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Introducción
Ecuador en los últimos años evidencia una revolución en las telecomunicaciones, el MINTEL (Ministerio de Telecomunicaciones y de la Sociedad de la Información) ha desarrollado importantes acciones para fomentar la diversificación y universalización de las TIC (Tecnologías de la Información y Comunicación), (MINTEL, 2016). El país cuenta aproximadamente con 60 mil kilómetros de fibra óptica, el despliegue en el 2016 se incrementó en el 30%, lo que permitió que la mitad de la población ecuatoriana acceda a las TIC. (Ecuador Inmediato, 2015).
A fin de posibilitar el acceso a servicios de gran ancho de banda a usuarios localizados a distancias que no es posible llegar con tecnologías xDSL, (x línea de suscripción digital) por sus limitaciones técnicas en cuanto a sus condiciones de funcionamiento (Abreu, 2009), se vuelven atractivas las tecnologías disponibles y topologías implementables de redes FTTH (fibra óptica hasta el hogar por su traducción en español) (CNT EP, 2015).
Una red de arquitectura FTTH con tecnología GPON (Red Óptica Pasiva con Capacidad de Gigabit por su traducción en español) permite soluciones con mayor eficacia en transporte de información, mayor ancho de banda, tecnologías en servicios de internet, voz, televisión IP entre otras. Comparado con las redes de cobre, la fibra óptica ofrece mayor seguridad de la información, mayor estabilidad, resistencia a las interferencias electromagnéticas, menor degradación de la señal, permitiéndole trabajar con altos niveles de tráfico de datos, contenidos multimedia y otros, de manera confiable y rápida, a través de una red certificada bajo normas y estándares establecidos.
La expansión de las Redes Ópticas metropolitanas a niveles de red troncal, distribución y dispersión, ge neran un nuevo reto para los diseños, técnicas de implementación y mantenimiento de redes de acceso. Una vez superadas las dificultades de los costos de diseño, implementación y certificación, las nuevas redes ópticas pasivas PON son el nuevo escenario para las redes de acceso, de esta manera se resuelven los problemas de ancho de banda, fiabilidad, operación, mantenimiento y cobertura que se presentan en las redes de cobre.
La presente investigación tiene como objetivo describir la metodología para la certificación de redes ópticas, con el fin de minimizar los errores que se evidencian en el proceso de certificación de una red FTTH GPON y que impactan en la caracterización de toda la red a nivel general; por lo cual es necesario explicar el proceso para realizar los diferentes tipos de pruebas aplicando los estándares y especificaciones definidos en la norma ITU G.984, finalmente determinar la calidad y capacidad de transmisión en una red ODN (red de distribución óptica por su equivalencia en español), mediante un conjunto de mediciones en cada uno de los elementos que conforman los segmentos de red.
Marco Teórico
En esta sección se describen las características generales y los componentes principales de una red FTTH GPON, así como también de cada uno de los equipos de certificación de una red de fibra óptica.
Arquitectura FTTH GPON
La Figura 1 muestra los elementos que forman la arquitectura de una red FTTH GPON la cual consiste de:
OLT: Terminal de Línea Óptico (optical line terminal) ubicado en la oficina central.
ODN: Red de distribución óptica (optical distribution network) se compone de la red troncal o feeder, red de distribución y red de dispersión.
ONT: Terminales de Red Ópticos (optical network terminals) también conocidas como ONU (optical network unit), se encuentran en las instalaciones del usuario final y presentan las interfaces hacia los dispositivos.
Norma ITU-T G.984
La norma ITU-T G.984.x (x = 1, 2, 3, 4, 5, 6) (ITU-T, 2011) es una recomendación extensa y muy compleja que no solo ayuda a tomar bases en el diseño y certificación de topologías GPON, sino también proporciona un criterio amplio que busca optimizar los recursos como elementos pasivos, además de proyectar diseños ideales para evitar trabajos después de la construcción. A continuación la Tabla 1 detalla los parámetros más importantes para certificar una red FTTH GPON.
Medios físicos dependientes
La certificación de la ODN implica verificar la continuidad y los niveles de atenuación en los diferentes elementos de la red. La Tabla 2 indica los valores de referencia de los elementos de la ODN a certificar.
Especificaciones técnicas de elementos pasivos
En la Tabla 3 se detallan las principales características de los elementos que son parte de una red FTTH GPON.
Especificaciones técnicas de los equipos de certificación
En la Tabla 4 se detallan las características de cada uno de los equipos de certificación de una red FTTH GPON.
Cálculo del presupuesto de atenuación óptica
Uno de los principales elementos en el diseño de una red óptica es el cálculo teórico del presupuesto de pérdidas ópticas. La Ecuación 1 indica los elementos que se deben considerar en el cálculo de la atenuación óptica en todo el trayecto de la ODN. En otras palabras, el presupuesto de pérdida óptica es una indicación de cómo se utilizará la potencia óptica disponible. (Corning Optical Communications, 2015)
Ec.
(1)
Dónde:
x: Atenuación total teórica dB
a y b: Atenuación del splitter 1 y splitter 2 dB
c: Atenuación de la longitud de onda dB/Km
d: Distancia del enlace a diseñar Km
e: Atenuación del punto de empalme dB
f: Cantidad total de puntos de empalme en el enlace u
g: Atenuación de los conectores dB
h: Cantidad total conectores en el enlace u
Metodología
La presente investigación se realizó a través de la aplicación de métodos empíricos en el campo, para, después de revisar la normativa ITU-T G.984 y la “Norma técnica despliegue y tendido redes físicas telecomunicaciones” del ARCOTEL vigentes, realizar un análisis comparativo entre los valores teóricos y las mediciones obtenidas en una red FTTH GPON implementada, con el fin de garantizar que los valores medidos se encuentren dentro de los parámetros de certificación indicados en la Tabla 2.
La metodología para el proceso de medición y certificación de las redes de acceso GPON se ha dividido en tres fases, las mismas que se describen a continuación.
En la primera fase, con la ayuda del VFL y el microscopio óptico, se realizarán las mediciones de caracterización de los elementos pasivos de la red que tienen conectores (splitters, ODFs, NAPs, rosetas ópticas y otros), para garantizar su óptimo funcionamiento antes de ser instalados en la red y evitar futuros contratiempos. Además en este punto se realiza el cálculo del presupuesto óptico teórico del enlace con el fin de tener un valor de referencia, y también se hace la revisión de las fechas de actualización del software de los equipos de medición.
Una vez conectados estos elementos a los segmentos de red, en la segunda fase se realizan las mediciones con el OTDR (reflectómetro) para comprobar que los parámetros de atenuación de los elementos estén dentro de los valores definidos para fusiones, conectores, distancia del cable y otros. En el caso de las fusiones de fibra, el equipo muestra un valor de referencia de atenuación al momento de alinear los núcleos de la fibra, factor que permite identificar que esté dentro del rango establecido.
En la tercera fase, una vez finalizada la implementación de la red de acceso ODN, se procede a certificar en los extremos de los segmentos de red mediante pruebas reflectométricas con el OTDR y pruebas de potencia con el Power Meter, con el fin de detectar posibles fallas de atenuación, reflexión, inserción y pérdida de retorno de luz (ORL) en todo el segmento. Esto permitirá realizar un análisis entre los valores de referencia (valores calculados) y los resultados obtenidos en las mediciones.
Finalmente se realiza un cuadro de los resultados obtenidos tanto de los valores teóricos como de los valores medidos para verificar que estos estén dentro de los márgenes establecidos por la norma, a la vez que servirá como un soporte documentado de la certificación de red de fibra óptica.
Resultados
Con referencia a la fase 1 de la metodología se realizaron las siguientes actividades: cálculo óptico, Inspección visual con microscopio óptico JDSU P5000i y localizador visual de fallas.
Cálculo óptico
La Figura 2 presenta un diagrama unifilar de una ODN con los elementos constructivos de la red de acceso, a fin de determinar la atenuación teórica de extremo a extremo utilizando la Ecuación 1.
(Norma técnica de diseño de ODN, CNT, 2012).
En la Tabla 5 se realiza el cálculo óptico del diagrama propuesto en la Figura 2.
Inspección visual con microscopio óptico JDSU P5000i
En la caracterización de los elementos pasivos de la red que tienen conectores (splitters, ODFs, NAPs y rosetas) es importante identificar su estado físico con el uso del microscopio óptico por ser elementos que fácilmente se acoplan, desacoplan y están en continua manipulación del usuario para garantizar su limpieza y óptimo estado inicial. La Figura 3.a muestra un conector sucio, mientras que la Figura 3.b muestra el estado ideal del conector limpio y aceptable.
En la Tabla 6 se indican las características técnicas del microscopio óptico JDSU P5000i utilizando para la verificación de los conectores (Viavi solutions, 2016).
Inspección visual con VFL
Antes de utilizar el VFL, se debe considerar la seguridad ocular, la luz que emite este equipo tiene altos niveles de potencia, en consecuencia, no se debe ver directamente a la luz. Es importante identificar la continuidad de los elementos pasivos (splitters, pigtails, cable) desde un extremo al otro. La Figura 4 muestra los diferentes escenarios de este tipo de pruebas.
c) Pigtail en buen estado
Con referencia a la fase 2 de la metodología, antes de la entrega del enlace, es necesario comprobar los parámetros de atenuación de la red definidos en Tabla 2 del escenario indicado en la Figura 5. Para las fusiones en todo el trayecto de la red se utilizó la fusionadora Sumitomo (Sumitomo Electric, 2016), cuyas características técnicas se muestran en la Tabla 7.
Una vez finalizada la implementación de la red, se realiza lo especificado en la fase 3 de la metodología. La comprobación final de la red se realiza mediante pruebas reflectométricas (OTDR) y pruebas de potencia con el Power Meter (Viavi solutions, 2016). La Tabla 8 muestra las características técnicas del medidor de potencia.
Finalmente se presenta un cuadro de resultados con el resumen de los valores obtenidos en cada tipo de prueba como un soporte para la entrega de una red certificada y en óptimas condiciones.
Prueba reflectométrica óptica
Para la realización de estas pruebas se utilizó un reflectómetro (OTDR) cuyas características técnicas se indican en la Tabla 9 (Viavi solutions, 2016).
Las medidas reflectométricas pueden ser eficazmente analizables solo cuando la configuración del equipo (ancho de impulso, tiempo de muestreo, longitud de onda, umbrales, etc.) es la adecuada. En la Figura 5 se presenta la configuración de los principales parámetros correspondientes a pruebas reflectométricas a base de la Tabla 2.
Al realizar el trabajo técnico, una vez que los parámetros del equipo de medición fueron configurados con base a la Tabla 2, se realizan las pruebas respectivas en el conector de la roseta óptica se obtiene la gráfica que se encuentra en la Figura 6, la cual hace referencia a los resultados de la presente investigación.
Las pruebas reflecto métricas en la Tabla 10 muestran resultados a base del presupuesto óptico teórico calculado en la ventana de transmisión de 1550 nm.
Evento 1, en la columna Rel. Dist., se observa la medida de la bobina de lanzamiento de 1007.05 metros, conectada antes del enlace de fibra a certificar para conocer la pérdida real en el conector de la roseta, en la columna Loss (dB) presenta el valor de atenuación de este elemento (0.388 dB).
Evento 2, en la columna Rel. Dist., se observa una distancia de 450.56 metros con un Slope (pendiente) de 0.133 dB/Km se obtiene la atenuación de acuerdo con la distancia del cable hasta este evento (0.059 dB). La columna Loss dB presenta la atenuación real en el divisor óptico (15.878 dB). En la columna Total loss se presenta el resultado de la suma entre 0.388 dB y 0.059 dB con un total de atenuación hasta este evento de 0.447 dB, cabe recalcar que el valor de atenuación del divisor óptico no se considera en el Total loss ya que la señal aún no pasa de este elemento.
Evento 3, en la columna Rel. Dist. se observa una distancia de 1599.28 metros se obtiene una atenuación de segmento de 0.319 dB. La columna Loss dB no muestra ningún valor ya que estamos en el extremo del enlace, conocido como fin de fibra. En la columna Total loss se presenta el resultado de la suma entre 15.878 dB; 0.447 dB y 0.319 dB con una atenuación del enlace de 16.643 dB.
Una vez realizado el cálculo teórico y la prueba técnica en campo, en la Tabla 11 (previa) se comprobó que el valor de atenuación total medido es menor al valor de atenuación teórico calculado, determinando así que la red diseñada e implementada cumple con la normativa ITU-T G 984.2 (ITU-T, 2012), garantizando el correcto funcionamiento de los servicios de acuerdo al escenario de la Figura 5.
En la Tabla 12, se muestran las posibles fallas comunes en los diferentes tipos de prueba realizadas en la red.
Conclusiones y Recomendaciones
El diseño de una red de distribución óptica, debe ser cuidadosamente revisado antes de la implementación y configuración. Entre los factores que influyen para lograr un buen diseño se deben señalar: los costos, la vida útil, el tamaño del sitio, la cantidad de usuarios, la flexibilidad con los servicios soportados, así como también se debe revisar la Resolución 568, Registro Oficial 615 de 26-oct.-2015.-ARCOTEL.
En las redes FTTH GPON, se recomienda realizar las pruebas reflectométricas desde la ONT hasta la OLT. Las distancias del cable en la red son importantes para detectar puntos de fusión, eventos de curvatura, conectores y splitters instalados en la red de distribución óptica; la información de la distancia tiene que ser precisa para determinar la atenuación de la fibra. Las reflectancias tienen un gran impacto en la calidad del enlace, si la pérdida es muy alta y sobrepasa el presupuesto óptico teórico el receptor no podría recibir la potencia suficiente para recuperar la señal, afectando al ORL, este causará interferencia inter simbólica (ISI) y reducirá la Relación Señal a Ruido (OSNR) lo que puede ocasionar un incremento en la tasa de errores de bits.
Para redes PON las longitudes de onda mínimas son de 1310/1550 nm. Para mediciones, es importante contar con equipos que contemplen la banda de 1650 nm para ser utilizada cuando una fibra óptica este trabajando con bajo tráfico en tiempo real.
Los contratistas deben considerar los resultados indicados en la tabla 8 ya que la misma se obtuvo después de realizar varias mediciones puesto que certificar una ODN que cumple los estándares y normas técnicas nacionales e internacionales de funcionamiento, garantiza la correcta instalación, inversión, la fiabilidad de la estructura, mayor rendimiento, seguridad y disponibilidad. Además de ser una documentación indispensable, pues diagnostica exactamente los fallos, además de identificar si la causa es una instalación incorrecta, si los materiales cumplen con lo dispuesto en las normas técnicas, y facilitar su posible mantenimiento y reparación.
Es recomendable abrir el debate para establecer modelos de certificación de la arquitectura FTTH con tecnología GPON a base de este estudio realizado, tomando en consideración las indicaciones del ente regulador respectivo, normativas aplicadas por las distintas operadoras y los modelos de diseños implementados, para garantizar “que el país cuente con redes de telecomunicaciones de alta velocidad y capacidad distribuidas en el territorio nacional, que permitan a la población entre otros servicios, el acceso al servicio de Internet de banda ancha." (ARCOTEL, 2015).
