Conceptos Basicos Parte 2
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TELECOMUNICACIONES
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PRINCIPIOS BASICOS EN
TELECOMUNICACIONES
MULTIPLEX
Ing. Rodrigo Silva T.
-
2Telfonos anlogos
1
ABC
2
DEF
3
GHI
4
JKL
5MN
6RS7
TUV
8WXY
9OQ
0
Disco de aparato de
abonado anlogo de pulsos
1 2 3
4 5 6
7 8 9
* 0 #
A
B
C
D
1209 1336 1477 1633Hz
697
770
852
941
Teclado de 16 pulsadores
de abonado anlogo de
tonos o multifrecuencial
Conjunto de frecuencias
superiores (Hz)
Conju
nto
de f
recuencia
s
infe
riore
s (
Hz)
-
3Medios de transmisin
Radio
Cable
Microondas
TerrestreSatlite
Pares de hilos de cobre (Twisted
Pair)
Coaxial
Fibra ptica
-
4MultiplexacinLa funcin principal es compartir una lnea de
comunicacin (medio de transmisin) para transmitir
simultneamente varias seales de informacin.
Canal 1
Canal 2
Canal 3
-
5Multiplexacin
{{{{
Fre
cuenc
ia
Tiempo
Canal 4
Canal 3
Canal 2
Canal 1
Distribucin de canales
en el dominio de la
frecuencia (FDM)
{ { { {
Canal 1
Canal 2
Canal 3
Canal 4
TiempoDistribucin de canales
en el dominio del tiempo
(TDM)
-
14/07/2015 Comunicacin Digital 6
Las redes de transporte tal y como se conocen hoyen da han evolucionado como un mecanismo paratransmitir conversaciones telefnicas entreterminales (CONMUTACION DE CIRCUITOS).
Hasta el principio de la dcada de los setenta esto sellevaba a cabo utilizando cables de pares de cobreque unan la central sobre los que multiplexaban lasseales para ahorrar as costos en infraestructurasde comunicaciones.
La central origen agregaba el trfico hacia otracentral destino utilizando tcnicas de multiplexacinpor divisin en frecuencia FDM.
Multiplexacin
-
14/07/2015 Comunicacin Digital 7
En los comienzos de los aos 1960 todos los sistemas
de conmutacin y transmisin eran analgicos.
En este periodo, expertos en transmisin estuvieron
trabajando en PCM para transformar las seales de voz
analgicas en cadenas digitales de bits.
Su principal propsito fue resolver el problema de la
presencia de demasiados hilos de cobre en las calles y
la ausencia de espacio para instalar nuevas lneas.
Multiplexacin
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14/07/2015 Comunicacin Digital 8
Segn aumentaba la demanda del servicio telefnicose hizo necesario definir nuevas estructuras TDMque permitieran agregar flujos mayores de canalespor el mismo medio de transmisin.
De esta manera los organismos de normalizacineuropeos definieron nuevas tramas formadas pormultiplexacin de las anteriores, dando lugar a lo quese conoce como una jerarqua de multiplexacin.
Orgenes con los sistemas plesicronos (PDH)
Sistemas de Jerarqua Digital Sincrnica (SDH)
Multiplexacin
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14/07/2015 Comunicacin Digital 9
MULTIPLEX FDM
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14/07/2015 Comunicacin Digital 10
JERARQUA FDM
CANAL DE VOZ
0 4 KHz
GRUPO
12 CANALES 60-108 KHz
SUPERGRUPO
60 CANALES 312 352 KHz
MASTERGRUPO
600 CANALES 812 2044 KHz
GRUPOS JUMBO
1800, 3600, 10800 CANALES 316 12388 KHz
12
5
10
3,6,18
-
14/07/2015 Comunicacin Digital 11
El circuito de banda de voz (VB) bsico se llama canal 3002
y, en realidad, tiene una limitacin de banda de 300 a 3000
Hz, aunque por razones prcticas est considerado como un
canal de 4 KHz. El canal 3002 bsico se puede subdividir en
24 canales 3001 ms angostos (telgrafo) que fueron usados
en la multiplexacin por divisin de frecuencia para formar un
solo canal 3002.
CANAL BASICO DE VOZ
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14/07/2015 Comunicacin Digital 12
Un grupo bsico est formado de 12 canales de banda de voz
apilados, unos junto a otros, en el dominio de la frecuencia. El
bloque de modulacin de 12 canales se llama un banco de
canales de tipo A (analgico). La salida del grupo de 12 canales,
del banco de canales de tipo A es el bloque estndar para
construir la mayora de los sistemas de comunicacin de banda
ancha de largo alcance. Se realizan sumas y supresiones en la
capacidad total de un sistema con un mnimo de un grupo (12
canales VB).
GRUPO
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14/07/2015 Comunicacin Digital 13
Es la combinacin de cinco grupos en un supergrupo. La
multiplexacin de cinco grupos de realiza en un banco de
grupos. Un solo supergrupo puede llevar informacin de 60
canales VB o manejar datos de alta velocidad de hasta 250
Kbps.
SUPERGRUPO
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14/07/2015 Comunicacin Digital 14
GRUPO MAESTRO
Un grupo maestro est formado de 10supergrupos (10 supergrupos de 5 grupos cadauno = 600 canales VB). Los supergrupos decombinan en bancos de supergrupos, para formargrupos maestros. Hay dos categoras de gruposmaestros (U600 y L600), que ocupan diferentesbandas de frecuencia. El tipo de grupo maestroutilizado depende de la capacidad del sistema y siel medio de transmisin es un cable coaxial, unradio de microondas, una fibra ptica o un enlacesatelital.
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14/07/2015 Comunicacin Digital 15
Los grupos maestros pueden multiplexarse an ms en
bancos de grupos maestros para formar grupos jumbo,
multigrupos jumbo, y supergrupos jumbo. Un canal de radio
de microondas, FDM/FM bsico, lleva tres grupos maestros
(1800 canales VB), un grupo jumbo tiene 3600 canales VB,
y un supergrupo jumbo tiene 3 grupos jumbo (10800
canales VB).
AGRUPACIONES MAS GRANDES
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14/07/2015 Comunicacin Digital 16
Jerarqua AT&T para FDM
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14/07/2015 Comunicacin Digital 17
MULTIPLEX TDM
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14/07/2015 Comunicacin Digital 18
JERARQUIA DIGITAL PDH
El estndar americano (1962) con 24 seales de
voz multiplexadas juntas con un bit de tramado
para formar una seal de 1.544 Mbps llamada
DS-1 (T1).
En 1968 Europa desarroll su estndar con 30
canales de voz ms un canal para "framing", que
consiste en un mtodo para indicar dnde
empezar a contar canales, y un canal para
sealizacin, con un total de 32 canales de 64
Kbit/s dando 2.048 Mb/s. Esto conformaba el
formato E1.
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14/07/2015 Comunicacin Digital 19
JERARQUIA DIGITAL PDH
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14/07/2015 Comunicacin Digital 20
JERARQUIA DIGITAL PDH
El siguiente grfico muestra como se realizan las sucesivas
multiplexaciones hasta llegar a la jerarqua ms alta que se
encuentra estandarizada
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14/07/2015 Comunicacin Digital 21
JERARQUIA DIGITAL PDH
La multiplexin, en la jerarqua PDH, se realizautilizando el mtodo de entrelazado bit a bit.
En la multiplexacin, habra que diferenciar doscasos:
Las seales originales son sincrnicas, porejemplo tienen exactamente el mismo reloj.
Las seales originales no son sincrnicas, porejemplo sus relojes provienen de distintoslugares.
Para solventar este problema se recurre a unmecanismo algo complejo que consiste enintroducir en las lneas bits de relleno paraacomodar la velocidades de los canales a la delmultiplexor.
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14/07/2015 Comunicacin Digital 22
Esta operacin de insercin y extraccin de bis de relleno se
realiza al multiplexar en cada uno de los niveles de la jerarqua.
Por este motivo localizar una seal de 64 Kb/s dentro de una
trama de nivel 4 (140 Mb/s) supone demultiplexar todos los
niveles uno a uno, identificando los bits de relleno, hasta el nivel
inferior.
JERARQUIA DIGITAL PDH
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14/07/2015 Comunicacin Digital 23
PORQUE PLESIOCRONO?
Japn y USA, en la que 24 canales de voz son
transportados en la trama.
Europa (CEPT), se tuvo un cuidado especial en
proporcionar servicios de sealizacin y
sincronizacin en la trama E1.
En este caso 30 canales de voz son transportados
por la trama, adems de dos canales, de la misma
capacidad que el canal de voz, que permiten la
transmisin de informacin de alineamiento de
trama, comunicacin de alarmas y bits de CRC.
TRAMAS PDH
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14/07/2015 Comunicacin Digital 24
Primer Nivel Trama (E1)
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14/07/2015 Comunicacin Digital 25
Alineamiento de Trama (E1)
PDH a cualquier nivel es una tecnologa detransmisin estructurada, y por lo tanto cada bit,tiene un significado y una funcin, y para unacorrecta comprensin, es completamente necesariotener una indicacin del inicio de la trama.
Para que el receptor de la trama bsica E1 puedareconocer el inicio de la trama una estructura de bitsespecial se inserta en el inicio de algunas tramas.
Una seal de alineamiento de trama (FAS), seintroduce en el principio de las tramas pares.
El byte restante en las tramas impares esdenominado NFAS (No FAS) y es utilizado para eltransporte de informacin de alarmas.
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14/07/2015 Comunicacin Digital 26
FAS y CRC-4 (E1)
Dentro del byte de FAS el primer bit se dedica a realizar
un CRC-4, por lo tanto es necesario recibir 4 FAS para
formar el cdigo que permite el reconocimiento de una
correcta sincronizacin y recepcin de tramas.
En la siguiente figura se presenta la trama E1 completa,
a la que se denomina Multitrama; esta formada por 16
tramas bsicas, con una duracin cada una de ellas de
125 us.
Entonces, la multitrama tiene una duracin total de 2
ms.
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14/07/2015 Comunicacin Digital 27
Canal de Sealizacin y Multitrama
(E1)
El slot nmero 16 de cada trama bsica de 2 Mbit/s se
reserva para el transporte de protocolos de
sealizacin para los 30 de 64 kbit/s que llegan
directamente a los usuarios de la PSTN.
Por esta razn, los multiplexores de la red deben
modificar la informacin de sealizacin de los canales.
Cada canal tiene asignado un espacio de sealizacin
de 2 kbit/s en la multitrama E1, a travs de 4 bits
(conocidos genricamente como a,b,c y d) en el canal
16, que constituye un canal de sealizacin de 64
kbit/s.
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14/07/2015 Comunicacin Digital 28
Administracin de Alarmas (E1)
Para la transmisin de alarmas, PDH hace uso de loscampos NFAS y NMFAS.
Cuando un ADM detecta una disminucin en lacalidad de transmisin, o porque el nivel de error esdemasiado alto odebido a un desalineamiento detrama detectado, debe comunicar este hecho al otroextremo de la conexin, es decir, al transmisor.
Un procedimiento similar es efectuado por la sealde NMFAS. Cuando el receptor pierde el sincronismode multitrama, enva hacia atrs una alarma en elsexto bit del primer byte del canal 16, esta alarma esdenominada AIS64, o seal de indicacin de alarma
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14/07/2015 Comunicacin Digital 29
Segundo Nivel de Multiplexacin
(E2)
Este nivel de Multiplexacin est formado por cuatro
niveles E1 con una tasa de 8 Mbps que se dividen en
cuatro bloques, que estn separados por los bits de
control de justificacin.
Los bloques segundo y tercero son idnticos, una
multiplexin simple de las seales transportadas de 2
Mbit/s, mientras que el primer y cuarto bloques son
diferentes.
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14/07/2015 Comunicacin Digital 30
El primer bloque contiene la palabra de FAS (1111010000), elbit A de alarma urgente, los bits sobrantes S, reservados parauso nacional (a veces utilizados como alarma no urgente) y 20bits de informacin.
El cuarto bloque contiene cuatro bits de justificacin (R), paracada tributaria contenida en la seal de E2, y ms bits deinformacin.
Como ya ha sido sealado, la justificacin es positiva, esosignifica que la justificacin no contiene informacin la mayoradel tiempo.
Estos bits estn distribuidos a lo largo de la trama paraminimizar la probabilidad de que un error pueda modificar a dosde ellos, y la decisin es tomada por mayora.
Trama E2
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14/07/2015 Comunicacin Digital 31
Tercer Nivel de Multiplexacin (E3)
La estructura de trama de la seal de 34 Mbit/s est definida en la
recomendacin G.751 de la ITU-T .
Esta trama tiene una longitud total de 1536, siendo la estructura de
multiplexacin idntica a la utilizada en el nivel de 8 Mbit/s, con la
nica diferencia que el coeficiente de justificacin para la seal de 8
Mbit/s es de 43.6%.
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14/07/2015 Comunicacin Digital 32
Cuarto Nivel de Multiplexacin
(E4)
La estructura de trama de la seal E4, est definida en
la recomendacin G.751 de la ITU-T.
En este caso, pueden verse 6 bloques diferentes,
mientras, en los otros niveles, nicamente el primer y el
ltimo bloque eran diferentes.
La palabra de alineamiento de trama es tambin
diferente: 111110100000, siendo el coeficiente de
justificacin tambin diferente: 41.9%.
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14/07/2015 Comunicacin Digital 33
INCONVENIENTES EN PDH
DIFERENTES RELOJES EN CADA NODO (Multiplexasincrnico) GENERAN PROBLEMAS TALES COMO:
Si la tasa binaria de una lnea es mayor de la delmultiplexor, este no tendr tiempo de llegar a leertodos los bits en cada reinicio.
Si la tasa binaria de una lnea es menor de la delmultiplexor, puede ocurrir que este lea el mismo biten dos lecturas sucesivas .
Para subir o bajar tributarios pequeos desde unatrama E3 E4 es necesario demultiplexarcompletamente en todos los niveles inferiores (mayorcosto).
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14/07/2015 Comunicacin Digital 34
JERARQUIA DIGITAL
SINCRNICA (SDH)
En el ao 1985 la empresa Bell Core, le hace una propuesta alANSI de estandarizar las velocidades mayores a 140Mb/s, quehasta el momento eran propietarias de cada empresa.
En 1986, la Bell Core, y la AT&T, proponen al CCITT, posiblesvelocidades de transmisin para que las mismas seanestandarizadas, cada una de estas empresas proponediferentes velocidades transmisin posibles.
En Noviembre de 1988 se produce la primera regulacin de laJerarqua Digital Sincrnica (JDS), o ms conocida por sussiglas en la lengua inglesa Synchronous Digital Hierarchy(SDH).
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14/07/2015 Comunicacin Digital 35
Definicin de SDH:
SDH es un estndar para redes de telecomunicaciones dealta velocidad, y alta capacidad .
Este es un sistema de transporte digital realizado paraproveer una infraestructura de redes de telecomunicacionesms simple, econmica y flexible.
Las viejas redes fueron desarrolladas en el tiempo en quelas transmisiones punto a punto eran la principal aplicacinde la red.
Hoy en da los operadores de redes requieren unaflexibilidad mucho mayor. El siguiente grfico muestra ladistribucin de trama de un nodo de cross-conexinplesiocrnico.
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14/07/2015 Comunicacin Digital 36
SDH
El concepto de un sistema de transporte sncrono, basado en
normas SDH, trasciende las necesidades bsicas de un sistema
de transmisin punto a punto, e incluye los requisitos de las
redes de telecomunicaciones: conmutacin, transmisin y
control de la red.
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14/07/2015 Comunicacin Digital 37
Por qu SDH?
A partir de la introduccin de la tecnologa PCM
(Pulse Code Modulation) hacia 1960, las redes de
comunicaciones fueron pasando gradualmente a
la tecnologa digital en los aos siguientes.
Para poder soportar la demanda de mayores
velocidades binarias surgi la jerarqua PDH.
Pero como las velocidades de transmisin de esta
jerarqua no son las mismas para EEUU y Japn
que para Europa, los gateways (pasarelas) entre
redes de ambos tipos es compleja y costosa.
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14/07/2015 Comunicacin Digital 38
La tecnologa SDH, ofrece a los proveedores de redes las
siguientes ventajas:
Altas velocidades de transmisin
Funcin simplificada de insercin / extraccin
Alta disponibilidad y grandes posibilidades de
ampliacin
Confiabilidad
Plataforma a prueba de futuro .
Ventajas SDH
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14/07/2015 Comunicacin Digital 39
Componentes de una red
sincrnica
En la figura se presenta un diagramas esquemtico de una
estructura SDH en anillo con varias seales tributarias.
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14/07/2015 Comunicacin Digital 40
Caracterstica Principales de
SDH
Tasa bsica 155Mb/s (STM-1)
Tcnica de multiplexado a travs de punteros
Estructura modular: A partir de la velocidad bsica seobtienen velocidades superiores multiplexando byte por
byte varias seales STM-1
A travs del puntero, se puede acceder a cualquier canal de 2Mb/s.
Posee gran cantidad de canales de overhead que son utilizados para supervisin, gestin, y control de la red.
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14/07/2015 Comunicacin Digital 41
ESTRUCTURA DE LA TRAMA DE
MULTIPLEXION
SDH transmite la informacin encapsulada en unidades bsicas
llamadas tramas.
Estas tramas contienen informacin de control de cada uno de
los niveles de la red (trayecto, lnea y seccin) adems del
espacio reservado para el transporte de la informacin de
usuario.
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14/07/2015 Comunicacin Digital 42
Elementos SDH
STM MUX STM MUX
regenerator regenerator
Add/drop mux
sectionsection
line
path
-
14/07/2015 Comunicacin Digital 43
Trama STM-1 (Synchronous
Transport Module)
La jerarqua STM-1 es
la menor velocidad
prevista para la
transmisin a travs de
un enlace de SDH, es
decir se puede definir
como la jerarqua
bsica.
La STM-1 tiene una
estructura de trama
que se conforma de
2430 bytes en serie.
TASA BASICA STM-1
155 Mbps
-
14/07/2015 Comunicacin Digital 44
Transmisin de la Trama
La estructura bidimensional consta de 9 reglones, con
270 bytes por regln.
Esta matriz debe ser recorrida en izquierda a derecha, y
en sentido descendente, para as ir siguiendo la
secuencia en serie para su transmisin.
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14/07/2015 Comunicacin Digital 45
Estructura de la cabecera de
seccin de Regeneracin ROH
Esta seccin est destinada a transferir informacin entre los
elementos regeneradores.
El contenido de esta cabecera es:
Seis octetos (A1 y A2) de alineacin de trama cuyo valorest ya definido
Identificacin del nivel de la jerarqua al que pertenece latrama (J1)
Un octeto de control de paridad que permite detectar erroresde transmisin entre secciones de regeneracin (B1)
Un canal de 64 Kb/s para establecer comunicaciones entrepersonal de mantenimiento(E1). Como la transmisin de la
trama se realiza cada 125 microsegundos cada octeto de
informacin se convierte en un canal de 64 Kb/s.
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14/07/2015 Comunicacin Digital 46
ROH
Las funciones bsicas de esta
seccin son las siguientes:
Chequeo de paridad
Alineacin de la trama
Identificacin de la STM-1
Canales destinados a los
usuarios (sin fines especficos)
Canales de comunicacin de
datos
Canales de comunicacin vocales
-
14/07/2015 Comunicacin Digital 47
Estructura de la cabecera de
seccin de Multiplexacin MOH
Esta seccin provee las funciones necesarias para monitorear y transmitir datos de la red de gestin entre elementos de red.
Su contenido es:
Control de paridad para detectar errores de transmisin entre seccionesde multiplexin (B2)
Canal de informacin para conmutacin automtica en caso de fallo enla lnea (K1 y K2). Esta informacin se transmite en los sistemas que soncapaces de recuperarse automticamente ante un fallo en la red.
Canal de datos de 576 Kb/s entre secciones de multiplexinutilizado para tareas de gestin de red (D4 D12)
Un canal de 64 Kb/s para establecer comunicaciones entrepersonal de mantenimiento (E1)
Un canal que indica el tipo de reloj utilizado el momento detrasmisin (S1).
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14/07/2015 Comunicacin Digital 48
Las funciones bsicas de esta seccin son las siguientes:
Chequeo de paridad
Punteros del payload
Conmutacin automtica a la proteccin
Canales de comunicacin de datos
MOH
-
14/07/2015 Comunicacin Digital 49
Composicin de la trama STM-N
Para multiplexar las diversas seales de entrada en una trama de cualquiera de los niveles de la jerarqua hay que realizar dos tareas:
Encapsular cada sealtributaria en elcontenedor adecuadosegn se define en lasRecomendaciones delITU-T.
Una vez encapsulada cada seal, hay que componer una trama con todas ellas.
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14/07/2015 Comunicacin Digital 50
Cada seal tributaria se encapsula en su contenedor junto a
una cabecera de control de trayecto que lo acompaa extremo
a extremo.
Estas estructuras se vuelven a combinar para completar una
trama STM-1.
Encapsulamiento SDH
-
14/07/2015 Comunicacin Digital 51
SONET / SDH
Qu es SONET / SDH?
Synchronous Optical Network ANSI (US)
Synchronous Digital Hierarchy ITU-T Europa
Similares y compatibles
Estndar usado en fibra ptica
Recomendacin para equipos FOTS
Fibre Optic Transmission Systems
Puede llevar jerarquas incompatibles como DS-0,
DS1 (Asyn)
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14/07/2015 Comunicacin Digital 52
SONET / SDH
STS 1 OC-1 51.840
STS-3 OC-3 155.520 STM-1
STS-9 OC-9 466.560
STS-12 OC-12 622.080 STM-4
STS-18 OC-18 933.120
STS-24 OC-24 1244.160
STS-36 OC-36 1866.230
STS-48 OC-48 2488.320 STM-16
STS-96 OC-96 4976.640
STS-192 OC-192 9953.280 STM-64
SONET SDH
Mbps
-
14/07/2015 Comunicacin Digital 53
Topologa SONET / SDH
ADM
ADM
DCS
ADM
ADM
ADM
SMD
SMD
SMDSMD
SMD
SA
SA
DS1
802.5
ADM add drop multiplexer
SMD - sts mu/demux
DCS digital cross connect switch
SA service adapter
Oc -n
Oc -n
Oc -n
Oc -n
Oc -n
Oc -n
-
14/07/2015 Comunicacin Digital 54
MULTIPLEX WDM
-
14/07/2015 Comunicacin Digital 55
WDM & DWM
-
14/07/2015 Comunicacin Digital 56
Qu es WDM? (Wavelength
Division Multiplexing)
WDM es una tecnologa de Multiplexacin por Divisin de
Longitud de Onda orientada a transmitir informacin a travs
de Fibra ptica. Dicho proceso permite que diferentes cadenas
de informacin sean transportadas a diferentes longitudes de
onda y enviadas todas a la vez por una nica Fibra ptica.
Por ejemplo, si queremos transmitir 16 canales a lo largo de
310 millas utilizando mtodos tradicionales, necesitaramos 16
fibras y un total de 144 elementos de regeneracin y
amplificacin de seal. En cambio, esto mismo implementado
mediante tecnologa WDM, reducira los dispositivos
necesarios a una sola fibra y seis elementos de amplificacin,
como se muestra en el diagrama.
-
14/07/2015 Comunicacin Digital 57
Qu es WDM?
-
14/07/2015 Comunicacin Digital 58
DWDM
A finales de los 90, los sistemas densos (DWDM) llegaron a
ser una realidad cuando gran nmero de servicios y multitud de
longitudes de onda comenzaron a coexistir en la misma fibra,
llegando a enviar 32/40/64/80/96 longitudes de onda a 2,5
Gbps y 10Gb/s.
Aun as, pronto veremos los sistemas ultra-densos (UDWDM)
con transmisin de 128 y 256 longitudes de onda a 10Gb/s y
40 Gb/s por canal, ya que la infraestructura actual de fibra
ptica no ser suficiente para cubrir la demanda.
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14/07/2015 Comunicacin Digital 59
DWDM
Mediante el uso de tecnologa DWDM, cada longitud de
onda transmitida por la misma fibra soporta un canal
independiente y, consecuentemente, aumenta el ancho de
banda disponible para diferentes servicios.
Por ejemplo, con tecnologa estndar SONET, 1344 seales
T1 se transmiten por un par de fibras. Empleando
tecnologa WDM y el mismo par de fibras, se llegan a
transmitir hasta 53.760 seales T1.
Una vez que la tecnologa DWDM sobrepase el marco de
aplicacin de las conexiones punto a punto y se desdoble
en topologas en bus y en anillo, los OADMs y OXCs sern
usados masivamente dentro de la red.
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14/07/2015 Comunicacin Digital 60
Este hecho conducir a los siguientes retos a los que la
tecnologa DWDM tendr que hacer frente:
Mayor control sobre la tolerancia de los lsers y de los
filtros pticos.
Supresin de elementos no lineales.
Presupuestos de potencia ptica mucho ms complejos.
Menor acumulacin de ruido ptico.
Menor coste por bit.
Menor nmero de capas en el escalonamiento.
Mejor proteccin y restauracin de la capa ptica.
Flexibilidad y rapidez de reconfiguracin ptica.
Optimizacin del uso de ancho de banda disponible.
DWDM
-
14/07/2015 Comunicacin Digital 61
DWDM
Para poder plantear soluciones y repuestas a estos
futuros requerimientos, deberemos tener disponibles
opciones como:
Nuevos tipos de fibra ptica.
OC-192
Conmutacin, Intercambio y conversin de longitud
de onda.
Compensacin de dispersin a muy bajo coste.
Regeneracin totalmente ptica de seales.
-
14/07/2015 Comunicacin Digital 62
DWDM
Todos estos indicadores nos inducen a pensar que el mercado
para fabricantes y usuarios de componentes y equipos DWDM
ser creciente, an cuando la complejidad de la propia
tecnologa crezca del mismo modo y a la misma velocidad.
Por ello, y calculando un incremento en la demanda de ancho
de banda del 100% cada 6 meses, podremos esperar que las
redes DWDM del 2010 requieran:
864 fibras por cable.
128 longitudes de onda por fibra.
1.11 Pb/s (17 000.000.000 de lneas de voz) por lnea de
transporte.
Reparto y localizacin de ancho de banda ptico en tiempo
real.
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14/07/2015 Comunicacin Digital 63
Las redes DWDM del futuro estarn sujetas a procesos de
optimizacin tremendamente exigentes, lo cual conducir a un
replanteamiento constante de trminos como coste, espacio,
potencia, consumo, repuestos, manejo de la red, formacin, etc.,
que llegarn a extremos crticos.
Por eso, las redes del futuro debern incorporar:
Total funcionalidad con los canales de servicio (OSC).
Control y procesamiento total de cabeceras SONET y
conversin de seales sin multiplexacin.
Tcnicas de modulacin y formatos de datos mejorados.
DWDM
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14/07/2015 Comunicacin Digital 64
DWDM
Estructuracin fuera de banda.
Correccin de errores FEC en la propia banda.
Conmutacin de proteccin automtica.
Interfaces tributarios mejorados para voz y datos.
Transmisores ITU desde 1545nm hasta 1560nm,
sintonizables, 100 GHz.
Menor tamao de equipos.
Mdulos OADM con gran nmero de canales.
Conmutadores pticos ultrarrpidos, gran
densidad de canales. Nuevas tecnologas de
supervisin y control de red.
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Tecnologa WDM
EmisoresEn WDM, las seales elctricas son convertidas en seales
pticas (luz) mediante diodos lser cuya longitud de onda se
encuentra dentro de un rango permitido para poder realizar la
multiplexacin.
Existen dos tipos de WDM que han sido desarrollados que se
diferencian por las distintas longitudes de onda que utilizan.
El WDM convencional est estandarizado internacionalmente
por la ITU-T G 692 para utilizar longitudes de onda que van
desde 1310 nm hasta 1550 nm donde la distancia entre los
distintos canales que ocupan la misma fibra es de entre 08 nm
(100 GHz) y 16 nm (200 GHz).
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Este rango de longitudes
de onda se escoge
debido a que dentro de
este rango las prdidas
en la Fibra ptica son
mnimas, exceptuando el
pico de prdidas
existente en 1400 nm
debido a las cualidades
fsicas del material.
Emisores
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Emisores
Como podemos observar en la grfica, en un rango de 200 nm,
entre 1300 y 1500 nm, la atenuacin media es de entre 0,2
dB/Km y 0,5 dB/Km. Por otro lado existe el WDM Denso o
DWDM que utiliza para el mismo rango de longitudes de onda
un espaciado entre canales de menos de 100GHz. Ya se han
probado sistemas con separacin entre canales de 0.4 nm (50
GHz) y 0.2 nm (25 GHz) con resultados satisfactorios.
Existen sistemas de 4, 8, 16, 32 e incluso 80 canales pticos, lo
que permite alcanzar capacidades de 10, 20, 40, 80 y 200 Gbps
EJEMPLO: 16 canales de 2.5 Gbps ----- 500.000
conversaciones telefnicas simultneas en una sola fibra.
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Caractersticas de los emisores
Los lser utilizados en WDM son prcticamente iguales que los
utilizados para comunicaciones de larga distancia, excepto por
la necesidad de que algunos requerimientos sean ms crticos y
la aparicin de nuevos requerimientos adicionales:
Ancho Espectral: El ancho espectral necesario en WDM
depende del nmero de canales usados en cada uno de los
sistemas a implementar y de la tolerancia de sus componentes,
como por ejemplo los demultiplexores. Generalmente, cuanto
ms estrecho es el ancho espectral, mejor es el lser, pero esto
implica mayores costes y menor beneficio.
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Estabilidad de Longitud de Onda: Generalmente en
comunicaciones pticas, para minimizar los efectos de la
dispersin y el ruido de particin de modo, es necesario una
estabilidad muy alta. Sin embargo, los sistemas WDM necesitan
minimizar constantemente las variaciones de la longitud de
onda.
Lsers Sintonizables en Longitud de Onda: La capacidad de
sintonizacin es importante en las redes pticas. El hecho de que
la sintonizacin en el transmisor o el receptor sea rpida es
fundamental para el rendimiento del sistema en topologas LAN
y WAN.
Caractersticas de los emisores
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Lsers Multi-Longitud de Onda: Estn hechos mediante
una combinacin de lsers de diferentes longitudes de
onda, juntos en un mismo sustrato, como se ve en la
siguiente figura.
Caractersticas de los emisores
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Multiplexores
En WDM son necesarios dispositivos eficaces para introducir
por una nica fibra distintas longitudes de onda.. Si se utilizan
acoplamientos pasivos en la multiplexacin las seales de luz
perderan gran parte de su fuerza. Por otro lado si se utilizan
Littrow Gratings o AWGs (Array Waveguide Gratings) o
elementos similares la prdida se reduce considerablemente.
Un tpico Littrow grating comercial combinando 32 canales
tiene una prdida de unos 6 dB por canal (3/4 de cada seal es
perdida). Existen AWGs con prdidas totales de 5 dB para 64
canales.
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El escoger unos aparatos u otros depende del sistema que
queramos construir. Si un sistema va a utilizar tan solo 4
canales se puede utilizar un acoplamiento.
Se encuentra disponible para todas las combinaciones de
longitudes de onda: 1310/1550/1650 nm.
Multiplexores
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Repetidores /Amplificadores
La tecnologa WDM permite transmisin de informacin en
un rango amplio de distancias entre emisor y receptor. En
distancias cortas la atenuacin de la fibra (mnima para una
longitud de onda de 1550 nm) y la dispersin (mnima para
1300 nm) no representan un gran problema.
Sin embargo para largas distancias estos fenmenos son un
factor a tener en cuenta por lo que se requiere el uso de
amplificadores/repetidores. Para hacernos una idea, en los
cables trasatlnticos se colocan repetidores cada 75 Km.
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Los repetidores convencionales funcionan transformando la
seal ptica en elctrica, amplificando sta ltima, y
transformndola de nuevo a una seal ptica mediante un
diodo Lser para de nuevo inyectarla en la Fibra ptica con
mayor potencia que antes. Este proceso es complejo e
introduce retardos debido a los dispositivos electrnicos que
son necesarios para ello. Este problema se podra solucionar si
todo el camino fuese ptico (all-optical).
Esta solucin fue llevada a cabo por la Universidad de
Southampton mediante repetidores/amplificadores pticos de
fibra dopada con erbio (EDFAs).
Repetidores /Amplificadores
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Estos repetidores evitaba el tener que convertir la seal ptica a
elctrica y viceversa, y evitando as los retardos.
El funcionamiento de estos repetidores pticos se basaba en la
posibilidad de amplificar una seal ptica de longitud de onda
1550 nm hacindola pasar por una fibra de 3 metros de
longitud, dopada con iones de erbio, e inyectando en ella una
luz Lser de 650 m m (fenmeno que se conoce como bombeo
o pumping), consiguindose de esta manera hasta 125 dB de
ganancia. En la actualidad, los repetidores/amplificadores
comerciales utilizan un Lser con una longitud de onda de 980
o 1480 m m en lugar de los 650 m m originales.
Repetidores /Amplificadores
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Repetidores /Amplificadores
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A la hora de poner muchos amplificadores en cascada hay que
tener en cuanta la aparicin de varios efectos que pueden
distorsionar la seal. Estos efectos son:
1.- Ganancia no lineal dinmica de los amplificadores.
2.- Generacin de fluctuacin de potencia.
3.- Ruido introducido por los amplificadores.
4.- Dependencia de efectos de polarizacin.
Los amplificadores dopados de erbio tienen un rango de
funcionamiento limitado en cuando a la longitud de onda de las
seales que procesan:
Repetidores /Amplificadores
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El nmero de amplificadores en un tramo se reduce en la
misma proporcin que aumenta el nmero de canales por una
sola fibra, lo que aumenta la fiabilidad del sistema y su
complejidad.
Debido a la alta potencia de los amplificadores DWDM y su
bajo nivel de ruido, se pueden transmitir hasta 32 canales
independientes de 2,5 Gbps cada uno, a lo largo de distancias
de hasta 600 Km sin necesidad de utilizar repetidores.
Repetidores /Amplificadores
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Amplificadores de Potencia: Son colocados justo despus de la
etapa de multiplexado, a la salida del sistema transmisor. La
limitacin de estos amplificadores es por lo general la potencia total
de salida.
Amplificadores de Lnea: Reciben un nivel relativo de seal bajo y
deben amplificarlo por el mayor nmero de dB posible. La
limitaciones de estos amplificadores son la ganancia, el ruido que
introducen y potencia total de salida.
PreAmplificadores: Estos amplificadores han de ser bastante
sensibles, deben tener un bajo nivel de ruido y una ganancia
aceptablemente alta debido a que generalmente no necesitan una
seal de alta potencia a la salida. Una salida de 20 dBm por canal
es normalmente una potencia de salida suficiente.
Repetidores /Amplificadores
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14/07/2015 Comunicacin Digital 80
Interconexin
Hasta ahora hemos conseguido establecer las bases para
establecer una conexin WDM punto a punto. Sin embargo,
an no hemos asentado los principios tecnolgicos para crear
redes ms generales basadas en WDM.
Necesitamos pues algn tipo de elemento de interconexin
que nos permita hacer estas redes. Estos elementos de
interconexin se depositan en tres categoras:
Estrella Pasiva, Router Pasivo, Switch de Divisin de
Espacio, Switch Activo y Multiplexores Add-Drop.
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14/07/2015 Comunicacin Digital 81
Estrella Pasiva:
Este es un elemento utilizado para el broadcast, de tal manera
que una seal es introducida en una determinada longitud de onda
desde una fibra de entrada y su potencia ser dividida entre todos
los puertos de salida de la Estrella.
Todas las seales de salida tendrn igual forma y longitud de
onda que la seal de entrada, diferencindose, eso si, en la
potencia, que ser mucho menor. Las colisiones tan slo podrn
ocurrir cuando dos o ms seales de igual longitud de onda sean
introducidas como entrada.
Interconexin
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14/07/2015 Comunicacin Digital 82
Router Pasivo: Un Router Pasivo puede encaminar de forma
independiente varias seales de entrada a distinta longitud de
onda (por su puesto, si no son de distinta longitud de onda
ocurrirn colisiones) hacia varios puertos de salida.
Para hacer esto, primero necesita demultiplexar las distintas
longitudes de onda. Una vez echo esto, multiplexa las seales
deseadas es cada uno de los puertos de salida.
Por ejemplo, podemos hacer que tres seales de longitud de onda
1, 2 y 3 respectivamente incidentes en el puerto1 de entrada
son enviadas en las mismas longitudes de onda a los puertos de
salida 1,2 y 3 respectivamente.
Interconexin
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La manera ms sencilla de construir estos routers es mediante
multiplexores y demultiplexores colocados de forma consecutiva y
estableciendo las conexiones a nuestra conveniencia, segn se muestra
en la siguiente figura:
Interconexin
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Switch de Divisin de Espacio: Este dispositivo est diseado para permitir
que cualquier puerto de entrada pueda ser conectado a cualquier puerto de
salida. Estn fabricados con sencillos Interruptores Opticos Digitales como se
muestra en la siguiente figura:
Interconexin
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Switch Activo: Aadiendo una serie de Switches de Divisin de
Espacio al router pasivo, conseguimos que las interconexiones entre
los puertos de entrada y salida puedan ser reconfigurados
electrnicamente. Esta idea se muestra el la siguiente figura.
Interconexin
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14/07/2015 Comunicacin Digital 86
Interconexin
Multiplexores Add-Drop: Estos multiplexores permiten aadir o
retirar un nico canal de una multiplexacin de canales WDM
sin interferir sobre dichos canales.
Mediante este esquema permitimos que estaciones intermedias
sean capaces de recoger informacin de una red, sin que el resto
de los canales se vean afectados (sera muy sencillo implementar
distintas redes como Ethernet o incluso Token Ring).
Existen distintos mtodos para construir los multiplexores Add-
Drop, entre ellos se pueden destacar: Array de Gratings de
Longitudes de Onda, Circuladores con FDBs (Fiber Bragg
Gratings) y Cascadas de Filtros Interferomtricos de Mach-
Zehnder.
Interconexin
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14/07/2015 Comunicacin Digital 87
Los multiplexores WDM Add-Drop y los conectores en cruz
WDM establecen las bases de las redes de multiplexacin en
longitud de onda. Con ellos, las redes pticas pueden ser
reconfiguradas para optimizar el trfico, congestin,
crecimiento de las redes, etc.
A medida que dichas redes van creciendo, las longitudes de
onda accesibles son limitadas. Esto lleva a introducir elementos
pticos de interconexin con conversin de longitud de onda.
Interconexin
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14/07/2015 Comunicacin Digital 88
Redes WDM
Las primeras redes pticas que se
hicieron eran por lo general redes
basadas en el broadcast,
utilizando fundamentalmente las
estrellas pasivas. Los usuarios de
estas redes transmitan sus
seales al acoplador en estrella y
ste la distribua de forma pasiva
entre todos los dems nodos de la
red. En la figura que se muestra a
continuacin podemos observar
esta idea de forma simplificada:
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14/07/2015 Comunicacin Digital 89
Todos los nodos de la red estn conectados por dos enlaces bidireccionales, lo que
permite una operacin continua en caso de que uno de los anillos se rompa. Cada
elemento ADM atena la seal WDM de 2 a 6 dB.
El control de este tipo de multiplexado puede ser dinmico para que as los
usuarios puedan decidir que seales introducir y que seales sacar de la red en
cada momento.
Redes WDM
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14/07/2015 Comunicacin Digital 90
Otra configuracin de red consta de un nmero concreto de
Switches activos conectados por enlaces de fibra. Cada terminal
est conectado a un Switch activo mediante otro enlace de fibra,
como se muestra en la siguiente figura.
Redes WDM
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14/07/2015 Comunicacin Digital 91
Larga distancia con WDM
Al tiempo que las redes de larga distancia fueron siendo
sustituidas por Fibra ptica, se pens que la capacidad terica
de la fibra sera suficiente para cubrir el ancho de banda
necesario para siempre. Se ha demostrado que esto no es as con
las tecnologas existentes. Como resultado, los proveedores de
comunicaciones a larga distancia basadas en Fibra ptica fueron
los primeros en invertir en equipamientos con tecnologa WDM,
para maximizar la capacidad de sus redes.
Redes WDM
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14/07/2015 Comunicacin Digital 92
Redes WDM
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14/07/2015 Comunicacin Digital 93
Corta distancia con WDM
A pesar que el mercado de WDM ltimamente est orientado a
las redes pblicas de comunicaciones a larga distancia, la fibra
tambin se puede aplicar a comunicaciones locales. Inicialmente
se us para conectar entre s oficinas locales, pero ahora est
siendo impulsado hacia el anillo local. Ciertos segmentos de
estas redes se prestan a ser desarrolladas con WDM. Las
compaas de telfono locales estn siendo presionadas por la
competitividad para instalar ms fibra debido a la aparicin de
proveedores alternativos.
Redes WDM
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14/07/2015 Comunicacin Digital 94
Televisin por cable y broadcasting con WDMLos operadores de televisin por cable han pasado a utilizar
Fibra ptica desde mediados de los aos 80, reemplazando as
a las lneas de cable coaxial. Se eliminan as las largas cadenas
de amplificadores necesarias para mantener la calidad de las
seales de vdeo. Sin embargo, la tecnologa WDM no es
utilizable hoy en da para la transmisin de vdeo por Fibra
ptica.
De hecho, actualmente Phillips Broadband Networks y Artel
Video Systems Inc. se han aliado para el desarrollo de sistemas
de broadcast con tecnologa WDM.
Redes WDM
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14/07/2015 Comunicacin Digital 95
La idea de las aplicar comunicaciones pticas a las redes LAN
parece no haber cuajado lo suficiente en los ltimos tiempos.
Sin embargo, se han realizado experimentos para conseguir
aplicar efectivamente la Fibra ptica en redes LAN, utilizando
tcnicas de acceso al medio similares a las utilizadas en redes
broadcast como las redes de difusin de televisin por cable.
De todas formas estos esquemas prcticamente no han salido de
los laboratorios.
LANs con WDM
Redes WDM
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14/07/2015 Comunicacin Digital 96
WANs con WDMNo existe ninguna duda de que las grandes corporaciones
estn experimentando una necesidad de incrementar los
anchos de banda de sus WANs.
La mayora de las corporaciones tienen la posibilidad de usar
otros servicios de red de alta velocidad, que aunque de ancho
de banda menor, sera suficiente para sus necesidades
actuales, haciendo que la necesidad de una instalacin de
fibra hiciese mnima la relacin necesidad/calidad/precio. De
esta manera, el uso de WDM en WANs de corporaciones es
principalmente restringido, hoy en da, a las compaas que
ofrecen servicios de comunicacin.
Redes WDM
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14/07/2015 Comunicacin Digital 97
Ventajas e inconvenientes de
WDM
Hoy en da, a la hora de crear una nuevo tendido de cable puede
resultar ms cara la infraestructura que el propio cable. Por ello
muchas veces es ms rentable el aumentar la capacidad de las
lneas ya existentes que el aadir ms lneas y nuevas redes al
conjunto original. Actualmente, el mtodo tradicional para
incrementar la velocidad de transferencia es la multiplexacin
TDM, aunque presenta el problema de los saltos en la capacidad
del sistema ya que pasar de un nivel a otro requiere hacerlo de
golpe, con lo que puede resultar excesivo.
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14/07/2015 Comunicacin Digital 98
Las ventajas de WDM no slo se encuentran en el incremento de
la capacidad. Debido a que como los componentes pticos son
simples pueden ser menos costosos y ms fiables que los sistemas
electrnicos equivalentes.
Adems, WDM tiene otra ventaja aadida sobre la
multiplexacin sobre la TDM convencional (que ha dominado las
redes pblicas desde los aos 70); esta ventaja es que tiene una
capacidad inherente para la utilizacin de ADM (Add Drop
Multiplexing).
Ventajas e inconvenientes de WDM
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14/07/2015 Comunicacin Digital 99
Como ya se menciona en puntos anteriores, otra ventaja de
WDM es que la mayor parte de las redes existentes de Fibra
ptica soportan su utilizacin sin la necesidad de cambiar nada.
Aunque los componentes son caros, las soluciones que utilizan
WDM suelen ser ms baratas que otras.
Aun as no todos los tipos de fibra admiten la tecnologa WDM,
debido a las tolerancias y ajustes de los lsers y filtros son muy
crticos. Por otra parte presentan el problema de la
normalizacin, inexistente hasta la fecha, ya que no se garantiza
la compatibilidad entre los equipos.
Ventajas e inconvenientes de WDM
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14/07/2015 MAESTRIA EN GERENCIA DE SISTEMAS 100
Rodrigo Silva T.
