caja de abonado hasta conectar cada uno de los 8 tubos con una caja de abonado. Cada conjunto de cajas de abonados que va conectado a la misma caja de distribución recibe el nombre de zona. El siguiente paso es hacer grupos de 4 cajas de distribución que comparten el mismo cable de 16 fibras, de 8 tubos de 2 fibras cada uno, que comparten las cuatro cajas de distribución. En cada caja de distribución entran 2 tubos de dos fibras cada uno. Las dos fibras del primer tubo se conectan una a cada splitter 1:4 y el otro tubo se deja de reserva. Los 6 tubos restantes se llevaran a la siguiente cada de distribución. Cada grupo de cajas de distribución recibe el nombre de nodo, y va conectado a un mismo torpedo. A la entrada de un torpedo nos encontramos un cable de 64 fibras (8 tubos de 8 fibras cada uno), del que salen dos tubos, mientras que los 6 restantes se llevan al siguiente torpedo. De esta forma tenemos 8 torpedos, uno por cada nodo, que dan cobertura a 4 cajas de distribución cada uno, donde cada caja de distribución da servicio a 128 viviendas. Es decir, cada torpedo da servicio a 512 viviendas. Esto permite un máximo de 8 nodos para un cable de alimentación de 64 PKP. La estructura es de doble anillo con 4 canales en cada sentido, de forma que si hay un corte en una parte del cable, se garantiza el 50% de la comunicación Cálculos de dispersión y atenuación. Los parámetros de transmisión son todos los que están relacionados con el envío de

60 señales a través de la fibra óptica. También existen muchos tipos de parámetros que caracterizan las fibras, y que en función de su naturaleza y sus efectos sobre el correcto funcionamiento de la fibra se caracterizan en dos grandes grupos: parámetros de atenuación y parámetros de dispersión. Estos parámetros son importantes para calcular el nivel de degradación de la señal óptica que hay entre la cabecera y el abonado. Manteniendo unos niveles mínimos de atenuación y dispersión garantizamos un correcto funcionamiento de la red y unos niveles de calidad aceptables. En primer lugar se describen los parámetros de dispersión y atenuación de una fibra, los mecanismos y los tipos que existen, en segundo lugar calcularemos los niveles de atenuación y dispersión que presenta el diseño de la red FTTH realizado. Las gráficas del apartado 1.8 han sido obtenidas de los apuntes de la asignatura Comunicaciones Ópticas de Ingeniería de Telecomunicaciones de la E.T.S.I de Sevilla Atenuación Se define la atenuación como la disminución de la potencia óptica de la señal a medida que se transmite por la fibra óptica. La atenuación puede ser provocada por dos tipos de mecanismos, los mecanismos extrínsecos y los mecanismos intrínsecos. Los mecanismos intrínsecos son inherentes a la composición de la fibra y a su proceso de fabricación. Entre los mecanismos intrínsecos de atenuación de una fibra óptica destacan los siguientes: Absorción: estos están producidos por la energía que pierde la señal al ser transferida una parte al medio material que da soporte a la transmisión. Existen tres tipos de mecanismos intrínsecos de atenuación. Absorción por defectos atómicos: están provocadas por pérdidas de átomos de oxígeno en la estructura vítrea de la fibra. Estas pérdidas por absorción son despreciables frente a las otras.

61 Proyecto de ejecución de una red FTTH para un municipio Absorción ultravioleta: Están provocadas por transiciones de tipo electrónico entre las bandas de valencia y conducción. De esta forma se absorbe un fotón procedente de la energía transmitida a lo largo de la fibra. Absorción Infrarroja: esta pérdidas están provocadas por la vibración y las oscilaciones de los enlaces covalentes del SiO 2. Scattering: se produce al ser redireccionada fuera del medio transmisor una parte de la energía que es transmitida por la fibra. Hay dos tipos. Scattering Rayleigh: la razón de este tipo de perdidas es que el material del que está compuesto la fibra no es completamente homogéneo y presenta variaciones a nivel microscópico (<< λ). Esto provoca una dispersión omnidireccional exterior. Scattering Mie: es otro tipo de scattering que se produce cuando las variaciones del material son a nivel del mismo orden que λ. A continuación se presenta una gráfica con niveles de cada tipo de atenuación en las 3 ventanas de transmisión de la fibra óptica. En esta gráfica se puede comprobar que la absorción por defectos atómicos y el Scattering Mie no son importantes en comparación con los demás mecanismos.

62 Los mecanismos extrínsecos no son inherentes a la fibra óptica. Estos son los siguientes: Absorción por impurezas: están provocadas por fallos en los procesos de fabricación de la fibra que provocan la formación de iones no deseados. Estos efectos se pueden reducir mejorando los procesos de fabricación. Aparición de iones metálicos: durante el proceso de fabricación se forman iones metálicos de Cu, Fe, Ni, Co que provocan unas bandas de absorción elevadas. Aparición de iones OH - : tienen su origen en la hidrólisis en el proceso de fabricación de la F.O. Esto provoca picos de absorción en determinadas bandas de frecuencia. Curvaturas: las curvaturas en la fibra también provocan atenuaciones en la misma. Estas atenuaciones pueden clasificarse en función del radio de curvatura del cable. Macrocurvaturas: se producen cuando el radio de curvatura es mucho mayor que el radio de la fibra óptica. Microcurvaturas: se producen cuando el radio de curvatura es del orden del radio de la fibra óptica. A continuación se presenta un gráfico de las atenuaciones provocadas por los diferentes mecanismos, tanto intrínsecos como extrínsecos. Se puede observar que hay un mínimos de atenuación en las 3 ventanas de transmisión: 850 nm (3 db/km), 1310 nm (0.5 db/km) y 1550 nm (0.2 db/km).

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64 Dispersión La dispersión es el fenómeno por el que un pulso se deforma a medida que se propaga a través de la fibra óptica, debido a que las diferentes componentes de la señal viajan a distintas velocidades, llegando al receptor en distintos instantes de tiempo. Esto provoca un ensanchamiento en los pulsos propagados, lo que da lugar a una ISI (Interferencia entre símbolos) que produce una distorsión en la señal recibida. Estas dispersiones se pueden caracterizar siguiendo diferentes aproximaciones: óptica geométrica, guía-onda óptica plana y óptica electromagnética. Existen varios tipos de dispersión: La dispersión intermodal se produce únicamente en fibras multimodo. Este tipo de dispersión es dominante en caso de existir. Esta dispersión es debida a que los diferentes modos se transmiten con diferentes velocidades de grupo y tardan tiempos diferentes en recorrerla. Por esta razón en el receptor se detecta un pulso diferente al original. La dispersión intramodal es la dispersión que se produce en un único modo de transmisión. Esta dispersión se puede dar tanto en fibras monomodo como en fibras multimodo. Hay varios tipos de dispersión intramodal: Dispersión cromática de guía: esta dispersión se produce con un índice de refracción constante. La razón de esto es que la geometría de la fibra provoca que la constante de propagación de cada modo cambie según la longitud de onda del pulso. Como se vio en apartados anteriores, el índice de refracción del núcleo y el revestimiento son diferentes. La potencia de un modo o rayo viaja dividida entre el núcleo y el revestimiento, de forma que el índice efectivo del modo depende del porcentaje de potencia de la señal que viaja por el núcleo. Esto modifica la constante de propagación de un modo a lo largo de la fibra y provoca la dispersión. Dispersión cromática de material: es una característica inherente al material y difícilmente puede ser modificada sin alterar la composición de la fibra y por lo tanto su atenuación. Esta dispersión es una consecuencia de la variación del índice de refracción según la longitud de onda. Los haces de luz de diferentes

65 Proyecto de ejecución de una red FTTH para un municipio longitudes de onda viajan a diferentes velocidades debido a este efecto. Dispersión de polarización: la constante de propagación es la misma en diferentes polarizaciones, y por tanto también lo es la velocidad de propagación en cada polarización. No obstante, no es siempre posible una circularidad perfecta en el núcleo de la fibra, lo que da lugar a que se produzcan efectos de dispersión en la misma. En la siguiente gráfica se muestran los efectos de la dispersión cromática en la fibra para las diferentes longitudes de onda. En función de su dispersión existen 3 tipos de fibras: SMF (Single Mode Fiber): es la fibra óptica monomodo estándar. DSSMF (Dispersion Shifted Single Mode Fiber): este tipo de fibra desplaza la dispersión de forma que permite una dispersión nula en tercera ventana. NZDFSMF (Non-Zero Dispersion-Flattended Single Mode Fiber): se caracteriza por tener una dispersión muy próxima a cero en tercera ventana, aunque no es nula. Este tipo de fibras se utilizan para tener un valor pequeño de dispersión cromática que pueda compensar los efectos producidos por los fenómenos no lineales.

66 Cálculos de atenuación y dispersión. Una vez definidos los parámetros de atenuación y dispersión de la fibra, es necesario realizar los balances de potencia y de dispersión. En este apartado se utilizan valores obtenidos de los datasheet que se van a utilizar en la ejecución del proyecto Balance de atenuación El cálculo del balance de potencia consiste, básicamente, en calcular la potencia que llega al receptor al atravesar toda la red óptica y comparar que sea menor a la sensibilidad del receptor. Esta potencia recibida limita la longitud máxima del enlace, es decir, la distancia entre el transmisor situado en la cabecera de la red y el receptor del que dispone el abonado. Si la longitud de la red es mayor que la distancia máxima posible entre el nodo de acceso y el abonado, no se garantiza una calidad aceptable en la recepción de la señal. Al tratarse de un sistema bidireccional, este cálculo debe realizarse en ambos sentidos, tanto en descendente como en ascendente. Cabe destacar, que el enlace ascendente es algo más delicado que el enlace descendente, puesto que el transmisor del ONT transmite con menor potencia que el transmisor del OLT. Por esta razón el receptor del OLT debe tener una sensibilidad especialmente baja.

67 Proyecto de ejecución de una red FTTH para un municipio Existen una serie de variables que intervienen en el cálculo del balance de potencia de la red y limitan el diseño de la misma y la elección de componentes. La condición general que debe cumplir la red FTTH en términos de potencia es la siguiente: P dbm S dbm M dbm opt, r s Donde: P opt, r [dbm]: es la potencia óptica recibida por el receptor del abonado. S[dBm]: es la sensibilidad del receptor. Es la potencia óptica o el número de fotones mínimo que debe llegar al receptor para que este garantice una tasa de error menor que la de las especificaciones. El BER es la tasa de error de bit, y es la relación entre el número de bits erróneos entre el número de bits transmitidos. Normalmente el BER M s [dbm]: es un margen de seguridad. Popt, r dbm Popt, t dbm Lc db Luniones db db / km L Donde: P opt, t : es la potencia transmitida por el transmisor. L c : son las pérdidas debidas a los conectores. L uniones : son las pérdidas debidas a empalmes. α: es la atenuación debida a la fibra. L: es la longitud del enlace de fibra. En este proyecto se realizan los cálculos del balance de potencia con los siguientes valores: Pérdidas de propagación para la fibra óptica:

68 - 1310nm: 0.35 db/km nm: 0.27 db/km. Pérdidas introducidas por los splitters: - Divisor 1:4: 7.2 db - Divisor 1:16: 13.8 db Pérdidas por conectores y empalmes: - Patchcord: 0.3 db - Conector: 0.4 db - Fusión: 0.1 db En cuanto a los transmisores, se utiliza un láser C+ para la señal en 1550 nm y uno B+ para 1310 nm. Se calcula el balance de potencia para el tramo más desfavorable en 3ª ventana: Distancia recorrida: 1455 m. Factores de división: 1:4 y 1:16 Nº de empalmes: 3 Nº de conectores: 7 Patchcord: 1 Sensibilidad del ONT: Potencia OLT: Longitud de onda: -28 dbm 3-7 dbm 1550 nm

69 Proyecto de ejecución de una red FTTH para un municipio P dbm S dbm M dbm opt, r s dbm 28 dbm 2 dbm Comprobamos que, efectivamente, se cumple la condición. Se calcula el balance de potencia para el tramo más desfavorable en upstream: Distancia recorrida: 1455 m. Factores de división: 1:4 y 1:16 Nº de empalmes: 3 Nº de conectores: 7 Patchcord: 1 Sensibilidad del OLT: Potencia ONT: Longitud de onda: -32 dbm dbm 1310 nm P dbm S dbm M dbm opt, r s dbm 32 dbm 2 dbm Comprobamos que, efectivamente, se cumple la condición. Este tipo de redes están diseñadas para cumplir balances de potencia a distancias mucho mayores a 1455 metros, que es la mayor distancia que sigue la señal en esta red FTTH, por esta razón y como era de esperar, se cumple en este caso el balance de potencia con un amplio margen.

70 Balance de dispersión La dispersión provoca un ensanchamiento en los pulsos luminosos que viajan a través de la fibra óptica. El comportamiento del pulso se ve afectado por las características de tres componentes: la dinámica del transmisor, el ensanchamiento del pulso a medida que es transmitido por la fibra ópica y la dinámica del receptor. El transmisor se caracteriza por el tiempo t tx, que es el tiempo de subida en el transmisor. Es el tiempo que tarda el pulso en pasar del 10% del nivel bajo al 90% del nivel superior. Este tiempo depende de factores como el tipo de láser y los datos del fabricante. La fibra óptica provoca un ensanchamiento del pulso debido al efecto de dispersión, σ T. Este valor de σ T viene definido en las especificaciones técnicas de la fibra óptica. El receptor se caracteriza por el tiempo t rx, o tiempo de subida del receptor. Se define a este valor como el tiempo que tarda en pasar del 10% del nivel bajo al 90% del nivel superior. Este valor es dependiente del tipo de fotodetector y de los datos del fabricante. Estos tres valores definen la dinámica del sistema completo en lo que a cálculo del balance de dispersión se refiere. Definen el valor del tiempo de respuesta global del sistema t r. Este valor se calcula como: tr ttr T trx De esta ecuación se deduce que la dinámica del sistema viene limitada por la componente más lenta del sistema. Usualmente, las dinámicas de los transmisores y los receptores no definen la dinámica del sistema, puesto que son más rápidas que la de la fibra óptica. Se define un criterio de diseño para que un sistema funcione correctamente, cumpliendo la condición: t r 1 1 Tb k k R b

71 Proyecto de ejecución de una red FTTH para un municipio Donde tr es el tiempo de respuesta global del sistema y Rb es el régimen binario. El valor de k se fija para obtener un buen criterio de diseño que permita que el sistema funcione correctamente. El valor de k depende de la estructura de la señal. Se aplica un valor de k = 2 para una señal con RZ mientras que se utiliza el valor k = 4 para NRZ. Partiendo del supuesto anterior, que establece que el valor de σ T >> t tx y σ T >> t rx, que se comprueba atendiendo a las especificaciones técnicas de los elementos que vamos a utilizar en el despliegue de nuestra red, se puede suponer que el valor de t r σ T, o lo que es lo mismo, el ensanchamiento del pulso debido al efecto de dispersión. Teniendo en cuenta los datos anteriores se puede fijar la longitud máxima de un enlace para su balance de dispersión. 1 tr T D L k Rb Para: t r : tiempo de respuesta global del sistema. D: valor de dispersión de la F.O aportado por el fabricante. L: longitud del enlace. Δ λ : viene definido por el láser utilizado. De donde se llega al régimen binario de un sistema para que no exista ISI en una determinada longitud, que se define como: R b 1 k D L max De esta forma se limita el sistema en dispersión. Para aumentar el régimen binario del

72 mismo, será necesario disminuir la longitud máxima y viceversa. Se realizan los cálculos para los valores de nuestro proyecto. Se calcula el balance de dispersión para el tramo más desfavorable en 3ª ventana: Distancia recorrida: 1764 m k: 4 Dispersión: Coeficiente de dispersión: Longiutd de onda: 18 ps nm/ km 0.18 nm 1550 nm R [ ] b Gbps Comprobamos que, efectivamente, es mayor que el mínimo que deben garantizar las redes GPON. Se calcula el balance de potencia para el tramo más desfavorable en 2ª ventana: Distancia recorrida: 1764 m K: 4 Dispersión: Coeficiente de dispersión: Longitud de onda: ps nm/ km 10 nm 1310 nm R [ ] b Gbps

73 Proyecto de ejecución de una red FTTH para un municipio Comprobamos que, efectivamente, es mayor que el mínimo que deben garantizar las redes GPON Justificacion del cumplimiento de ordenanzas. No existe información técnica específica en las ordenanzas para este tipo de instalaciones, si bien se cumplirán en todo momento las siguientes normas locales: - Normas urbanísticas del municipio. - Ordenanzas fiscales en vigor. Se tendrá especial atención a las indicaciones en cuanto al impacto visual de los equipos en fachada Justificacion del cumplimiento del PGOU. No existen especificaciones técnicas para este tipo de instalaciones descritas en el PGOU en vigor. En cualquier caso se realizará la instalación de acuerdo a los requerimientos del propio municipio en cuestión de infraestructuras de telecomunicaciones Justificacion del cumplimiento de la Ley GIGA. La documentación requerida se contempla en la siguiente tabla extraida de [5]:

74 Según se indica en el Anexo I del Decreto 356/2010, de 3 de agosto, por el que se regula la autorización ambiental unificada, se establece el régimen de organización y funcionamiento del registro de autorizaciones de actuaciones sometidas a los instrumentos de prevención y control ambiental, de las actividades potencialmente contaminadoras de la atmósfera y de las instalaciones que emiten compuestos orgánicos volátiles, y se modifica el contenido del Anexo I de la Ley 7/2007, de 9 de julio, de Gestión Integrada de la Calidad Ambiental, en particular en su punto 13.57, las Infraestructuras de Telecomunicaciones han de ser sometidas al instrumento denominado Calificación Ambiental. El objeto de la actividad se define en el apartado correspondiente.

75 Proyecto de ejecución de una red FTTH para un municipio Los edificios en los que se han de instalar cada uno de los equipos serán viviendas o locales una vez obtenido el permiso del propietario. Los únicos equipos activos a instalar son los ubicados en la cabecera o central. Son dichos elementos los susceptibles de aplicación de Calificación ambiental ya que el resto de material es completamente pasivo e inocuo. Las distancias entre la cabecera y las diferentes edificaciones se indican a continuación, siendo posible comprobarlas en los planos correspondientes: Distancia a vivienda más cercana: 5 metros. Distancia a pozos de agua: 250 metros. Distancia a centros públicos: 150 metros. Distancias a industrias calificadas: 650 metros Maquinaria y procesos productivos. No existe proceso productivo. No existe maquinaria pesada. La pequeña maquinaria a utilizar será material para transporte de equipos (vehículos a motor con documentación en vigor) o pequeñas herramientas para instalación del equipamiento. Siempre incluirán marcado CE Materiales empleados, almacenados y producidos. La actividad objeto del proyecto no requiere la producción de materiales. El equipamiento empleado se describe en el apartado correspondiente, contando en todo caso con su marcado CE y asegurando su adquisición de proveedores que cumpla la legislación en materia de medio ambiente. El equipamiento almacenado será tratado de manera similar.

76 Riesgos ambientales previsibles y medidas correctoras. En este apartado se describen los riesgos ambientales previsibles y medidas correctoras propuestas, también se indica el resultado final previsto en situaciones de funcionamiento normal y en caso de producirse anomalías o accidentes Ruidos y vibraciones. Los equipos instalados no emiten ruidos ni vibraciones apreciables, ya que se tratan de equipos electrónicos de pequeño tamaño Emisiones a la atmósfera. No procede Utilización del agua y vertidos líquidos. No procede Generación, almacenamiento y eliminación de residuos. No procede Almacenamiento de productos. No procede.

77 Proyecto de ejecución de una red FTTH para un municipio Medidas de seguimiento y control para garantizar el mantenimiento de la actividad dentro de límites permisibles. Se incluyen las siguientes medidas: Medidas técnicas: - Diseño adecuado de las instalaciones, configurando de manera óptima el diseño de la red. Medidas organizativas: - Las zonas donde se ubican los equipos de cabecera son de acceso a personal autorizado, encontrándose todas ellas en propiedad privada. - En el caso de no existir averías se realizan labores correctivas y preventivas trimestralmente. - De acuerdo a la Orden Ministerial del 14 de Octubre de 1999 del Ministerio de Fomento se requieren los datos en una base trimestral y se ofrecerán datos de la localidad. - Trimestralmente, se analizarán los resultados obtenidos, estudiando las causas de las desviaciones de funcionamiento de los equipos, si las hubiera, o proponiendo mejoras y adoptando soluciones de las que se responsabilizarán las personas concretas del mismo. - Se designará un responsable de la implantación de cada acción decidida, para que la aplique e informe de su evolución.

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