MULTIPLEXACION Y DEMULTIPLEXACION OPTICAS

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1 UNIVERSIDAD DE AQUINO BOLIVIA FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA TELECOMUNICACIONES MULTIPLEXACION Y DEMULTIPLEXACION OPTICAS MATERIA: Sistema de Transmisión por Fibra Óptica INTEGRANTES: Franz Isai Condori Argollo Nyurka Sheyla Condori Pari DOCENTE: Ing. Félix Pinto Macedo SEMESTRE: Octavo FECHA: 13/10/2016 La Paz Bolivia

2 MULTIPLEXACIÓN Y DEMULTIPLEXACIÓN ÓPTICAS 1.- Historia Los primeros sistemas de transmisión por fibra óptica ponían la información en hebras de vidrio mediante simples pulsos de luz. Se encendía y se apagaba una luz para representar los 1 y los 0 de la información digital. La luz real podía ser de casi cualquier longitud de onda (conocida también como color o frecuencia) desde aproximadamente 650 nm a 1550 nm. En la década de los 80, los módems de comunicación de datos por fibra óptica utilizaron LED de bajo costo para colocar pulsos de infrarrojo cercano en fibra de bajo costo. A medida que aumentaba la necesidad de información, también aumentaba la necesidad de ancho de banda. Los primeros sistemas SONET utilizaban láseres de 1310nm para suministrar flujos de datos de 155 Mb/s a través de distancias muy largas. Pero esta capacidad se agotó rápidamente. Los avances en los componentes optoelectrónicos permitieron el diseño de sistemas que transmitían simultáneamente múltiples longitudes de onda lumínicas a través de una fibra única. Fue posible multiplexar diversos flujos de información a alta velocidad de bits de 2.5 Gb/s, 10 Gb/s y, más recientemente, de 40 Gb/s y 100 Gb/s mediante la división de varias longitudes de onda. Así fue que surgió la Multiplexación por división de longitudes de onda (WDM). El primer sistema WDM en combinar dos señales portadoras hizo su aparición alrededor de A principios del siglo XXI, la tecnología permite combinar hasta 160 señales con un ancho de banda efectivo de unos 10 gbits por segundo. Ya las operadoras están probando los 40 Gbits/s. No obstante la capacidad teórica de una sola fibra óptica se estima en 1600 Gbit/s. De manera que es posible alcanzar mayores capacidades en el futuro, a medida que avance la tecnología. 2.- Introducción Aumentar Las necesidades de estas redes metropolitanas o MAN son típicamente: escalabilidad, bajo costo, flexibilidad, robustez, transparencia y anchos de banda relativamente altos y adaptados al cliente. La demanda de capacidad de transporte en el entorno metropolitano es cada vez mayor, debido a la introducción de servicios y aplicaciones con gran consumo de ancho de banda. Esta necesidad de ancho de banda en la red metropolitana suscitó hace unos años un gran interés en los sistemas ya que esta tecnología se adapta muy bien a este entorno, caracterizado por la necesidad de integrar una gran diversidad de clientes, servicios y protocolos. Sin embargo, estos sistemas tenían un costo muy alto y no permitían un rápido retorno de las inversiones realizadas en su adquisición y despliegue.

3 Sin embargo, la madurez de la tecnología WDM ha permitido conseguir sistemas adaptados específicamente al entorno metropolitano, ofreciendo altos anchos de banda a un costo relativamente bajo. Dentro de la familia de tecnologías WDM, la económicamente más competitiva en cortas distancias es la CWDM (Coarse WDM). La tecnología CWDM se beneficia del menor coste de los componentes ópticos asociados a una tecnología menos compleja, que aunque limitada en cuanto a capacidad y distancia, se adapta perfectamente a las necesidades de las redes empresariales y metropolitanas de corta distancia. En cambio el DWDM que a su vez puede ser de ultra larga distancia o metropolitano. 3. Definición de WDM WDM (WavelengthDivisionMultiplexing - Multiplexación por división de longitud de onda) es una tecnología que multiplexa varias señales sobre una sola fibra óptica mediante portadoras ópticas de diferente longitud de onda, usando luz procedente de un láser o un LED. De este modo se puede aprovechar en mayor medida el enorme ancho de banda que posee la fibra óptica. Se basa en la transmisión simultánea de un conjunto de señales ópticas por una Fibra Óptica sin interferencia mutua. Las señales de diferentes longitudes de onda se multiplexan en un terminal desde fuentes independientes y se recuperan en un terminal intermedio o final (demultiplexacion), mediante filtros sintonizados a las longitudes de onda especificadas. Es la práctica de la multiplicación de la capacidad disponible de una fibra óptica mediante la adición de nuevos canales, cada canal en una nueva longitud de onda de la luz. El ancho de banda de una fibra puede dividirse en 160 canales para apoyar a una velocidad de bits combinados en la gama del terabit por segundo. Esto requiere un multiplexor de división de longitud de onda en el equipo de transmisión y un demultiplexor en el equipo receptor. Se utilizó por primera vez con fibra multimodo, utilizando tanto 850 como 1310 nm en fibra multimodo. Actualmente, las redes de fibra monomodo pueden transportar señales a 10Gb/s en 64 longitudes de onda o más, lo que se conoce como multiplexación por división de longitud de onda densa (DWDM). La multiplexación y la demultiplexación involucran señales luminosas transmitidas a través de canales de fibra óptica. La idea es la misma: se combina distintas señales sobre frecuencias diferentes. Sin embargo, la diferencia es que las frecuencias son muy altas. En la siguiente figura da una visión conceptual de un multiplexador y demultiplexador WDM. Bandas de luz muy estrechas de distintas fuentes se combinan para conseguir una banda de luz mas ancha. En el receptor, las señales son separadas por el demultiplexor.

4 El mecanismo de WDM es una tecnología muy compleja, pero sin embargo la idea es muy simple. Se quiere combinar múltiples haces de luz dentro de una única luz en el multiplexor y hacer la operación inversa en el demultiplexor. Combinar y dividir haces de luz se resuelve fácilmente un prisma. 1.- Se hace pasar un rayo de luz policromático por un prisma y las diferentes longitudes de onda son refractadas en ángulos diferentes. Estos rayos luego son enfocados por un lente hasta el punto de entrada a una nueva fibra. El mismo proceso puede ser usado a la inversa para multiplexar. Como la física básica que un prisma curva un rayo de luz basándose en el ángulo de incidencia y la frecuencia. Usando esta técnica, se puede hacer un multiplexor que combine distintos haces de luz de entrada, cada uno de los cuales contiene una banda estrecha de frecuencia, en un único haz de salida con una banda de frecuencia más ancha. También se puede hacer un demultiplexor para hacer la operación para revertir el proceso como se ve en la siguiente figura. 2.- Por difracción, esta técnica se basa en el principio de difracción de la luz y lo que se hace es que se hace incidir un rayo policromático de luz sobre un arreglo de líneas finas que reflejan o transmiten la luz, cada longitud de onda se difracta de manera diferente en la rejilla lo que hace que salgan hacia sitios diferentes en el espacio. Después se enfocan con un lente hasta la fibra correspondiente.

5 3.- Por filtrado, la idea de esta técnica es sencilla y consistes en sobreponer filtros hasta que solo quede la longitud de onda deseada. Su uso no es práctico cuando hay muchas longitudes de onda multiplexadas ya que se requieren muchos filtros puestos en cascada. 4.- Características de los sistemas WDM Los sistemas de comunicación que utilizan como medio de transmisión una fibra óptica se basan en inyectar en un extremo de la misma la señal a transmitir (previamente la señal eléctrica procedente del emisor se ha convertido en óptica mediante un LED o Láser y ha modulado una portadora) que llega al extremo receptor, atenuada y, probablemente con alguna distorsión debido a la dispersión cromática propia de la fibra, donde se recibe en un foto detector, es decodificada y convertida en eléctrica para su lectura por el receptor. El tipo de modulación y/o codificación que se emplea con los sistemas de fibra óptica depende de una serie de factores y algunas fuentes de luz se adaptan mejor a unos tipos que a otros. Así el LED, con un amplio espectro en el haz luminoso, admiten muy bien la modulación en intensidad, mientras que el láser -un haz de luz coherente adapta mejor a la modulación en frecuencia y en fase. En distancias cortas, como es en el entorno de una oficina, la atenuación de la fibra (mínima para una longitud de onda de 1,55 (mm) y la dispersión (mínima para 1,3 (mm) no presenta un gran problema, pero a distancias mayores, como las que se requieren en los enlaces de comunicaciones a larga distancia, realmente lo es y se requiere el uso de amplificadores/repetidores que regeneren la señal cada cierta distancia. Por ejemplo en los cables trasatlánticos se colocan repetidores cada 75 Km. que, primero, convierten la señal óptica degradada en eléctrica, la amplifican y la vuelven a convertir en óptica mediante un diodo láser, para inyectarla de fibra óptica, todo un proceso complejo y que introduce retardos debido a los dispositivos electrónicos por los que ha de pasar la señal. Este inconveniente se evitaría si todo el camino pudiese ser óptico (all-optical), algo que ya es posible gracias a los resultados obtenidos, hace ya más de una década, por investigadores de la Universidad de Southampton, que descubrieron la manera de amplificar una señal óptica en una longitud de onda de 1,55 mm haciéndola pasar por una fibra de 3 metros de longitud dopada con iones erbio e inyectando en ella una luz de láser a 650 mm (fenómeno que se conoce como bombeo o pumping). WDM nos permite aumentar la capacidad de transporte de las redes ópticas existentes.

6 A través de multiplexores y demultiplexores, los sistemas WDM combinan multitud de canales ópticos sobre una misma fibra, de tal manera que pueden ser amplificados y transmitidos simultáneamente. Cada canal óptico puede transmitir señales de diferentes velocidades y formatos a distinta longitud de onda. Ésta permite crear una infraestructura basada en añadir nuevos canales ópticos al sistema de forma flexible en función de las demandas de los usuarios. El auge de la fibra óptica está estrechamente ligado al uso de una región específica del espectro óptico donde la atenuación óptica es baja. Estas regiones, llamadas ventanas, se ubican en áreas de alta absorción. Los primeros sistemas en ser desarrollados operan alrededor de los 850 [nm], la primera ventana en fibra óptica basada en Silica. Una segunda ventana (Banda S), a 1310 [nm], se comprobó que era superior, por el hecho de tener menor atenuación. La tercera ventana (Banda C), a 1550 [nm], posee la menor pérdida óptica de manera uniforme. Hoy en día, una cuarta ventana (Banda L), cerca de los 1625 [nm], está en bajo desarrollo y en sus primeros usos. Estas cuatro ventanas se pueden observar en el espectro electromagnético mostrado en la siguiente figura. 5.- Componentes que la conforman: La técnica WDM consiste en transmitir por una misma fibra varias señales cada una en una longitud de onda diferente y con la misma tasa binaria, sin que interfieran entre sí ya que están lo suficientemente separadas. De este modo la capacidad del enlace se multiplica por el número de canales. FUENTES DE LUZ: Las fuentes de luz utilizadas en óptica integrada son los fotodiodos emisores de luz y los láseres de inyección o diodos láser, o bien en una estructura simple de unión p-n, o en heteroestructuras. FIBRA ÓPTICA: El medio de transmisión.

7 ACOPLADORES: El término acoplador abarca todos los dispositivos que combinan la luz en una fibra, o bien la separan de ésta. Un divisor es un acoplador que divide la señal óptica procedente de una fibra en dos o más fibras. MODULADORES: La transmisión de datos a través de una fibra óptica, la información ha de ser primero codificada, o modulada, en la señal láser. AMPLIFICADORES: Regeneran la señal óptica sin convertirla previamente en una señal eléctrica. CONMUTADORES: Un conmutador es un dispositivo que permite o impide totalmente la transferencia de luz de una guía a otra. DETECTORES: La misión de un receptor óptico es convertir la señal óptica de nuevo al dominio eléctrico y recuperar los datos que son transmitidos a través del sistema de comunicaciones ópticas. FILTROS: Los filtros ópticos se caracterizan por su rango de sintonía, o rango de Longitudes de onda accesibles mediante el filtro, y por el tiempo de sintonía, o tiempo necesario para seleccionar la longitud de onda que dejará pasar el filtro.los filtros multiplexores y demultiplexores ópticos permiten la inserción y extracción de múltiples señales ópticas de longitudes de onda determinadas (λ K ) desde una misma fibra. El OADM (Opticaladd-DropMultiplexer) es otro elemento de red de gran importancia en las redes WDM, para la inserción y extracción de señales ópticas individuales en puntos intermedios del camino entre extremos, permitiendo el diseño de redes WDM con facilidades similares a las redes SDH. En el dominio eléctrico-óptico, es fundamental el transmisor laser sintonizable, que permite generar señales ópticas con una separación entre 0.4 y 20 nm, con alta estabilidad y control basado en microprocesadores. El foto-detector o conversor óptico-eléctrico, es un dispositivo de banda ancha no sintonizado (las señales de entrada son extraídas con filtros pasa banda en el multiplexor). Los transmisores están constituidos con láser monomodos (SLM) con modulación externa para reducir el chirp. Las señales de cada canal se combinan mediante un multiplexor WDM antes de ser introducidas en la fibra óptica. A lo largo del enlace se emplean EDFAs para contrarrestar la atenuación. En el receptor los canales son separados mediante un demultiplexor WDM y conducidos a un recetor. Además se puede extraer un canal específico en un punto intermedio del trayecto mediante multiplexadores ópticos de inserción/extracción (OADM, OpticalAdd-DropMultiplexer ) Esquema de un sistema WDM En la siguiente figura se muestra un esquema de un sistema WDM. Como se puede observar en la figura un sistema WDM consta de los siguientes elementos: Transponedor de transmisión, multiplexor óptico, amplificador óptico, compensadores de dispersión, interfaces ópticos.

8 En este caso el transponedor de transmisión convierte la longitud de onda de la segunda ventana de cada señal óptica de entrada a la longitud de onda específica de la banda C luego un multiplexor óptico multiplexa las N señales de diferentes longitudes de onda en la banda C una única señal óptica para luego pasar por un amplificador de potencia el mismo que amplifica la señal óptica multiplexada, antes de su transmisión por la fibra óptica. Los elementos que se encuentran en un terminal de recepción como son: Preamplificador óptico, de multiplexores ópticos, transponedores de recepción. En el transponedores de recepción, para cada portadora convierte la longitud de onda específica de la banda C en una señal óptica de longitud de onda en segunda ventana (1300 nm), en otras palabras se encarga de conmutar una señal coloreada en una señal SDH. 8.- Tipos de Sistemas WDM. Dentro de la Familia WDM existen dos sistemas: DWDM (Dense wavelength Division Multiplexing, que significa Multiplexación por división en longitudes de onda densas) CWDM (Coarse wavelength Division Multiplexing, que significa Multiplexación por división en longitudes de onda ligeras). Los sistemas CWDM operan con longitudes de onda de las bandas ópticas que existen en la segunda y la tercera ventana de transmisión de las Fibra Óptica, mientras que los sistemas DWDM operan en la tercera ventana, en las bandas C y L. En la figura siguiente se muestra las bandas utilizadas para sistemas de transmisión CWDM y DWDM.

9 8.1.- CWDM CWDM (CoarsewavelengthDivisionMultiplexing), que significa Multiplexación por división en longitudes de onda ligeras. CWDM es una técnica de transmisión de señales a través de fibra óptica que pertenece a la familia de multiplexión por división de longitud de onda (WDM), se utilizó a principios de los años 80 para transportar señal de video (CATV) en conductores de fibra multimodo. Se basa en una rejilla o separación de longitudes de onda de 20 nm (o GHz) en el rango de a nm; pudiendo así transportar hasta 18 longitudes de onda en una única fibra óptica monomodo. La CWDM, está desarrollada especialmente para zonas metropolitanas, ofreciendo anchos de banda relativamente altos a un coste mucho más bajo, esto debido a los componentes ópticos de menor complejidad, limitada capacidad y distancia, por lo cual es la más competitiva a corta distancia. La CWDM está definida por longitudes de onda Características Posee espaciamiento de frecuencias de GHz (20nm), dando cabida a láseres de gran anchura espectral. Puede acarrear entre 8 y 18 canales ópticos-longitudes de onda, definidas en el intervalo de 1270 a 1610 nm La velocidad que soporta es de 2,5 Gbps. En cuanto a las distancias que cubren llegan hasta unos 80 km. Utilizan láser DBF (láseres de realimentación distribuidos) sin peltier ni termistor. Usa filtros ópticos de banda ancha, multiplexores y demultiplexores basados en TFF (tecnología de película delgada). Mayor espaciamiento de longitudes de onda, lo que indica que si hay una variación en la onda central debido a imperfecciones de los láseres producidos por procesos de fabricación menos críticos esta onda se mantendrá en banda. Mayor espectro óptico, esto nos permite tener un número de canales para utilizar sin que estos sean disminuidos a causa de la separación entre ellos.

10 Topologías CWDM puede admitir las siguientes topologías: Ventajas Anillos punto a punto y redes ópticas pasivas (PON, permite eliminar todos los componentes activos en la red, para introducir componentes pasivos como el divisor o splitter, y así reducir costos y mantenimiento en dicha red). Anillos locales CWDM que se conectan con anillos metropolitanos DWDM. Anillos de acceso y las redes ópticas pasivas. Menor consumo energético. Tamaño inferior de los láseres CWDM. Hardware y costo operativo más barato referente a otras tecnologías de la misma familia. Anchos de banda más elevada. Es más sencillo referente al diseño de la red, implementación y operación. Mayor facilidad de instalación, configuración y mantenimiento de la red. Alto grado de flexibilidad y seguridad en la creación de redes ópticas metropolitanas. Puede transportar cualquier servicio de corto alcance como: SDH, CATV, ATM, FTTH PON, 10Gibagit, entre otros. Además, CWDM es muy sencillo en cuanto a diseño de red, implementación, y operación. CWDM trabaja con pocos parámetros que necesiten la optimización por parte del usuario. 9.- Tecnología DWDM Qué es DWDM? DWDM significa multiplexación por división en longitudes de onda densas., esto apunta a una técnica de transmisión de señales a través de fibra óptica usando la banda C (1550 nm), se encarga de transportar múltiples señales de luz en un solo cable, utilizando portadoras ópticas de diferente longitud de onda, usando luz procedente de un láser o un LED. Esta técnica de multiplexación es una forma de FDM (Multiplexación por División en Frecuencia). Es muy importante agregar que en las redes, existen muchas tecnologías, por ello las señales también son distintas, como por ejemplo una señal eléctrica, que al inyectar en un extremo dicha señal se convierte en una señal óptica mediante un LED o Láser y ha modulado una portadora, que llega al extremo receptor, atenuada y, probablemente con

11 alguna distorsión debido a la dispersión cromática propia de la fibra, donde se recibe en un fotodetector, es decodificada y convertida en eléctrica para su lectura por el receptor. Otro aspecto a destacar que si miramos la siguiente imagen, podemos entender que DWDM puede transmitir una gran cantidad de servicios simultáneamente como por ejemplo, voz, video y multimedia. Los Formatos en los cuales trabajan pueden ser SynchronousOpticalNetwork(SONET), Synchronous Digital Hierarchy (SDH), Asynchronous Transfer Mode (ATM), (IP), PacketOver SONET/SDH (PoS) o Gigabit Ethernet (GigE) Arquitectura de DWDM Si aplicamos el modelo OSI en DWDM, podemos definir que trabaja a nivel de la capa Física, es decir que, permite el intercambio de las unidades básicas de información (bits) sobre canales de transmisión, además es importante señalar que la capa 1 define las conexiones mecánicas requeridas para la activación, mantención o desarticulación. Esta arquitectura se compone de: Fuentes de emisión y detectores de luz Fibra Óptica Multiplexadores y demultiplexadores Como las señales de los sistemas DWDM vienen de varias fuentes y van hacia una fibra, es necesario un mecanismo que permita combinar las señales. Esto es hecho por un multiplexador quien agarra las señales ópticas de diferentes fuentes y las junta en una sola señal. En el lado del recibidor el sistema debe ser capaz de descomponer la señal en sus componentes originales para que cada señal inicial pueda ser detectada. El proceso de demultiplexar debe ser realizado antes de que la señal sea detectada ya que la foto detectora son dispositivos de banda ancha y no pueden seleccionar una longitud específica de una señal multiplexada. Multiplexadores y demultiplexador

12 9.2.- Técnica de multiplexaje y demultiplexaje OpticalAdd/DropMultiplexer Los opticaladd/dropmultiplexer son dispositivos que permiten insertar o remover una o varias señales ópticas en un determinado punto de la fibra. Esto lo hacen si necesidad de tener que hacer una conversión óptica-eléctrica-óptica. La gran ventaja que entregan estos dispositivos es que WDM se pueda implantar en diversos tipos de red. OpticalAddDropMultiplexer Moduladores o transpondedor (OTU1) OTU significa OpticalTransponderUnit, el modulador es el encargado de adaptar la señal proveniente de lado del cliente (como habíamos dicho anteriormente, DWDM se puede adaptar con cualquier tecnología), disminuyendo el ancho espectral, permitiendo así mejor los fenómenos de atenuación producto de la dispersión cromática. Ahora bien podemos encontrar sistemas que trabajan con OTU (DWDM Abierto) y sin OTU (Sistemas de DWDM Integrados). DWDM Abierto Los sistemas DWDM no requieren ninguna característica especial para las interfaces ópticas en los terminales de los multiplexores, dichas interfaces solamente deberían estar de acuerdo con los patrones ITU-T. Sistema de DWDM Integrados Estos sistemas, no emplean la tecnología de conversión de longitud de onda, pues ellos exigen que la longitud de onda de las interfaces ópticas de los terminales multiplexores sea de acuerdo con las especificaciones del sistema Amplificadores ópticos. Debido a la atenuación que sufre la señal cuando viaja por la fibra, la distancia que puede alcanzar la señal con potencia suficiente para ser detectada correctamente del lado del receptor está limitada. Antes de la llegada de los amplificadores ópticos había que tener un amplificador por cada señal transmitida. Los amplificadores ópticas hicieron posible amplificar todas las señales de una sola vez sin tener que hacer conversiones óptico-eléctrica-óptica (OEO) Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA) Los EDFA fue una tecnología clave en el desarrollo de los sistemas DWDM. El erbio es un elemento terrestre que no es muy común que cuando es excitado emite luz alrededor de los 1540 nm (la longitud de onda de baja perdida usada en DWDM). La siguiente figura muestra el funcionamiento de un EDFA. Una señal débil entra en la fibra dopada con erbio, ahí un láser inyecta una luz a 980 o 1480 nm. Esta luz estimula los átomos de erbio que liberan su energía almacenada como luz adicional a 1550 nm. Este proceso continúa a lo largo de toda la fibra haciendo que la señal se vuelva más fuerte. Este proceso también añade ruido a la señal. Los parámetros de importancia de un amplificador son la ganancia, uniformidad de la ganancia, el nivel de ruido y el poder de salida. Los EDFA típicos producen ganancias de 30 db o más y tienen potencia de salida de +17 db o más. De estos parámetros nombrados los más importantes son el nivel de ruido, que debe ser bajo y el gainflatnessya

13 que todas las señales deben ser amplificadas uniformemente. La amplificación hecha por los EDFA es dependiente de la longitud de onda pero puede ser corregida con filtros. El nivel de ruido debe ser bajo ya que el ruido, al igual que la señal, es amplificado. Este efecto es acumulativo y no puede ser filtrado. La relación señal/ruido es un factor limitante en el número de amplificadores que pueden ser concatenados. En la práctica una señal puede viajar sin ser amplificada por 120 Km. A distancias mayores de 600 Km la hay que regenerar la señal, no basta solo con amplificarla. Los EDFA solo amplifican la señal y no realizan las funciones 3R (reshape, retime, retransmit). Los EDFA están disponibles para las bandas C y L. ErbiumDopedFiberAmplifier Ventajas Aumenta altamente la capacidad de un punto a otro de la red de fibra óptica. Esto se debe principalmente a la posibilidad de transmitir varias señales dentrode una sola señal y a las altas tasas de transmisión que soporta. Permite transportar cualquier formato de transmisión en cada canal óptico. Así,sin necesidad de utilizar una estructura común para la transmisión de señales,es posible utilizar diferentes longitudes de onda para enviar información síncrona y asíncrona, analógica o digital, a través de la misma fibra. Permite utilizar la longitud de onda como una nueva dimensión, además del tiempo y el espacio, en el diseño de redes de comunicación Desventajas Los componentes ópticos son más caros debido a la necesidad de utilizar filtros ópticos, y láser que soporte una tolerancia a longitudes de onda compactas. Un dispositivo externo de acoplamiento es usado para acoplar la mezcla de las diferentes señales ópticas. Tiene menor espacio para una tolerancia con respecto a la dispersión de las longitudes de onda Topología de las redes ópticas Conocer las estructuras de redes es muy importante a la hora de implementar la tecnología DWDM, ya que, cada topología implica una necesidad o un requerimiento que la empresa, generalmente las empresas requieren de DWDM, por la transmisión de información a largas distancias, gracias a los avances en tecnologías tales como amplificadores ópticos, compensadores de dispersión y los nuevos tipos de fibra. Las Telcos empezaron a emigrar redes hacia DWDM, por su característica de velocidad y ancho de banda, esto permitió un despliegue inicial de la tecnología DWDM en las redes de larga distancia terrestre y transoceánica, como se aprecia en la siguiente imagen. Fibra óptica submarina

14 Luego que estas tecnologías se convirtieron comercialmente viables en el mercado de larga distancia, era el siguiente paso era implementar en el área metropolitana lo que finalmente, las redes de acceso mediante arquitecturas híbridas de fibra y coaxial de los medios de comunicación, permitiendo otra característica interesante de la tecnología DWDM, su versatilidad de trabajar con otras señales, como por ejemplo, las señales eléctricas que utilizando un conversor opto/eléctrico, eran capaces de transformar en las señales electicas en señales ópticas y viceversa. Permitiendo el transporte principal y tecnologías de redes utilizados en las redes metropolitanas. Redes Punto a Punto La estructura de una red punto a punto, a grandes rasgos apunta a un tipo de arquitectura de red en que cada canal de datos se usa para comunicar entre dos endpoints directamente, en el caso de DWDM, dicha estructura puede ser estructurada con o sin OADM3. Las velocidades en la cual opera este tipo de red son por canales ultra rápidos de 10 a 40 Gbps, confiabilidad de la señal y rápida restauración de la trayectoria. Red punto a punto En estas redes de larga distancia, el trayecto entre el transmisor y el receptor puede ser de varios cientos de kilometro y el número de amplificadores requeridos entre ambos puntos, es típicamente menor que 10 y en las redes metropolitanas, los amplificadores no son necesarios frecuentemente. La protección que presenta esta topología, está provista de una pareja de vías distintas, en que los equipos, la redundancia es un nivel de sistema. Además presenta líneas de transmisión paralelas que se conectan a un solo sistema en ambos extremos que contienen transponedores o moduladores, multiplexores y terminales redundantes. Redes de Anillos Esta topología son las más comunes, encontradas en las redes metropolitanas y en tramos de unas pocas decenas de kilómetros. La fibra anillo puede contener solo cuatro canales de longitudes de onda, ademanes tiene menos nodos que canales. Esta arquitectura con OADM permite a los nodos tener acceso a los elementos de red, por ejemplo routers, switch y servidores, con la subida y bajada de canales de longitudes de onda. Con el incremento en el número de OADM, la señal está sujeta a perdidas y pueden requerir amplificadores. Estructura de anillo La protección que utiliza la red de anillo, se basa en el esquema 1+1, la cual se tiene dos líneas de conexión, la información se transporta por una de ellas. Ahora en el caso, de que un anillo fallara, se conmuta la trayectoria al otro anillo.

15 Topología de red de anillo doble Redes de mallas Corresponde a una red mucho más robusta, en la cual, su diseño se trabaja en enlaces ya establecidos o ya existentes. Un ejemplo una malla con una red punto a punto o también, varios punto a punto conformados en malla y posteriormente interconectados con un anillo, utilizando OADM o no. El sistema de protección y restauración puede estar implementado en rutas compartidas, de esta manera, se requieren de pocos pares de fibra para la misma cantidad de tráfico y no desperdiciar longitudes de onda sin usar. Topología en mallada Técnicas de codificación En los sistemas de comunicación se utiliza las técnicas de codificación para propósitos de transmisión, también es conocido como modulación en banda base y dichos códigos son usados para el transporte digital de datos. La finalidad que tiene, permite representar la señal digital transportada respecto a su amplitud respecto al tiempo. La señal está perfectamente sincronizada gracias a las propiedades específicas de la capa física. La representación de la onda se suele realizar mediante un número determinados impulsos (1 y 0). Los tipos más comunes de codificación en línea son el unipolar, polar, bipolar y Manchester. En el caso de DWDM, Las señales eléctricas que las diferentes portadoras de información llevan son codificadas cuando son convertidas a señales ópticas para su transmisión y son decodificadas en el receptor óptico donde serán nuevamente convertidas a señales eléctricas. Los tipos de codificación más utilizados en el dominio óptico son: no retorno a cero (NRZ) y retorno a cero (RZ). La codificación NRZ o no retorno a cero (Ilustración 18) es un método de transmisión donde se hace las siguientes asignaciones a partir de la señal de datos: Un 1 representa una señal de luz para un período de bit Un 0 representa una ausencia de luz para un período de bit.

16 Codificación NRZ La codificación RZ o retorno a cero, es un método de transmisión donde se hace las siguientes asignaciones a partir de la señal de datos: Para un 1 hay la presencia de un pulso de luz en un medio período de bit Para un 0 no hay presencia de luz para un período completo de bit. Codificación RZ Aplicaciones de DWDM DWDM se puede implementar en cualquier tipo de red, ya que pertenece a la red de transporte de la Telco y a la capa Física del modelo OSI, esto hace que funcione independiente de los protocolos que se utilizan, pero su uso es principalmente en las redes de larga distancia, en las redes metropolitanas (MAN) y en las redes de almacenamiento (SAM), a continuación veremos el funcionamiento y aporte de DWDM a cada una de estas redes. Redes de larga distancia (longhaul) Redes metropolitanas (MAN) Convergencia de DWDM en redes MAN Frente a estas demandas DWDM es una gran alternativa, ya que lo que le ofrece a la MAN es lo siguiente: Apoyo de multiprotocolo. Escalabilidad. Confiabilidad y disponibilidad. Gestión de redes. Compatibilidad electromagnética, Facilidad de instalación y gestión. Tamaño reducido de equipos. Consumo de energía moderado. Relación coste-efectividad positiva.

17 Gran ancho de banda Dispositivos DWDM a. Proveedores Los principales productores de equipos DWDM son: - Alcatel ( - Nortel Networks ( - Cisco Systems ( - Marconi Communications ( - Siemens ( - Tellabs ( - Huawei ( b. Equipos Los siguientes equipos son los más importantes por el lado de la Telco, que esta implementando el servicio de transpor DWDM. Transpondedor El Cisco ONS transpondedor Line Card proporciona Multiservicio Metro DWDM, agregación de plataforma con una solución transparente para conectar a las interfaces de cliente y de forma transparente el envío de esta señal a través de una de longitud de onda, se apega a los requerimientos de la UIT (Unión Internacional de Telecomunicaciones). En las interfaces compatibles incluyen Gigabit Ethernet, Fast Ethernet, ESCON, 1 Gbps y 2 GbpsFibreChannel o FICON, SysplexTimer, Acoplamiento de enlace, SynchronousOptical Network / Jerarquía Digital Síncrona (SONET / SDH) OC-3/STM-1, OC- 12/STM-4, OC-48/STM- 16, emisión de vídeo y otros protocolos. Cisco ONS Transpondedor Tarjeta de línea con divisor óptico de Protección Amplificador Óptico (Booster o Preamplificador) El Cisco ONS MSTP ofrece mejores amplificadores ópticos de refuerzo para ampliar el alcance de una red metropolitana o regional. Las tarjetas de mayor amplificador óptico forman parte de la arquitectura Cisco ONS MSTP inteligente DWDM diseñada para reducir la complejidad de DWDM y acelerar la implementación de soluciones de redes de próxima generación. El Cisco ONS tiene tarjetas de un mayor amplificador óptico son módulos plug-in. Estas tarjetas ofrecen el alcance y rendimiento óptico para apoyar un canal DWDM dentro de la red de hasta 64 canales.

18 Cisco ONS MSTP El cliente de la empresa Telco se puede conectar a las redes DWDM utilizando los conmutadores (Switch) ATM y enrutadores (Routers) IP con interfaces OC-48. Switch El Switch Cisco Catalyst 3550 de la Serie de conmutadores Ethernet inteligentes es una línea de gran alcance, conmutadores de configuración fija de múltiples capas que se extienden hasta el borde de inteligencia acceso al area metropolitana, lo que permite la amplitud de servicios, disponibilidad, seguridad y manejabilidad. Estos switches son ideales para los proveedores de servicios que buscan ofrecer servicios Ethernet rentables y reducir al mínimo el coste total de propiedad. Con una gama de Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, corriente continua, y las configuraciones de la fibra, el Cisco Catalyst 3550 Series es el Switch de acceso motropolitano ideal para las empresas y los mercados de tamaño medio y pequeños negocios. Con un túnel 802.1Q, rendimiento de enrutamiento IP. Cisco Catalyst FX Switch 100FX-24 puertos de fibra multimodo y 2 puertos Gigabit Ethernet. Cisco Catalyst FX Switch 100FX Router Router Cisco ubr10012 OC-48 de transporte de paquetes dinámicos (DPT) y el módulo de interfaz de paquetes sobre SONET es una tarjeta de línea completa para la talla de Cisco ubr10012 router de banda ancha universal. Esta tarjeta proporciona capacidades de enlace ascendente del troncal que soporta hasta 1.4 Gbps full duplex sobre un estándar SONET / ITU-T Jerarquía Digital Síncrona (SDH) de la interfaz, usando una fibra monomodo con conectores SC. Dos versiones del Cisco ubr10012 OC-48 DPT / módulo de interfaz de la posición están disponibles a corto alcance (SR) o de largo alcance (LR). Ambas versiones trabajar con el rendimiento del motor de enrutamiento (PRE). Este router proporciona una conexión punto a punto y encapsula los paquetes IP con control de enlace de alto nivel. Es compatible con las características siguientes: OC-48 de ancho de banda entre la tarjeta de línea y el rendimiento del motor de enrutamiento (PRE)

19 América del Norte (SONET) y europeos (SDH) en formato Protección automática de conmutación (APS) Procesamiento de alarmas Router Cisco ubr10012 OC Tabla comparativa entre tecnologías WDM según eltipo de aplicación. Aplicación/parámetro CWDM acceso/man DWDM MAN/WAN DWDM largo alcance Canales por fibra Espectro utilizado O, E, S, C, L C, L C, L, S Espaciado entre canales20 nm (2500 GHz) 0,8 nm (100 GHz)0,4 nm (50 GHz) Capacidad por canal 2,5 Gbit/s 10 Gbit/s Gbit/s Capacidad de la fibra Gbit/s Gbit/s >1 Tbit/s Tipo de láser uncooled DFB (láser de realimentacion distribuida)cooled DFB cooled DFB Tecnología de filtros TFF (tecn. pelicula delgada) TFF, AWG, FBG TFF, AWG, FBG Distancia hasta 80 km cientos de km miles de km Coste bajo Medio Alto Amplificación óptica ninguna EDFA EDFA, Raman

20 12.- Tabla comparativa. CWDM Definido por longitudes de onda Comunicación de corto alcance (50 a 80km) Usa amplios rangos de frecuencias Longitudes de onda de propagación lejana Es posible la desviación de longitudes de onda Espectro dividido en grandes proporciones La señal de luz no es amplificada DWDM Definido por frecuencias Largas distancias de transmisión Estrechas frecuencias Angostas longitudes de onda Es necesario laseres de mucha presicion para mantener los canales en el punto Espectro dividido en pequeñas piezas Se puede utilizar señal lumínica amplificada 13.- Páginas Web /modulo-4-componentes-opticos-pasivos-y-activos