El estudio destaca los factores clave en la fiabilidad de las redes de fibra óptica

Al construir una red de comunicación por fibra óptica, es fundamental garantizar una transmisión de señal estable y evitar fallos de comunicación debido a una pérdida de señal excesiva. Es esencial evaluar con precisión la pérdida del enlace de fibra y la distancia máxima de transmisión. Este artículo explora los métodos de cálculo de la pérdida del enlace de fibra y proporciona pautas prácticas para la estimación de la distancia, con el fin de ayudar a construir sistemas de comunicación óptica de alto rendimiento y fiables.

Imagine construir una autopista donde los vehículos (señales ópticas) deben viajar sin obstáculos de principio a fin. Si la carretera es irregular (atenuación de la fibra) o tiene demasiadas intersecciones (pérdidas de conectores y empalmes), la velocidad de los vehículos se verá inevitablemente afectada, y es posible que algunos no lleguen a su destino. La pérdida del enlace de fibra actúa como estas imperfecciones de la carretera, consumiendo gradualmente la energía de la señal óptica y, en última instancia, degradando la calidad de la señal o causando fallos de comunicación.

Por lo tanto, durante el diseño y la implementación de redes de fibra óptica, es necesario evaluar y controlar con precisión la pérdida del enlace para garantizar que las señales ópticas lleguen al extremo receptor con la fuerza suficiente para una comunicación fiable.

Evaluar la pérdida del enlace de fibra requiere herramientas y métodos profesionales, de forma muy similar a como un médico diagnostica una enfermedad. El método más directo y preciso es utilizar un reflectómetro óptico en el dominio del tiempo (OTDR) para la medición. El OTDR proporciona valores de pérdida reales para todos los eventos en el enlace (conectores, empalmes, atenuación de la fibra), ofreciendo datos precisos para la optimización de la red.

Sin embargo, las mediciones con OTDR no siempre son factibles. Durante el análisis inicial de viabilidad del proyecto o la resolución de problemas en las redes existentes, deben utilizarse métodos alternativos:

1. Estimación de la pérdida total del enlace basada en la longitud de la fibra y las variables de pérdida conocidas
2. Estimación de la distancia máxima de la fibra basada en el presupuesto de potencia óptica y las variables de pérdida

Ambos métodos se basan en estimaciones razonables de varios factores de pérdida combinados con márgenes de seguridad para guiar el diseño y la optimización de la red.

La pérdida del enlace de fibra no es constante; está influenciada por múltiples factores. Comprenderlos permite una estimación de la pérdida más precisa y medidas de mitigación adecuadas.

Los diferentes tipos de fibra (monomodo, multimodo) y las longitudes de onda de funcionamiento (850 nm, 1300 nm, 1310 nm, 1550 nm) tienen coeficientes de atenuación distintos. Generalmente, la fibra monomodo tiene una atenuación menor que la multimodo, y las longitudes de onda más altas presentan una atenuación menor. La selección debe equilibrar la distancia de transmisión, los requisitos de ancho de banda y el coste.

La absorción y la dispersión de la señal dentro de la fibra son las principales causas de pérdida. Los fabricantes proporcionan coeficientes de atenuación en dB/km. La pérdida total de la fibra se calcula en función de la longitud y este coeficiente.

Los conectores que unen las fibras y los equipos introducen una pérdida adicional por inserción y reflexión. Los conectores de alta calidad y una instalación adecuada minimizan esto.

El empalme por fusión une permanentemente las fibras con una pérdida típicamente menor que los conectores, pero la calidad depende del equipo y la habilidad del técnico.

La pérdida puede aumentar con el tiempo debido al envejecimiento de la fibra o a la contaminación del conector. Incluir un margen de seguridad (3-10 dB, según la aplicación) garantiza la estabilidad a largo plazo.

Notas:

1. Los valores cumplen con las normas TIA/EIA y otras normas del sector
2. Los valores representan el rendimiento alcanzable para las nuevas instalaciones de fibra

Cuando se conocen la longitud de la fibra, el número de empalmes y el número de conectores, utilice esta fórmula:

Pérdida del Enlace = [Longitud de la Fibra (km) × Atenuación de la Fibra/km] + [Pérdida del Empalme × Número de Empalmes] + [Pérdida del Conector × Número de Conectores] + [Margen de Seguridad]

Un enlace monomodo de 40 km a 1310 nm con 2 pares de conectores y 5 empalmes:

Pérdida del Enlace = [40 km × 0.4dB/km] + [0.1dB × 5] + [0.75dB × 2] + [3.0dB] = 21.0dB

Esto requiere ~21.0dB de potencia óptica para una transmisión fiable. Verifique siempre la pérdida real después de la instalación.

Cuando se conocen el presupuesto de potencia óptica, el número de conectores y el número de empalmes:

Longitud de la Fibra = {[(Potencia Mínima del Transmisor) - (Sensibilidad del Receptor)] - [Pérdida del Empalme × Número de Empalmes] - [Pérdida del Conector × Número de Conectores] - [Margen de Seguridad]} / [Atenuación de la Fibra/km]

Un enlace Fast Ethernet monomodo a 1310 nm con 2 pares de conectores y 5 empalmes. Potencia del transmisor: -8.0dB, sensibilidad del receptor: -34.0dB:

Longitud de la Fibra = {[(-8.0dB) - (-34.0dB)] - [0.1dB × 5] - [0.75dB × 2] - [3.0dB]} / [0.4dB/km] = 52.5 km

La distancia máxima es ~52.5km. Verifique la pérdida real después de la instalación.

• Coeficiente de atenuación real de la fibra
• Diseño y antigüedad de la fibra
• Calidad del conector y pérdida real
• Calidad del empalme y pérdida real
• Número de empalmes y conectores en el enlace

El diseño de sistemas de fibra requiere equilibrar múltiples factores. Primero deben establecerse los estándares de rendimiento y luego alcanzarse. Recuerde que es un sistema integrado.

Componentes clave para el cálculo del rendimiento del sistema:

Normalmente, el impacto más significativo. Los fabricantes proporcionan valores en dB/km. Pérdida total = distancia × factor de pérdida (utilizando la longitud total del cable, no la distancia del mapa).

Monomodo: 0.25-0.35 dB/km. Multimodo: ~2.5 (@850nm) y 0.8 (@1300nm) dB/km. El multimodo con LED se adapta a ≤1km; el monomodo con láser maneja distancias más largas.

Dos tipos básicos: LÁSER (alta/media/baja potencia para distancias largas/medias/cortas) y LED (principalmente multimodo, algunos monomodo de alta potencia). Clasificado por salida (por ejemplo, -5dB).

La luz mínima requerida para el funcionamiento (por ejemplo, -28dB).

Empalmes mecánicos: 0.7-1.5 dB cada uno. Empalmes por fusión: 0.1-0.5 dB cada uno (preferidos para una menor pérdida).

Crítico para tener en cuenta el envejecimiento, los dispositivos añadidos, las reparaciones de daños en el cable, etc. Normalmente 3-10dB.

Escenario: Dos centros a 8 millas de distancia (longitud real del cable 9 millas ≈ 14.5 km) con 4 empalmes por fusión previstos.

Opciones del fabricante del enrutador para monomodo:

Comparación de las opciones de potencia (potencia de transmisión + pérdida de fibra frente a sensibilidad del receptor):

Con el margen de 5.0dB incluido, la opción de corto alcance proporciona la capacidad suficiente (margen total de 8.0dB).