Análisis de los límites tecnológicos de acceso de banda ancha, soluciones FTTH y Amplificación óptica en acceso

Transcripción

1 Análisis de los límites tecnológicos de acceso de banda ancha, soluciones FTTH y Amplificación óptica en acceso Autor: Francesc Bonada Bo Director: José A. Lázaro Villa

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3 Hasta el infinito y más allá! Buzz Lightyear

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5 Agradecimientos En primer lugar querría dar las gracias a mi director José A. Lázaro y a en Josep Prat, para ofrecerme la oportunidad de trabajar con ellos y ayudarme a lo largo del proceso. Gracias Jose para guiarme, ayudarme y demostrar una paciencia infinita. Dar las gracias al GCO, a Josep Maria, Mireia, Cristina, Carles, Eduardo y especialmente a Víctor por la ayuda y la paciencia que me ha ofrecido en las tareas de laboratorio. A los proyectistas con quienes he compartido momentos de trabajo y de no tanta, Joan Miquel, Reynaldo, Noe y especialmente a en Miquel por más de 6 meses de trabajo conjunto y tertulias deportivas. Y sobre todo a mis padres y a mi hermano. Francesc Bonada Bo

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7 Índice Índice La Banda Ancha Introducción Soluciones xdsl Soluciones FTTH La Banda Ancha en España SARDANA Introducción Arquitectura del SARDANA. Descripción L anillo WDM La Central Office El Nodo Remoto Terminal óptico d usuario Objetivos del proyecto dentro la red SARDANA Introducción a l amplificació óptica Introducción L Amplificador óptico mediante fibra dopada Modelo teórico Modelo de dos niveles Espectro de l EDFA Factor d inversión de población Configuración habitual Single Channel Introducción Set-up utilizado Medidas en pequeña señal OSNR Signal Gain Estudio del Ruido Resumen de las medidas realizadas Medidas en Saturación Ganancia en saturación OSNR Figura de ruido Bombeig Copropagant y contrapropagant Medidas WDM Introducción Primeros pasos Medida de canales WDM en pequeña señal Medida de Canals WDM en saturación

8 Índice Black Box Modelo Introducción Modelo teórico Modelatge de la Ganancia Medidas realizadas BBM EDF 15m Modelatge de la figura de ruido Extensión del modelo en caja negra Introducción Creación del modelo Dependencia con la longitud Dependencia con la potencia de bombeig Medidas Realizadas Utilización del modelo creado Comprobación experimental del modelo desarrollado Comprobación del modelo por la fibra de 15m Conclusiones Anexo 1: Caracteristiques EDF HE Anexo 2: Medidas BBM por EDF 5m y 15m Anexo 3: Medidas realizadas Anexo 4: Artículos publicados Referencias

9 Capítulo 1: La Banda Ancha La Banda Ancha 1.1 Introducción Cada día aparecen nuevas aplicaciones como pueden ser la descarga de datos, vídeo de alta definición, juegos online, música y contenidos multimedia, voz sobre ip, domótica, etc. Figura 1.1: Nuevos servicios y anchos de banda necesarios - 9 -

10 Capítulo 1: La Banda Ancha Cómo podemos observar en la Fig 1.1 las nuevas aplicaciones que aparecen con fuerza en la sociedad de la información requieren anchos de banda cada vez mayores. Para poder dar servicio a estas nuevas aplicaciones hará falta pues aumentar el ancho de banda del usuario final, a través de nuevas tecnologías de acceso como pueden ser ADSL2, VDSL, VDSL2 o FTTH (Fiber To The Home). A continuación realizaremos un pequeño estudio descriptivo y comparativo de las diferentes tecnologías, comparando los anchos de banda y las distancias alcanzables por cada una dellas. Podemos diferenciar pero 2 grandes grupos, las soluciones xdsl y el FTTH. 1.2 Soluciones xdsl La familia de soluciones xdsl (Digital Suscriber Line) se caracteriza por aprovechar el par trenzado de la línea telefónica que llega al hogar del usuario para la transmisión de datos. Dentro de la familia podemos diferenciar: ADSL: Asymmetric DSL ADSL2 ADSL2+ VDSL: Very high speed DSL VDSL2 Cada una de las diferentes técnicas de acceso presenta diferentes características de capacidad, alcance, etc. Un cuadro resumen de las principales características de cada una dellas es el siguiente: Family ITU Name Ratified Maximum Speed capabilities ADSL G G.dmt Mbps down, 8 kbps up ADSL2 G G.dmt.bis 22 8 Mb/s down, 1 Mbps up ADSL2plus G ADSL2plus Mbps down, 1 Mbps up ADSL2-RE G Reach Extended 23 8 Mbps down 1 Mbps up SHDSL G G.SHDSL Mbps up/down VDSL VDSL2 G Very-high-data-rate Mbps down, 15 Mbps DSL up G Very-high-data-rate DSL Mbps up/down Tabla 1.1: Características de la familia xdsl [DSLforum] - 1 -

11 Capítulo 1: La Banda Ancha Y el uso espectral que realizan lo podemos observar en la siguiente figura: Figura 1.2 Como podemos observar en la Fig 1.2 Las bandas utilizadas por cada una de las tecnologías xdsl son las siguientes: Tecnología ADSL, ADSL2 ADSL2+ VDSL VDSL2 Tabla1.2 Banda utilizada 25.8 KHz a 114 KHz 25.8 KHz a 228 KHz Hasta 12 MHz Hasta 3 MHz Finalmente podemos ver el alcance en distancia de las diferentes tecnologías xdsl en la siguiente figura: Figura 1.3: Alcance de la familia xdsl [adslzone] Cómo podemos observar ADSL2+ y VDSL ofrecen capacidades muy superiores respecto ADSL en distancias cortas entre el hogar del usuario y la centralita telefónica. No obstante a medida que esta distancia aumenta la capacidad va disminuyendo tendiendo al valor del ADSL convencional. A partir de 1.5 km ADSL2+ proporciona la misma velocidad que un ADSL simple

12 Capítulo 1: La Banda Ancha Figura 1.4 [adslzone] Las principales características del ADSL 1 era generación son las siguientes: Envía la información sobre 256 subportadoras posibles, con un ancho de banda de 4.3KHz cada una, con modulación codificada y concatenada. La distribución de los bits/s sobre los tonos no es uniforme y depende del canal de transmisión, bit loading. Utiliza modulación/desmodulación DMT (Discrete MultiTone) codificada. Figura 1.5: Canales del ADSL Las mejoras de ADSL2 respeto ADSL son: Mayor eficiencia espectral de las modulaciones codificadas de los tonos Mejor codificación de canal

13 Capítulo 1: La Banda Ancha Mejor empaquetado de las tramas Adaptación de la velocidad en función de la potencia de ruido, interferencias y distorsiones. Se reduce la potencia emitida cuando no se transmite en línea y así se evitan diafonías entre pares del mismo cable. ADSL2+ permite distancias mayores respeto ADSL2, permite reducir efectos de interferencias y diafonías y adapta la velocidad en tiempo real según las condiciones del canal de transmisión SRA (Seamless Rate Adaption). Por su parte VDSL y VDSL2 son la evolución natural del ADSL2+. Cómo vemos en la Tabla 1.2 el ancho de banda aumenta hasta los 3 MHz, utiliza la modulación DMT al igual que la familia ADSL, pero admite hasta 496 tonos, 8 veces más que ADSL2+. El objetivo futuro a lograr será VDSL2 para poder dar servicio a todas las aplicaciones vistas en la Fig 1.1. Para alcanzar este objetivo hará falta realizar cambios en las redes de acceso. La evolución natural de una tecnología a la otra conducirá en primer lugar a cambiar las centralitas para hacerlas compatibles con VDSL, puesto que estas serán compatibles con ADSL2+, y entonces llegará la tecnología final al usuario. ADSL2+ Modem ADSL2+ Modem ADSL2+ Modem DSLAM ADSL2+ Line Card Phase 1: large installed base ADSL/2+ ADSL2+ Modem ADSL2+ Modem ADSL2+ Modem DSLAM VDSL2 Line Card Phase 2: DSLAM upgrade CPEs can "stay as they are" ADSL2+ Modem VDSL2 Modem ADSL2+ Modem VDSL2 Modem DSLAM VDSL2 Line Card Phase 3: selective upgrade of CPEs dependent on selected service Figura 1.6: Paso natural de ADSL2+ a VDSL2 [Lind5] El principal problema de estas tecnologías es que las capacidades teóricas distan mucho las velocidades reales ofrecidas a los usuarios debido a la saturación del par trenzado, que provoca interferencias entre diferentes pares limitando la máxima velocidad de transmisión, haciendo que ADSL2 y ADSL2+ no aporten las mejoras esperadas

14 Capítulo 1: La Banda Ancha Debido al reducido alcance que muestran, 1.5km, se convierten en buenas soluciones para zonas con densidad de población elevada como ciudades, pero ineficientes en entornos rurales o de baja densidad de población. Hace falta remarcar que las capacidades ofrecidas si bien son suficientes actualmente, a medida que nuevas aplicaciones entren con fuerza en la sociedad de la información estas tecnologías se verán incapaces de ofrecer el ancho de banda necesario para darles servicio. La solución de futuro recae en las tecnologías FTTH, que permiten ofrecer anchos de banda muy superiores a las tecnologías xdsl en mayores distancias. 1.3 Soluciones FTTH Las soluciones FTTH permiten anchos de banda muy superiores a los ofrecidos por las tecnologías xdsl, con la gran entaja de ofrecer mayores distancias. Este hecho hace que las soluciones FTTH sean igualmente válidas para zonas altamente pobladas o para zonas rurales con baja densidad de población. La fibra óptica al disponer de un ancho de banda prácticamente ilimitado, del orden de los Terabits/s, y ser insensible a las interferencias electromagnéticas, ofrece un medio de acceso universal capaz de satisfacer el ancho de banda demandado actualmente así como el demandado en los próximos 3 o 5 años. Actualmente en Japón más de 6 millones de usuarios (datos de final de marzo de 27) disponen de un ancho de banda de 1Mbit/s mediante soluciones FTTH al precio del ADSL, mostrándose en estos momentos la solución preferida por los usuarios japoneses y superando el número de usuarios de ADSL, que ha disminuido en 36. el último año [asa]. En los EEUU más de 1 millón de usuarios ya cuentan con acceso de banda ancha por fibra óptica [giga], mientras que Europa se encuentra más retrasada y cuenta tan sólo con unos 7. usuarios de FTTH [opt]. Actualmente existen dos soluciones de FTTH en fase de despliege. La recomendación EPON (Ethernet Passive Optical Network) basada en la tecnología Ethernet ampliamente utilizada en ASIA, y la recomendación GPON (Gigabit Passive Optical Network) desarrollada por las grandes empresas fabricantes de equipos de Europa y EEUU. Haciendo uso de estas tecnologías, una fibra óptica puede ofrecer acceso de banda ancha a un máximo de 64 usuarios a una distancia de 2km. Estas limitaciones supondrían una inversión considerable en caso de realizarse un despliege masivo de soluciones FFTH, debido al alto coste de la obra civil necesaria para el despliege de la fibra óptica

15 Capítulo 1: La Banda Ancha Alternativamente, se pueden desarrollar nuevas soluciones que permiten dar servicio a un mayor número de usuarios (por ejemplo 124 usuarios mediante 2 fibras) y una mayor distancia (1km) mediante el uso de la nueva arquitectura de red SARDANA [Lázaro6] que describiremos con detalle en el capítulo 2. Una red de acceso por fibra óptica capaz de ofrecer servicio a un número tan elevado de usuarios y cubriendo distancias tan grandes requiere de un sistema de regeneración de la señal. La solución más sencilla tecnológicamente consiste en incorporar elementos activos en la red de acceso, que ocupan un espacio importante en la vía pública, tal y cómo se muestra en la siguiente figura: Central a) Central b) Subministrament elèctric Caseta en la via pública Usuari Usuari T T T Fibra Òptica amb canalització subterrània Fibra Òptica amb canalització subterrània Node Remot enterrat Fibra Dopada amb Erbi Figura 1.7: a) red de acceso por fibra óptica que incluye casetas con EDFAs que requieren suministro eléctrico, b) red de acceso por fibra óptica mediante amplificación óptica remota que no requiere casetas en la vía pública Si se quiere evitar la invasión del espacio público de las ciudades debido a la proliferación de casetas en la vía pública, la regeneración de la señal óptica se puede llevar a cabo mediante el uso de la Amplificación Óptica con Bombeo Remoto, también denominada para abreviar Amplificación remota. Consiste en situar secciones de fibra dopada con Erbio en los puntos de la red en que se requiere una regeneración de la señal. Estas fibras dopadas requieren una energía óptica, el bombeo, para llevar acabo la regeneración de la señal. Mientras que en la solución a), el bombeo se aporta mediante lásers situados en la cabina, que requieren suministro eléctrico y unas adecuadas condiciones estables de temperatura; en la solución propuesta b) la energía óptica que actúa como bombeo es generada en la Central, donde ya existen otros equipos que requieren suministro eléctrico y un entorno controlado, y enviada hasta el Nodo Remoto enterrado por la misma fibra óptica. Mediante la amplificación óptica con bombeo remoto, la red de acceso por fibra óptica es completamente pasiva y requiere unos costes de instalación y mantenimiento menores. El objetivo final del proyecto es analizar estas técnicas de amplificación óptica con bombeo remoto y cuantificar en que medida las infraestructuras de acceso de banda ancha basadas en fibra óptica pueden ser extendidas a un mayor número de usuarios y distancias, reduciendo en la medida de lo posible la obra civil necesaria para la instalación de nuevas fibras ópticas

16 Capítulo 1: La Banda Ancha Trabajos anteriores [Lázaro7] muestran unos primeros resultados de esta técnica, siendo necesario todavía un importante y amplio trabajo de optimización de las longitudes de fibra necesarias, potencias de bombeo y dependencia de la ganancia y la figura de ruido a estas variables. La red de fibra óptica propuesta permite lograr distancias mucho mayores (1kms) que las soluciones ADSL habituales. Permite ofrecer acceso de banda ancha no sólo en entornos urbanos, habitualmente cubiertos por las soluciones ADSL actuales, sino también en entornos rurales, que representan la parte más desfavorecida de la brecha digital, puesto que gracias a la fibra óptica podemos dar servicio a una población más dispersa geográficamente. 1.4 La Banda Ancha en España España es de los países donde la banda ancha está menos implantada y donde los precios del Mbit/s son más caros. Este hecho dificulta la expansión de nuevas aplicaciones en el entorno de la sociedad de la información. Figura 1.8: banda ancha en el mundo, año 26 [elpais] Como se observa en la Fig 1.8 España se encuentra en la posición número 28 de la velocidad media, mientras que el precio por Mbit/s es de los más elevados. Por contra países de extremo oriente como Japón y Corea son punteros tanto en capacidades como en precios ofrecidos a los usuarios. Otro factor a considerar es la penetración de la banda ancha en los hogares, es decir cuántos hogares cuentan con un acceso de banda ancha

17 Capítulo 1: La Banda Ancha Figura 1.9: Los 25 primeros países en penetración de la banda ancha Como se observa en la Fig 1.9 España no se encuentra entre los 25 países en penetración de banda ancha en los hogares. Es decir menos de la mitad de los hogares españoles disponen de un acceso de banda ancha. Podemos concluir que tanto en penetración de banda ancha, como en capacidades ofrecidas y precios, España presenta graves deficiencias que dificultan la implantación de nuevos servicios. Para paliar este desfase respecto los países punteros en acceso de banda ancha varios proyectos se están llevando a cabo. Los más destacados son: Plan 5 de Telefónica que mediante el uso de VDSL pretende ofrecer 5Mbit/s [adslzone] Adamo que mediante fibra óptica desplegada por Alcatel en las comarcas asturianas de Nalón y Caudal ofrecerá 1Mbit/s de bajada y 2Mbit/s de subida por 29 euros utilizando FTTH [adslzone] Despliege de fibra óptica en Viladecans y Centelles por parte de Localret [elpais2]

18 Capítulo 1: La Banda Ancha

19 Capítulo 2: SARDANA SARDANA 2.1 Introducción Mientras que las arquitecturas TDM-PON están estandarizadas (BPON, EPON y GPON) y se están desplegando en algunas partes del mundo, sobre todo en Asia y Estados Unidos, la investigación actual se centra en las redes de acceso AN (Acces Networks) de nueva generación que ofrecen una gran densidad de usuarios, largo alcance en distancia, flexibilidad, escalabilidad y robustez. Los principales requisitos de las redes ópticas pasivas de nueva generación NGPON (New Generation Passive Optical Networks), son los siguientes [Prat6] : Outside Plant completamente pasiva Alta densidad de usuarios (>3) Alta velocidad (>1Gbps) Ancho de banda elevado por usuario (>1Mbps) Capacidad de cubrir grandes distancias (>5km) Acceso bidireccional por una sola fibra, simplificando así el cableado y reduciendo los costes

20 Capítulo 2: SARDANA ONUs independientes de la longitud de onda asignada al usuario (colourless) Generación de la señal óptica y monitorización centralizados en la CO Aprovisionamento de recursos de manera dinámica (DBA, DWA, GBA) Protección y seguridad incorporada Escalabilidad, capacidad de aumentar el número de usuarios, nodos remotos, capacidades, etc. Como consecuencia de las altas inversiones que han significado por los operadores la instalación de infraestructuras FTTH (Fiber To The Home), obliga a pensar y desarrollar mecanismos que nos permitan realizar la migración hacia las NGPONs aprovechando las inversiones ya realizadas. Un objetivo primordial en el diseño de estas nuevas arquitecturas es la creación de una infraestructura óptica pasiva y transparente, garantizando de esta manera que pueda satisfacer futuras demandas varias [Prat6b]. Las redes de acceso ópticas evolucionarán de la tecnología TDM-PON hacia la CWDM-PON y finalmente hacia las DWDM-PON, para conseguir mayores prestaciones en temas como escalabilidad, capacidad, seguridad, etc. Las redes de acceso que combinan la metodología TDM con la WDM son una solución intermedia, escalable y económicamente efectiva entre las TDM-PON ya desplegadas y las redes de nueva generación WDM-PON puras [Bock5]. Es decir, son el paso lógico en la migración, puesto que permiten un aumento del ancho de banda disponible por usuario respecto las redes TDM, sin asumir todos los costes de despliegue de las redes puramente WDM. A pesar de que el ancho de banda proporcionado por una red WDM/TDM-PON es menor al proporcionado por una red WDM-PON, se ha demostrado que este ancho de banda puede ser asignado de manera más flexible en el primer caso. De hecho, en caso de tráfico heterogéneo una red WDM/TDM se puede comportar mejor que una WDM-PON [Bock5b]. Un ejemplo de red híbrida WDM/TDM-PON es el SARDANA (Single-fiber-tree Advanced Ring-based Dense Network Architecture), que se presenta a continuación y que ha sido la red de acceso de nueva generación para la cual se ha realizado el estudio de diseño y optimización de la amplificación óptica

21 Capítulo 2: SARDANA 2.2 Arquitectura del SARDANA. Descripción SARDANA es una arquitectura de largo alcance, alta densidad de usuarios, con centralización en la generación de la señal óptica en la Central Office (CO) y que utiliza un RSOA (Reflective Semiconductor Optical Amplifier) como ONU para la modulación de los datos de subida. La topología se basa en un anillo central transparente a la longitud de onda y árboles con longitudes de onda dedicada. Combina la tecnología TDM y WDM, utilizando árboles de una sola fibra que se conectan a un anillo de doble fibra. En su versión inicial puede dar acceso a más de 1 usuarios, distribuidos a grandes distancias de la CO, y con anchos de banda por usuario superiores a 1Mbps. Podríamos diferenciar dos grandes partes en la arquitectura de la red, un anillo WDM y unos árboles TDM que se conectan al anillo anterior mediante los nodos remotos (RN). 1:K ONU CO λ D 1,, λd m RN 2 RN 1 λ U 1,, λ U 2N Upstream Signals WDM RING RN i 1:K ONU 1:K ONU TDM TREE ONU ONU ONU ONU RSOA RN j λ U 1,, λ U 2N RN N RN N-1 1:K PIN/APD Bidirectional Transmission ONU λ D m+1,, λd 2N Downstream Signals Figura 2.1: Arquitectura de red Cada árbol es una red TDM-PON y tiene una longitud de onda dedicada la cual es bajada o incorporada (add&drop), según si es Uplink o Downlink, al anillo WDM a través de los nodos remotos. Cómo cada nodo remoto tiene dos árboles, necesitaremos dos longitudes de onda en la CO para cada uno dellos. La utilización de árboles single-fiber bidireccionales para acceder a los usuarios

22 Capítulo 2: SARDANA simplifica de manera considerable la planta externa, reduciendo el número de cables a considerar [Lázaro7]. En la CO encontramos el conjunto de lásers sintonizables que nos permitirán dar servicio a los diferentes árboles TDM. De esta manera la parte WDM se utiliza para el enrutado, mientras que la parte TDM se encarga de la multiplexación. La CO dispone de commutadores ópticos que nos permiten escoger en qué dirección queremos recorrer el anillo, si este-oeste o viceversa, en función de la atenuació que presenta la red hasta el nodo remoto que queremos alcanzar. Con esta redundancia nos protegemos ante cortes en la fibra, puesto que siempre será posible acceder a todos los nodos remotos ya sea en una dirección o en la otra. Es decir la red es robusta ante posibles cortes en la fibra óptica del anillo. RN1 RN2 CO WDM RING RNi RNj RNN RNN-1 Figura 2.2: Robustez ante cortes en el anillo Una vez escogida la dirección del anillo en que queremos transmitir, se sintoniza el láser a la longitud de onda del árbol TDM al cual está conectada la ONU a la que queremos acceder. A través de la función de add&drop del nodo remoto bajamos esta longitud de onda del anillo al árbol escogido. Mecanismos y protocolos de asignación de ancho de banda dinámico (DBA) pueden ser implementados para optimizar la transmisión en la red. La utilización de ONUs agnósticas a la longitud de onda, también denominadas colourless ONUs, idénticas para todos los usuarios, evita la utilización de fuentes láser en el terminal de usuario, disminuyendo de esta manera el mantenimiento necesario [Lázaro7]. Cómo hemos comentado anteriormente, las ONUs están basadas en RSOAs y por tanto no generan luz. Reflejan, remodulen y amplifiquen la luz a su entrada. Por este motivo dentro el slot temporal de cada ONU, tendremos que realizar una multiplexación en tiempo

23 Capítulo 2: SARDANA entre los datos de bajada y una portadora que envía la CO para que el RSOA pueda remodularla y así enviar los datos de subida. Figura 2.3: Datos de downstream y portadora óptica multiplexados en tiempo Una vez remodulada la portadora, la señal es enviada a través del árbol TDM al nodo remoto y al anillo WDM en dirección a la CO, siguiendo el mismo camino que en el caso del downlink. Cómo en el árbol TDM tenemos transmisión bidireccional, posibles efectos no deseados que pueden perjudicar el rendimiento del sistema se tienen que tener en cuenta, como es el caso del Rayleigh Backscattering. En el nodo remoto necesitaremos amplificación óptica para compensar las pérdidas de 5dB que la señal padece a lo largo de su recorrido y adecuarlas al estándar GPON. Obtendremos la amplificación óptica gracias al uso de EDFAs. Es importante destacar que aun usando amplificación remota la red se mantiene completamente pasiva puesto que las señales de bombeo son enviadas desde la CO, realizando de esta manera amplificación remota. También es importante mantener el anillo completamente transparente a la longitud de onda para garantizar la escalabilidad del SARDANA y poder aumenta de esta manera el número de nodos remotos, y en consecuencia el número máximo de usuarios sin tener que modificar los nodos remotos ya instalados. Dos árboles PON son conectados a cada RN, con un coeficiente de división de 1:K tal como podemos observar en la Fig 2.1, el número de usuarios K es flexible. El número máximo de usuarios a los que podemos dar servicio viene determinado por la siguiente expresión [Lázaro7] : Users = 2 RN K 2. En función del valor de K, el ancho de banda por usuario para unos 16, 32 o 64 usuarios es 156, 78 y 39Mbits/s respectivamente para una velocidad de downlink de 2.5Gbits/s full-dúplex

24 Capítulo 2: SARDANA Para garantizar la compatibilidad de las nuevas redes de acceso con los protocolos ya estandarizados, mantendremos K en este rango de valores y aumentaremos el número de usuarios añadiendo más nodos remotos al anillo WDM. Figura 2.4: Test-bed del SARDANA A continuación describiremos con más detalle las partes claves de la arquitectura de red SARDANA. 2.3 El anillo WDM Una de las partes más importantes e innovadoras del SARDANA es la utilización de un anillo double-fiber en el que circulan todas las longitudes de onda de la red

25 Capítulo 2: SARDANA Figura 2.5: Esquema del anillo WDM Se utiliza un anillo para los datos de bajada y otro para los datos de subida, y cómo hemos visto antes podemos utilizar cualquiera de las dos direcciones, este u oeste, para conseguir el camino de menos atenuación de la señal. El principal motivo para la utilización de un anillo de dos fibras es evitar efectos no deseados, como por ejemplo el Rayleigh Backscattering que se puede producir al utilizar la misma longitud de onda para el downlink que para el uplink, y que en el anillo al ser de mayor longitud puede producir mayores problemas. En el caso de los árboles TDM, al ser de menor longitud estas interferencias serán menores. Estudios han demostrado que en distancias menores a 1km las interferencias del tipo Rayleigh Backscattering son tolerables [Prat6c]. Las señales de bajada (λ D i ) y las de subida (λ U i ) son acopladas al anillo correspondiente mediante los conmutadores ópticos situados en la CO. El tráfico de bajada, modulado utilizando una 32 TDM PON, pasará por todo el anillo hasta llegar al nodo remoto correspondiente al usuario en cuestión, donde a través del drop bajará e irá al árbol correspondiente. Por otro lado la señal de bombeo también tiene que ser acoplada a uno de los dos anillos en la CO. Debido a que la potencia de esta señal es elevada, producirá amplificación Raman en el anillo en que circule. Preferiblemente pues, será acoplada al anillo de uplink puesto que las señales de subida serán normalmente de menor potencia. 2.4 La Central Office La complejidad de la red recae en la central office, este hecho es altamente interesante puesto que el coste de esta se reparte entre todos los usuarios de la PON, por lo tanto es la solución más cost effective y permite mantener la planta externa completamente pasiva. En a CO del SARDANA es donde encontramos el conjunto de lásers sintonizables que nos permitirán dar servicio a todos los usuarios, por ejemplo

26 Capítulo 2: SARDANA en el test-bed se han utilizado lásers Grating Coupler Sampled Reflector (GCSR). Figura 2.6: Láser GCSR A la salida de cada uno de estos lásers tenemos los conmutadores ópticos OS (Optical Switch) mencionados anteriormente, que nos permitirán escoger en qué dirección, este u oeste, recorremos el anillo hasta lograr el nodo remoto al cual el usuario destino está conectado. Para acoplar todos los lásers en una sola fibra utilizaremos un AWG

27 Capítulo 2: SARDANA Figura 2.7: Esquema del Tx de la CO Esta solución es la más robusta, puesto que nos garantiza que somos capaces de escoger la dirección de giro en el anillo para cada una de las longitudes de onda, de forma completamente independiente al resto. Es decir, somos capaces de enviar λ 1 en dirección este y λ 2 en dirección oeste en función de la atenuación que presenta el anillo hasta llegar a los nodos remotos correspondientes a λ 1 y λ 2. En el caso del upstream, en lugar de un array de lásers, dispondremos de un array de receptores, pero el funcionamiento será similar. Desacoplaremos las distintas longitudes de onda con ambos AWG y a través de los commutadores ópticos escogeremos la dirección de recepción: este u oeste. Figura 2.8: Esquema del RX de la CO En la Fig 2.8 podemos observar los lásers de bombeo y los multiplexores WDM que los acoplan al anillo de upstream para obtener los beneficios de la amplificación Raman. Utilizamos dos lásers de bombeo para tener un bombeo balanceado y obtener robustez ante posibles cortes en la fibra

28 Capítulo 2: SARDANA 2.5 El Nodo Remoto En la arquitectura de red SARDANA el nodo remoto es la pieza clave que se encarga de compatibilizar el anillo WDM con los árboles TDM. La primera función a realizar del nodo remoto es el add&drop, para la cual utilizaremos dos filtros ópticos y un acoplador 5/5. λ Ring λ 1 + λ 2 λ-( λ 1 + λ 2 ) λ 1 + λ 2 λ 1 + λ 2 λ 1 + λ 2 λ Ring 5/5 λ 1 + λ 2 λ 1 + λ 2 Tree Tree Figura 2.9: Add&drop En la Fig 2.9 podemos ver el esquema de bloques de la parte del RN que se encarga de realizar el add&drop. Por el anillo WDM llegan al nodo remoto, en la dirección escogida desde la CO, todas las longitudes de onda de la red. Esta señal WDM que llega al RN es filtrada a través de los filtros del nodo remoto, de forma que todas las longitudes de onda excepto dos pasan a través del filtros y siguen circulando por el anillo hasta llegar a su correspondiente RN. Las longitudes de onda filtradas, que serán las que darán servicio a los árboles TDM conectados al nodo remoto, pasan a través de un acoplador 5/5 para distribuirlas entre los dos árboles

29 Capítulo 2: SARDANA Figura 2.1: Nodo remoto montado para el Test-bed Gracias a esta configuración completamente simétrica del nodo remoto podemos llegar en la dirección que creamos oportuna, puesto que el add&drop es independiente de la dirección de llegada de la señal WDM. λ Ring λ 1 + λ 2 λ-( λ 1 + λ 2 ) λ 1 + λ 2 λ 1 + λ 2 λ 1 + λ 2 λ Ring 5/5 λ 1 + λ 2 λ 1 + λ 2 Tree Tree Figura 2.11: Funcionamiento para el downstream En la Fig 2.11 podemos ver un ejemplo del funcionamiento del nodo remoto en el supuesto de que la señal WDM nos llegara por el oeste del anillo. El add para el upstream es igual al drop visto para el downstream, con la diferencia que en este caso la señal sube a través de los árboles TDM y se acopla al anillo de upstream con el mismo sistema de 2 filtros y el acoblador 5/