viernes, 19 de marzo de 2010

Instrumentación para la caracterización de fibras ópticas (II)



Instrumentos de medida
En el anterior artículo (CONECtrónica número 96, abril 2006, págs. 8 y 10) se comentó la motivación de disponer de herramientas para una caracterización precisa de las fibras ópticas utilizadas en los sistemas y redes de comunicaciones.

Continuando en esta línea, en el presente artículo se presentarán con algo más de detalle algunas de las soluciones existentes para llevar a cabo estas tareas, como por ejemplo: FTB-400 (Universal Test System) de EXFO, CMA 5000 (Multi-Layer Network Test Platform) de NetTest y N3900A (Modular Network Tester) de Agilent. Estas soluciones integran un gran número de funcionalidades y dispositivos de test, entre los que se encuentran: OTDR, análisis de dispersión cromática y de dispersión de polarización, medidas espectrales DWDM, análisis de protocolos de red (SONET/SDH, Gigabit Ethernet), etc. A continuación se analizarán algunos tipos de medidas que pueden realizarse con estos equipos.Read More
OTDR
El OTDR es una herramienta básica para la detección, localización y análisis de empalmes, conectores y roturas en infraestructuras de fibra. Pueden trabajar con fibra monomodo o multimodo, y se comercializan para diversos rangos de longitudes de onda. En la figura 1 se muestra el aspecto típico de una de las trazas de medida que pueden capturarse con un OTDR. Como se observa, de esta medida se puede obtener directamente información acerca de la atenuación de la fibra (pendiente de la curva), de las pérdidas en empalmes (saltos de atenuación) o de la situación de conectores ópticos (picos de reflexión). El fundamento de la medida se basa en inyectar un pulso en un extremo de la fibra y capturar la energía reflejada que se recibe en ese mismo extremo en función del tiempo, de tal forma que la variable tiempo puede relacionarse directamente con la variable distancia de propagación (posición en la fibra). El equipo procesa toda esta información y representa la medida de pérdidas en dB en función de la distancia, junto con los cálculos de los principales parámetros del enlace. Por ejemplo, en la figura 1 se pueden ver algunos de los principales parámetros obtenidos: longitud de la fibra (63,2929 km), atenuación total (14,981 dB), pérdidas de retorno (33,11 dB), empalme con mayores pérdidas (0,359 dB), pérdida media por empalme (0,089 dB) y atenuación media del tramo de fibra (0,237 dB/km).
Análisis de dispersión cromática
Como se explicó en el anterior artículo, conforme aumenta la tasa de bit de los enlaces de fibra resulta indispensable el empleo de técnicas de compensación de dispersión cromática. Para ello, se necesitan herramientas que nos permitan obtener medidas de dispersión en función de la longitud de onda, especialmente en el caso de sistemas DWDM. En la figura 2 se muestra un ejemplo de estas trazas de medida. Dicha traza se ha medido con el analizador N3916AL de Agilent. A partir de dicha información se puede obtener el coeficiente de dispersión que sufrirá cada uno de los canales DWDM y calcular el correspondiente factor de compensación. Como se puede ver en la figura 2, el equipo proporciona medidas de la dispersión total del enlace (ps/nm), del parámetro de dispersión de la fibra (ps/nm/km), de la pendiente de la curva de dispersión (ps/nm2/km) y del retardo de grupo diferencial o DGD (ps/km) para cada uno de los canales. Además, a partir de dichas medidas se puede proporcionar información acerca del tipo de fibra (G.652, G.653, G.655 ó G.656), así como determinar la posición espectral de la longitud de onda de dispersión nula. Los principales parámetros de prestaciones del equipo se muestran en la tabla I. La principal ventaja de los analizadores de dispersión actuales es que permiten realizar la medida desde un extremo del enlace, de forma similar a como funciona un OTDR. Adicionalmente, también pueden realizarse las medidas a través de dispositivos, como por ejemplo amplificadores EDFA, por lo que se pueden probar enlaces completos sin necesidad de medir cada una de las secciones.
Análisis de PMD
El análisis de PMD resulta algo más complejo que el análisis de dispersión. Para realizar las medidas de PMD existen diversos métodos que pueden clasificarse de forma amplia en dos categorías: dominio temporal y dominio frecuencial. En el caso del módulo N3909A de Agilent, la medida se basa en una nueva implementación de la técnica de análisis espectral de la matriz de Jones, compatible con el estándar TIA-455-122-A. La matriz de Jones es un modo de representación de las características de polarización de diferentes componentes ópticas mediante matrices 2x2. Esta técnica de medida consiste en utilizar tres estados de polarización predefinidos a la entrada del enlace de fibra (polarización lineal a 0º, 45º y 90º) y un polarímetro a la salida. Con este montaje, el sistema puede medir cambios en la matriz de Jones en función de la longitud de onda y a partir de estos cambios calcular el retardo de grupo diferencial. Así pues, una de las medidas típicas que puede obtenerse con este equipo es la representada en la figura 3, donde se observa una traza de DGD en función de la longitud de onda. A partir de ella se pueden determinar toda una serie de parámetros de PMD del enlace que se indican en la misma pantalla de resultados: PMD (2,85 ps), valor de pico de DGD (5,67 ps), coeficiente de PMD (0,35 ps/km1/2) y valor medio de la PMD de segundo orden (3,69 ps/nm). Los principales parámetros de prestaciones del equipo se resumen en la tabla II.
En la figura 4 se muestra otra pantalla característica de medida de PMD. En este caso se ha medido con el equipo FTB-5500B de EXFO. La obtención del valor de PMD es muy rápida (menos de 5 segundos) y se basa en medidas de trazas de autocorrelación y correlación cruzada. Como se puede ver en dicha figura, este equipo proporciona también medidas de la PMD acumulada (ps), del coeficiente de PMD (ps/km1/2), e incluso de la PMD de segundo orden. El margen dinámico llega hasta los 50 dB, y la PMD de segundo orden puede calcularse gracias al amplio intervalo de análisis (0,05 a 200 ps).
Otras herramientas
La mayor parte de las plataformas de test disponibles comercialmente suele tener una opción de analizador de espectros óptico. Si bien no se trata propiamente de un sistema de caracterización de fibra, resulta de gran ayuda para monitorizar las señales que se propagan por el enlace de fibra y detectar posibles fallos de funcionamiento de la red. Las medidas más típicas que se realizan sobre cada uno de los canales CWDM o DWDM son: longitud de onda, potencia de pico, potencia total, ancho de banda, deriva en frecuencia o relación señal a ruido. De igual modo, también es común la incorporación de otra serie de herramientas para análisis de protocolos de red. En el caso concreto de la aplicación Gigabit Ethernet para el CMA 5000 de NetTest, es posible la generación de tráfico y realización de pruebas sobre redes 10/100/1000 BASE-T, 1000 BASE-SX, 1000 BASE-LX y 1000 BASE-EX. Ello permite la verificación de toda una serie de parámetros críticos de red, entre los que se incluyen: conectividad física, caudal de tráfico, latencia, pérdida de trama, tasa de error, etc. Adicionalmente, la plataforma CMA 5000 también incorpora una sonda para la inspección visual de conectores ópticos (figura 5). Esta sonda, que se conecta al puerto USB del equipo, permite la captura, almacenamiento y análisis de imágenes con factores de aumento de hasta 200X/400X, lo cual resulta de gran ayuda para la detección de conectores defectuosos.
En resumen, las diversas soluciones comentadas constituyen opciones muy versátiles y potentes para la caracterización de redes de fibra. En general, son equipos robustos y con módulos configurables e intercambiables para realizar cada una de las pruebas de test. Se trata, pues, de instrumentos imprescindibles para aquellos ingenieros de campo que realicen labores de supervisión. mantenimiento y caracterización de infraestructuras de fibra y redes ópticas de comunicaciones.

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