Diseño de una red de acceso óptica de larga distancia y...
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Diseño de una red de acceso óptica de larga distancia y alta capacidad en Cundinamarca. Autor Sergio Alejandro Perez Almeida, Ing. Tutor Gustavo Adolfo Puerto Leguizamón, Ph.D UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS Maestría en Ciencias de la Información y las Comunicaciones Énfasis en Teleinformática modalidad de profundización Bogotá, Colombia noviembre de 2017
Transcript of Diseño de una red de acceso óptica de larga distancia y...
Diseño de una red de acceso óptica de larga
distancia y alta capacidad en Cundinamarca.
Autor
Sergio Alejandro Perez Almeida, Ing.
Tutor
Gustavo Adolfo Puerto Leguizamón, Ph.D
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
Maestría en Ciencias de la Información y las Comunicaciones
Énfasis en Teleinformática modalidad de profundización
Bogotá, Colombia
noviembre de 2017
2
Contenido
LISTADO DE FIGURAS ..................................................................................................... 4
LISTADO DE TABLAS ....................................................................................................... 7
RESUMEN ....................................................................................................................... 10
PALABRAS CLAVE ......................................................................................................... 10
1. GENERALIDADES ................................................................................................... 11
1.1 INTRODUCCION ............................................................................................... 11
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................ 12
1.3 OBJETIVOS ...................................................................................................... 16
1.3.1 Objetivo general ......................................................................................... 16
1.3.2 Objetivos específicos .................................................................................. 16
1.4 JUSTIFICACION ............................................................................................... 16
1.4.1 Justificación practica ................................................................................... 16
1.5 METODOLOGIA ................................................................................................ 17
1.6 ALCANCES ....................................................................................................... 18
1.7 LIMITACIONES ................................................................................................. 19
2. MARCO DE REFERENCIA ...................................................................................... 20
2.1 MARCO CONCEPTUAL .................................................................................... 20
2.1.1 Redes de acceso ........................................................................................ 20
2.1.2 Clasificación de redes de fibra óptica ......................................................... 20
2.1.3 Red óptica pasiva PON .............................................................................. 21
2.1.4 Estándares de las redes PON .................................................................... 22
2.2 MARCO TEORICO ............................................................................................ 23
2.2.1 Funcionamiento de una red PON básica .................................................... 23
3
2.2.2 Topologías de redes PON .......................................................................... 24
2.2.3 Redes ópticas de largo alcance (LR-PON) ................................................. 25
2.2.3.1 Componentes adicionales en una red de fibra óptica .............................. 26
2.2.4 Arquitecturas de redes PON de largo alcance ............................................ 35
2.3 MARCO ESPACIAL ........................................................................................... 40
3. DISEÑO DE LA RED OPTICA .................................................................................. 48
3.1 METODO DE DISEÑO. ..................................................................................... 54
3.1.1 Asignación de rutas .................................................................................... 55
3.1.2 Asignación de longitudes de Onda ............................................................. 57
3.1.3 Enrutamiento de las Longitudes de Onda ................................................... 58
3.1.4 Cálculos ...................................................................................................... 63
3.2 CONSIDERACIONES ADICIONALES AL DISEÑO ........................................... 73
3.3 ENLACE ASCENDENTE ................................................................................... 76
4. SIMULACION Y RESULTADOS ............................................................................... 82
4.1 SIMULACIÓN .................................................................................................... 82
4.2 RESULTADOS .................................................................................................. 93
4.2.1 Enlace descendente ................................................................................... 93
4.2.2 Enlace ascendente ................................................................................... 113
4.2.3 Resultados Generales .............................................................................. 118
5. CONCLUSIONES ................................................................................................... 121
6. TRABAJOS FUTUROS ........................................................................................... 123
7. REFERENCIAS ...................................................................................................... 124
Anexos .......................................................................................................................... 128
4
LISTADO DE FIGURAS
Figura 1 Crecimiento en el tráfico de internet proyectado para el 2019 (Cisco Systems, 2017) ...... 13
Figura 2 Ejemplo de una arquitectura de red PON con protocolo TDMA (Jimenez, 2014) ............. 24
Figura 3 Ejemplo de una topología de red PON en Bus .................................................................. 24
Figura 4 Ejemplo de una topología de red PON en anillo ................................................................ 25
Figura 5 Ejemplo de una topología de red PON de estrella o árbol. ................................................ 25
Figura 6. Red PON convención vs LR-PON (Faizan Shah Fareed Gillani, 2015) ............................ 26
Figura 7 Esquema de funcionamiento de un amplificador EDFA. (Ramaswani, Kumaer, & Galen,
2010) ................................................................................................................................................. 29
Figura 8 Ganancia típica de un amplificador EDFA como función de la longitud de onda
(Ramaswani, Kumaer, & Galen, 2010) ............................................................................................. 29
Figura 9 Diferentes aplicaciones para los filtros ópticos (Ramaswani, Kumaer, & Galen, 2010) ..... 30
Figura 10 Aplicaciones de los filtros para crear un sistema de longitudes de onda entre-cruzadas
(wavelength crossconnect) ................................................................................................................ 31
Figura 11 Parámetros espectrales de los filtros ópticos. .................................................................. 32
Figura 12 AWG (array Waveguide Granting) (Smit & Dam, 1996) ................................................... 33
Figura 13 Red SuperPON (Van De Voorde, 2000). .......................................................................... 36
Figura 14 Red LR-PON en sentido de subida y de bajada (Shea, 2009). ........................................ 37
Figura 15 RED LR-PON hibrida DWDM/TDM (Talli & Townsend, 2006) ........................................ 38
Figura 16 Red XL-PON (Rasztovits-Wiech, Stadler, Gianordoli, & Kloppe, 2007) ........................... 39
Figura 17 Comparación de costos vs capacidad de las alternativas de Backbone de redes de
telecomunicaciones. .......................................................................................................................... 42
Figura 18 Distribución nodos en el PNFO (Fuente: vive digital) ....................................................... 43
Figura 19 Backbone de fibra óptica del PNFO .................................................................................. 44
Figura 20 Nodo de concentración La Mesa Cundinamarca 1 ........................................................... 45
5
Figura 21 Nodo de concentración La Mesa Cundinamarca 2 ........................................................... 45
Figura 22 Nodo de concentración La Mesa Cundinamarca 3 ........................................................... 46
Figura 23 Nodo de concentración Torca Cundinamarca 4 ............................................................... 46
Figura 24 Diagrama de conexiones de la sub-zona elegida para el diseño ..................................... 48
Figura 25 Diagrama de conexiones en la sub-zona escogida en Cundinamarca. ........................... 49
Figura 26 Diagrama del diseño con las distancias físicas de despliegue ......................................... 50
Figura 27 Designación de rutas ........................................................................................................ 56
Figura 28 Asignación de longitudes de onda .................................................................................... 57
Figura 29 Ejemplo de punto de distribución para tres rutas con dos longitudes de onda auxiliares 59
Figura 30 Punto de distribución auxiliar conectado directamente al municipio. ............................... 60
Figura 31 Ejemplo Punto de distribución asociado al caso 2 ........................................................... 60
Figura 32 Ejemplo Punto de distribución asociado al caso 3 ........................................................... 61
Figura 33 Esquema de red resultante para el enlace de descendente ............................................ 75
Figura 34 Esquema de red resultante para el enlace de subida ...................................................... 81
Figura 35 Bloque transmisión Torca ................................................................................................. 82
Figura 36 Trasmisor óptico de una longitud de onda ........................................................................ 83
Figura 37 Trasmisores ópticos multiplexados por un AWG .............................................................. 84
Figura 38 fibra óptica y fibra DCF utilizada en la simulación ........................................................... 85
Figura 39 atenuadores utilizados en la simulación ........................................................................... 85
Figura 40 Punto de distribución Nemocón ........................................................................................ 86
Figura 41 Bloque switch .................................................................................................................... 87
Figura 42 Switch óptico punto de distribución. .................................................................................. 88
Figura 43 Receptor óptico individual. ................................................................................................ 89
Figura 44 Receptor óptico Villapinzón .............................................................................................. 90
Figura 45 Transmisor ubicado en Villapinzón ................................................................................... 91
Figura 46 Receptores ubicados en el punto Torca ........................................................................... 91
Figura 47 Punto de distribución Villapinzón enlace Ascendente ...................................................... 92
6
Figura 48 Espectro óptico salida de Torca ........................................................................................ 93
Figura 49 Potencia de recepción en cada municipio de las longitudes de onda fijas , enlace
descendente ...................................................................................................................................... 94
Figura 50 Espectro óptico Lambda 0 Nemocón y Diagrama de ojo Nemocón ................................. 96
Figura 51 Espectro óptico Lambda 1 Tausa y Diagrama de ojo Tausa ............................................ 96
Figura 52 Espectro óptico Lambda 2 Villapinzón y Diagrama de ojo Villapinzón ............................. 97
Figura 53 Espectro óptico Lambda 3 Guachetá y Diagrama de ojo Guachetá ................................ 97
Figura 54 Espectro óptico Lambda 4 Lenguezaque y Diagrama de ojo Lenguezaque ................... 98
Figura 55 Espectro óptico Lambda 5 Gachancipá y Diagrama de ojo Gachancipá ......................... 98
Figura 56 Espectro óptico Lambda 6 Sesquilé y Diagrama de ojo Sesquilé .................................... 99
Figura 57 Espectro óptico Lambda 7 Guatavita ................................................................................ 99
Figura 58 Espectro óptico Lambda 8 Simijaca y Diagrama de ojo Simijaca .................................. 100
Figura 59 Espectro óptico Lambda 9 San Miguel y Diagrama de ojo San Miguel ......................... 100
Figura 60 Espectro óptico Lambda 10 Susa y Diagrama de ojo Susa ........................................... 101
Figura 61 Espectro óptico Lambda 11 Suesca y Diagrama de ojo Suesca .................................... 101
Figura 62 Espectro óptico Lambda 12 Cucunubá y Diagrama de ojo Cucunubá ........................... 102
Figura 63 Espectro óptico Lambda 13 Fúquene y Diagrama de ojo Fúquene ............................... 102
Figura 64 Espectro óptico Lambda 14 Carmen de Carupa y Diagrama de ojo Carmen de Carupa
......................................................................................................................................................... 103
Figura 65 Espectro óptico Lambda 15 Sutatausa y Diagrama de ojo Sutatausa ........................... 103
Figura 66 Factor de calidad de cada municipio sin pre-compensación .......................................... 105
Figura 67 Diagrama de ojo de las longitud de onda principal en Nemocón y de las longitudes de
onda a auxiliares que llegan al municipio. ...................................................................................... 108
Figura 68 Diagrama de ojo de las longitud de onda principal en Lenguezaque y de las longitudes de
onda a auxiliares que llegan al municipio. ...................................................................................... 108
Figura 69 Factor de calidad de cada municipio con pre-compensación vs post-compensación .... 110
Figura 70 Diagrama de ojo Gachancipá post- compensado izq. y pre-compensado der. .............. 111
Figura 71 Diagrama de ojo Sesquilé post- compensado izq. y pre-compensado der. ................... 111
7
Figura 72 Diagrama de ojo Guatavita post- compensado izq. y pre-compensado der. .................. 112
Figura 73 Diagrama de ojo Simijaca post- compensado izq. y pre-compensado der. ................... 112
Figura 74 Diagrama de ojo San Miguel post- compensado izq. y pre-compensado der. .............. 112
Figura 75 Diagrama de ojo Susa post- compensado izq. y pre-compensado der. ......................... 113
Figura 76 Potencias de recepción en Torca, enlace ascendente ................................................... 113
Figura 77 Parámetros de potencia de las longitudes de onda recibidas Torca. ............................. 114
Figura 78 Parámetros de potencia de las longitudes de onda recibidas en el punto de distribución
en Torca .......................................................................................................................................... 114
Figura 79 Parámetros de ancho de banda de las longitudes de onda recibidas Torca .................. 115
Figura 80 Diagramas de ojo de las longitudes de cada uno de los municipios en el punto de
recepción de Torca. ......................................................................................................................... 118
LISTADO DE TABLAS
Tabla 1 Estadísticas de la cantidad de usuarios de Internet a nivel global y su crecimiento hasta el
2017 (Internetworldstats, 2017)......................................................................................................... 12
Tabla 2 Diferencias entre E-PON Y 10G-PON (Ragheb, 2011) ....................................................... 22
Tabla 3 Diferencias entre G-PON Y XG-PON (Ragheb, 2011) ........................................................ 22
Tabla 4 Comparación diferentes tecnologías de switches ópticos (Gaona, Gaona, & Montenegro,
2014) ................................................................................................................................................. 27
Tabla 5 Comparación de soluciones para el despliegue de infraestructura ..................................... 41
Tabla 6 Grilla de frecuencias UIT-T G.694.1 .................................................................................... 52
Tabla 7 Características principales de los elementos utilizados en el punto de transmisión. .......... 52
Tabla 8 Características principales de los elementos utilizados en el punto de distribución .......... 53
Tabla 9 Características principales de los elementos utilizados en los tramos ópticos. .................. 53
Tabla 10 Características principales de los elementos utilizados en el punto de recepción ............ 54
8
Tabla 11 Rutas estipuladas en el diseño .......................................................................................... 56
Tabla 12 Asignación de longitudes de onda ..................................................................................... 58
Tabla 13 Tabla de enrutamiento Nemocón ....................................................................................... 58
Tabla 14 Tabla de enrutamiento Villapinzón ..................................................................................... 61
Tabla 15 Tabla de enrutamiento Guachetá ....................................................................................... 62
Tabla 16 Tabla de enrutamiento Gachancipá ................................................................................... 62
Tabla 17 Tabla de enrutamiento Sesquilé ........................................................................................ 62
Tabla 18 Tabla de enrutamiento Suesca .......................................................................................... 62
Tabla 19 Tabla de enrutamiento Cucunubá ...................................................................................... 62
Tabla 20 Tabla de enrutamiento Simijaca ......................................................................................... 63
Tabla 21 Atenuaciones módulos DCM .............................................................................................. 67
Tabla 22 Cálculos de dispersión ....................................................................................................... 70
Tabla 23 Cálculos de amplificación ................................................................................................... 71
Tabla 24 Potencias de transmisión en Torca y de recepción en cada municipio para el enlace
descendente ...................................................................................................................................... 72
Tabla 25 Pérdidas de inserción tenidas en cuenta en los cálculos de cada tramo e introducidas en
la simulación enlace descendente .................................................................................................... 73
Tabla 26 cálculos de cada longitud de onda por tramo en el enlace de subida ............................... 78
Tabla 27 Potencias de transmisión de cada municipio y de recepción para el enlace ascendente . 79
Tabla 28 Pérdidas de inserción tenidas en cuenta en los cálculos de cada tramo e introducidas en
la simulación enlace ascendente ...................................................................................................... 79
Tabla 29 Parámetros de potencia de las longitudes de onda recibidas en cada uno de los
municipios .......................................................................................................................................... 94
Tabla 30 Parámetros de ancho de banda de las longitudes de onda recibidas en cada uno de los
municipios. ....................................................................................................................................... 104
Tabla 31 Parámetros de potencia de las longitudes de onda auxiliares recibidas en cada uno de los
municipios. ....................................................................................................................................... 106
Tabla 32 Parámetros de ancho de banda de las longitudes de onda auxiliares vs fijas recibidas en
cada uno de los municipios ............................................................................................................. 109
9
Tabla 33 Parámetros de ancho de banda de las longitudes de onda recibidas en cada uno de los
municipios con pre-compensación. ................................................................................................. 110
Tabla 34 Cuadro comparativo de la principales diferencias de la red actual con la red propuesta
......................................................................................................................................................... 119
Tabla 35 Ancho de banda en cada uno de los municipios contemplados en el diseño ................. 120
10
RESUMEN
El proyecto propuesto en este documento consiste en el diseño de una red de acceso óptica
de larga distancia y alta capacidad utilizando parte del despliegue de fibra óptica
implementado en el departamento de Cundinamarca, Colombia, el cual fue realizado en el
proyecto nacional de fibra óptica (PNFO).
Para lograr este diseño se analizará la estructura del PNFO para determinar las distancias
y propiedades físicas de la fibra utilizada en el despliegue, así como las topologías físicas
usadas, posteriormente se necesitará de manera análoga realizar un estudio de las redes
ópticas de larga distancia (Long reach PON) que permitirá definir las variables y parámetros
a tener en cuenta en el diseño y analizar las diferentes propuestas encontradas para la
implementación de este tipo de redes. A partir de la información obtenida se procederá a
realizar el diseño de la red determinando cuáles cambios y/o adiciones se deberán realizar
en la infraestructura actual y también se desarrollará una plataforma de red de acceso óptica
con capacidades multicanal, para poder maximizar el uso de los recursos físicos.
Finalmente, se mostrarán los resultados obtenidos por medio de una simulación de la red
propuesta, donde se observará la señal recibida en cada municipio garantizando la potencia
y ancho de banda para cada una de las longitudes de onda.
PALABRAS CLAVE
Fibra óptica, Redes de acceso, Passive Optical Network (PON), Long reach PON, Proyecto
nacional de fibra óptica (PNFO), Array Waveguide grating (AWG), switches ópticos.
11
1. GENERALIDADES
1.1 INTRODUCCION
El aumento de la demanda de los servicios de Internet es un fenómeno que se ha ido
presentando en los últimos años (Cisco Systems, 2017), por lo que, para suplir tal demanda
es necesario que se migren a nuevas tecnologías para cumplir las expectativas de mayor
capacidad y cobertura y poder ampliar el índice de penetración de la población en lo
relacionado a las tecnologías de la información y las comunicaciones (TICs).
En las últimas décadas para suplir dichas expectativas los proveedores de servicios de
Internet han migrado a tecnología ópticas, para eliminar el cuello que botella que se generan
en las redes de acceso antiguas, por lo que hoy en día se habla de las redes de acceso
PON, sin embargo, y aunque con estas redes la capacidad aumentó, también se creó la
necesidad de buscar un mayor grado de cobertura a altas velocidades, por lo que
actualmente se están estudiando diversos tipos de tecnologías entre los que se destacan
las redes PON de largo alcance.
Estas redes están enfocadas a tener una buena relación costo-beneficio para lograr
relativamente gran ancho de banda sobre largas distancias (Tran, 2010), sin embargo, aún
existen algunos desafíos que impiden la estandarización y despliegue en masa de estas
tecnologías.
El proyecto propuesto busca utilizar los tendidos de fibra existentes en el entorno local, para
poder diseñar y en un futuro implementar una red óptica de largo alcance que permita
aumentar la cobertura y la capacidad actual, por lo que se espera que este diseño sea un
punto de partida para la generación de nuevas arquitecturas de red de acceso ópticas que
permitan con una adecuada planeación y uso eficiente de los recursos existentes cerrar la
brecha digital en el país y crear una sociedad del conocimiento.
12
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En la actualidad el acceso a Internet ha crecido de manera vertiginosa, según la tabla 1 en
la cual se encuentran las estadísticas de la población que tiene acceso a Internet a nivel
mundial, se nota una tendencia al crecimiento para el caso de Latinoamérica que desde el
año 2000 hasta el año 2017 tuvo un aumento de la población con acceso a Internet de
alrededor de 2035%.
Tabla 1 Estadísticas de la cantidad de usuarios de Internet a nivel global y su crecimiento hasta el 2017 (Internetworldstats, 2017)
Además, aparte del reto de garantizar la infraestructura adecuada para el acceso de los
usuarios a Internet, también se debe atender la creciente demanda para tasas de
transmisión más elevadas que son necesarias para los nuevos servicios ofrecidos entre los
cuales encontramos; transmisión de video de alta definición, transferencia punto a punto de
grandes archivos, videos bajo demanda, juegos en línea etc., según proyecciones de la
empresa Cisco en la figura 1 la cantidad de tráfico IP por mes crecerá de 96 exabytes en el
2016 a 278 exabytes para el 2021 (Cisco Systems, 2017) a nivel mundial y por supuesto,
la infraestructura de red deberá estar disponible para soportar tal cantidad de tráfico.
13
Figura 1 Crecimiento en el tráfico de internet proyectado para el 2019 (Cisco Systems, 2017)
Más específicamente en Colombia el Ministerio de Tecnologías de la Información y las
Comunicaciones (MINTIC) desarrolla el “plan Vive Digital” que busca que el país de un salto
tecnológico mediante la masificación de Internet y para lograr este objetivo se necesita
garantizar que todas las regiones del país tengan acceso mediante el despliegue de una
infraestructura de comunicaciones que garantice a cualquier tipo de usuarios acceso a
aplicaciones a nivel mundial, así como el transporte de la información desde y hacia
cualquier punto del territorio nacional (Comisión de Regulación de Comunicaciones, 2014),
por lo que, para lograr este objetivo el MINTIC implementó el desarrollo de un proyecto
nacional de fibra óptica (PNFO) para conectar a 1078 municipios dentro del territorio
nacional contemplando que los nodos tengan una capacidad de 2 Gbps o más dependiendo
del municipio a ser atendido (Comisión de Regulación de Comunicaciones, 2014).
Hoy en día las redes de comunicaciones se componen por la parte de red troncal que
básicamente es el Backbone para salir a Internet, el cual, ya provee gran capacidad de
ancho de banda, posteriormente se encuentra la red metro la cual según su topología, ya
sea en malla o anillo, conecta toda la infraestructura de red de una ciudad o institución y
finalmente encontramos la red de acceso, la cual, es la red que provee conectividad al
usuario a Internet, típicamente las tecnologías utilizadas en la red de acceso son; el acceso
a Internet por cable coaxial y DSL (Digital Subscriber Line) (Song, 2010) y sus derivaciones,
14
sin embargo, estas tecnologías se han convertido en un cuello de botella, ya que, tienen
grandes limitaciones respecto a la capacidad de tráfico ofrecido y su longitud máxima de
funcionamiento, por lo que los operadores de Internet están migrando a soluciones
compuestas por redes de acceso en fibra óptica. En ese sentido, a nivel mundial se han
empezado a implementar las redes de acceso ópticas pasivas denominadas PON (passive
optical Network) las cuales eliminan cuello de botella gracias a su alcance y ancho de banda
que pueden ofrecer y adicionalmente se están estudiando las redes de largo alcance PON
(Long Reach PON) para extender la longitud de funcionamiento de 20 kilómetros hasta los
100 kilómetros o más (Shea, 2009) .
Las redes PON reducen los costos de la red, gracias a la eliminación de los gastos de
operación a lo largo del despliegue de fibra entre la oficina central y los usuarios finales, y
por compartir parte de la infraestructura de red entre los múltiples usuarios (arquitectura de
árbol) (Song, 2010), básicamente una red PON se compone de un OLT (Optical Line
Terminal), varios splitter (divisores ópticos pasivos) y varias ONUs (Optical Network Units),
las redes PON son punto a multipunto en el sentido de bajada desde el punto de vista del
suscriptor, donde los OLT envían la información con una longitud de onda específica a todas
las ONUS (broadcasting) y cada una de ellas procesa la información que sea pertinente
según un identificador que se agrega al momento de enviar la información, por otro lado en
el sentido de subida la red se comporta de manera punto a punto donde el splitter en vez
de dividir la información la combina y el OLT procesa todo el tráfico proveniente de las
diferentes ONUs que se encuentran en la red en una longitud de onda diferente a la del
sentido de bajada.
Debido a que en el enlace de subida se comparte una porción de la red, se utiliza TDMA
(Time Division Multiple Access) para asignar un intervalo de tiempo para cada una de las
ONUs de la red en una misma longitud de onda (Jimenez, 2014), actualmente éste es el
procedimiento usado en los enlaces PON y al entrar más en detalle, se puede determinar
que no es la mejor forma de aprovechar la infraestructura física, ya que, se pueden utilizar
diferentes técnicas de multiplexación (Chantre, 2014) (nivel 1 de capa OSI) y algoritmos
de DBA (dynamic bandwidth algorithm) (Jimenez, 2014) de asignación de ancho de banda
(niveles superiores capa OSI) para cada suscriptor, para reutilizar y aumentar el tráfico
aprovechando los recursos existentes.
15
Diferentes enfoques se han utilizado para el aprovechamiento y maximización del uso de
recursos físicos ópticos, sin embargo, estos aún se encuentran en estado de investigación,
ya que, para el uso de redes de acceso ópticas pasivas en cortas distancias menores a 20
km que son las que se están implementado hoy en día, se encuentran estándares como el
caso de GPON, EPON,XG-PON y 10G-EPON que son redes ópticas que solo proveen dos
canales de comunicación, uno para tráfico de subida y el otro para el de bajada, sin
embargo, aún no se ha estandarizado formalmente las tecnologías transmisión multicanal
en redes ópticas de corto alcance y mucho en menos en las de largo alcance (Long Reach
PON).
Por lo que en esta tesis se busca reutilizar el tendido de fibra desplegado en una zona en
concreto (Cundinamarca), para aumentar la capacidad de la red diseñando una red de
acceso multicanal para usos futuros, buscando que los nuevos ISP´s puedan ofrecer una
mayor gama de servicios y los habitantes a su vez se vean beneficiados, para que
posteriormente se pueda plantear y escalar dichos resultados en todo el país.
16
1.3 OBJETIVOS
1.3.1 Objetivo general
Diseñar una red de acceso óptica de larga distancia y alta capacidad en Cundinamarca.
1.3.2 Objetivos específicos
Identificar la estructura del Proyecto Nacional de Fibra Óptica en Cundinamarca.
Evaluar y analizar las características de una red de fibra óptica de acceso de larga
distancia.
Diseñar una plataforma de red de acceso óptica con capacidad de transmisión
multicanal.
Validar la arquitectura de red propuesta.
1.4 JUSTIFICACION
1.4.1 Justificación practica
El país ha vivido un marcado crecimiento en materia de acceso a los servicios de
telecomunicaciones de última generación, incluidos servicios de voz, datos y video. Sin
embargo, tradicionalmente estos servicios han estado concentrados en las principales
ciudades del país, según la investigación propuesta y de acuerdo a los objetivos planteados
se busca diseñar una red óptica de acceso de larga distancia y alta capacidad, cuyo
resultado permitirá ampliar la capacidad y cobertura reutilizando parte de la red de fibra
óptica implementada en el Proyecto Nacional de Fibra óptica (PNFO) a cargo de MINTIC,
permitiendo beneficiar a los pequeños municipios para incentivar de forma integral la oferta
y la demanda de servicios digitales para la inclusión social y la disminución de la brecha
digital (MINTIC, 2011).
Dicho diseño pretende dar una solución temprana al aumento del uso de los servicios de
red con el paso del tiempo, utilizando parte de la infraestructura desplegada en el PNFO en
17
Cundinamarca, con estos resultados también se tendrá la posibilidad de proponer cambios
en la red de fibra óptica a nivel nacional para mejorar su cobertura y capacidad.
1.5 METODOLOGIA
La metodología para el desarrollo de esta tesis será la siguiente:
Para lograr el primer objetivo el cual está relacionado con la identificación de la estructura
del proyecto Nacional de fibra óptica en Cundinamarca, se utilizará un enfoque de análisis
y síntesis para:
Especificar las características de los tendidos de fibra, revisando bajo que
estándares fueron solicitados según el MINTIC.
Especificar las distancias de despliegue de la fibra óptica.
Posteriormente para el objetivo de evaluar y analizar las características de una red de fibra
óptica de acceso de larga distancia, se aplicará el mismo enfoque anterior para:
Analizar las características de una red de acceso óptica de larga distancia, en donde
se establecerán las propiedades a nivel físico de este tipo de redes.
Estudiar las diferentes propuestas de redes de acceso ópticas encontradas en la
literatura haciendo énfasis en las topologías encontradas al momento de examinar
la red de fibra óptica desplegada.
Evaluar diferentes alternativas para determinar que tipo de diseño es el mas
adecuado para el desarrollo del proyecto,
Para el siguiente objetivo el cual es el diseño una plataforma de red de acceso óptica con
capacidad de transmisión multicanal, se utilizará una metodología basada en la deducción,
en el cual utilizando los resultados del objetivo previo se va a:
Determinar cuales son las consideraciones, parámetros y/o variables que hay que
tener en cuenta para el diseño de una plataforma de acceso óptica con capacidades
multicanal, básicamente se necesita establecer cuales son los efectos indeseables
18
a nivel físico que se presentan en la implementación de este tipo de redes y de
acuerdo a esto poder platear el diseño que se requiere.
Diseñar una plataforma de acceso óptica con capacidades multicanal para aplicarlo
al escenario particular planteado en este proyecto, esta actividad se realizará una
vez establecidas las variables principales que afectan el despliegue de estas redes
(dispersión, atenuación etc) y se basará en los analisis previos encontrados en la
literatura y propuestas del investigador, para que el diseño aplique en el escenario
propuesto.
Finalmente, para lograr el cuarto objetivo el cual está relacionado con la validación de la
arquitectura de red propuesta se deberá:
Establecer el software utilizado para la validación, ya que, una vez deteminada la
forma en que se va a realizar la validación, se deberá seleccionar el software para
la ejecución de pruebas y verificación del diseño el cual puede ser un software
matemático y/o de simulación.
Realizar las pruebas necesarias de validación y verificación de la red propuesta.
1.6 ALCANCES
Con el desarrollo de este proyecto se busca abrir las puertas para permitir que operadores
de red de índole local puedan aumentar la cobertura y capacidad reutilizando el tendido de
fibra del PNFO en Cundinamarca, los beneficiarios de este proyecto son la comunidad
académica, ya que, se creará un diseño para implementar redes ópticas de largo alcance
en el ámbito local y la comunidad municipal que por lo general no cuentan con acceso a
servicios de Internet o por el contrario estos pueden ser de baja velocidad y de un costo
elevado comparado con el servicio prestado en las grandes ciudades, también se espera
que según los resultados obtenidos en el proyecto a futuro se tenga la posibilidad de
proponer cambios en la red de fibra óptica a nivel nacional enfatizando en el mejoramiento
de la cobertura y capacidad.
19
Se generará un diseño de una arquitectura con capacidades de transmisión
multicanal para redes de larga distancia.
1.7 LIMITACIONES
En el planteamiento de esta tesis no se contemplará la implementación física de la
arquitectura de red propuesta, todos los estudios realizados serán de índole teórico y
práctico, debido a la carencia de dispositivos especializados, además el enfoque de la tesis
busca mejorar la capacidad y cobertura de la red de fibra actual cuando la demanda de los
servicios de Internet supere la penetración y capacidad actual.
20
2. MARCO DE REFERENCIA
En este capítulo se describirán algunas generalidades de cómo están compuestas las redes
de acceso PON, arquitecturas que se pueden encontrar y estudios que se han realizado
respecto al aumento de cobertura y capacidad.
2.1 MARCO CONCEPTUAL
2.1.1 Redes de acceso
Se denominan redes de acceso o de última milla, la conexión entre el usuario (abonado) y
los equipos del proveedor de servicios de Internet (ISP) (Pereira, 2013), de acuerdo a la
tecnología usada su longitud puede variar y según la topología de red de los ISP´s, puede
que la red de acceso se conecte a una red metro o directamente a la red troncal de la
compañía proveedora del servicio.
Las redes de acceso se pueden clasificar como: redes de acceso de par trenzado, de
acceso inalámbrico, de cable coaxial, híbridas entre cable coaxial y fibra óptica y redes
solamente de fibra óptica como es el caso de las PON (passive optical network).
Típicamente las tecnologías utilizadas en la red de acceso como el acceso a Internet
inalámbrico, por cable coaxial y DSL (Digital Subcriber Line) (Song, 2010) son tecnologías
que se han convertido en un cuello de botella, ya que, tienen grandes limitaciones respecto
a la capacidad de tráfico ofrecido y su longitud máxima de funcionamiento, por lo que los
operadores de Internet están migrando a soluciones compuestas por redes de acceso en
fibra óptica.
2.1.2 Clasificación de redes de fibra óptica
Las redes en fibra óptica poseen mayor capacidad de transporte de información, la distancia
de cobertura es mucho mayor, ya que, posee menor atenuación respecto a los otros
medios, posee inmunidad a interferencias electromagnéticas y en general es más robusta
que otros medios físicos, estas características han hecho que los ISP´s migren a redes de
21
acceso ópticas, por lo que en las implementaciones de fibra según la cercanía al abonado
(modelos FTTx) (Song, 2010) se han clasificado de la siguiente manera:
FTTN: (Fiber to the node) la fibra óptica llega hasta una central que pertenece al
ISP para luego ser repartida entre los abonados de una ubicación geográfica
circundante a la central (Tomkos, 2011).
FTTC:(Fiber to the curb) es similar a FTTN pero la central o armario de
comunicaciones esta aproximadamente a 300 metros del abonado, posteriormente
se distribuye par trenzado o cable coaxial las conexiones a Internet (Tomkos, 2011).
FTTB:(Fiber to the building) la conexión de fibra óptica llega hasta el edificio e
internamente se distribuye en acceso Internet por cable coaxial o par trenzado
(Tomkos, 2011).
FTTH: (Fiber to the Home) la fibra óptica llega hasta el abonado, generalmente es
usado en redes PON, en la cual, el abonado posee una unidad óptica de red ONU,
para convertir los datos que llegan por medio de impulsos de luz a impulsos
eléctricos (Tomkos, 2011).
Estas implementaciones FTTx están basadas principalmente en redes ópticas pasivas
(PON) entre las cuales se pueden encontrar: Ethernet PON (EPON), ATM PON, red óptica
pasiva de banda ancha (BPON), Gigabit PON (GPON) evolución de BPON aumentando las
tasas de transmisión (Song, 2010) y los nuevos estándares PON los cuales son 10G-EPON
y XG-PON que a su vez aumentan el ancho de banda e implementan algoritmos de
corrección de errores (Ragheb, 2011).
2.1.3 Red óptica pasiva PON
En lo referente a las redes ópticas pasivas su estructura básica generalmente está
compuesta por un OLT (Optical line terminal), el cual se encarga de enviar y recibir toda la
información de la red PON, el splitter o divisor óptico, el cual divide la señal para cada una
de los abonados y las ONU´s (Optical Network Unit) que es el equipo que conecta al
abonado a Internet y convierte las señales ópticas en eléctricas y viceversa (Faizan Shah
Fareed Gillani, 2015).
22
2.1.4 Estándares de las redes PON
Debido a que las redes PON no se estandarizaron de manera inicial, aparecieron diferentes
alternativas de diseño de las cuales se pueden destacar los estándares del Instituto de
ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) y la unión internacional de telecomunicaciones
(ITU-T) en unión con la FSAN (Full service Access Network) , los primeros han basado sus
estándares PON usando las tecnologías Ethernet entre los cuales encontramos E-PON y
su evolución 10G-PON y los segundos creando estándares como GPON y su evolución
XG-PON (PON de nueva generación) (Faizan Shah Fareed Gillani, 2015), las diferencias
entre estos protocolos se pueden observar en la tabla 2 y la tabla 3.
Tabla 2 Diferencias entre E-PON Y 10G-PON (Ragheb, 2011)
Tabla 3 Diferencias entre G-PON Y XG-PON (Ragheb, 2011)
Cabe destacar que la evolución de estos protocolos se basa en el aumento en las tasas
de transmisión, mayor número de usuarios, uso de algoritmos de corrección de errores
debido a que sí la tasa de transmisión aumenta el canal es más propenso a errores y la
interoperabilidad entre los estándares más antiguos, es decir, una red 10G-PON puede
23
operar con una red E-PON y la red XG-PON con una G-PON, además, aún se están
estudiando las redes PON usando WDM para conseguir mayor aprovechamiento de
recursos físicos y económicos para aumentar el ancho de banda.
2.2 MARCO TEORICO
2.2.1 Funcionamiento de una red PON básica
Desde el punto de vista del abonado durante la recepción de información (downstream) la
red PON se comporta como punto a multipunto, ya que, toda la información proveniente de
Internet es recibida por el OLT y este posteriormente envía la información etiquetándola
para que cada una de las ONU´s la procese, este envío de información se hace por
broadcasting durante el trayecto de la fibra óptica, posteriormente el splitter divide la señal
y todas las ONU´s reciben la información pero de acuerdo a un sistema de etiquetas cada
una procesa solo la parte de información que le corresponde descartando el resto.
Ahora en el sentido de subida (upstream) la red PON se comporta como punto a punto entre
las ONU´s y el OLT, por lo que cada ONU envía la información hacia el OLT, sin embargo,
en el splitter se vuelven a combinar todos los datos de cada una de las ONU´s en un único
canal de comunicaciones, por lo que, para que no se interfieran las señales se utiliza un
protocolo de acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) como se muestra en la figura
2, el cual asigna un intervalo de tiempo para transmitir a cada una de las ONU´s durante un
ciclo (Jimenez, 2014), aunque este protocolo no es el más idóneo para maximizar el uso de
recursos, el ancho de banda que provee las redes PON es suficiente por el momento,
aunque, posteriormente se deberá migrar a protocolos de división de longitud de onda
(WDM), para así tener varias “redes PON” en la mismas infraestructura física, sin embargo,
esto aún se encuentra en investigación debido a los costes que representan este tipo de
implementaciones (Brenot, 2009).
24
Figura 2 Ejemplo de una arquitectura de red PON con protocolo TDMA (Jimenez, 2014)
2.2.2 Topologías de redes PON
Las redes de acceso PON básicamente poseen 3 topologías (Pereira, 2013):
Topología Bus
En la figura 3 se muestra una topología Bus en la que todas las conexiones entre el OLT y
las ONU´s se realizan a través de divisores ópticos, todas las ONU´s leen toda la
información y la descartan según corresponda, el inconveniente de esta topología es que,
al interrumpirse la conexión principal, todas las ONU´s quedaran desconectadas de la red.
Figura 3 Ejemplo de una topología de red PON en Bus
Topología en anillo
En esta topología se conectan el OLT y las ONU´s a través de un enlace óptico similar a la
topología de Bus, sin embargo, es una topología que posee propiedades de redundancia,
ya que, puede enviar y recibir información en dos sentidos, como se logra observar en la
figura 4.
25
Figura 4 Ejemplo de una topología de red PON en anillo
Topología de árbol
Esta topología de red como se puede observar en la figura 5, posee un único segmento de
origen entre el OLT y las diversas ONU´s, el segmento principal se conecta a un divisor
óptico el cual reparte la información a cada una de la ONU´s utilizando el protocolo de TDM
para el enlace de bajada, para el enlace de subida se utiliza TDMA debido a que esta
topología utiliza un único canal y generalmente una longitud de onda.
Es la topología de uso mayoritario, ya que, comparte los recursos físicos y es fácilmente
ampliable en caso de necesitar un mayor número de abonados, agregando más splitters.
Figura 5 Ejemplo de una topología de red PON de estrella o árbol.
2.2.3 Redes ópticas de largo alcance (LR-PON)
Las redes LR-PON (Long reach PON) son redes ópticas de acceso de largo alcance, estas
redes aún no se encuentran estandarizadas y están en proceso de investigación, ya que,
el aumento de las distancias genera nuevos desafíos en cuanto a superar la atenuación
refiriéndose a la capa1 del modelo OSI y también genera desafíos en cuanto al proceso
26
para el establecimiento de la comunicación y el manejo e tramas pérdidas entre el OLT y
las ONU´s.
Figura 6. Red PON convencional vs LR-PON (Faizan Shah Fareed Gillani, 2015)
En la figura 6 se pueden apreciar dos esquemas básicos de las redes PON convencionales
y las redes LR-PON, la principal diferencia entre en los dos tipos de red son las distancias
de cobertura, los estándares PON convencionales (E-PON, GPON etc.) especifican una
distancia entre el OLT y las ONU´s de máximo 20 km, mientras que las redes LR-PON están
pensadas para alcanzar distancias de hasta 100 km o más, este aumento de cobertura hace
que sea necesario amplificar la señal enviada y recibida dejando de ser una red pasiva,
estos esquemas de amplificación también se encuentran en investigación actualmente
(Chantre, 2014).
2.2.3.1 Componentes adicionales en una red de fibra óptica
Debido al aumento de demanda de servicios de internet y en busca una mayor cobertura
se están realizando investigaciones en el campo de las redes ópticas, ya sean, de largo o
corto alcance para lo cual de cierta forma las redes PON dejan de conformarse por
elementos netamente pasivos y además adicionan elementos que agregan mayor
complejidad a la topología de red, tales como: la inclusión de AWG (arrayed waveguide
grating), switches ópticos, amplificadores, fibras o módulos compensadores de dispersión
en el caso de redes de larga distancia entre otros, cada uno de ellos cumple un papel
fundamental dentro de la redes ópticas según sea el caso y/o requerimientos como por
ejemplo:
27
Switches ópticos
Lo switches ópticos o interruptores ópticos son elementos fundamentales en las redes que
utilizan multiplexación por longitud de onda, entre estos se puede encontrar las tecnologías
desarrolladas en MEMS (Microelectromechanical Systems), termo ópticos, SOAs
(semiconductor optical amplifiers), cristales líquidos, electro-ópticos, acuso-ópticos entre
otros, cada uno con sus ventajas y desventajas (Xiaohua & Geng-Sheng, 2003).
En la siguiente tabla se pueden ver algunas de sus características.
Switch (Interruptor)
Pérdidas de Inserción
Vel. De conmutación
Diafonía Tamaño Voltaje/Potencia de disipación
MEMS óptico < 1.7 dB (8 X 8) <3.1 dB (16 X 16)
ms ≤ −30 𝑑𝐵 mm x mm Poco, micro-vatios ≤ 50 𝑉
Termo-óptico (MZI Interferómetro)
7.3 dB (16X 16) 1 dB (1X 1)
𝜇𝑠 a ms > −30 𝑑𝐵 mm x mm 90mW
Termo-óptico DOS
3.5 – 4.0 dB < 5 ms ≤ −30 𝑑𝐵 mm x mm 250 mW
Electro-óptico LiNbO3
4 dB 5 ns < −45 𝑑𝐵 3 in 18 V
SOA 0 dB 200 ps ≤ −12 𝑑𝐵 mm x mm x mm 200 mA
Cristal líquido <1 dB NLC <1 dB FLC
ms ≤ −35 𝑑𝐵 mm x mm x mm Muy Bajo
Electro-holográfico
0.5 dB per operation
< 10 ns Muy bajo mm x mm Alto voltaje
Acuso-óptico < 4 dB (1X2) 300ns 32 dB cm 200 mW
Tabla 4 Comparación diferentes tecnologías de switches ópticos (Gaona, Gaona, & Montenegro, 2014)
Como se puede observar en la tabla anterior estos switches tiene diferentes características,
las cuales, los hacen más apropiados para algunas aplicaciones más que otros, por
ejemplo, los switches electro-ópticos y acuso ópticos son útiles para sistemas que requieran
gran velocidad de conmutación.
Por lo que en ese orden de ideas su aplicabilidad depende del tipo de implementación que
se requiera hacer, además estos dispositivos en unión a los multiplexores y des-
multiplexores ópticos dan origen a los que se conoce como conmutadores ópticos (OXC),
lo cuales, son elementos importantes para las redes ópticas reconfigurables y pueden estar
construidos por interruptores ópticos o por una combinación de conmutadores ópticos y
electrónicos, sin embargo, y como se nombró anteriormente en este documento las redes
ópticas para aplicaciones de alta velocidad no deberían cambiar al dominio eléctrico, solo
hasta que la señal sea recibida.
28
Amplificadores ópticos.
Debido al aumento de las tasas de transmisión y las distancias es necesario regenerar la
señal óptica, para lo cual se hace imprescindible el uso de amplificadores, en la actualidad
se utilizan los amplificadores ópticos en redes de alta transmisión de datos, ya que no
necesitan hacer una conversión electro-óptica de la señal, lo que permite de cierta manera
agilizar el proceso de amplificación y su uso no depende del tiempo de modulación utilizado
ni del ancho de banda, aunque hay que tener en cuenta que de acuerdo al tipo de
amplificadores ópticos utilizados, estos funcionan en ciertas regiones de longitudes de onda
que a su vez posibilita su operación en un sistema WDM.
Existen diferentes tipos de amplificadores ópticos como por ejemplo, los amplificadores
TDFA (Thulium Doped Fiber Amplifier), los EDFA (Erbium-doped fiber Amplifier), los
Raman, los SOA (semiconductor optical amplifiers), los OPA (parametric Amplifiers) entre
otros, los más usados actualmente son el SOA, EDFA y el Raman, donde el primero no es
acto para aplicaciones WDM porque la ganancia tiene un comportamiento no lineal sobre
las longitudes de onda, lo cual de cierta manera impide su uso adecuado en estos sistemas,
sin embargo, se ha seguido utilizando en otras aplicaciones como por ejemplo, en switches
ópticos y conversores de longitud de onda (Ramaswani, Kumaer, & Galen, 2010) en cuanto
al EDFA y al Raman se tiene:
Amplificadores ópticos EDFA
Los amplificadores ópticos EDFA (Erbium-doped fiber Amplifier) consiste en un tipo de fibra
cuyo núcleo esta dopado con átomos ionizados, 𝐸𝑟3+ , del elemento Erbio, estos
amplificadores funcionan con una fuente de bombeo el cual puede ser un láser típicamente
operando en las longitudes de onda 980 nm o 1480 nm, esta luz excita los iones para que
pasen de su estado fundamental a uno superior gracias a la emisión estimulada en la cual
un “Un fotón que incide en la guía de onda semiconductora provoca el paso de un portador
de la banda de conducción a la banda de valencia, lo que genera un nuevo fotón que tiene
la misma frecuencia y fase que el fotón que desencadena el proceso” (Manzanedo Martinez,
2013)
29
Figura 7 Esquema de funcionamiento de un amplificador EDFA. (Ramaswani, Kumaer, & Galen, 2010)
La principal ventaja de estos amplificadores respecto a otros es la uniformidad en la
ganancia en torno a las longitudes de onda pertenecientes a la banda C
Figura 8 Ganancia típica de un amplificador EDFA como función de la longitud de onda (Ramaswani, Kumaer, & Galen, 2010)
Amplificadores Raman
Los amplificadores Raman consisten en utilizar fuentes de bombeo en el lado opuesto a la
transmisión en la fibra óptica para convertirá a la fibra en un amplificador distribuido,
adicionando ganancia a la señal a medida que se propaga dentro de la fibra óptica gracias
al efecto Raman (SRS Stimulated Raman Scattering) (Ramaswani, Kumaer, & Galen,
2010).
Uno de los atributos que distinguen a los amplificadores Raman de los EDFAs, es que se
puede usar el efecto Raman para proveer ganancia a cualquier longitud de onda, mientras
30
que un EDFA puede proveer ganancia a las bandas C y L, por lo tanto, los amplificadores
Raman pueden extender sistemas WDM a otras bandas como por ejemplo en la ventana
de 1310 nm, además la amplificación ocurre dentro de la misma fibra.
Comúnmente se usan los amplificadores Raman en complemento con los EDFA para
distribuir una ganancia en redes ópticas de grandes distancias, sin embargo, el principal
inconveniente en el uso de estos amplificadores en relación a los EDFA radica en que su
fuente de bombeo necesita de mucha potencia para funcionar, en el orden de 1 Vatio o
más. (Ramaswani, Kumaer, & Galen, 2010).
Multiplexores y filtros
En las redes ópticas que utilizan múltiples longitudes de onda, se hace necesario el uso de
elementos que filtren para multiplexar y des-multiplexar longitudes de onda para agregar
flexibilidad a la red (Ramaswani, Kumaer, & Galen, 2010) como se muestra en la siguiente
figura:
Figura 9 Diferentes aplicaciones para los filtros ópticos (Ramaswani, Kumaer, & Galen, 2010)
31
Figura 10 Aplicaciones de los filtros para crear un sistema de longitudes de onda entre-cruzadas (wavelength crossconnect)
En la figura anterior se ve cómo puede utilizarse estos filtros para intercalar las longitudes
de onda, sin embargo, este sistema no es dinámico lo cual, lo hace muy limitado en
funcionamiento, si se quiere implementar un sistema dinámico se hace necesario el uso de
switches ópticos.
Existen diferentes tipos de filtros debido a las diferentes tecnologías surgidas en este campo
y las características principales para considerar su uso en cada uno de los diseños son:
Que posean bajas pérdidas de inserción.
Las pérdidas deben ser independientes del estado de polarización de la señal de
entrada.
La banda de operación debe ser independiente de las variaciones de temperatura.
Deben tener una banda de operación los más plana posible, es decir, el filtro debe
tratar todas las longitudes de onda en las que trabaja de igual forma, sin agregarles
pérdidas o ruido significativo.
Debe tener un ancho de banda por longitud de onda definido, para que no deje pasar
energía de las longitudes de onda a otros canales y afecte a las adyacentes
generando crosstalk y degradando la señal.
32
Figura 11 Parámetros espectrales de los filtros ópticos.
Dentro de las tecnologías de filtros ópticos se encuentran: FIber Bragg grating, TFMF (thin-
film multicavity filter), MZI (Mach-Zehnder Interferometer), AWG (Array waveguide
grating),Fabry-Perot Filters, Acuosto-optic Filter etc. (Ramaswani, Kumaer, & Galen, 2010).
Para este proyecto se hizo hincapié en el uso de los AWG, puesto que al darle un enfoque
PON a la red diseñada el AWG es el elemento mayormente utilizado como filtro óptico, ya
que posee bajas pérdidas de inserción, alta estabilidad y bajo costo (Seyringer, F. Uherek,
& A. Kuzma, 2012), además el AWG tiene un buen escalamiento para un gran número de
canales y para funcionalidades complejas (Kenneth, 1998) , por lo cual se describirá
brevemente su funcionamiento.
Arrayed Waveguide Grating (AWG)
Los AWG son filtros los cuales basan su funcionamiento en la interferencia de varias
longitudes de onda originadas de una misma fuente, pero con fases corridas. Es una
generalización del MZI y consiste en acopladores multi-puerto interconectados por un
arreglo de guias de onda.
33
Figura 12 AWG (array Waveguide Granting) (Smit & Dam, 1996)
Los AWGs consisten en guias de onda (1 o más) en la entrada y la salida, dos acopladores
y un arreglo de guia de onda, en donde cada guia de onda es más larga de la otra, la guia
de onda de entrada lleva consigo una señal óptica compuesta por diferentes longitudes de
onda, dentro del acoplador de entrada las diferentes longitudes de onda (𝜆1 … 𝜆𝑛) son
distribuidas a los largo del arreglo de guias de onda, debido al incremento en longitud de
las guias de onda en el arreglo en el acoplador de salida las diferentes señales ópticas se
mezclan causando fenómenos de interferencias (constructiva y destructiva) y difracción y
como resultado de estos fenómenos cada longitud de onda es enviada a diferentes guias
de onda de salida, es decir, el acoplador de salida distribuye la potencia de sus entradas
hacia las salidas aprovechándose de las diferentes interferencias producidas por las
señales ópticas retardadas entre sí. (Seyringer, F. Uherek, & A. Kuzma, 2012)
Fibras compensadoras
Debido al aumento de cobertura que han tenido las redes de acceso ópticas en los últimos
años, las distancias también se han incrementado por lo cual, aunque el uso de
amplificadores ópticos asegura que la potencia de recepción sea aceptable, sí no se tiene
control de la dispersión de la señal el proceso de decodificación de la misma sería inútil, ya
que, el receptor no podría discernir de manera adecuada entre un uno o un cero binario y
podría truncar la información reconstruyéndola de manera errónea, para lo cual se crearon
la fibras compensadoras de dispersión.
Para diseñar un sistema óptico que soporte trasmisiones de alta capacidad y superar el
límite de dispersión permitido se deben implementar diferentes esquemas de amplificación
en diferentes etapas acompañados de métodos de compensación, dentro de estos métodos
34
de compensación se incluyen fibras de compensación de dispersión (DCF), chirped Bragg
gratings y optical phase conjugation (Dhawam & Gupta, 2011).
El uso de fibras compensadoras de dispersión (DCF) sirve para mejorar la capacidad de
enlaces ópticos con fibras SMF, las fibras DCF convencionales tiene una dispersión entre -
70 a -90 ps/nm.km o más dependiendo del fabricante y puede ser usada para compensar
la dispersión positiva en las bandas C y L, además, el uso de estas fibras reduce la
coincidencia de fase que se produce debido al fenómeno de mezclado de cuatro ondas
(FWM), teniendo en cuenta que el FWM puede inducir la propagación de potencia a
longitudes de onda incluyendo a las longitudes de ondas adyacentes que se encuentran en
funcionamiento, además el efecto intensidad de estas potencias varían de acuerdo al valor
absoluto de la dispersión cromática, a la pendiente de la dispersión cromática, a las
longitudes de onda, a la potencia óptica y la distancia sin embargo, hay que tener en cuenta
que las fibras del estándar ITU-T 652 poseen un alto valor de dispersión cromática en la
región de 1550 nm por lo cual los efectos del mezclado de cuatro ondas no son grandes.
(G.652, 2016).
Entre los diferentes sistemas de compensación encontramos:
Pre-compensación: en la cual se introduce la DCF en el inicio de la etapa o tramo
de fibra óptica.
Post –compensación: se introduce la fibra DCF al final del tramo óptico.
Compensación simétrica: la fibra DCF se introduce de manera simétrica (desde el
punto de vista del transmisor y el receptor) físicamente en el tramo óptico, en
algunos casos la simetría se logra combinado la pre y post compensación.
Teniendo en cuenta que cada uno de estos esquemas debe cumplir que 𝐷𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎 ∗ 𝐿𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎 =
𝐷𝑑𝑐𝑓 ∗ 𝐿𝑑𝑐𝑓 lo que quiere decir que independiente del esquema implementado por cada
tramo óptico, el objetivo de la ecuación es reducir la dispersión cromática a cero.
El uso de cada uno de estos esquemas depende de las condiciones del diseño y de la
facilidad de ubicar las fibras compensadoras de dispersión, el mejor de ellos es el uso de
compensación simétrica o mixta (HU, Jing, Wei, & Zhao, 2010), sin embargo, este método
no es fácil implementar debido a un aumento de costos.
35
2.2.4 Arquitecturas de redes PON de largo alcance
Las redes PON ya tienen estándares definidos y se están estudiando los de la próxima
generación, sin embargo, en cuanto a redes PON de largo alcance, es decir mayor a 20 km
aún están en investigación, las redes ópticas acceso de larga distancia están enfocadas a
ser redes con una buena relación costo-beneficio, para lograr relativamente gran ancho de
banda sobre largas distancias disminuyendo la inversión inicial (CapEx) en la instalación de
fibra y equipos de red, gracias a los efectos de concentración de los elementos de red de
estas tecnologías y también en reducir los costos operativos (OpEx) producidos por
mantener menos sitios de red de gran tamaño (Matrakidis, Orphanoudakis, Stavdas,
Giménez, & Manzalin, 2015).
La evolución de las redes PON promete satisfacer características como altas tasas de
transmisión, bajos costos de mantenimiento y cobertura a un gran número de usuarios.
Estas características se pueden lograr con el desarrollo de nuevas topologías, combinando
tecnologías existentes como WDM y TDM (Fujiwara & Koma, 2016), aumentando la
distancia de funcionamiento de la fibra y permitiendo rangos de división más altos en los
splitter utilizados (Ragheb, 2011).
Como se nombró anteriormente las redes PON generalmente se clasifican en 3 topologías;
Bus, Anillo y estrella o árbol, siendo que la topología de anillo es parecida a la de Bus con
la única diferencia de que el enlace regresa de nuevo al OLT, por lo que, teniendo en cuenta
lo anterior, se han realizado investigaciones y propuestas de redes PON de largo alcance
teniendo en cuenta las topologías de estrella y anillo.
Arquitectura de red SuperPON
Diferentes arquitecturas de redes PON de largo alcance se han desarrollado, el proyecto
“the photonics Access network (PLANET)” fue iniciado en 1990 para desarrollar una red
óptica súper masiva (SuperPON) que representa una actualización de la red BPON versión
G.983. Esta red puede soportar 2048 divisiones en un rango de 100 km (Ragheb, 2011).
Esta arquitectura cuya estructura básica se muestra en la figura 13 introduce los
amplificadores ópticos tanto para el sentido de bajada como para el de subida en vez de
amplificadores electrónicos, ya que para estos últimos es transparente el formato, la tasa
de bits y la longitud de onda y es más fácil su administración (Van De Voorde, 2000), se
36
usaron para el sentido descendente amplificadores EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) y
para el sentido de subida se utilizaron amplificadores SOA (Semiconductor Optical
Amplifier).
Figura 13 Red SuperPON (Van De Voorde, 2000).
El alcance de esta red es de 100 km donde los últimos 10 km pertenecen a la zona de
distribución. El sistema de transporte está basado en celdas ATM (Asynchronous transfer
mode), con tasas de bajada de 2.5 Gb/s distribuidas en las ONU´s usando TDM, por el
contrario, el tráfico de subida soporta hasta 311 Mb/s usando TDMA como método de
acceso.
Arquitectura de red LR-PON 10 Gb/s
Esta red fue desarrollada por British Telecom (BT) para satisfacer el ancho de banda
previsto y consolidar el número de oficinas centrales en el Reino Unido.
Se buscó diseñar y desarrollar una red simétrica de 100 kilómetros, 10 gigabits por segundo
y con 1024 divisiones, como se observa en la figura 14 esta arquitectura hace uso de sólo
6 amplificadores ópticos; 3 para el tráfico de subida y 3 para el tráfico de bajada, desde el
punto de vista del suscriptor hay un filtro o divisor de canales para el tráfico de subida y
bajada posteriormente en el armario local hay dos amplificadores para cada tipo de tráfico,
por ejemplo, para los datos de subida existe un preamplificador de bajo ruido y un
amplificador el cual le proporciona la suficiente potencia a la señal para superar la
atenuación y pueda llegar al OLT, donde finalmente será filtrada y de nuevo amplificada
37
para su salida a Internet, para el caso contrario funciona de manera similar el OLT amplifica
el tráfico de bajada y posteriormente en el armario local hay un preamplificador y un
amplificador de señal para que esta llegue satisfactoriamente a las ONU, además, se
agrega una corrección de errores hacia adelante FEC para detectar los errores en las
transmisiones y corregirlos y se incluye un filtro óptico para aumentar la relación señal a
ruido.
Figura 14 Red LR-PON en sentido de subida y de bajada (Shea, 2009).
Arquitectura de red LR-PON hibrida DWDM/TDM
La arquitectura mostrada en la figura 15 propone que para un mejor aprovechamiento de la
infraestructura óptica se deben utilizar varias longitudes de onda y para este caso
combinarlas con TDM, además, para qué solución sea rentable se deben emplear los
mismos componentes en cada suscriptor, por lo que cada uno de ellos deben ser
independientes de la longitud de onda asignada por la red (en la literatura esto se conoce
como ONU´s colorless). El “colorless” empleado en la red óptica, está compuesto por un
modulador con una generación centralizada de portadora óptica. El modulador está basado
38
en un semiconductor de electro-absorción monolítico integrado (EAM) con dos
amplificadores ópticos semiconductores SOAs, uno de los SOAs se utiliza para amplificar
la portadora óptica en la entrada de la ONU y el otro se utiliza para amplificar la señal
después de haber sido modulada por el EAM, sin embargo, la portadora óptica que se utiliza
para cada usuario se genera desde la oficina central de manera que el proceso de
asignación de longitudes de onda no depende de los suscriptores, por lo tanto la red va a
estar formada por varias redes PON de largo alcance cada una con una longitud de onda
diferente sobre la misma red física. La red general propuesta está compuesta en la parte
que le corresponde al “Core”, a un conjunto de AWG´s (arrayed waveguide gratings) para
el tráfico de subida y tráfico de bajada respectivamente desde el punto de vista del Core,
en la cual, la parte que recibe los datos utilizan un amplificador EDFA. En la parte del
armario local se utilizan un AWG y dos amplificadores EDFA, una para tráfico de subida y
uno para tráfico de bajada y un filtro RBF para dividir los tipos de tráfico, también se utilizan
los splitters según la cantidad de usuarios y en la parte del suscriptor se utiliza un filtro RBF
para separar el tráfico y dos amplificadores SOAs y un modulador EAM para la recepción
de los datos de entrada. Finalmente se concluye que la arquitectura planteada soporta 256
usuarios a 10 gigabits por segundo para cada una de las 17 TDM PONs disponibles (Talli
& Townsend, 2006).
Figura 15 Red LR-PON hibrida DWDM/TDM (Talli & Townsend, 2006)
39
Arquitectura XL-PON (extra-large PON)
La red XL-PON está disponible para servir a 512 usuarios, aunque el objetivo es llegar a
1024, sobre 100 km a una tasa de bajada de 10 Gb/s y una de subida de 2.5 Gb/s.
Esta red promete bajar significativamente los costos, como permitir la convergencia entre
la red metro y la red de acceso. Las redes XL-PON están basadas en las redes GPON
usando el mismo protocolo de acceso múltiple dando un alto ancho de banda.
Figura 16 Red XL-PON (Rasztovits-Wiech, Stadler, Gianordoli, & Kloppe, 2007)
La red XL-PON cuya estructura general se observa en la figura 16 está compuesta
básicamente de dos partes: un anillo de red metro, el cual, es compartido por las unidades
centrales llamadas OLT, usando a su vez multiplexación por división de onda y la red de
distribución donde se encuentra varios MAP (Metro Access Points) usados para conectar
los nodos de la red metro con los nodos de distribución. La distancia del anillo es de 70 km
y la distancia de la red de distribución puede llegar a 30 km.
Debido a que esta arquitectura de red opera con WDM, pueden operar múltiples XL-PON
en un solo anillo y además todas las ONU´s son capaces de recibir todas las posibles
longitudes de onda para el tráfico de bajada. También cabe destacar el uso de
amplificadores ópticos EDFA en los MAP para amplificar la señal de bajada y de subida y
como la red está basada en el estándar GPON se ha aplicado un FEC usando el código
Reed-Salomón R(255.239). (Rasztovits-Wiech, Stadler, Gianordoli, & Kloppe, 2007).
Arquitectura de red en anillo SARDANA.
La red SARDANA (Scalable Advanced Ring Dense Access Network) busca lograr distancias
de hasta 100 km usando un sistema de generación de longitud de onda centralizado donde
40
las ONU´s están basadas en un amplificador Óptico reflectivo (RSOA) proveyendo 10 Gb/s
de bajada y 1.5 , 2.5 Gb/s de subida (Lázaro, 2008).
La arquitectura de red posee principalmente 2 anillos de fibra óptica uno para subida y otro
para bajada que funcionan con WDM, los cuales se conecta a nodos remotos (RN). El anillo
WDM puede transportar por ejemplo 32 longitudes de onda cada una funcionando con una
TDM-PON para más de 1000 usuarios en total. La protección y balanceo de tráfico son
dadas por la configuración en anillo y el diseño de los nodos remotos, proveyendo siempre
una conexión permanente entre la oficina central y el nodo remoto inclusive en caso de que
la fibra sea cortada.
El principal objetivo de esta red es reusar el equipamiento de los estándares G/E-PON hasta
los actuales incluyendo las versiones de 10 Gb/s.
Múltiples enfoques de investigación se han dado en la redes PON, actualmente se usa TDM
y TDMA para la implementación de estas redes (GPON, E-PON, LR-PON 10 Gb/s etc.),
aunque el siguiente paso natural es la inclusión de múltiples longitudes de onda para
optimizar los recursos ya existentes, ya que, cada longitud de onda representa una red PON
independiente, ya existen investigaciones (Talli & Townsend, 2006), (Lázaro, 2008), sin
embargo, se está tratando de buscar la mejor solución costo-beneficio y que además sea
de fácil mantenimiento, hay enfoques en los cuales se trata de operar con una división de
longitud de onda centralizada para lo cual se necesitan ONU´s denominadas “colorless”,
donde la administración de las longitudes de onda es transparente para los dispositivos de
abonado, el otro enfoque es que cada ONU´s pueda operar en diferentes longitudes de
onda pudiendo así asignarle una en específico, lo cual acarrearía mayores costos y mayor
dificultad en la administración. Una vez superados estos desafíos la evolución de estas
redes va encaminada al uso de nuevos protocolos de acceso como OFDM (Orthogonal
frequency-division multiplexing), SCMA (Subcarrier-Division Multiple Access) y CDMA
(Code-Division Multiple Access) (Lee, Sorin, & Kim, 2006).
2.3 MARCO ESPACIAL
Colombia se encuentra en un periodo de transición donde se busca que haya mayor
inclusión digital para así lograr un progreso uniforme en todas las áreas del país, para esto
41
el gobierno Nacional por medio de Ministerio de tecnologías de la información y las
comunicaciones (MINTIC), implementó el proyecto nacional de fibra óptica (PNFO)
enmarcado bajo el lineamiento de despliegue y uso eficiente de infraestructura de las bases
del plan nacional de desarrollo 2010-2014, en donde se especificó alcanzar al menos 700
municipios conectados con fibra óptica en el país (Comisión de Regulación de
Comunicaciones, 2014).
De acuerdo a estudios previos por la MINTIC mostrados en la tabla 5, se evaluaron
diferentes tecnologías para el despliegue de una infraestructura nacional que garantice la
conectividad.
Tabla 5 Comparación de soluciones para el despliegue de infraestructura
Por lo cual se determinó que la fibra óptica es la mejor solución ante infraestructura de tipo
satelital y de microondas, ya que, posee la latencia más baja, tiene mayor capacidad y una
vida útil mayor, además tiene un costo de modernización bajo y tasas de tráfico más altas,
aunque contrasta con su costo y tiempo de implementación inicial (Comisión de Regulación
de Comunicaciones, 2014), sin embargo, como se puede ver en figura 17 para un
crecimiento de la demanda de servicios en la red, la fibra óptica se convierte en una de las
soluciones más apropiadas a nivel de costos.
42
Figura 17 Comparación de costos vs capacidad de las alternativas de Backbone de redes de telecomunicaciones.
Las características de la red de transporte que se está implementando en el PNFO
principalmente deben garantizar como mínimo por cada tramo óptico una capacidad de 2
Gb/s (esto es fácilmente actualizable a 10Gb/s en algunos tramos), además dichos tramos
deberán cumplir con la recomendación ITU-T G.652D con un mínimo de 24 hilos y las
recomendaciones ITU-T serie G.600 a la serie G.900 según corresponda (Comisión de
Regulación de Comunicaciones, 2014).
La disponibilidad promedio de la red óptica es del 99% para una distancia de 0 a 100 km
desde la capital del departamento a un municipio en cuestión, del 98% para una distancia
entre 101 a 150 km, del 97% entre 151 a 200 km y para distancias mayores a 200 km
deberá de ser de 96 %, por lo que en promedio la disponibilidad mínima de red a garantizar
es el de 97.5 %.
Finalmente, como se puede observar en la figura 18 para el segundo trimestre de 2014 se
encuentran implementados 638 municipios de los 788 contemplados inicialmente, lo cual
induce a que ya se encuentra disponible la infraestructura óptica para que los operadores
proveedores de servicios de Internet los utilicen y así poder ofertar sus productos.
43
Figura 18 Distribución nodos en el PNFO (Fuente: vive digital)
En cuanto a las arquitecturas manejadas dentro del PNFO en Cundinamarca tenemos:
El PNFO se divide en varias zonas a lo largo de Colombia y cada una de ellas de ellas
concentra un gran número de municipios.
Estos puntos de concentración son Norte de Santander, Tolima, Nariño, Caldas, Antioquia,
Santander, Boyacá, Cundinamarca, Meta, Sucre y Guajira, como se puede notar en la
siguiente figura.
44
Cundinamarca
Zonas de
concentración
Router Multiservicio
Conexión fibra
óptica
Meta
Sucre
Guajira
Boyaca
Antioquia
Santander
Caldas /
Risaralda
Nariño
Tolima
Norte de
Santander
Torca
La Mesa
BACKBONE DE FIBRA ÓPTICA
Figura 19 Backbone de fibra óptica del PNFO
Específicamente la zona de concentración de Cundinamarca posee a su vez dos nodos
concentradores los cuales son Torca y La Mesa, ahora bien, cada uno de estos nodos están
agrupados en sub-zonas que poseen un gran número de municipios como se muestra a
continuación a manera de ejemplo.
45
La Mesa
61 km36 km
21 km
17 km
10 km
12 km
24 km
77 km
29 km
35 km
Internexa
La Mesa
Quipile
Cachipay
San Antonio del
Tequqendama
Anapoima
Apulo Viotá
El colegio
Anolaima
TenaZipacòn
Bojaca
23 km
Fúquene
Nodo de acceso
al Backbone
Nodo
Municipio
Conexión en
fibra óptica
Figura 20 Nodo de concentración La Mesa Cundinamarca 1
Tocaima
17 km
62 km
14 km
40 km
61 km
19 km
Internexa
La Mesa
Jesuralen
Agua de
Dios
Nilo
Ricaurte
Nariño
Guataqui
Nodo de acceso
al Backbone
Nodo
Municipio
La Mesa
Nodo de
agregación
Conexión en
fibra óptica
Figura 21 Nodo de concentración La Mesa Cundinamarca 2
46
La Mesa
Utica
127 km
49 km
46 km
79 km
Internexa
La Mesa
Caparrapi
Topaipi
Villa
Gomez76 km
Pacho
29 km
Yacopi
La palma
28 km16 km
Paime
57 km
48 km
El Peñon
Quebrada
Negra
13 km
San
Cayetano
Nodo de acceso
al Backbone
Nodo
Municipio
Nodo de
agregación
Conexión en
fibra óptica
Figura 22 Nodo de concentración La Mesa Cundinamarca 3
Torca
(Bogotá)
Macheta49 km
73 km
23 km
Internexa
Torca
Gachetá
Ubalá
Tibiritá24 km
Manta
57 km
GamaJunin
9,6 km
Guachalá
117 km
14 km
15 km
Nodo de acceso
al Backbone
Nodo
Municipio
Nodo de
agregación
Conexión en
fibra óptica
Figura 23 Nodo de concentración Torca Cundinamarca 4
47
Como se puede observar en las figuras anteriores se logra verificar que cada sub-zona
contiene al menos un nodo de acceso al backbone que su vez funciona como nodo de
agregación para los municipios, aunque pueden existir según el diseño del PNFO más de
un nodo se agregación por cada sub-zona, además la topología que predomina es la de
árbol en donde hay un punto de concentración o varios y se ramifican en los nodos ópticos
ubicados en cada uno de los municipios.
48
3. DISEÑO DE LA RED OPTICA
Para el diseño de la red de acceso en Cundinamarca se escogió una sub-zona que tuviera
una gran cantidad de municipios y grandes diferencias en distancias respecto al nodo
principal, por lo cual se partió del siguiente diagrama de red.
Figura 24 Diagrama de conexiones de la sub-zona elegida para el diseño
La figura anterior indica cómo se encuentra el tendido de fibra óptica en la sub-zona
escogida de Cundinamarca, cabe destacar que esta sub-zona además de tener nodos
ópticos en los municipios posee un nodo de agregación en Nemocón y un nodo de acceso
al Backbone en Torca.
Adicionalmente, en la siguiente figura se muestra de una manera más clara la forma en que
están inter-conectados estos municipios.
49
Torca
(Bogotà)
Nemocón
65 km
28 km20 km
57 km
54 km
14 km
35 km
15 km
17 km
80 km
26 km9 km
15 km
26 km
25 km
50 km
Nodo de
agregaciòn
Internexa
Torca
Tausa
Villapinzón
Guacheta
Lenguezaque
Gachancipa
Sesquile
Guatavita
San
miguel
Susa
Simijaca
Sutatausa
Carmen de Carupa
Suesca
Cucunubá
45 km
Fúquene
Nodo de acceso
al Backbone
Nodo
Municipio
Nodo de
agregación
Conexión en
fibra óptica
Figura 25 Diagrama de conexiones en la sub-zona escogida en Cundinamarca.
Como se nombró anteriormente esta figura representa una parte de la red de fibra óptica
en Cundinamarca, ya que, la red desplegada en PNFO se divide en varias secciones de
múltiples municipios, sin embargo, cada sección tiene una arquitectura similar, por lo cual,
los pasos, procedimientos y decisiones tomadas para el diseño de esta red aplican para las
demás secciones a menos que haya circunstancias particulares en el despliegue de fibra
óptica.
Además, debido a que la topología que predomina en estas redes es la topología en árbol
se decidió, modificar un poco la red para el diseño propuesto, quitando el anillo presente en
la figura anterior, sin embargo, esto no afecta en el diseño propuesto y en caso de tenerse
en cuenta implicaría diseñar esta ruta como una de respaldo, por lo tanto, el diagrama de
red a considerar es el siguiente.
50
Figura 26 Diagrama del diseño con las distancias físicas de despliegue
En la figura anterior el punto de conexión a internet está ubicado en Torca y hay unos puntos
de distribución más pequeños, en los cuales se realizan las conexiones a cada uno de los
municipios.
En cada punto de distribución del diagrama se utilizan elementos como los AWG y los
switches ópticos para redirigir las longitudes de onda según sea el caso.
Debido a que se partió de unas distancias y ubicaciones predeterminadas con antelación
del PNFO, se colocaron algunas restricciones las cuales afectan la toma de decisiones
durante el proceso de diseño las cuales son:
El diseño de red hace uso de la multiplexación por división de onda.
Cada municipio tendrá una capacidad de 10 Gbps de ancho de banda en el sentido
de descarga mínimo.
Debido a que en el diagrama solo se conocen las ubicaciones ya predefinidas, no
se permite considerar el uso de amplificadores de línea, o elementos de
51
compensación o atenuación en medio de la ruta, se pueden ubicar en el punto de
distribución emisor o receptor, con el ánimo de evitar la colocación de nueva
infraestructura física en donde los diseños iniciales no lo contemplaron.
El diseño contempla la posibilidad de adicionar longitudes de onda en un punto
requerido. (Longitudes de onda auxiliares)
Cada longitud de onda auxiliar puede asignarse a cualquier municipio sin ninguna
restricción. (no se pueden asignar a dos lugares al mismo tiempo).
El plan de frecuencias utilizado para el diseño es el siguiente:
𝝀 (THz) Wavelenght (nm) UIT Ch.
- 196.1 1528.77 61
- 196.0 1529.55 60
- 195.9 1530.33 59
- 195.8 1531.12 58
- 195.7 1531.90 57
- 195.6 1532.68 56
- 195.5 1533.47 55
- 195.4 1534.25 54
- 195.3 1535.04 53
- 195.2 1535.82 52
23 195.1 1536.61 51
22 195.0 1537.40 50
21 194.9 1538.19 49
20 194.8 1538.98 48
19 194.7 1539.77 47
18 194.6 1540.56 46
17 194.5 1541.35 45
16 194.4 1542.14 44
15 194.3 1542.94 43
14 194.2 1543.73 42
13 194.1 1544.53 41
12 194.0 1545.32 40
11 193.9 1546.12 39
10 193.8 1546.92 38
9 193.7 1547.72 37
8 193.6 1548.51 36
7 193.5 1549.32 35
6 193.4 1550.12 34
52
5 193.3 1550.92 33
4 193.2 1551.72 32
3 193.1 1552.52 31
2 193.0 1553.33 30
1 192.9 1554.13 29
0 192.8 1554.94 28
- 192.7 1555.75 27
- 192.6 1556.56 26
- 192.5 1557.36 25
- 192.4 1558.17 24
- 192.3 1558.98 23
- 192.2 1559.79 22
- 192.1 1560.61 21
- 192.0 1561.42 20
- 191.9 1562.23 19
- 191.8 1563.05 18
- 191.7 1563.86 17
- 191.6 1564.68 16
- 191.5 1565.50 15
- 191.4 1566.31 14
- 191.3 1567.13 13
- 191.2 1567.95 12
Tabla 6 Grilla de frecuencias UIT-T G.694.1
Este plan de frecuencias se basa en el estándar UIT-T G.694.1 “Planes espectrales para
aplicaciones WDM” y debido que este es un diseño experimental se escogió un
espaciamiento de frecuencias de 100 GHz.
Para la parte de transmisión se utilizó:
Transmisión
Laser CW Laser CW
Potencia = 15 dBm Potencia = 15 dBm
Frecuencia = 192.8-193.2 Frecuencia = 192.8-193.2
Ancho de línea = 10 MHz Ancho de línea = 10 MHz
Pseudo Ramdom Bit 10 Gbps
Generado de pulsos NRZ
Modulador Mach-Zehnder IL= 3 dB.
Tabla 7 Características principales de los elementos utilizados en el punto de transmisión.
53
Para los puntos de distribución:
Transmisión
AWG Mux/Demux
Ancho de banda 100 GHz
Pérdidas inserción (IL) 4 dB.
Filtro Gaussiano
Switch óptico MEMS
Configuración 1xN
Pérdidas inserción (IL) 0.8 dB.
Crosstalk -50 dB max.
Tabla 8 Características principales de los elementos utilizados en el punto de distribución
En los puntos de distribución se utilizó los AWG en configuración multiplexor y demultiplexor
y en el transmisor se utilizó solo en configuración multiplexor.
En el tramo óptico se utilizó fibra óptica SMF bajo el estándar ITU G.652 D, el cual, fue
utilizado en la implementación del PNFO además de otros elementos que se pueden ver a
continuación:
Tramo óptico
Tipo de fibra SMF
Fibra Monomodo ITU-T G.652.D
ventana de operación 1550 nm
Máxima Atenuación < 0.3 (dB/km)
Coeficiente de dispersión 17 ps/(nm.km)
Longitud del carrete 5 km
Empalmes y Conectores IL=0.1 dB.
Fibra compensadora DCF DRAKA * (communications, s.f.)
Amplificador óptico EDFA
Ganancia 5 – 20 Db.
Potencia de saturación 10 dBm.
Sensibilidad -30 dBm a 0 dBm.
Figura de ruido 4 dB
Configuración Booster y Pre-amplificador.
Ganancia 5dB – 20dB .
Tabla 9 Características principales de los elementos utilizados en los tramos ópticos.
54
* Para observar los parámetros utilizados en la fibra compensadora, debe dirigirse a la
sección 3.1.4 Cálculos, ya que, algunos parámetros son obtenidos por ecuaciones.
Y en el punto receptor:
Receptor
Foto-detector APD
Ganancia 3
Responsividad 1 A/W
Dark Current 10 nA
Filtro pasa bajo de Bessel FC= 0.75 x Bit rate
Regenerador 3R Bit rate
Analizador BER C/u de las longitudes de onda.
Tabla 10 Características principales de los elementos utilizados en el punto de recepción
En este último punto también se utilizaron AWG con la configuración de demultiplexor.
3.1 METODO DE DISEÑO.
Debido a las características del diseño y los requerimientos del mismo, se desarrolló un
método de diseño el cual parte de:
1. Asignar las rutas para el diseño.
2. Asignar la longitud de onda para cada uno de los municipios y las longitudes de
onda de reserva (auxiliares).
3. Realizar el diseño de los puntos de distribución (depende de cada caso) en donde
por medio de los AWG y switches ópticos se pueden enrutar las longitudes de onda.
4. Realizar el cálculo del presupuesto de potencia para cada uno de los trayectos (sin
amplificadores y/o fibras o módulos compensadores).
55
5. Realizar el cálculo de presupuesto de ancho de banda, para garantizar la velocidad
del enlace, según el caso se realiza el cálculo de la fibra compensadora que se
necesite adicionar.
6. En caso de ser necesario adicionar compensación al trayecto, se agrega dichas
pérdidas al presupuesto realizado anteriormente y se vuelve a calcular.
7. Determinar si es necesario y cuanto se debe amplificar, así como la ubicación de
los amplificadores, además se debe determinar la configuración que deben tener los
mismos.
8. Finalmente, por medio de la simulación se observa el comportamiento de los
diagramas de ojo y se determina si se debe realizar una pre-compensación o una
post-compensación para mejorar el factor de calidad y el BER para garantizar la
velocidad del enlace.
De acuerdo al método anterior se tiene:
3.1.1 Asignación de rutas
El diseño se encuentra dividido en 8 rutas donde la primera es común para todos los
enlaces.
56
Figura 27 Designación de rutas
Según la figura anterior las rutas están comprendidas por:
Ruta Municipios
0 Torca - Nemocón
1 Nemocón -Tausa
2 Villapinzón -Guachetá- Lenguezaque
3 Gachancipá -Sesquilé- Guatavita
4 Simijaca- San miguel- Susa
5 Suesca- Cucunubá - Fúquene
6 Nemocón-Carmen de Carupa
7 Nemocón-Sutatausa
Tabla 11 Rutas estipuladas en el diseño
Para el diseño se optó por utilizar 24 longitudes de onda, donde 16 de ellas corresponden
a cada una de los municipios y las 8 restantes se utilizan como contingencia.
57
3.1.2 Asignación de longitudes de Onda
Figura 28 Asignación de longitudes de onda
Donde para cada municipio se tiene:
Ruta Municipio Longitud de onda
0 Nemocón 𝜆0
1 Tausa 𝜆1
2 Villapinzón 𝜆2
2 Guachetá 𝜆3
2 Lenguezaque 𝜆4
3 Gachancipá 𝜆5
3 Sesquilé 𝜆6
3 Guatavita 𝜆7
4 Simijaca 𝜆8
4.1 San miguel 𝜆9
4.2 Susa 𝜆10
5 Suesca 𝜆11
5 Cucunubá 𝜆12
58
5 Fúquene 𝜆13
6 Carmen de Carupa 𝜆14
7 Sutatausa 𝜆15
Longitudes auxiliares 𝜆16𝜆17𝜆18𝜆19𝜆20𝜆21𝜆22𝜆23
Tabla 12 Asignación de longitudes de onda
3.1.3 Enrutamiento de las Longitudes de Onda
Inicialmente se tiene que en el primer punto de distribución ubicado en Nemocón se reciben
todas las longitudes de onda de cada uno de los municipios, así como las de reserva, para
lo cual, por medio de los AWG se realiza esta tarea, sin embargo, para poder encaminar
las longitudes de onda correctamente y que estas no puedan ser utilizadas en un lugar no
requerido, se uso switches ópticos los cuales aunque tenga un control eléctrico para la
tomas de decisiones en el enrutamiento, no modifican la señal origen y esta sigue
permaneciendo al dominio óptico.
En el punto de distribución de Nemocón se tiene la siguiente tabla de enrutamiento por
longitud de onda.
6 5 4 3 2 1 0 Ruta
X X X X X X 0 0
X X X X X 0 1 1
X X X X 0 1 1 2
X X X 0 1 1 1 3
X X 0 1 1 1 1 4
X 0 1 1 1 1 1 5
0 1 1 1 1 1 1 6
1 1 1 1 1 1 1 7
Tabla 13 Tabla de enrutamiento Nemocón
Donde la anterior tabla indica el encaminamiento de una longitud de onda en cuestión, por
ejemplo, si se requiere una longitud de onda sea encaminada a la ruta 2 el switch óptico
debe tener de entrada de control “XXXX011” donde la X indican que no importa el valor
siempre y cuando los primeros tres bits tengan el valor estipulado de la tabla, esto quiere
decir también que sí se utiliza una longitud de onda de reserva en un camino, esta no se
puede usar en otro simultáneamente a menos se cambien los valores de los bits en cada
switch óptico.
59
El diseño de esta red óptica es flexible y permite enrutar las longitudes de onda de manera
individual a cada uno de los municipios en caso que se requiera, por lo cual, un solo
municipio podría tener una capacidad de 90 Gbps, donde 10 Gbps es la capacidad base
contemplada para cada municipio y los 80 Gbps es la capacidad máxima de reserva que se
puede añadir; la siguiente figura es un ejemplo de un punto de distribución el cual se puede
configurar para el enrutamiento de longitudes de onda.
Figura 29 Ejemplo de punto de distribución para tres rutas con dos longitudes de onda auxiliares
Ahora en cada una de las rutas también existe puntos de distribución de acuerdo a la
topología que presente cada una, en general y en el diseño propuesto se han identificado
3 casos:
1. Donde la ruta llega directamente al municipio, para lo cual no se necesita un punto
de distribución adicional, para este caso se encuentran los municipios ruta 0
Nemocón, ruta 1 Tausa, ruta 6 Carmen de Carupa y ruta 7 Sutatausa.
60
Figura 30 Punto de distribución auxiliar conectado directamente al municipio.
2. Donde la ruta tiene dos o más municipios en conexión serie, es decir la ruta 3
Villapinzón - Guachetá – Lenguezaque y la ruta 5 Suesca - Cucunubá - Fúquene.
Figura 31 Ejemplo Punto de distribución asociado al caso 2
3. Donde hay bifurcaciones dentro de la ruta, para el caso la ruta 4 tiene una
bifurcación en el municipio de Simijaca hacia los pueblos de San Miguel de Sema
y Susa (similar al primer caso).
61
Figura 32 Ejemplo Punto de distribución asociado al caso 3
Como se nombró anteriormente las rutas correspondientes al caso 1 no necesitan de un
punto de distribución adicional por lo cual directamente desde el punto de Nemocón es
posible realizar todo el encaminamiento de longitudes de onda hacia dichos lugares, para
el caso 2 sí se requiere de puntos adicionales por lo que:
Para la ruta 2
Punto de distribución Villapinzón
0 Ruta
0 Villapinzón
1 Guachetá -Lenguezaque
Tabla 14 Tabla de enrutamiento Villapinzón
62
Punto de distribución Guachetá.
0 Ruta
0 Guachetá
1 Lenguezaque
Tabla 15 Tabla de enrutamiento Guachetá
Para la ruta 3
Punto de distribución Gachancipá
0 Ruta
0 Gachancipá
1 Sesquilé- Guatavita
Tabla 16 Tabla de enrutamiento Gachancipá
Punto de distribución Sesquilé
0 Ruta
0 Sesquilé
1 Guatavita
Tabla 17 Tabla de enrutamiento Sesquilé
Para la ruta 5
Punto de distribución Suesca
0 Ruta
0 Suesca
1 Cucunubá - Fúquene
Tabla 18 Tabla de enrutamiento Suesca
Punto de distribución Cucunubá
0 Ruta
0 Cucunubá
1 Fúquene
Tabla 19 Tabla de enrutamiento Cucunubá
Para el caso 3 se tiene la ruta 4 donde:
63
Punto de distribución Simijaca
1 0 Ruta
X 0 Simijaca
0 1 San Miguel
1 1 Susa
Tabla 20 Tabla de enrutamiento Simijaca
3.1.4 Cálculos
Presupuesto de potencia para ruta 0
El cálculo del presupuesto de potencia se realiza para cada tramo en cada ruta, y se busca
que generalmente para cada población haya una potencia de llegada entre -5 dBm a -18
dBm.
La fórmula general para el cálculo del presupuesto de potencia es:
𝑃𝑇𝑥𝑑𝐵𝑚 + 𝐺𝐴𝑜𝑑𝐵 − 𝐿𝑇𝑇𝑑𝐵 − 𝑀𝐷 𝑑𝐵 − 𝐿𝑖𝑛𝑑𝐵 = 𝑆𝑅𝑥 𝑑𝐵𝑚 (1)
Donde:
𝑃𝑇𝑥 = 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑚𝑖𝑠𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑑𝐵.
𝐺𝐴𝑜 = 𝐺𝑎𝑛𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑡𝑟𝑎𝑚𝑜.
𝐿𝑇𝑇 = 𝑃é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑦𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑖𝑎.
𝑀𝐷 = 𝑀𝑎𝑟𝑔𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜.
𝐿𝑖𝑛 = 𝑃é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑖𝑛𝑠𝑒𝑟𝑐𝑖ó𝑛 (𝑑𝑒𝑝𝑒𝑛𝑑𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑚𝑜 𝑒𝑛 𝑐𝑢𝑒𝑠𝑡𝑖ó𝑛).
𝑆𝑅𝑥 = 𝑆𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑐𝑒𝑝𝑡𝑜𝑟.
Además, se define:
𝐿𝑇𝑇𝑑𝐵 = 𝛼𝐹𝑜 ∗ 𝑙𝐹𝑜 + 𝛼𝑐 ∗ 𝑁𝐶 + 𝛼𝐸 ∗ 𝑁𝐸 (2)
Donde:
64
𝛼𝐹𝑜 = 𝐴𝑡𝑒𝑛𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎 ó𝑝𝑡𝑖𝑐𝑎 𝑒𝑛 𝑑𝐵
𝑘𝑚
𝑙𝐹𝑜 = 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎 ó𝑝𝑡𝑖𝑐𝑎 𝑒𝑛 𝐾𝑚.
𝛼𝑐 = 𝐴𝑡𝑒𝑛𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑛𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑒𝑛 𝑑𝐵
𝑁𝐶 = 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑡𝑟𝑎𝑚𝑜.
𝛼𝐸 = 𝐴𝑡𝑒𝑛𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑒𝑚𝑝𝑎𝑙𝑚𝑒𝑠 𝑒𝑛 𝑑𝐵.
𝑁𝐸 = 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠.
El número de conectores se puede hallar:
𝑁𝐸 = (𝑙𝐹𝑜
𝑙𝑐𝐹𝑜− 1) (3)
Donde:
𝑙𝑐𝐹𝑜 = 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑟𝑒𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎 ó𝑝𝑡𝑖𝑐𝑎 𝑒𝑛 𝑘𝑚.
De acuerdo a las consideraciones anteriores para ruta 0:
Torca – Nemocón
Con una distancia de 65 km se tiene que:
Número de conectores
𝑁𝐸 = (65
5− 1) = 12 𝑑𝑒 (3)
Pérdidas de totales en la trayectoria sin considerar conectores adicionales de
amplificadores ni de fibras compensadoras de dispersión.
𝐿𝑇𝑇 = 0.2 ∗ 65 + 0.1 ∗ 2 + 0.1 ∗ 12 = 14.4 𝑑𝐵 𝑑𝑒 (2)
Entonces:
65
𝑆𝑅𝑥 = 15 − 14.4 − 4 − 3 = −6.4 𝑑𝐵𝑚 𝑑𝑒 (1)
La sustracción de 4 dB se debe a que en el trasmisor ubicado en Torca concentra todas las
longitudes de onda por medio de un a AWG que genera unas pérdidas de inserción de dicho
valor y los 3 dB adicionales que se tienen en cuenta corresponden a que cada transmisor
tiene un modulador Mach-Zehnder, el cual genera unas pérdidas en la señal de 3 dB
aproximado (puede ser menor), la configuración del transmisor se puede encontrar en
capítulo de simulación.
Cálculo de presupuesto de ancho de banda ruta 0
Para el cálculo del presupuesto del ancho de banda se considera la modulación NRZ por lo
que se define:
𝐵𝑝𝑟𝑜𝑦 𝐺𝐻𝑧 =1
2∗ 𝑓𝑏 (4)
Donde
Además, se define el tiempo se subida del sistema como:
𝑇𝑆 = 𝑇𝑆𝐹𝑜 = √𝑇𝑆𝑀𝑂𝐷𝐴𝐿2 + 𝑇𝑆𝐶𝑅𝑂𝑀𝐴𝑇𝐼𝐶𝑂
2 + 𝑇𝑆𝑃𝑀𝐷2 (5)
Donde:
𝑇𝑆 = 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑢𝑏𝑖𝑑𝑎.
𝑇𝑆𝐹𝑂 = 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑢𝑏𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎 ó𝑝𝑡𝑖𝑐𝑎.
𝑇𝑆𝑀𝑂𝐷𝐴𝐿 = 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑢𝑏𝑖𝑑𝑎 𝑚𝑜𝑑𝑎𝑙.
𝑇𝑆𝐶𝑅𝑂𝑀𝐴𝑇𝐼𝐶𝑂 = 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑢𝑏𝑖𝑑𝑎 𝑐𝑟𝑜𝑚á𝑡𝑖𝑐𝑜.
𝑇𝑆𝑃𝑀𝐷 = 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑢𝑏𝑖𝑑𝑎 𝑃𝑀𝐷 (𝐷𝑖𝑠𝑝𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛 𝑚𝑜𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑙𝑎𝑟𝑖𝑧𝑎𝑐𝑖ó𝑛).
Para el diseño contemplado y debido que la fibra es monomodo, el 𝑇𝑆𝑀𝑂𝐷𝐴𝐿 = 0 y dado que
la tasa de transmisión diseñada no es superior a los 10 Gbps se considera que 𝑇𝑆𝑃𝑀𝐷 = 0.
66
Por lo tanto, la ecuación (5) queda de la siguiente forma:
𝑇𝑆 = 𝑇𝑆𝐹𝑜 = √𝑇𝑆𝐶𝑅𝑂𝑀𝐴𝑇𝐼𝐶𝑂2 = 𝑇𝑆𝐶𝑅𝑂𝑀𝐴𝑇𝐼𝐶𝑂 (5)
Y su vez el tiempo de subida cromático se define como:
𝑇𝑆 = 𝑇𝑆𝐹𝑂 = 𝑇𝑆𝐶𝑅𝑂𝑀𝐴𝑇𝐼𝐶𝑂 = 𝐷𝑐 𝑝𝑠
𝑛𝑚. 𝑘𝑚∗ Λ 𝑛𝑚 ∗ 𝑙𝑓𝑜 𝑘𝑚 (5)
Donde:
𝐷𝑐 = 𝐷𝑖𝑠𝑝𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛 𝑐𝑟𝑜𝑚á𝑡𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎.
Λ = 𝐴𝑛𝑐ℎ𝑢𝑟𝑎 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑡𝑟𝑎𝑙 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑢𝑧.
Para la ruta 0 (Torca - Nemocón) si se utilizara un generador de luz con una anchura
espectral de 1 nm se tiene:
𝑇𝑆𝐹𝑜 = 17 ∗ 1 ∗ 65 = 1105 𝑝𝑠 = 1.105 𝑛𝑠 𝑑𝑒 (5)
Sin embargo, el tiempo se subida de la fibra óptica también se puede dejar expresado como:
𝑇𝑆𝐹𝑜
Λ 𝑛𝑚 = 17 ∗ 65 = 1105
𝑝𝑠
𝑛𝑚= 1.105
𝑛𝑠
𝑛𝑚 𝑑𝑒 (5)
Cuyo resultado es útil para calcular la compensación de dispersión dentro de la red.
Lo anterior indica que el que la fibra óptica y su respectivo transmisor contemplados en la
red no son viables para obtener tal tasa de datos, por lo cual, es necesario compensar dicha
dispersión agregando una fibra DCF (Fibra Compensadora de Dispersión).
Por lo general estas fibras en el mercado se comercializan en forma de módulos
denominados DCM (Módulos Compensadores de Dispersión), de modo que, al fabricante
se le solicita un módulo DCM con la dispersión a compensar y este informa la atenuación
que inserta el mismo, sin embargo, no ofrece las características internas de la fibra
compensadora; el siguiente es un ejemplo de la atenuación que puede producir un módulo
DMC, de acuerdo a la distancia a compensar.
67
Tabla 21 Atenuaciones módulos DCM
Donde para la fibra del estándar G. 652D se tiene que:
𝑃𝑎𝑟𝑎 3 𝑘𝑚 → 1.8 𝑑𝐵
𝑝𝑎𝑟𝑎 140 𝑘𝑚 → 7.7 𝑑𝐵
Con la información suministrada por el fabricante, es posible definir una expresión
matemática para el cálculo de las pérdidas de inserción en el rango de distancias definido,
de la siguiente manera:
𝐿𝐷𝐶𝑀 = 𝛼𝐷𝐶𝑀 𝑑𝐵
𝑘𝑚∗ 𝑙𝑓𝑜 𝐾𝑚 + 𝐹𝐷𝐶𝑀 𝑑𝐵 (7)
Donde 𝛼𝐷𝐶𝑀 ∙ 𝑙𝐹𝑂 corresponde a la atenuación introducida por los módulos compensadores
en función de la distancia de la fibra óptica, y 𝐹𝐷𝐶𝑀 corresponde al factor de pérdidas
adicionales por los demás elementos de los módulos. Reemplazando en la ecuación
anterior por los valores suministrados por el fabricante se tiene que:
𝛼𝐷𝐶𝑀 ∗ 3 + 𝐹𝐷𝐶𝑀 = 1.8 𝑑𝐵 y,
𝛼𝐷𝐶𝑀 ∗ 140 + 𝐹𝐷𝐶𝑀 = 7.7 𝑑𝐵
Por lo tanto, resolviendo las expresiones señaladas arriba, las pérdidas de inserción para
los módulos compensadores de dispersión de la familia DRAKA, para longitudes de fibra
óptica comprendidas en el rango de 3 km a 140 km, se puede definir como:
68
𝐿𝐷𝐶𝑀 𝑑𝐵 = 0,0430656 ∗ 𝑙𝑓𝑜 + 1.6708 𝑑𝐵 de (7)
Considerando la ecuación anterior para la ruta 0 se tiene:
Para el cálculo de la atenuación producida por el módulo DCM en el diseño de red y debido
a que el fabricante no especifica las características internas de la fibra DCF del módulo se
tiene dos opciones:
1. Que el módulo DCM tenga una fibra compensadora de tamaño fijo y se varíe el
coeficiente de dispersión cromática.
2. Que el modulo tenga un coeficiente de dispersión fijo y se varíe la longitud del a
fibra.
Para este diseño se contempló la segunda opción, para lo cual se consideró que la fibra del
módulo DCM tenga un coeficiente de dispersión de −80𝑝𝑠
𝑛𝑚 𝑘𝑚 entonces:
𝐿𝐷𝐶𝑀 𝑑𝐵 = 0.0430656 ∗ 65 + 1.6708 𝑑𝑒 (7)
𝐿𝐷𝐶𝑀 = 4.47 𝑑𝐵 𝑑𝑒 (7)
Para temas de simulación se puede calcular la longitud de la fibra compensadora:
1105𝑝𝑠
𝑛𝑚= −80
𝑝𝑠
𝑛𝑚 𝑘𝑚∗ 𝑙𝑓𝑜 𝑑𝑒 (5)
𝑙𝑓𝑜 = 13.8125 𝑘𝑚
También para simular se debe hallar el coeficiente de atenuación de esa fibra que junto a
la distancia anteriormente calculada generará tales pérdidas, por lo que, una vez calculadas
las pérdidas que inserta el módulo DCM en esa sección de red y se vuelve a calcular el
presupuesto de potencia, quedando:
𝑆𝑅𝑥 = −6.4 − 4.47 − (0.1 ∗ 2) = −11.07 𝑑𝐵𝑚 𝑃𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑏𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑁𝑒𝑚𝑜𝑐ó𝑛
La anterior ecuación resulta de tomar las pérdidas calculadas anteriormente, más las
pérdidas del módulo DCM y finalmente se agregan las pérdidas de dos conectores
adicionales para la conexión del módulo. Se recuerda que esta no es la potencia de
69
recepción del municipio sino del punto de distribución, ya que, para llegar al municipio es
necesario “sobre-pasar” el punto de distribución, el cual, debido a su configuración se
agrega 8 dB de atenuación a las longitudes de onda fijas por la combinación de los AWG y
a las longitudes de onda auxiliares les agrega 8.8 dB, ya que, se tienen en cuenta las
pérdidas de los switches ópticos y finalmente en el receptor del municipio se agrega un
AWG para demultiplexar las longitudes de onda que llegan lo cual aumenta la atenuación
en 4 dB, entonces:
𝑆𝑅𝑥 = −11.07 − 8 − 4 = −23.07 𝑑𝐵𝑚 𝑀𝑢𝑛𝑖𝑐𝑖𝑝𝑖𝑜 𝑁𝑒𝑚𝑜𝑐𝑜𝑛
Como se puede observar en este caso no se presenta la necesidad de aplicar amplificación,
ya que se tiene una buena potencia de entrada en el punto de distribución de longitudes de
onda de Nemocón y en el municipio, sin embargo, el punto de distribución en Nemocón es
común para todas las rutas y a nivel de potencia puede afectar a las rutas más largas, ya
que, son la que requieren de mayor amplificación para cubrirlas en su totalidad, por lo
anterior se decidió colocar en el tramo un pre-amplificador en la entrada del punto de
distribución en Nemocón de 10 dB (más dos conectores adicionales del pre-amplificador)
por lo cual:
𝑆𝑅𝑥 = −6.4 − 4.47 − (0.1 ∗ 2) + 10 − (0.1 ∗ 2) = −1.27 𝑑𝐵𝑚 𝑃𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝐷𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑏𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑁𝑒𝑚𝑜𝑐ó𝑛
Y en el municipio:
𝑆𝑅𝑥 = −1.27 − 8 − 4 = −13.27 𝑑𝐵𝑚 𝑀𝑢𝑛𝑖𝑐𝑖𝑝𝑖𝑜 𝑁𝑒𝑚𝑜𝑐𝑜𝑛
Las atenuaciones de llegada del punto de distribución y del municipio de Nemocón se
encuentran dentro de la sensibilidad características de estos dispositivos, además la
potencia de transmisión para el resto de las rutas es:
𝑃𝑡𝑥_𝑅𝑈𝑇𝐴𝑆 = −1.27 − 8 = −9.27 𝑑𝐵𝑚
Según el análisis anterior se tienen las siguientes tablas para todas las rutas contempladas
en el diseño:
70
Ruta Origen Destino Dist
(km)
Dispersión.
(ps/nm)
Pérdidas
(dB)
Long Fibra.
(km) 𝜶𝑫𝒄𝒇 (
𝒅𝑩
𝒌𝒎)
0 Torca Nemocón 65 1105 4.47 13.81 0.3236
1 Nemocón Tausa 20 340 2.53 4.25 0.5958
2 Nemocón Villapinzón 57 969 4.12 12.11 0.3406
2 Villapinzón Guachetá 54 918 3.99 11.48 0.3483
2 Guachetá Lenguezaque 14 238 2.27 2.98 0.7643
3 Nemocón Gachancipá 35 595 3.18 7.44 0.4273
3 Gachancipá Sesquilé 15 255 2.31 3.19 0.7268
3 Sesquilé Guatavita 17 289 2.40 3.61 0.6652
4 Nemocón Simijaca 80 1360 5.12 17.00 0.3009
4,1 Simijaca San miguel 26 442 2.79 5.53 0.5051
4,2 Simijaca Susa 9 153 2.06 1.91 1.0763
5 Nemocón Suesca 15 255 2.32 3.19 0.7268
5 Suesca Cucunubá 26 442 2.79 5.53 0.5051
5 Cucunubá Fúquene 25 425 2.75 5.31 0.5172
6 Nemocón Carmen de Ca. 50 850 3.82 10.63 0.3599
7 Nemocón Sutatausa 28 476 2.88 5.95 0.4835
Tabla 22 Cálculos de dispersión
En donde:
Dist. km: Es la distancia de los tramos de la red en kilómetros.
Pérdidas: Pérdidas calculadas de la fibra DCF en cada tramo de red.
Long. Fibra: Longitud de la fibra compensadora (para simulación).
𝑎𝐷𝑐𝑓 = Coeficiente de atenuación de la fibra compensadora (para simulación)
Ruta Origen Destino Empalmes PRx (dBm)
PRx (dBm) (con comp)
Amp. (dB)
PRx (dBm) (comp+amp)
PTx (dBm) dest
PTx (dBm) municipio
0 Torca Nemocón 12 -6.40 -11.07 10 -1.27 -9.27 -13.27
1 Nemocón Tausa 3 -13.77 -16.5022 5 -11.70 -15.70
2 Nemocón Villapinzón 11 -21.97 -26.2956 25 -1.50 -9.50 -13.50
2 Villapinzón Guachetá 10 -21.70 -25.8919 25 -1.09 -9.09 -13.09
2 Guachetá Lenguezaque 2 -12.29 -14.7657 5 -9.97 -13.97
3 Nemocón Gachancipá 6 -17.07 -20.4482 20 -0.65 -8.65 -12.65
3 Gachancipá Sesquilé 2 -12.05 -14.5649 10 -4.76 -12.76 -16.76
71
3 Sesquilé Guatavita 3 -16.66 -19.2679 5 -14.47 -18.47
4 Nemocón Simijaca 15 -26.97 -32.2861 25 -7.69 -15.69 -19.69
4.1 Simijaca San miguel 5 -21.59 -24.5766 15 -9.78 -13.78
4.2 Simijaca Susa 1 -17.79 -20.0445 10 -10.24 -14.24
5 Nemocón Suesca 2 -12.67 -15.1868 15 -0.39 -8.39 -12.39
5 Suesca Cucunubá 5 -14.29 -17.2774 15 -2.48 -10.48 -14.48
5 Cucunubá Fúquene 4 -16.08 -19.0248 10 -9.22 -13.22
6 Nemocón Carmen de Ca 9 -20.37 -24.3941 15 -9.59 -13.59
7 Nemocón Sutatausa 5 -15.57 -18.6467 10 -8.85 -12.85
Tabla 23 Cálculos de amplificación
Donde:
PRx (dBm) (sin ampli) = Potencia de recepción en el centro de distribución sin amplificación
ni compensación (adicional 2 conectores de la fibra).
PRx (dBm) (con comp) = Potencia de recepción en el centro de distribución con
compensación, al cálculo se le debe agregar la atenuación de dos conectores.
Amp. (dB) = Valor de la amplificación en dB, hay que tener en cuenta que en cada tramo
puede haber amplificadores en configuración tipo Booster o pre-amplificador, esto se
determina al observar la entrada de la señal al momento de amplificar para evitar la
saturación de los mismos. (Adicional 2 conectores)
PRX (dBm) (comp+ampli) = Potencia de recepción en el centro de distribución con
amplificación y compensación, o también representa la potencia de recepción a la entrada
de un municipio antes de demultiplexar las longitudes onda, siempre que este sea último
municipio de un tramo.
PTX (dBm) dest = Potencia de transmisión al siguiente destino, es decir la potencia de
salida de un punto de distribución o también representa la potencia de recepción al
municipio más cercano que está asociado a ese punto de distribución antes de
demultiplexar las longitudes onda en el receptor.
PRX (dBm) municipio = Potencia de recepción en cada uno de los municipios después de
demultiplexar la señal con un AWG.
72
La siguiente tabla resume las potencias de recepción en cada municipio luego de adicionar
las fibras compensadoras y amplificadores en cada uno de los tramos.
Origen Destino Longitud de onda
PTx (dBm) PRx (dBm) municipio
Torca Nemocón 𝜆0 15 -13.27
Torca Tausa 𝜆1 15 -15.70
Torca Villapinzón 𝜆2 15 -13.50
Torca Guachetá 𝜆3 15 -13.09
Torca Lenguezaque 𝜆4 15 -13.97
Torca Gachancipá 𝜆5 15 -12.65
Torca Sesquilé 𝜆6 15 -16.76
Torca Guatavita 𝜆7 15 -18.47
Torca Simijaca 𝜆8 15 -19.69
Torca San Miguel 𝜆9 15 -13.78
Torca Susa 𝜆10 15 -14.24
Torca Suesca 𝜆11 15 -12.39
Torca Cucunubá 𝜆12 15 -14.48
Torca Fúquene 𝜆13 15 -13.22
Torca Carmen 𝜆14 15 -13.59
Torca Sutatausa 𝜆15 15 -12.85
Tabla 24 Potencias de transmisión en Torca y de recepción en cada municipio para el enlace descendente
Además, aunque los cálculos anteriores tuvieron en cuenta las pérdidas de inserción
introducidas por los empalmes y conectores para cada tramo de red, estos se deben
agregar dentro de la simulación (Cada elemento del tramo agrega la pérdida de dos
conectores a la red).
Ruta Origen Destino Dist. (km) Empalmes Conectores Pérdidas
inserción (dB)
0 Nemocón Torca 65 12 6 1.8
1 Tausa Nemocón 20 3 6 0.9
2 Villapinzón Nemocón 57 11 8 1.9
2 Guachetá Villapinzón 54 10 8 1.8
2 Lenguezaque Guachetá 14 2 6 0.8
73
3 Gachancipá Nemocón 35 6 6 1.2
3 Sesquilé Gachancipá 15 2 6 0.8
3 Guatavita Sesquilé 17 3 6 0.9
4 Simijaca Nemocón 80 15 8 2.3
4 San Miguel Simijaca 26 5 6 1.1
4 Susa Simijaca 9 1 6 0.7
5 Suesca Nemocón 15 2 6 0.8
5 Cucunubá Suesca 26 5 6 1.1
5 Fúquene Cucunubá 25 4 6 1
6 Carmen Nemocón 50 9 6 1.5
7 Sutatausa Nemocón 28 5 6 1.1
Tabla 25 Pérdidas de inserción tenidas en cuenta en los cálculos de cada tramo e introducidas en la simulación enlace descendente
3.2 CONSIDERACIONES ADICIONALES AL DISEÑO
Se adicionaron módulos compensadores de dispersión en todos tramos de red para
asegurar la tasa de bits del diseño 10 Gbps, además, al llegar con una dispersión
cercana a cero en un centro de distribución, se puede garantizar la tasa de
transmisión en un radio de 20 km, aunque esto también depende de la fuente
generadora de luz utilizada y la potencia de recepción con la que se llegue al punto.
No en todos los tramos se tenía la necesidad de amplificar, sin embargo, para
garantizar una potencia de recepción que permita la expansión interna en el
municipio se amplificó en cada uno de los ellos. En la mayoría de los tramos se
utilizaron amplificadores en configuración Booster, en el tramo 0 Torca - Nemocón
se utilizó un pre-amplificador y en los tramos que requería amplificaciones
superiores a 20 dB, se realizó una mezcla entre la configuración Booster y pre-
amplificador, ya que si se amplifica inmediatamente con la configuración tipo
Booster se corre el riesgo de saturar la salida del amplificador y sí solo se pre-
amplifica el riesgo radica en que la señal recibida a la entrada del pre-amplificador
se encuentre muy atenuada y no esté en el rango de sensibilidad del mismo.
finalmente, no se optó por usar amplificadores de línea, porque, a lo largo del tramo
74
se desconoce si hay ubicaciones o infraestructura intermedia para agregar
dispositivos.
A la salida de transmisor ubicado en Torca todas las longitudes de onda se ven
atenuadas en 7 dB, ya que, debido a la conformación del transmisor el uso de un
modulador Mach-Zehnder atenúa la señal aproximadamente en 3 dB y como se
combinan la longitud de onda una sola fibra se usa un AWG que introduce pérdidas
adicionales de 7 dB.
A nivel de cálculos se puede garantizar la compensación, sin embargo, por medio
de la simulación se determina sí se utiliza pre-compensación o post-compensación,
de acuerdo al comportamiento de los diagramas de ojo de cada tramo y de la
potencia.
De acuerdo a los cálculos y consideraciones anteriores se tiene:
75
Figura 33 Esquema de red resultante para el enlace de descendente
Este esquema representa los elementos y la ubicación de la red diseñada y a su vez es la
referencia utilizada para la simulación.
76
3.3 ENLACE ASCENDENTE
Normalmente una red óptica se diseña de tal forma que sea bidireccional, es decir, que
haya cambios mínimos en la infraestructura de red en comparación al sentido de
descendente. En general y debido a las grandes distancias que se deben cubrir y
limitaciones en el diseño anterior se hace necesario ingresar amplificadores ópticos con
diferentes valores, compensar y agregar un factor adicional en el diseño el cual es la
ecualización de la señal en cada uno de los transmisores, para lograr el presupuesto de
ancho de banda requerido sin que impacte en el presupuesto de ancho de banda.
Teniendo en cuenta lo mencionado se realizó un diseño similar al anterior para el sentido
de subida, sin embargo, se tienen las siguientes consideraciones.
1. El enlace ascendente dispondrá de una capacidad de 10 Gbps por municipio o
ubicación final.
2. A diferencia del diseño anterior no se considerará longitudes de onda adicionales.
Los anterior indica que el diseño es asimétrico, es decir, un municipio normalmente tiene
una tasa de bits ascendente y descendente de 10 Gbps, sin embargo, al insertar una
longitud de onda adicional en el sentido descendente la relación ya no es la misma llegando
en su caso más extremo a estar en 90/10 Gbps, sin embargo, la mayoría de redes actuales
cumplen con este paramento, es decir, son redes asimétricas.
En un principio el diseño ascendente, conserva:
Las distancias de despliegue de la fibra óptica.
Las fibras compensadoras con las mismas características de atenuación y
dispersión.
Lo que cambia:
El diseño en los módulos de distribución, aunque, los utilizados en el diseño anterior
sirven fácilmente sin realizar cambios significativos.
Ubicación de algunos amplificadores ópticos y su ganancia.
77
Se pueden disminuir las pérdidas de inserción en el tramo, según las modificaciones
anteriores, aunque en el orden 1 o 2 dB máximo.
Los transmisores están colocados en ubicaciones geográficas diferentes lo cual
implica que sus potencias individuales difieren respecto a los otros, según las
condiciones del tramo.
Estos cambios repercuten en el momento de tomas decisiones de diseño, ya que, se espera
que las potencias de recepción dado un punto de distribución no sean iguales, sin embargo,
el objetivo en el enlace ascendente es que cada longitud de onda llegue con valores de
atenuación aceptables hasta Torca, además en lo referente a la dispersión se decidió
utilizar el esquema utilizado en el diseño anterior, ya que, simplifica el diseño, aunque se
pueden realizar consideraciones diferentes para que cada longitud de onda sea recibida
con dispersiones diferentes pero que cumplan con el mínimo establecido, es de acotar que
si el diseño descendente tuviese una tasa de bit inferior a 10 Gbps, disminuiría la cantidad
de fibra compensadora de dispersión en el diseño.
Teniendo en cuenta lo anterior se tiene:
Ruta Origen Destino Long. PRX pto. Dist. (km)
Empal. Sin compen.
L.indi con compens.
Ampli PRX con ampli
0 Nemocón Torca 0.1 0.00 65 12 -21.40 4.47 -26.07 15 -11.27
1 Tausa Nemocón 1.1 5.00 20 3 -2.50 2.53 -5.23 0 -5.43
Nemocón Torca 1.1 -5.43 65 12 -23.63 4.47 -28.30 15 -13.50
2 Lenguezaque Guachetá 2.1 15.00 14 2 8.80 2.27 6.33 0 6.33
Guachetá Villapinzon 2.1 6.33 54 10 -9.67 4.00 -13.87 15 0.93
Guachetá Villapinzón 2.2 12.00 54 10 -7.00 4.00 -11.20 15 3.60
Villapinzón Nemocón 2.1 0.93 57 11 -19.77 4.13 -24.10 20 -4.30
Villapinzón Nemocón 2.2 3.60 57 11 -17.10 4.13 -21.42 20 -1.62
Villapinzón Nemocón 2.3 5.00 57 11 -14.70 4.13 -19.03 20 0.77
Nemocón Torca 2.1 -4.30 65 12 -26.70 4.47 -31.37 15 -16.57
Nemocón Torca 2.2 -1.62 65 12 -24.02 4.47 -28.69 15 -13.89
Nemocón Torca 2.3 0.77 65 12 -21.63 4.47 -26.30 15 -11.50
3 Guatavita Sesquilé 3.1 15.00 17 3 8.10 2.40 5.50 0 5.30
Sesquilé Gachancipá 3.1 5.30 15 2 -2.10 2.32 -4.62 10 5.18
Sesquilé Gachancipá 3.2 10.00 15 2 -0.40 2.32 -2.92 10 6.88
Gachancipá Nemocón 3.1 5.18 35 6 -10.62 3.18 -14.00 10 -4.20
Gachancipá Nemocón 3.2 6.88 35 6 -8.92 3.18 -12.29 10 -2.49
Gachancipá Nemocón 3.3 10.00 35 6 -4.80 3.18 -8.18 10 1.62
78
Nemocón Torca 3.1 -4.20 65 12 -26.60 4.47 -31.27 15 -16.47
Nemocón Torca 3.2 -2.49 65 12 -24.89 4.47 -29.56 15 -14.76
Nemocón Torca 3.3 1.62 65 12 -20.78 4.47 -25.45 15 -10.65
4 San Miguel Simijaca 4.1 15.00 26 5 6.10 2.79 3.11 0 2.91
Susa Simijaca 4.2 15.00 9 1 9.90 2.06 7.64 0 7.44
Simijaca Nemocón 4.1 2.91 80 15 -18.79 5.12 -24.11 20 -4.31
Simijaca Nemocón 4.2 7.44 80 15 -14.26 5.12 -19.57 20 0.23
Simijaca Nemocón 4.3 10.00 80 15 -14.70 5.12 -20.02 20 -0.22
Nemocón Torca 4.1 -4.31 65 12 -26.71 4.47 -31.38 15 -16.58
Nemocón Torca 4.2 0.23 65 12 -22.17 4.47 -26.84 15 -12.04
Nemocón Torca 4.3 -0.22 65 12 -22.62 4.47 -27.29 15 -12.49
5 Fúquene Cucunubá 5.1 12.00 25 4 3.40 2.75 0.45 0 0.25
Cucunubá Suesca 5.1 0.25 26 5 -9.65 2.79 -12.64 15 2.16
Cucunubá Suesca 5.2 5.00 26 5 -7.90 2.79 -10.89 15 3.91
Suesca Nemocón 5.1 2.16 15 2 -9.24 2.32 -11.75 10 -1.95
Suesca Nemocón 5.2 3.91 15 2 -7.49 2.32 -10.01 10 -0.21
Suesca Nemocón 5.3 3.00 15 2 -7.40 2.32 -9.92 10 -0.12
Nemocón Torca 5.1 -1.95 65 12 -24.35 4.47 -29.02 15 -14.22
Nemocón Torca 5.2 -0.21 65 12 -22.61 4.47 -27.28 15 -12.48
Nemocón Torca 5.3 -0.12 65 12 -22.52 4.47 -27.19 15 -12.39
6 Carmen Nemocón 6.1 12.00 50 9 -2.10 3.82 -6.12 0 -6.32
Nemocón Torca 6.1 -6.32 65 12 -24.72 4.47 -29.39 15 -14.59
7 Sutatausa Nemocón 7.1 10.00 28 5 0.70 2.88 -2.38 0 -2.58
Nemocón Torca 7.1 -2.58 65 12 -20.98 4.47 -25.65 15 -10.85
Tabla 26 cálculos de cada longitud de onda por tramo en el enlace de subida
En la tabla anterior los elementos sombreados corresponden a los valores de potencia de
transmisión que fueron escogidos para el diseño, los demás valores de la misma columna
corresponden a la potencia con la que la señal llega a un punto de distribución.
El campo “Long” se notó de esa manera para identificar fácilmente la ruta y longitud de onda
da cada municipio, aunque, la notación normal obedece al diseño descendente como se
muestra en la siguiente tabla.
Origen Destino Longitud
de onda
PTx (dBm)
municipio
PRx (dBm)
municipio
Nemocón Torca 𝜆0 0 -11.27
Tausa Torca 𝜆1 5 -13.50
Villapinzón Torca 𝜆2 5 -11.50
Guachetá Torca 𝜆3 12 -13.89
79
Lenguezaque Torca 𝜆4 15 -16.57
Gachancipá Torca 𝜆5 10 -10.65
Sesquilé Torca 𝜆6 10 -14.76
Guatavita Torca 𝜆7 15 -16.47
Simijaca Torca 𝜆8 10 -12.49
San Miguel Torca 𝜆9 15 -16.58
Susa Torca 𝜆10 15 -12.04
Suesca Torca 𝜆11 3 -12.39
Cucunubá Torca 𝜆12 5 -12.48
Fúquene Torca 𝜆13 12 -14.22
Carmen Torca 𝜆14 12 -14.59
Sutatausa Torca 𝜆15 10 -10.85
Tabla 27 Potencias de transmisión de cada municipio y de recepción para el enlace ascendente
Adicionalmente en para efectos de simulación se agregan los siguientes elementos
atenuadores, los cuales representan las pérdidas de inserción debida a los empalmes y
conectores utilizados en cada tramo, ya que, como en el diseño anterior se tuvieron en
cuenta en los cálculos y a la vez se deben incluir en la simulación.
Ruta Origen Destino Dist. (Km) Empalmes Conectores Pérdida inserción (dB)
0 Nemocón Torca 65 12 6 1.8
1 Tausa Nemocón 20 3 4 0.7
2 Villapinzón Nemocón 57 11 8 1.9
2 Guachetá Villapinzón 54 10 6 1.6
2 Lenguezaque Guachetá 14 2 4 0.6
3 Gachancipá Nemocón 35 6 6 1.2
3 Sesquilé Gachancipá 15 2 6 0.8
3 Guatavita Sesquilé 17 3 4 0.7
4 Simijaca Nemocón 80 15 8 2.1
4 San Miguel Simijaca 26 5 4 0.9
4 Susa Simijaca 9 1 4 0.5
5 Suesca Nemocón 15 2 6 0.8
5 Cucunubá Suesca 26 5 6 1.1
5 Fúquene Cucunubá 25 4 4 0.8
6 Carmen Nemocón 50 9 4 1.3
7 Sutatausa Nemocón 28 5 4 0.9
Tabla 28 Pérdidas de inserción tenidas en cuenta en los cálculos de cada tramo e introducidas en la simulación enlace ascendente
80
También para tener en cuenta durante el desarrollo de los cálculos:
Una vez determinada la potencia del transmisor, esta sale del mismo atenuada en
un factor de 3 dB debido al modulador Mach-Zehnder utilizado, además, por cada
elemento adicional a la red de transporte se adiciona la atenuación de dos
conectores como en el primer diseño
Cuando la señal óptica de un municipio se dirige directamente a un punto de
distribución, esta solo se ve atenuada en un factor de 4 dB, ya que en ese momento
solo hay una longitud de onda en la fibra, por lo cual una vez en el punto de
distribución solo es necesario multiplexarla con las demás longitudes de onda
Para el caso en que una fibra transporte dos o más longitudes de onda, estas se
deben demultiplexar y posteriormente multiplexar lo que genera una atenuación de
8 dB.
Debido a que se mantuvo la tasa de trasmisión, los cálculos relacionados a la fibra
compensadora de dispersión no tuvieron ningún cambio en cuanto a atenuación
introducida en el canal y dispersión a compensar.
De acuerdo a todo lo anterior se obtuvo el siguiente esquema de red.
81
Figura 34 Esquema de red resultante para el enlace de subida
82
4. SIMULACION Y RESULTADOS
4.1 SIMULACIÓN
Para la simulación de la red propuesta se utilizó el software Optisystem de la empresa
Optiwave Design Software, el cual, permite simular el diseño de redes ópticas bajo ciertas
características y está enfocado al diseño de redes ópticas de última generación.
La simulación se realizó para cada uno de las rutas y se verificó que el presupuesto de
potencia estuviera acorde a los cálculos realizados en el capítulo anterior y el BER se
encontrara en un rango aceptable de acuerdo al presupuesto de ancho de banda.
Enlace descendente
Transmisor
El transmisor del diseño se encuentra ubicado en Torca el cual está representado por el
siguiente bloque:
Figura 35 Bloque transmisión Torca
Dentro de dicho bloque se puede encontrar los 24 transmisores, los cuales, corresponde a
cada una de las longitudes de onda consideradas en para el diseño, además se logra
observar que el bloque solo tiene una salida y es debido a que dentro del mismo las
83
longitudes de onda son multiplexadas por un AWG, en la siguiente figura se observa el
transmisor cada uno conformado por un generador de bit pseudo aleatorio y un codificador
de pulsos NRZ (no retorno a cero), además se cuenta con un láser que funciona a 1550 nm
(tercera ventana) y una potencia de 15 dBm y modulado con un modulador electro óptico
Mach-Zehnder.
Figura 36 Trasmisor óptico de una longitud de onda
Como se mencionan anteriormente mediante un AWG se multiplexa la longitud de onda,
por lo cual solo existe una salida de fibra óptica del bloque Torca, este AWG inserta unas
pérdidas adicionales de 4 dB que sumado al modulador utilizado, cada longitud de onda se
ve atenuada en 7 dB aproximadamente desde la salida del bloque transmisor.
En la siguiente figura se observa el AWG usado consta de 24 entradas y una salida en
configuración MUX.
84
Figura 37 Trasmisores ópticos multiplexados por un AWG
Transporte
Posteriormente se utiliza fibra óptica monomodo SMF de acuerdo al estándar G. 652D, la
cual, en la simulación se contemplan las características descritas en el capítulo anterior,
adicional a esto y por regla general de este diseño a cada tramo se le incluyó una fibra
compensadora de dispersión DCF, los paramentos de esta última varían de acuerdo a los
“cálculos de dispersión” del capítulo anterior, lo único que se fijó en estas fibras fue el
coeficiente de dispersión en −80𝑝𝑠
𝑛𝑚 𝑘𝑚 y según este parámetro y el valor a compensar se
calcula la distancia y con esta se puede obtener el índice de atenuación.
En caso se de ser necesario en el tramo se utilizaron amplificadores tipo EDFA, los cuales
de acuerdo al requerimiento de la ruta amplifican entre 5dB hasta 25 dB, para este último
dividido en dos amplificadores para obtener esta ganancia , además cabe destacar que la
85
mayoría de los amplificadores del diseño son en configuración tipo booster, es decir, a la
salida de un punto de distribución, esto se realiza de esta manera por cuestiones físicas
dado que durante el recorrido del tendido de fibra óptica no se especifica sí existen puntos
intermedios físicos, por lo cual los amplificadores solo pueden ser usados como booster o
como pre-amplificador y debido también a que si se determina que se necesita amplificar
en un tramo, generalmente en la configuración tipo booster había una potencia de recepción
aceptable en el amplificador.
Figura 38 fibra óptica y fibra DCF utilizada en la simulación
También para efectos de simulación al final de cada uno de los tramos se agregaron
atenuadores de diferentes valores que corresponde a las pérdidas debido a los empalmes
y cantidad de conectores proyectados, en el caso de los conectores generalmente por cada
elemento agregado se contabilizan dos conectores.
Figura 39 atenuadores utilizados en la simulación
Distribución
Una vez la información es enviada por el enlace de fibra óptica llega a un punto de
distribución, el cual, esta específicamente diseñado para la red en el que se encuentra un
AWG configurado como demultiplexor, varios switches ópticos (según corresponda) y uno
o más AWG configurados como multiplexores.
86
Figura 40 Punto de distribución Nemocón
La figura anterior corresponde al punto de distribución Nemocón que para el diseño
contemplado es el más laborioso, ya que, desde este punto se distribuyen todas las
longitudes fijas y auxiliares a cada una de las ubicaciones requeridas.
El funcionamiento general se basa en que las longitudes de onda son recibidas por un AWG
configurado como demultiplexor, una vez se obtienen todas las longitudes de onda por
separado las que son fijas son enviadas directamente a los AWG que llevan la señal a cada
una de las nueve rutas contempladas, de igual forma entre los dos AWG demultiplexor y
multiplexor tendrán el mismo número de conexiones. Las longitudes de onda que son
auxiliares se dirigen a cada uno de los switches (uno por cada longitud de onda), en estos
switches y de acuerdo a las tablas generadas en la metodología de diseño mencionada en
87
el capítulo anterior, se enruta la longitud de onda a las poblaciones requeridas. Cabe
recalcar que de acuerdo al diseño utilizado, el encaminamiento de cada longitud de onda
es independiente de las demás, sin embargo, hay que tener en cuenta la jerarquía de las
rutas, es decir:
Sí una longitud de onda es usada en una ruta no podrá ser usada en otra, a menos
que se cambie el direccionamiento en el punto de distribución adecuado.
Si la longitud de onda es usada en una ruta determinada y se quiere utilizar la
misma en una población más alejada, se debe cambiar el direccionamiento desde
el punto más cercano al cual se está haciendo uso de la misma.
Los switches ópticos para la simulación son:
Figura 41 Bloque switch
La anterior figura muestra como está representado un switch óptico dentro de la simulación,
como se observa la entrada corresponde a una longitud de onda que proviene del AWG
utilizado como demultiplexor y tiene 8 salidas para cada una de las rutas contempladas en
el diseño, según sea el caso, estos switches ópticos pueden tener menos salidas, puesto
que, una vez encaminada la longitud de onda por una ruta habrá menos caminos de
decisión.
Estos switches ópticos agregan una atenuación de 0.8 dB a las longitudes de onda
auxiliares, sin embargo, en la práctica esto no debería afectar demasiado, debido a que, en
el diseño contemplado se trata de llegar con potencia de recepción intermedia en los
municipios.
88
Internamente los switches ópticos son:
Figura 42 Switch óptico punto de distribución.
Como se observa los switches ópticos de la simulación están compuestos por otros
switches ópticos de 2X2, en el caso anterior para crear un switch óptico de 1X8 se utilizaron
7 switches ópticos de 2x2 configurados en cascada para encaminar las longitudes de onda
a cada una de las rutas, cabe destacar que esta configuración es igual para todos lo
switches de la simulación, sin embargo, el número de switches de 2x2 varía de acuerdo a
número de salidas que se requiera con un relación 𝑛 − 1, donde 𝑛 representa el número de
salidas deseadas.
89
Finalmente, los AWG de salida multiplexan las señales fijas y las auxiliares según
corresponda a las tablas generadas de diseño generadas en el capítulo anterior.
Recepción
Los receptores en cada uno de las poblaciones son generalmente iguales, en cuanto a la
simulación, lo único que cambia son los puertos de conexión de las longitudes de onda fijas
asignadas cada uno.
Estos receptores están conformados por un AWG configurado como demultiplexor, una vez
divididas las longitudes de onda en cada uno de los puertos del AWG, entran en un
fotodiodo de avalancha APD, posteriormente a un filtro pasa-bajos y finalmente a un
regenerador para poder observar el diagrama de ojo de las señales recibidas.
Figura 43 Receptor óptico individual.
La siguiente figura muestra el receptor óptico de la población Villapinzón, en esta población
se designó la tercera longitud de onda considerada en el plan de frecuencia y corresponde
a la ruta 2, los puertos libres del AWG son aquellos puertos donde se recibirían las
longitudes de ondas fijas, pero como fueron asignadas a otras poblaciones nunca van a
llegar a este punto, los últimos 8 puertos del AWG corresponden a las longitudes de onda
auxiliares que siempre deben ir conectados, ya que, en el diseño un solo municipio puede
tener ninguna longitud de onda auxiliar o bien las ocho según sea el caso.
90
Figura 44 Receptor óptico Villapinzón
Enlace ascendente
Se tienen los mismos esquemas anteriores, aunque los transmisores se encuentran de
manera individual en cada municipio y los receptores se encuentran concentrados en el
punto de distribución de Torca.
91
Figura 45 Transmisor ubicado en Villapinzón
Figura 46 Receptores ubicados en el punto Torca
92
A diferencia del diseño anterior del receptor en cada uno de los municipios (enlace
descendente), este receptor funciona con todos los puertos del AWG, ya que, solo se
recibirán 16 longitudes de onda, las cuales corresponden a cada uno de los municipios.
Además, los puntos de distribución son más simplificados al no contener switches ópticos,
ya que, no es necesario encaminar longitudes de onda auxiliares.
Figura 47 Punto de distribución Villapinzón enlace Ascendente
Como se observa en la figura anterior, este punto de distribución cuenta con dos AWG,
pues, se debe demultiplexar de forma obligatoria las señales que provienen de una fibra
óptica para poder adicionar una nueva, en caso de que un municipio se conecte
directamente al punto de distribución como en este caso el municipio de Villapinzón, el
punto de conexión se realiza directamente en el AWG configurado como multiplexor, por lo
cual, tendrá una atenuación menor respecto a las otras longitudes de onda en ese mismo
punto y este hecho a su vez se tiene que tener en cuenta, ya que, afecta directamente el
presupuesto de potencia.
93
4.2 RESULTADOS
4.2.1 Enlace descendente
De acuerdo a como se realizó este diseño todos los transmisores tienen una potencia de
transmisión de 15 dBm, sin embargo, cuando se multiplexa la señal en el AWG ubicado en
Torca para su posterior transmisión, la señal se ve atenuada respecto a la original, como
se muestra en la siguiente figura:
Ruta 0 Torca – Nemocón
Figura 48 Espectro óptico salida de Torca
Los parámetros vinculados a la potencia de recepción de las longitudes de onda fijas de
cada uno de los municipios para el enlace descendente se relacionan en la siguiente tabla:
94
Municipio Longitud de onda Potencia Rx (dBm) Potencia de ruido (dBm) OSNR (dB)
Nemocón 𝜆0 -13.69 -59.05 45.36
Tausa 𝜆1 -16.03 -58.11 42.08
Villapinzón 𝜆2 -14.11 -51.18 37.07
Guachetá 𝜆3 -13.76 -48.06 34.30
Lenguezaque 𝜆4 -14.46 -48.56 34.11
Gachancipá 𝜆5 -13.04 -54.84 41.80
Sesquilé 𝜆6 -17.27 -57.07 39.80
Guatavita 𝜆7 -18.97 -56.56 37.59
Simijaca 𝜆8 -19.93 -52.49 32.56
San miguel 𝜆9 -13.99 -45.50 31.51
Susa 𝜆10 -14.68 -46.04 31.36
Suesca 𝜆11 -12.93 -54.28 41.35
Cucunubá 𝜆12 -14.93 -55.05 40.12
Fúquene 𝜆13 -13.87 -51.82 37.95
Carmen 𝜆14 -14.11 -55.34 41.22
Sutatausa 𝜆15 -13.36 -55.11 41.74
Tabla 29 Parámetros de potencia de las longitudes de onda recibidas en cada uno de los municipios
.
Figura 49 Potencia de recepción en cada municipio de las longitudes de onda fijas , enlace descendente
95
De lo anterior se puede inferir que la red optica se diseño para que todos los municipios
tuvieran potencias de recepción similares, sin embargo, en la figura se observa que en el
municipio de Simijaca la potencia de recepción es mas baja en comparación a otros
municipios y esto se debe en el tramo Nemocon-Simijaca es de 80 km, el cual es el mas
extenso de la red, por lo que, se tuvo que utilizar una pareja de amplificadores para lograr
la suficiente ganancia requerida para dicha distancia, esta ganancia no puede ser infinita,
puesto que debido a las caracteristicas de los amplificadores se pueden saturar, lo cual
repercute directamente en la detección de la señal y en los niveles de potencia previos de
la señal cuando entra en dicho tramo.
Para aumentar la potencia de recepcion en este municipio y en lo que se requiera, se debe
aumentar la ganacia de los amplificadores, sin embargo, para el caso del enlace
descendente, hay que revisar las dependencias de potencia, porque al aumentar la
ganancia en los tramos principales como por ejemplo Torca-Nemocon implicaría modificar
los demas tramos y por ende cambiar el diseño de la red evaluando nuevos casos y valores
de los elementos ópticos, por otro lado se pueden aumentar los valores de ganancia de
amplificadores mas cercanos al municipio en cuestion, pero habría que revisar el nivel de
saturación de los mismos para no degradar a señal y esto depende del caso a analizar.
Adicionalmente, se muestran los diagramas de ojo para cada una de la rutas, dado que no
es suficiente “llegar” con una potencia adecuada a los municipios si la dispersion es muy
grande, lo cual afecta directamente el diagrama de ojo, entre mas definido se encuentre,
quiere decir que mejor es el reconocimiento de los bits recibidos.
96
Ruta 0 Nemocón
Figura 50 Espectro óptico Lambda 0 Nemocón y Diagrama de ojo Nemocón
Ruta 1 Nemocón – Tausa
Figura 51 Espectro óptico Lambda 1 Tausa y Diagrama de ojo Tausa
97
Ruta 2 Villapinzón -Guachetá- Lenguezaque
Figura 52 Espectro óptico Lambda 2 Villapinzón y Diagrama de ojo Villapinzón
Figura 53 Espectro óptico Lambda 3 Guachetá y Diagrama de ojo Guachetá
98
Figura 54 Espectro óptico Lambda 4 Lenguezaque y Diagrama de ojo Lenguezaque
Ruta 3 Gachancipá -Sesquilé- Guatavita
Figura 55 Espectro óptico Lambda 5 Gachancipá y Diagrama de ojo Gachancipá
99
Figura 56 Espectro óptico Lambda 6 Sesquilé y Diagrama de ojo Sesquilé
Figura 57 Espectro óptico Lambda 7 Guatavita
100
Ruta 4 Simijaca- San Miguel- Susa
Figura 58 Espectro óptico Lambda 8 Simijaca y Diagrama de ojo Simijaca
Figura 59 Espectro óptico Lambda 9 San Miguel y Diagrama de ojo San Miguel
101
Figura 60 Espectro óptico Lambda 10 Susa y Diagrama de ojo Susa
Ruta 5 Suesca- Cucunubá - Fúquene
Figura 61 Espectro óptico Lambda 11 Suesca y Diagrama de ojo Suesca
102
Figura 62 Espectro óptico Lambda 12 Cucunubá y Diagrama de ojo Cucunubá
Figura 63 Espectro óptico Lambda 13 Fúquene y Diagrama de ojo Fúquene
103
Ruta 6 Nemocón - Carmen
Figura 64 Espectro óptico Lambda 14 Carmen de Carupa y Diagrama de ojo Carmen de Carupa
Ruta 7 Nemocón – Sutatausa
Figura 65 Espectro óptico Lambda 15 Sutatausa y Diagrama de ojo Sutatausa
104
De acuerdo a los anterior, en relación al presupuesto de ancho de banda para las longitudes
de onda fijas se tiene:
Municipio Max. Q Factor
Min. BER Eye Height Threshold Decision Inst.
Nemocón 28.28 2.04E-176 0.000259087 4.7446E-05 0.62
Tausa 25.20 1.61E-140 1.38E-04 3.68E-05 0.62
Villapinzón 21.66 1.91E-104 0.000212648 3.38E-05 0.62
Guachetá 18.30 2.97E-75 2.22E-04 3.94E-05 0.63
Lenguezaque 20.03 1.17E-89 0.000186604 2.68E-05 0.49
Gachancipá 11.52 3.16E-31 0.000217248 2.02E-05 0.53
Sesquilé 10.21 6.57E-25 8.06E-05 1.67E-05 0.50
Guatavita 10.33 2.04E-25 5.43E-05 1.39E-05 0.52
Simijaca 13.01 4.93E-39 4.97E-05 1.81E-05 0.59
San Miguel 19.96 4.43E-89 0.000213728 3.33E-05 0.56
Susa 19.75 2.59E-87 0.000187218 2.78E-05 0.53
Suesca 22.99 1.85E-117 0.000285435 3.48E-05 0.54
Cucunubá 19.50 3.86E-85 0.000170385 3.03E-05 0.52
Fúquene 17.91 3.98E-72 0.000221425 5.48E-05 0.53
Carmen 17.89 5.01E-72 0.00020374 4.84E-05 0.55
Sutatausa 20.08 4.30E-90 0.00024142 3.78E-05 0.54
Tabla 30 Parámetros de ancho de banda de las longitudes de onda recibidas en cada uno de los municipios.
En la tabla anterior se visualiza diferentes parámetros obtenidos en la simulación, cabe
anotar que estos resultados se obtuvieron usando pos-compensación en cada uno de los
tramos, estos parámetros se relacionan directamente con la calidad de la señal recibida, se
puede ver como la tasa de Error de Bits (BER) varía en cada uno de los municipios, así
como su factor de calidad, en la siguiente figura se visualiza la variación de este último
parámetro en cada uno de los municipios.
105
Figura 66 Factor de calidad de cada municipio sin pre-compensación
Según estos resultados hay municipios que tienen peor factor de calidad que otros, aunque,
las potencias de recepción tengan cierto grado de similitud, lo cual nos indica cómo se
supuso desde un principio que el factor de calidad no solo depende de la potencia de
recepción, además, en la tabla anterior se puede observar que entre mayor factor calidad
el BER es menor, según el estándar ITU-T G.959.1 (G.959.1, 2016) se recomienda un BER
1𝑋10−12 para garantizar el correcto reconocimiento de bits a una tasa de 10 Gbps y aunque
en los resultados de la simulación se cumple con dicho parámetro, utilizando pre-
compensación en algunos casos mejora el factor Q y disminuye el BER.
Longitudes de onda auxiliares
En términos de potencia cada punto de distribución agrega una atenuación de 0.8 dB, por
lo que, en el peor de los casos las longitudes de onda auxiliares puede tener una diferencia
aproximada de 2.4 dB por debajo de las longitudes de onda fijas y en términos de dispersión
no hay grandes diferencias, por ejemplo, un municipio cualquiera recibe su longitud de onda
con determinada potencia, factor de calidad, BER etc., la longitud de onda auxiliar por lo
106
general tendrá valores muy parecidos en cuanto a presupuesto de potencia y de ancho de
banda.
Para probar este hecho en la simulación se indicó que llegarán 7 longitudes de onda
auxiliares (16,17,19,20,21,22,23) al municipio de Nemocón y 1 longitud de onda auxiliar
(18) al municipio de Lenguezaque (ruta 2) obteniendo:
Municipio Longitud de onda
Potencia Rx (dBm)
Potencia de ruido (dBm)
OSNR (dB) Potencia Rx fija (dBm)
Lenguezaque 𝜆18 -16.92 -49.70 32.78 -14.46
Nemocón 𝜆16 -14.51 -59.15 44.64 -13.69
Nemocón 𝜆17 -14.73 -59.81 45.09 -13.69
Nemocón 𝜆19 -14.54 -58.77 44.23 -13.69
Nemocón 𝜆20 -14.70 -59.81 45.10 -13.69
Nemocón 𝜆21 -14.56 -59.14 44.58 -13.69
Nemocón 𝜆22 -14.49 -59.80 45.31 -13.69
Nemocón 𝜆23 -14.58 -58.76 44.18 -13.69
Tabla 31 Parámetros de potencia de las longitudes de onda auxiliares recibidas en cada uno de los municipios.
En términos de potencia se realizó la simulación en para un municipio cercano en este caso
Nemocón y para un municipio lejano y con varios puntos de distribución intermedios
Lenguezaque.
Para el municipio de Nemocón las diferencias de potencias de recepción entre la longitud
de onda fija y las auxiliares es de máximo un 1 dB o menor, ya que, las auxiliares antes de
llegar a Nemocón pasan por un switch óptico cada una, lo cual, les agrega unas pérdidas
de 0.8 dB a cada una y el resto se debe a lo uniformidad en los amplificadores y los AWG.
En el caso lejano, en el municipio de Lenguezaque la diferencia de potencia de recepción
entre la longitud de onda fija y auxiliar es más grande, de alrededor 2.5 dB debido a que la
longitud de onda cruza tres puntos de distribución y por ende 3 switches ópticos que le
agregan 0.8 dB cada uno, el resto se debe como en el caso anterior a la no uniformidad de
presentada en los amplificadores y AWG utilizados en la ruta.
A continuación, se presentan los diagramas de ojo de las longitudes de onda fijas en cada
municipio y las longitudes de onda auxiliares.
107
108
Figura 67 Diagrama de ojo de las longitud de onda principal en Nemocón y de las longitudes de onda a auxiliares que llegan al municipio.
En el municipio de Lenguezaque
Figura 68 Diagrama de ojo de las longitud de onda principal en Lenguezaque y de las longitudes de onda a auxiliares que llegan al municipio.
109
Teniendo en cuenta las figuras anteriores de manera cualitativa se puede observar que para
el caso del municipio cercano la forma del diagrama de ojo no cambia demasiado y para el
caso lejano la forma cambia un poco, pero la abertura del ojo no cambia significativamente.
Municipio Longitud de onda
Max. Q Factor
Min. BER Max. Q Factor fijo
Min. BER fijo
Lenguezaque 𝜆18 15.99 7.68E-58 20.03 1.17E-89
Nemocón 𝜆16 23.45 5.15E-122 28.28 2.04E-176
Nemocón 𝜆17 27.29 2.33E-164 28.28 2.04E-176
Nemocón 𝜆19 27.48 1.30E-166 28.28 2.04E-176
Nemocón 𝜆20 26.91 6.62E-160 28.28 2.04E-176
Nemocón 𝜆21 22.81 1.58E-115 28.28 2.04E-176
Nemocón 𝜆22 23.45 5.15E-122 28.28 2.04E-176
Nemocón 𝜆23 22.87 4.30E-116 28.28 2.04E-176
Tabla 32 Parámetros de ancho de banda de las longitudes de onda auxiliares vs fijas recibidas en cada uno de los municipios
Cuantitativamente, se puede observar que para ambos casos el factor de calidad disminuye
y el BER aumenta, sin embargo, sí la red se diseña con cierta “holgura” se puede asumir
que no hay gran impacto en el funcionamiento de la red, en caso contrario si el diseño se
encuentra con los límites mínimos establecidos para su funcionamiento, se tendrá que
analizar de manera puntual cada uno de los casos y con esto determinar qué cambios se
deben producir en el diseño de la red y cuales efectos traerían.
Compensación
En algunas rutas como por ejemplo la ruta 3 Gachancipá–Sesquilé–Guatavita y la ruta 4
Sesquilé–San Miguel y Susa los diagramas de ojo en cada uno de los municipios se
observan deformados y poseían un BER bajo en comparación a otros municipios, por lo
cual, se decidió utilizar pre-compensación en el primer tramo de cada ruta, es decir, la fibra
compensadora ubicada a la entrada del punto de distribución que comprende el inicio de
un tramo, con lo cual se obtuvo:
Municipio Max. Q Factor
Min. BER Eye Height Threshold Decision Inst.
Nemocón 28.28 2.04E-176 0.000259087 4.74E-05 0.6230
Tausa 25.20 1.61E-140 1.38E-04 3.68E-05 0.6191
Villapinzón 21.59 7.37E-104 0.000222776 3.46E-05 0.6191
Guachetá 18.32 2.03E-75 2.43E-04 4.17E-05 0.6270
110
Lenguezaque 20.38 8.21E-93 0.000205297 2.74E-05 0.4941
Comp. Gachancipá 25.01 1.96E-138 2.93E-04 6.03E-05 0.4023
Comp. Sesquilé 18.89 5.38E-80 0.00010857 2.85E-05 0.4160
Comp. Guatavita 20.03 1.28E-89 7.38E-05 2.73E-05 0.6445
Comp. Simijaca 14.54 2.76E-48 4.98E-05 1.88E-05 0.5664
Comp. San Miguel 24.04 3.61E-128 0.000215165 3.47E-05 0.5469
Comp. Susa 23.47 2.65E-122 0.000187261 3.07E-05 0.5098
Suesca 22.99 1.85E-117 0.000285435 3.48E-05 0.5391
Cucunubá 19.50 3.86E-85 0.000170385 3.03E-05 0.5215
Fúquene 17.91 3.98E-72 0.000221425 5.48E-05 0.5332
Carmen 17.89 5.01E-72 0.00020374 4.84E-05 0.5527
Sutatausa 20.08 4.30E-90 0.00024142 3.78E-05 0.5410
Tabla 33 Parámetros de ancho de banda de las longitudes de onda recibidas en cada uno de los municipios con pre-compensación.
Figura 69 Factor de calidad de cada municipio con pre-compensación (algunos tramos) vs post-compensación
La pre-compensación solo se utilizó en los puntos donde el factor de calidad era más bajo
y el diagrama de ojo poseía cierta deformidad en relación a los otros municipios, este
cambio no afecta los estudios de presupuesto de potencia hechos con antelación, ya que,
111
se utilizó el mismo elemento con las mismas características para compensar la dispersión,
solo se cambió de ubicación y como se puede observar hubo un aumento del factor de
calidad y por ende mejoró el BER disminuyéndolo, por lo tanto en el diseño final se optó por
usar esta configuración en los municipios seleccionados para garantizar y mejorar el
funcionamiento del diseño propuesto.
A nivel cualitativo se tiene:
Para la ruta 3 Gachancipá - Sesquilé - Guatavita
Figura 70 Diagrama de ojo Gachancipá post- compensado izq. y pre-compensado der.
Figura 71 Diagrama de ojo Sesquilé post- compensado izq. y pre-compensado der.
112
Figura 72 Diagrama de ojo Guatavita post- compensado izq. y pre-compensado der.
Para la ruta 4 Simijaca–San Miguel y Susa
Figura 73 Diagrama de ojo Simijaca post- compensado izq. y pre-compensado der.
Figura 74 Diagrama de ojo San Miguel post- compensado izq. y pre-compensado der.
113
Figura 75 Diagrama de ojo Susa post- compensado izq. y pre-compensado der.
En cuanto a los diagramas de ojo de cada uno de los municipios, estos mejoraron su forma
(unas más que otras) como se puede observar en las figuras anteriores respecto a las
recomendación de la norma ITU-T G.959.1 (G.959.1, 2016) que especifica la abertura del
ojo, lo cual repercute en un aumento del factor de calidad, así como el mejoramiento BER.
4.2.2 Enlace ascendente
Para el enlace descendente se tiene que las longitudes de onda de cada uno de los
municipios se “unifican” en el receptor ubicado en Torca y como se logra observar en la
siguiente figura, las potencias de cada una de las longitudes de onda difieren en algunos
dB, lo cual, es lo esperado.
Figura 76 Potencias de recepción en Torca, enlace ascendente
114
Los parámetros vinculados a la potencia de recepción de las longitudes de onda de cada
uno de los municipios del enlace ascendente se relacionan en la siguiente tabla:
Municipio Longitud de onda
Potencia Rx (dBm)
Potencia de ruido (dBm)
OSNR (dB)
Nemocón 𝜆0 -11.67 -58.29 46.63
Tausa 𝜆1 -14.10 -58.29 44.19
Villapinzón 𝜆2 -12.14 -53.79 41.65
Guachetá 𝜆3 -14.48 -52.49 38.01
Lenguezaque 𝜆4 -17.18 -52.49 35.30
Gachancipá 𝜆5 -11.06 -54.92 43.85
Sesquilé 𝜆6 -15.15 -54.65 39.50
Guatavita 𝜆7 -16.69 -54.69 38.00
Simijaca 𝜆8 -12.96 -52.14 39.18
San miguel 𝜆9 -16.82 -52.14 35.32
Susa 𝜆10 -12.33 -52.89 40.56
Suesca 𝜆11 -12.81 -56.88 44.07
Cucunubá 𝜆12 -12.88 -54.21 41.33
Fúquene 𝜆13 -14.46 -53.70 39.24
Carmen 𝜆14 -14.81 -58.26 43.44
Sutatausa 𝜆15 -11.05 -58.26 47.21
Figura 77 Parámetros de potencia de las longitudes de onda recibidas Torca.
Este diseño se realizó para que las longitudes de onda llegaran con una potencia
intermedia, como se puede observar en la siguiente figura:
Figura 78 Parámetros de potencia de las longitudes de onda recibidas en el punto de distribución en Torca
115
De acuerdo a los anterior, en relación al presupuesto de ancho de banda para las longitudes
de onda fijas se tiene:
Municipio Max. Q Factor
Min. BER Eye Height Threshold Decision Inst.
Nemocón 24.35 2.35E-131 0.00015144 3.90E-05 0.6250
Tausa 23.22 1.34E-119 8.69E-05 3.10E-05 0.4648
Villapinzón 15.08 8.76E-52 0.00011999 2.33E-05 0.6309
Guachetá 14.32 7.33E-47 7.03E-05 2.21E-05 0.6270
Lenguezaque 13.69 5.81E-43 3.75E-05 1.76E-05 0.4844
Gachancipá 17.25 4.52E-67 0.00016017 3.00E-05 0.6289
Sesquilé 20.72 1.09E-95 6.68E-05 2.80E-05 0.4785
Guatavita 16.44 5.08E-61 4.46E-05 2.09E-05 0.4961
Simijaca 23.95 3.42E-127 0.00012066 2.93E-05 0.4609
San miguel 12.01 1.37E-33 3.95E-05 1.47E-05 0.4844
Susa 32.18 1.78E-227 0.00014319 4.94E-05 0.5137
Suesca 24.66 1.28E-134 0.00011591 2.78E-05 0.4941
Cucunubá 21.85 2.96E-106 0.00011159 2.84E-05 0.5391
Fúquene 15.32 2.54E-53 7.10E-05 2.33E-05 0.4980
Carmen 13.03 3.37E-39 6.25E-05 2.01E-05 0.5684
Sutatausa 15.26 4.99E-53 0.00015378 2.85E-05 0.5547
Figura 79 Parámetros de ancho de banda de las longitudes de onda recibidas Torca
Como en el caso anterior se visualizan los diagramas de ojo de cada uno de los municipios,
para evaluar de una manera cualitativa la calidad de cada una de las señales recibidas en
el Torca.
116
117
118
Figura 80 Diagramas de ojo de las longitudes de cada uno de los municipios en el punto de recepción de Torca.
Como se puede observar en la graficas anteriores, los municipios que tiene un diagrama de
ojo con mayor grado de distorsión, son aquellos que están más alejados del punto de
recepción, que para el caso del enlace ascendente es el punto de distribución de Torca.
También se debe a que en algunas rutas se usaron menos amplificadores, por lo que la
señal recibida, según el caso puede llegar con una potencia menor y por ende repercutir en
el ancho de banda en relación con el diseño anterior.
Además, algunos diagramas de ojo como en del municipio de la ruta Simijaca-San Miguel
y Susa tienen una diferencia respecto a los demás casos, debido a que se utilizó pre-
compensación en el tramo Simijaca-Nemocón en este trayecto, debido a que mejoraba el
BER de la señal recibida, por ejemplo, con post compensación el factor de calidad en Susa
es de 10.59 y con pre-compensación es de 32.18.
4.2.3 Resultados Generales
De acuerdo a los resultados anteriores se pueden resumir de la red actual respecto a la red
propuesta lo siguiente:
119
Red actual Red propuesta
La capacidad por cada municipio es de 2 Gbps (actualizable en algunos enlaces principales)
La capacidad por municipio es de mínimo 10 Gbps, es decir, un crecimiento mínimo de 5 veces o el 500% de la capacidad actual.
Capacidad multicanal en algunos enlaces de la red
Capacidad multicanal completa en toda la red de comunicaciones, lo cual permite un mayor grado de usabilidad y aprovechamiento de los tendidos de fibra óptica
El ancho de banda en fijo en cada municipio.
Posibilidad de encaminamiento de longitudes de onda dando la posibilidad de ampliar la capacidad de un nodo municipal hasta en 90 Gbps en el sentido de bajada, es decir, un 4500% de la capacidad actual.
Tabla 34 Cuadro comparativo de la principales diferencias de la red actual con la red propuesta
El estudio previo solo se realizó teniendo en cuenta el uso de un hilo de fibra óptica en el
enlace troncal (Torca) y en cada una de las ramas, por ende, el mismo diseño aplica para
los demás hilos adyacentes aumentando eventualmente la capacidad de la red.
Además, la siguiente tabla muestra el ancho de banda asignado a cada uno de los
municipios.
Municipio Cabecera Municipal población
BW per cápita con 2000 Mbps
BW per cápita con
10000 Mbps
Núcleo familiar
BW familiar a
2000 Mbps
BW por familiar a
10000 Mbps
Nemocón 5883 0,34 1,70 1470,75 1,36 6,80
Tausa 1118 1,79 8,94 279,50 7,16 35,78
Villapinzón 6873 0,29 1,45 1718,25 1,16 5,82
Guachetá 3774 0,53 2,65 943,50 2,12 10,60
Lenguezaque 2324 0,86 4,30 581,00 3,44 17,21
Gachancipá 9120 0,22 1,10 2280,00 0,88 4,39
Sesquilé 3850 0,52 2,60 962,50 2,08 10,39
Guatavita 2009 1,00 4,98 502,25 3,98 19,91
Simijaca 7728 0,26 1,29 1932,00 1,04 5,18
San miguel 488 4,10 20,49 122,00 16,39 81,97
Susa 6757 0,30 1,48 1689,25 1,18 5,92
Suesca 9122 0,22 1,10 2280,50 0,88 4,39
Cucunubá 1455 1,37 6,87 363,75 5,50 27,49
120
Fúquene 271 7,38 36,90 67,75 29,52 147,60 Carmen de
Carupa 2636 0,76 3,79 659,00 3,03 15,17
Sutatausa 1845 1,08 5,42 461,25 4,34 21,68
Tabla 35 Ancho de banda en cada uno de los municipios contemplados en el diseño
En la tabla anterior el núcleo familiar se consideró con 4 habitantes y se tuvieron en cuenta
los habitantes de la cabecera municipal (según proyecciones del DANE para 2018) que son
los directamente beneficiados en este tipo de propuestas de red.
Se puede observar que el aumento de ancho banda dependiendo del número de habitantes
crece de manera significativa, lo cual permite el consumo de diferentes servicios de la red
y esto a su vez permite que el país de un salto tecnológico mediante la masificación de
Internet.
121
5. CONCLUSIONES
Durante el desarrollo de esta tesis se demostró que es posible la reutilización de la
infraestructura del PNFO principalmente su tendido de fibra óptica, para implementar una
red de acceso de alta capacidad, teniendo en cuenta que se deben considerar aspectos
como: distancias de despliegue, infraestructura física disponible, características principales
de la fibra óptica a reutilizar, tasas de transmisión que se requieren, tipo de codificación,
tecnologías a implementar, efectos producidos por la atenuación y dispersión generados en
los tramos ópticos, entre otros.
En el diseño de este tipo de redes ópticas como la presentada en este documento se deben
tener en cuenta los efectos que limitan la distancia de operación y la capacidad, los cuales
son la atenuación y dispersión respectivamente, aunque los dos efectos son nocivos para
la red óptica, se debe tomar especial atención en la dispersión, debido a que una señal
puede tener valores de potencia de recepción aceptables y aun así no garantizar la
recuperación de la señal original y por ende el mensaje, además se debe tener en cuenta
que el manejo de la dispersión depende de la capacidad del enlace.
De acuerdo a los fenómenos que representa la dispersión a lo largo de los enlaces, es
recomendable utilizar un modelo de compensación hibrido, es decir, según el tramo óptico
y las condiciones del mismo se debe usar pre-compensación y post-compensación de
manera combinada para mejorar la calidad de la señal recibida.
En el momento de diseñar una red óptica de múltiples secciones hay que tener en cuenta
la elección de los márgenes de diseño, ya que, si se determina un margen de diseño por
cada sección se estaría sobre-dimensionando la red óptica, en caso contrario se estaría
sub-dimensionando, además también hay que tener en cuenta que el factor distancia influye
en la elección del margen de diseño.
La combinación de AWG y switches ópticos, de acuerdo a. uso dado en esta tesis funcionan
como dispositivos de enrutamiento de longitudes de onda en una red, lo cual y plantea un
gran número de combinaciones adaptables durante el diseño de una red según sean los
requerimientos.
122
Un aumento en la cantidad de longitudes de onda no afecta de gran manera el presupuesto
de potencia y de ancho de banda inicialmente calculado en este tipo de diseños, aunque
es cierto que diferentes longitudes de onda en un mismo sitio tendrán variaciones, se espera
que estas no sean de más de 3 dB respecto a las otras, lo cual, es una de las ventajas
principales del AWG y que permite un grado de escalabilidad mayor aprovechando el mismo
tendido de fibra óptica.
Las simulaciones durante el diseño de este tipo de redes ópticas de largas distancias son
fundamentales, ya que, facilitan la visualización de los efectos causados por las decisiones
de diseño que se toman y que pueden mejorar o empeorar en cierta medida el rendimiento
óptimo de la red.
Durante el diseño de una red óptica de gran envergadura, se deben tomar decisiones de
diseño debido a cuestiones intrínsecas de la tecnología a utilizar, económicas, geográficas
entre otras, que de alguna u otra forma condicionan el diseño y crea restricciones, por lo
que el modelamiento inicial no es suficiente para ejecutar un proceso de implementación
posterior.
Los valores de tasa de error de bit (BER) obtenidos son más que suficientes para garantizar
la tasa de transmisión de 10 Gbps propuesta inicialmente en el diseño, sin embargo, si se
quiere escalar a una tasa de transmisión mayor por ejemplo 40 Gbps o más, se deben
considerar efectos no deseados adicionales aparte de la dispersión cromática e incluso
manejar diversos tipos de codificación diferentes a NRZ.
Existen desafíos en este tipo de implementaciones, ya que, se debe definir cómo funcionará
el receptor, porque si bien es cierto en el diseño propuesto en cada población se pueden
usar hasta 9 longitudes de onda, en el punto final deben existir al menos 9 receptores cada
uno sintonizado con la longitud de onda correspondiente o en su defecto haber un receptor
con la capacidad de sintonizarse a cualquier longitud de onda los cuales son denominados
“Colorless” y aún se encuentran en investigación.
123
6. TRABAJOS FUTUROS
Diseñar un prototipo óptico para verificar el funcionamiento y rendimiento de los puntos de
distribución propuestos en esta tesis.
Desarrollar un algoritmo que permita realizar la toma de decisiones de enrutamiento de las
longitudes de onda auxiliares de manera automática.
Desarrollar un receptor óptico que sea independiente de las longitudes de onda.
Analizar cuales protocolos de capa 2 y 3 tiene facilidad de implementación en este tipo de
redes ópticas.
124
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128
ANEXOS
Los anexos relacionados a continuación contemplan las siguientes figuras:
Enlace descendente
Esquema del enlace descendente.
Transmisores enlace descendente en el punto Torca
Punto de distribución principal ubicado en Nemocón, enlace descendente.
Punto de distribución secundario Guachetá, enlace descendente*.
Composición de un switch óptico*.
Receptor ubicado en Nemocón*.
Enlace ascendente
Esquema del enlace ascendente.
Transmisor ubicado en Tausa, enlace ascendente*.
Punto de distribución en Villapinzón, enlace ascendente*.
Punto de distribución en Nemocón, enlace ascendente.
Receptor ubicado en el Torca, enlace ascendente.
Además, un análisis económico aproximado de dispositivos WDM agregados a la red en
este diseño.
* Estos elementos son representativos de la red, ya que los demás de su misma función
poseen una estructura similar.
Layout: Layout 1 Author: Sunday, September 10, 2017 Sweep Iteration: 1/1
Torca
R_Nemocon
Optical Fiber Length = 65 km
DCF Length = 13.81 km
P_Nemocon
Optical Ampl ifier Gain = 10 dB
Optical Attenuator Attenuation = 1.8 dB
P_Tausa
Optical Fiber_1 Length = 20 km
DCF_1 Length = 4.25 km
Optical Ampl ifier _1 Gain = 5 dB
Optical Attenuator _1 Attenuation = 0.9 dB
Optical Fiber_2 Length = 57 km
DCF_2 Length = 12.112 km
R_Villapinzon
P_Villapinzon
R_Guacheta
Optical Fiber_3 Length = 54 km
DCF_3 Length = 11.475 km
Optical Ampl ifier_3 Gain = 10 dB
Optical Ampl ifier_6 Gain = 10 dB
P_Guacheta
P_Lenguezaque
Optical Fiber_4 Length = 14 km
DCF_4 Length = 2.975 km Optical Ampl ifier _2
Gain = 5 dB
Optical Ampl ifier_4 Gain = 15 dB
Optical Ampl ifier _5 Gain = 15 dB
Optical Attenuator_4 Attenuation = 1.9 dB
Optical Attenuator _2 Attenuation = 1.8 dB
Optical Attenuator_3 Attenuation = 0.8 dB
Optical Fiber_7 Length = 35 km
DCF_7 Length = 7.437 km
P_Gachancipa
Optical Fiber_5 Length = 15 km
DCF_5 Length = 3.18 km
R_Sesquile
P_Sesquile
Optical Fiber_6 Length = 17 km Optical Ampl ifier _8
Gain = 5 dB
DCF_6 Length = 3.612 km
P_Guatavita
R_Gachancipa
Optical Ampl ifier_9 Gain = 10 dB
Optical Attenuator _5 Attenuation = 1.2 dB
Optical Attenuator_6 Attenuation = 0.8 dB
Optical Attenuator_7 Attenuation = 0.9 dB
Optical Fiber_8 Length = 80 km
DCF_8 Length = 17 km Amp4
Gain = 10 dB
R_Simijaca
P_Simijaca
P_San miguel
P_Susa
Optical Fiber_9 Length = 9 km
DCF_9 Length = 1.9125 km
Amp4_3 Gain = 10 dB
Optical Fiber_10 Length = 26 km
DCF_10 Length = 5.525 km
Amp4_2 Gain = 15 dB
Amp4_1 Gain = 15 dB
Atenuador4 Attenuation = 2.3 dB
Optical Attenuator _8 Attenuation = 1.1 dB
Optical Attenuator_9 Attenuation = 0.7 dB
Optical Fiber_12 Length = 15 km
DCF_12 Length = 3.187 km
Amp5 Gain = 15 dB
R_Suesca
P_Suesca
R_Cucunuba
P_Cucunuba
Optical Fiber_13 Length = 25 km Amp5_2
Gain = 10 dB
DCF_13 Length = 5.3125 km
P_Fuquene
Optical Fiber_11 Length = 26 km
Amp5_1 Gain = 15 dB
DCF_11 Length = 5.525 km
Optical Attenuator _10 Attenuation = 0.8 dB
Optical Attenuator_11 Attenuation = 1.1 dB
Optical Attenuator _12 Attenuation = 1 dB
Optical Fiber_14 Length = 50 km
DCF_14 Length = 10.625 km
Amp6 Gain = 15 dB
P_Carmen Optical Attenuator_13 Attenuation = 1.5 dB
Optical Fiber_15 Length = 28 km
DCF_15 Length = 5.95 km
Amp7 Gain = 10 dB P_Sutatausa
Optical Attenuator_14 Attenuation = 1.1 dB
Optical Ampl ifier_7 Gain = 20 dB
Enlace descendente
Subsystem: Torca Sweep Iteration: 1/1
CW Laser Frequency = f0 THz Power = Ptx dBm
NRZ Pulse Generator Pseudo-Random Bit Sequence Generator Bit rate = 10 GBits/s
Mach-Zehnder Modulator
CW Laser_1 Frequency = f1 THz
NRZ Pulse Generator_1 Pseudo-Random Bit Sequence Generator_1 Bit rate = 10 GBits/s
Mach-Zehnder Modulator_1
CW Laser_2 Frequency = f2 THz
NRZ Pulse Generator_2 Pseudo-Random Bit Sequence Generator_2 Bit rate = 10 GBits/s
Mach-Zehnder Modulator_2
CW Laser_3 Frequency = f3 THz
NRZ Pulse Generator_3 Pseudo-Random Bit Sequence Generator_3 Bit rate = 10 GBits/s
Mach-Zehnder Modulator_3
CW Laser_4 Frequency = f4 THz
NRZ Pulse Generator_4 Pseudo-Random Bit Sequence Generator_4 Bit rate = 10 GBits/s
Mach-Zehnder Modulator_4
CW Laser_5 Frequency = f5 THz
NRZ Pulse Generator_5 Pseudo-Random Bit Sequence Generator_5 Bit rate = 10 GBits/s
Mach-Zehnder Modulator_5
CW Laser_6 Frequency = f6 THz
NRZ Pulse Generator_6 Pseudo-Random Bit Sequence Generator_6 Bit rate = 10 GBits/s
Mach-Zehnder Modulator_6
CW Laser_7 Frequency = f7 THz
NRZ Pulse Generator_7 Pseudo-Random Bit Sequence Generator_7 Bit rate = 10 GBits/s
Mach-Zehnder Modulator_7
CW Laser_8 Frequency = f8 THz
NRZ Pulse Generator_8 Pseudo-Random Bit Sequence Generator_8 Bit rate = 10 GBits/s
Mach-Zehnder Modulator_8
CW Laser_9 Frequency = f9 THz
NRZ Pulse Generator_9 Pseudo-Random Bit Sequence Generator_9 Bit rate = 10 GBits/s
Mach-Zehnder Modulator_9
CW Laser_10 Frequency = f10 THz
NRZ Pulse Generator_10 Pseudo-Random Bit Sequence Generator_10 Bit rate = 10 GBits/s
Mach-Zehnder Modulator_10
CW Laser_11 Frequency = f11 THz
NRZ Pulse Generator_11 Pseudo-Random Bit Sequence Generator_11 Bit rate = 10 GBits/s
Mach-Zehnder Modulator_11
CW Laser_12 Frequency = f12 THz
NRZ Pulse Generator_12 Pseudo-Random Bit Sequence Generator_12 Bit rate = 10 GBits/s
Mach-Zehnder Modulator_12
CW Laser_13 Frequency = f13 THz
NRZ Pulse Generator_13 Pseudo-Random Bit Sequence Generator_13 Bit rate = 10 GBits/s
Mach-Zehnder Modulator_13
CW Laser_14 Frequency = f14 THz
NRZ Pulse Generator_14 Pseudo-Random Bit Sequence Generator_14 Bit rate = 10 GBits/s
Mach-Zehnder Modulator_14
CW Laser_15 Frequency = f15 THz
NRZ Pulse Generator_15 Pseudo-Random Bit Sequence Generator_15 Bit rate = 10 GBits/s
Mach-Zehnder Modulator_15
CW Laser_16 Frequency = f16 THz
NRZ Pulse Generator_16 Pseudo-Random Bit Sequence Generator_16 Bit rate = 10 GBits/s
Mach-Zehnder Modulator_16
CW Laser_17 Frequency = f17 THz
NRZ Pulse Generator_17 Pseudo-Random Bit Sequence Generator_17 Bit rate = 10 GBits/s
Mach-Zehnder Modulator_17
CW Laser_18 Frequency = f18 THz
NRZ Pulse Generator_18 Pseudo-Random Bit Sequence Generator_18 Bit rate = 10 GBits/s
Mach-Zehnder Modulator_18
CW Laser_19 Frequency = f19 THz
NRZ Pulse Generator_19 Pseudo-Random Bit Sequence Generator_19 Bit rate = 10 GBits/s
Mach-Zehnder Modulator_19
CW Laser_20 Frequency = f20 THz
NRZ Pulse Generator_20 Pseudo-Random Bit Sequence Generator_20 Bit rate = 10 GBits/s
Mach-Zehnder Modulator_20
CW Laser_21 Frequency = f21 THz
NRZ Pulse Generator_21 Pseudo-Random Bit Sequence Generator_21 Bit rate = 10 GBits/s
Mach-Zehnder Modulator_21
CW Laser_22 Frequency = f22 THz
NRZ Pulse Generator_22 Pseudo-Random Bit Sequence Generator_22 Bit rate = 10 GBits/s
Mach-Zehnder Modulator_22
CW Laser_23 Frequency = f23 THz
NRZ Pulse Generator_23 Pseudo-Random Bit Sequence Generator_23 Bit rate = 10 GBits/s
Mach-Zehnder Modulator_23
AWG NxN Frequency = fawg THz Insertion loss = 4 dB
Fig. Transmisores enlace descendente (Torca)
Subsystem: R_Nemocon Sweep Iteration: 1/1
AWG NxN Frequency = fawg THz Insertion loss = 4 dB
AWG_Nemocon Insertion loss = 4 dB
Null Null_1 Null_2 Null_3 Null_4 Null_5 Null_6 Null_7 Null_8 Null_9 Null_10 Null_11 Null_12 Null_13 Null_14 Null_15 Null_16 Null_17 Null_18 Null_19 Null_20 Null_21 Null_22
Null_23 Null_25 Null_26 Null_27 Null_28 Null_29 Null_30 Null_31 Null_32 Null_33 Null_34 Null_35 Null_36 Null_37 Null_24
switch16 at = ate
AWG_Tausa Insertion loss = 4 dB
Null_45 Null_46 Null_47 Null_48 Null_49 Null_50 Null_51 Null_52 Null_53 Null_54 Null_55 Null_56 Null_57 Null_58 Null_59 Null_60
switch17 at = ate
switch18
switch19
switch20
switch21
switch22
switch23
AWG_Villapinzon Insertion loss = 4 dB
Null_110 Null_111 Null_112 Null_113 Null_114 Null_115 Null_116 Null_117 Null_118 Null_119 Null_120 Null_121 Null_122 Null_123 Null_124 Null_125
AWG_Gachancipa Insertion loss = 4 dB
Null_126 Null_127 Null_128 Null_129 Null_130 Null_131 Null_132 Null_133 Null_134 Null_135 Null_136 Null_137 Null_138
AWG_Simij aca Insertion loss = 4 dB
Null_139 Null_140 Null_141 Null_142 Null_143 Null_144 Null_145 Null_146 Null_147 Null_148 Null_149 Null_150 Null_151 Null_152 Null_153 Null_154
AWG_Suesca Insertion loss = 4 dB
Null_155 Null_156 Null_157 Null_158 Null_159 Null_160 Null_161 Null_162 Null_163 Null_164 Null_165 Null_166 Null_167 Null_168 Null_169
AWG_Carmen Insertion loss = 4 dB
Null_170 Null_171 Null_172 Null_173 Null_174 Null_175 Null_176 Null_177 Null_178 Null_179 Null_180 Null_181 Null_182 Null_183 Null_184 Null_185 Null_186 Null_187
AWG_Sutatausa Insertion loss = 4 dB
Null_188 Null_189 Null_190 Null_191 Null_192 Null_193 Null_194 Null_195 Null_196 Null_197 Null_198 Null_199 Null_200 Null_201 Null_202 Null_203 Null_204 Null_205 Null_206
Punto de distribución principal Nemocón, enlace descendente
Punto de distribución Guachetá, enlace descendente
*Los demás puntos de distribución son similares.
Composición de un switch óptico 1x8
* Los demas switches ópticos son similares
Receptor ubicado en Nemocón, enlace descendente
*Los demás puntos de recepción son similares
Layout: Layout 1 Author: Sunday, February 19, 2017 Sweep Iteration: 1/1
nemocon
R_Nemocon
Optical Fiber Length = 65 km
DCF Length = 13.81 km
Optical Amplifier Gain = 15 dB
Optical Attenuator Attenuation = 1.8 dB
Tausa
Optical Fiber_1 Length = 20 km
DCF_1 Length = 4.25 km
Optical Attenuator_1 Attenuation = 0.9 dB
Optical Fiber_2 Length = 57 km
DCF_2 Length = 12.112 km Optical Amplifier_3
Gain = 10 dB
Optical Fiber_4 Length = 14 km
DCF_4 Length = 2.975 km
Optical Attenuator_4 Attenuation = 1.9 dB
Optical Attenuator_3 Attenuation = 0.6 dB
Lenguazaque R_Guacheta
Guacheta
Optical Fiber_5 Length = 54 km
DCF_5 Length = 11.475 km
Optical Attenuator _5 Attenuation = 1.6 dB
R_Villapinzon
Villapinzon
Optical Amplifier_1 Gain = 15 dB
Optical Amplifier _2 Gain = 10 dB
Torca
Guatavita R
Sesquile
R_1
Gachancipa
Optical Fiber_6 Length = 17 km
DCF_6 Length = 3.612 km Attenuation = 0.6652 dB/km
Optical Attenuator_6 Attenuation = 0.7 dB
Optical Fiber_3 Length = 15 km
DCF_3 Length = 3.18 km
Optical Amplifier_4 Gain = 10 dB
Optical Attenuator_2 Attenuation = 0.8 dB
Optical Fiber_7 Length = 35 km Optical Amplifier_5
Gain = 10 dB
DCF_7 Length = 7.437 km
Optical Attenuator_7 Attenuation = 1.2 dB
R_2 San miguel
Simijaca
Optical Fiber_8 Length = 80 km
DCF_8 Length = 17 km
Optical Amplifier _6 Gain = 5 dB
Optical Attenuator_8 Attenuation = 2.1 dB
Susa
Optical Fiber_9 Length = 9 km
DCF_9 Length = 1.9125 km
Optical Attenuator_9 Attenuation = 0.5 dB
Optical Fiber_10 Length = 26 km
DCF_10 Length = 5.525 km
Optical Attenuator_10 Attenuation = 0.9 dB
Optical Amplifier_7 Gain = 15 dB
Fuquene
R_3
Cucunuba
R_4
Suesca
Optical Fiber_11 Length = 25 km
DCF_11 Length = 5.3125 km Attenuation = 0.5172 dB/km
Optical Attenuator_11 Attenuation = 0.8 dB
Optical Fiber_12 Length = 26 km Optical Amplifier_8
Gain = 15 dB
DCF_12 Length = 5.525 km
Optical Attenuator_12 Attenuation = 1.1 dB
Optical Fiber_13 Length = 15 km
DCF_13 Length = 3.187 km
Optical Amplifier_9 Gain = 10 dB
Optical Attenuator _13 Attenuation = 0.8 dB
Carmen
Optical Fiber_14 Length = 50 km
DCF_14 Length = 10.625 km
Optical Attenuator_14 Attenuation = 1.3 dB
Optical Fiber_15 Length = 28 km
DCF_15 Length = 5.95 km
Optical Attenuator_15 Attenuation = 0.9 dB
sutatausa
Enlace ascendente
Transmisor municipio Tausa, enlace ascendente
*Los demas tranmisiores son similares en el enlace ascendente.
Punto de distribución Villapinzón, enlace ascendente
Punto de distribución Nemocón, enlace ascendente
Receptor en Torca, enlace ascendente
Análisis Económico: Los costos de los elementos que se agregan a la red propuesta en
este diseño son:
Costo aproximado de los dispositivos mayoritariamente utilizados.
Dispositivo Costo x unidad (EUR) Otras características
Transceptor 300 100 GHz 1528.77 nm -1563.86 nm
AWG (Arrayed
Waveguide Granting)
920 16 CH DWDM Mux Demux
1500 40 CH DWDM Mux / Demux
Amplificadores EDFA 1200 Configuración Booster de 5 a 32 dB de ganancia, su valor puede
variar de acuerdo a la máxima potencia de salida que soporten.
1200 Configuración pre-amplificador input (-30 dBm 0 dBm) su costo
puede variar de acuerdo a la potencia de salida.
switch óptico 1180 1x8, perdidas de inserción máx. 1.2 dB., rango de operación
1525nm - 1565 nm.
836 1x4, perdidas de inserción máx. 1.2 dB., rango de operación
1520nm - 1625 nm.
128 1x2 perdidas de inserción máx. 0.6 dB., rango de operación
1520nm - 1625 nm.
DCM (modulo
compensador)
560 Distancia de compensación 40 km, perdidas de inserción 3,5 dB
valor estándar. (fs.com)
960 Distancia de compensación 80 km perdidas 4,8 dB, sin
embargo, estos módulos se pueden solicitar de acuerdo al
requerimiento del cliente (fs.com)
Tabla. Valores aproximados de dispositivos WDM utilizados mayormente en la red.
El costo aproximado de los nodos de la red propuesta es:
Nodo Cantidad Dispositivo Cantidad
por Nodo
Costo por
Nodo (EUR)
Total
(EUR)
Torca Nodo principal 1 Transceptor 24 7200
AWG 1 1500
Amplificador 1 1200
Subtotal 9900 9900
Nodos Municipales 16 Transceptor 9 2700
AWG 1 1500
Subtotal 4200 67200
Tabla. Costos del nodo principal y los municipales
En cada una de las rutas
Rutas Distancia # de Amplifi. # de DCM* Valor Amplifi.
(EUR)
Valor DCM
(EUR)
Torca Nemocón 65 1 1 1200 810
Nemocón Tausa 20 1 1 1200 360
Nemocón Villapinzón 57 2 1 2400 730
Villapinzón Guachetá 54 1 1 1200 700
Guachetá Lenguezaque 14 1 1 1200 300
Nemocón Gachancipá 35 1 1 1200 510
Gachancipá Sesquilé 15 1 1 1200 310
Sesquilé Guatavita 17 1 1 1200 330
Nemocón Simijaca 80 2 1 2400 960
Simijaca San miguel 26 1 1 1200 420
Simijaca Susa 9 1 1 1200 250
Nemocón Suesca 15 1 1 1200 310
Suesca Cucunubá 26 1 1 1200 420
Cucunubá Fúquene 25 1 1 1200 410
Nemocón Carmen de
Carupa
50 1 1 1200 660
Nemocón Sutatausa 28 1 1 1200 440
Subtotal 21600 7920
Total 29520
Tabla. Costos de los elementos agregados en cada una de las rutas
*El cálculo del valor de los módulos compensadores de dispersión se realizó linealizando los costos de compensación de 40
km y 80 km, de la primera tabla de este anexo.
Valor de los nodos de distribución
Nodos de distribución AWG* Switches óptico Valor total por nodo (EUR)
Nemocón 9 8 de 8x1 22940
Villapinzón 3 8 de 1x2 5524
Guachetá 3 8 de 1x2 5524
Gachancipá 3 8 de 1x2 5524
Sesquilé 3 8 de 1x2 5524
Simijaca 4 8 de 1x4 12688
Suesca 3 8 de 1x2 5524
Cucunubá 3 8 de 1x2 5524
Total 68772
Tabla. Costos de los nodos de distribución de la red
*Se tomó como referencia el valor del AWG de 40 canales.
De acuerdo a lo anterior, se tiene que un valor aproximado a los dispositivos de la red
propuesta es:
Concepto Valor (EUR)
Nodo Principal 9900
Nodos Municipales 67200
Rutas 29520
Nodos de distribución 68772
Total* 175392
Tabla. Costo total de los dispositivos agregados en la red.
El valor aproximado de los dispositivos DWDM para implementar la red es de 175.392 EUR
que es aproximadamente es de $ 622.816.992 millones de pesos colombianos (COP),
tomando como referencia que 1 EUR es igual a 3.551 COP.
*Estos costos no incluyen el valor de la fibra óptica, ya que, esta fue previamente desplegada en el PNFO.
*Estos son costos estimados de equipos WDM, ya que, este tipo de redes aún no se han estandarizado.
