Como ya se explicó en un artículo anterior (CONECtrónica, número 137, páginas 23 y 24), las redes ADSL y de televisión por cable pronto serán incapaces de mantener las velocidades de banda ancha que los usuarios demandan de los servicios de Internet. En este artículo quiero mostrar con un poco más de detalle por qué la VDSL, y especialmente PON, son las tecnologías idóneas para esta tarea al proporcionar la velocidad necesaria para todos los servicios de Internet de alta velocidad previstos.

El presente artículo explica algunos de los aspectos teóricos aplicables a las transmisiones sobre fibra óptica y detalles prácticos de las características e innovaciones que es preciso tener en cuenta a la hora de planificar redes PON.

Conexiones de fibra óptica FTTH o FTTP PON
Como se señaló con anterioridad, una conexión de fibra óptica directa de punto a punto entre cada usuario y la centralita sería técnicamente ideal, pero tendría un coste prohibitivo en condiciones normales. La red óptica pasiva (Passive Optical Network, PON) ofrece velocidades de transmisión de datos inferiores pero con una capacidad superior, no obstante, a la que precisa cualquiera de los requisitos previstos actualmente y con un coste mucho menor.

Aspectos económicos
Los debates sobre redes destinadas a consumidores particulares frecuentemente parten de un modelo ficticio en el que todo el mundo vive en casas unifamiliares. En realidad, incluso en los países occidentales desarrollados, las viviendas compuestas por múltiples unidades (apartamentos, pisos, adosados, etc.) son las predominantes en muchas zonas, frecuentemente mezcladas con inmuebles comerciales, mientras que muchas otras están situadas en áreas semirurales. Cada tipo de construcción presenta diferentes requisitos de red.

Viviendas de alta densidad (múltiples unidades)
En una zona de alta densidad, la solución obvia para la prestación de servicios es una conexión de fibra óptica directa con el edificio, con los usuarios finales conectados mediante cobre o fibra. VDSL, PON o la simple Ethernet conmutada serían igualmente útiles, ya que los problemas son más prácticos que técnicos. Algunos ejemplos serían dónde situar los armarios, qué tipo de cableado es necesario para conectar cada vivienda y quién posee o explota el equipo. Las barreras legales y administrativas, diferentes en cada país, pueden llegar a ser enormes.

Zona residencial “típica”
Como se explicó anteriormente, este es el entorno para el cual suelen diseñarse los sistemas PON o VDSL.

Zonas semirrurales
Esta situación siempre ha supuesto un problema para las operadoras. Las distancias entre el usuario final y un punto de concentración viable son con frecuencia de 10 km o más, por término medio, lo que obliga a utilizar hilo de cobre más grueso y amplificadores o repetidores dentro un enlace de hilo telefónico o, más recientemente, sistemas de radio. Es un caso muy atractivo para los sistemas PON, compatibles con distancias típicas de 10-20 km, lo que permitiría proporcionar todas las funciones.

Locales comerciales
Los locales comerciales varían en tamaño desde “la tienda de la esquina” hasta instalaciones en complejos de enormes dimensiones con miles de empleados. En muchos casos, las tecnologías empleadas para viviendas de alta densidad son las más adecuadas, mientras que otros precisan acceso individual por fibra de punto a punto.

Emplear arquitecturas de distribución modernas (NGN/PON) puede transformar completamente la estructura de la red metropolitana. Mientras que una ciudad occidental típica de tamaño medio con 2 o 3 millones de habitantes puede requerir 200-300 centralitas u oficinas centrales (Central Offices, CO), PON puede conectar a usuarios situados a un máximo de 20 km de una centralita. Por lo tanto, las ciudades podrían, en teoría, recibir servicio de una sola centralita (en realidad probablemente cuatro, por razones prácticas), lo que supone un enorme ahorro. El problema reside en el coste de instalar cable de fibra para cada usuario, especialmente debido a las obras públicas necesarias y a la cuestión del modo de conectar a los abonados. Sin embargo, allá donde sea necesario instalar nuevos cables, la ventaja de una red de fibra es incuestionable.

Estructura del sector
La introducción de cualquiera de las nuevas tecnologías de banda ancha puede afectar espectacularmente a la estructura del sector de las telecomunicaciones. Tradicionalmente, la industria telefónica de un país estaba compuesta por una única compañía de propiedad pública que era dueña de la infraestructura y prestaba todos los servicios. Con la proliferación de servicios, lo más frecuente es que actualmente existan numerosas organizaciones que compiten entre sí para su prestación. Sería muy difícil competir con una organización que posea una estructura de red VDSL o de acceso PON. Muchas organizaciones diferentes, que arrendarían las instalaciones que necesiten al propietario de la infraestructura, podrían dedicarse a ofrecer servicios. Esto probablemente acabe creando un nuevo modelo de negocio que todavía no existe.

¿Qué diferencia a las redes de fibra?
Las características de velocidad y capacidad de la fibra monomodo son legendarias y esta es la principal razón por la que se utiliza. Sobra decir que, al no ser eléctrica, las interferencias de radio o las diferencias de voltaje de tierra entre ubicaciones no suponen ningún problema. Lo que también la hace muy diferente de los cables de cobre es la forma en la que se desplaza la señal, tanto a través de la fibra como de divisores y concentradores. La señal puede dividirse muchas más veces: en el caso de una división de 64 vías (suponiendo que se utilicen componentes viables sin pérdidas), la señal sufrirá una pérdida de 6x3 = 18 dB.

La fibra también tiene, sin embargo, problemas de los que el cobre carece. Si la fibra óptica se dobla excesivamente pierde la señal, por lo que el radio de curvatura es importante. En lugares donde es necesario unir o acoplar fibra a los equipos (como en un divisor), es necesario formar un bucle con la fibra sobrante en ambos lados. Este problema se atenúa ligeramente empleando fibras monomodo diseñadas específicamente para el entorno metropolitano (cubierto por las normas G.652.D y G.657.A y B).

Redes pasivas
Un artículo anterior sobre la VDSL señaló que un sistema VDSL práctico requiere un armario que contenga equipo activo en todos los puntos de concentración (es decir, en casi todos los cruces de calles). Una ciudad de entre 2 y 3 millones de habitantes necesitaría unos 3.000 de estos armarios, todos los cuales precisarían de un mantenimiento regular y un suministro eléctrico fiable, lo que, a su vez resultaría en unos costes de explotación extremadamente elevados. Una red pasiva ofrece costes de explotación considerablemente inferiores pero, incluso en este caso, los costes provendrían de los cambios en la red y la reparación de cables deteriorados. Una red óptica pasiva también debe incluir, como mínimo, armarios de pequeño tamaño (similares a cajas de conexión) para el equipo divisor.

Redes ópticas pasivas
Existen tres formas genéricas de construir una red óptica pasiva:

1.    Punto a punto: una fibra específica (o par de fibras) entre cada usuario final y la centralita. Como se explica anteriormente, es un sistema muy costoso y desproporcionado en relación con los requisitos.
2.    Punto a multipunto, con distinta longitud de onda para cada usuario en una conexión concreta. Se trata de otra muy buena solución, pero los multiplexores sensibles a la longitud de onda (xWDM) y los láseres adecuados son costosos y absolutamente excesivos para los requisitos previstos. Sin embargo, xWDM parece ser una tecnología de futuro actualmente “en desarrollo”.
3.    Redes punto a multipunto en las que muchos usuarios compartan la misma longitud de onda óptica. Esta solución proporciona toda la capacidad y funciones necesarias pero con un coste significativamente inferior al de cualquiera de las dos alternativas anteriores. Esta configuración de red de fibra compartida tiene la enorme ventaja de requerir tan solo un transceptor en la ubicación de cada usuario y en la centralita. El cableado también es más sencillo en comparación con una arquitectura de punto a punto, ya que solamente se necesita una conexión en la centralita para un máximo de 64 usuarios (se está estudiando la posibilidad de 128 usuarios para GPON). Además, constituye una infraestructura estable que puede ser adaptada en el futuro a casi cualquier otra arquitectura concebible sin necesidad de instalar nuevas conexiones de usuario.

Cuestiones de diseño
El aspecto principal en lo referido al desarrollo de PON es la topografía del área, lo que incluye el tipo y número de edificios existentes o previstos, como ya se mencionó anteriormente, un factor también denominado “posibles abonados por metro cuadrado”. Además, y pese a que no guardan relación directa con los aspectos técnicos, es necesario tener en cuenta los tres elementos de diseño descritos a continuación.

Presupuesto de potencia óptica
Un factor clave en el diseño de PON es el presupuesto para enlaces ópticos, es decir, la diferencia entre la potencia producida por un transmisor láser y la potencia mínima que requiere un receptor para una recuperación precisa de la señal. Se trata de la cantidad de potencia que puede planificarse para su uso en la red. Para que el sistema funcione, la suma de todas las pérdidas debe ser inferior al presupuesto. Las pérdidas principales son:

1.    Reducción de la potencia con el paso del tiempo: a la hora de planificar la red, es preciso calcular la potencia de transmisión del láser basándose en su nivel de potencia operativa al final de su vida útil.
2.    La sensibilidad del receptor también debe estimarse partiendo de su rendimiento al final de su vida.
3.    La potencia consumida por la atenuación en la fibra, los empalmes de la fibra (muy baja si están bien hechos, o alta, en caso contrario), divisores y combinadores (tanto lógicos como asociados con la construcción) y velocidad de transmisión de datos.

En general, cuando se dobla la velocidad de transmisión de datos, la sensibilidad de un receptor concreto se reduce a la mitad. La mayoría de los estándares PON ofrecen diferentes velocidades de transmisión opcionales. Si todos los demás factores son iguales, cambiar de una velocidad de transmisión de 1 Gbps a 2 Gbps provocará una reducción del presupuesto del enlace en 3 dB.

Características del láser
Al activar un láser semiconductor, este tiende a “oscilar” (variar rápidamente su longitud de onda) brevemente hasta que se estabiliza. Para minimizar los efectos de esta oscilación, es práctica habitual mantener un láser semiconductor de comunicación en estado activado (emitiendo) constantemente. Sin embargo, en una red compartida, cuando un usuario está transmitiendo, la transmisión de otros usuarios (incluso a muy bajo nivel) causará interferencias, por lo que es necesario apagar cada láser al final de un bloque o trama de datos, dejando un intervalo de tiempo entre el final de la transmisión de un usuario y el comienzo de otra transmisión.

Velocidad de conexión
Todos los usuarios conectados comparten los canales de subida y de bajada. Se asigna a cada uno de ellos una porción de la capacidad disponible. Por ejemplo, un PON con 10 usuarios funcionando a 1 Gbps tanto en bajada como en subida podría asignar 100 Mbps de capacidad a cada usuario. A continuación se muestran las velocidades de conexión disponibles según la norma GPON. En 2008 la elección predominante parece ser de 1,24416 Gbps de subida y 2,48832 Gbps de bajada. Ver  Tabla I.

 

 

 

 

Conclusión
La mayoría de los países desarrollados está experimentando un rápido incremento de la demanda de acceso a Internet de alta velocidad en viviendas y empresas. Además, la naturaleza de la distribución de televisión está a punto de experimentar una transformación revolucionaria. Por supuesto, la demanda de acceso fiable al servicio telefónico tradicional es tan importante como siempre. Las redes de acceso de hilo de cobre existentes simplemente son insuficientes para permitir la evolución de los servicios. El uso de fibra óptica en una forma u otra representa una buena solución técnica a este problema. En lugares en los que existan conexiones TTP de cobre con las instalaciones del cliente, es posible implantar una solución  FTTN (Fiber To The Node) empleando tecnología VDSL

Autor: Patrick Gahwiller. Partner Account Manager, R&M. Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo.

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