Cableado de fibra óptica para comunicaciones de datos (2ª parte)

Texto cedido por Fluke Networks para su publicación exclusiva en www.fibraopticahoy.com

(viene de https://www.fibraopticahoy.com/cableado-de-fibra-optica-para-comunicaciones-de-datos-1ª-parte/)

3.    Teoría de Pruebas – rendimiento del cableado de Fibra Óptica

La certificación es la forma más completa de comprobación en campo. Como se ha mencionado anteriormente, el procedimiento de pruebas de certificación asegura que el cableado instalado cumple los estándares de rendimiento de transmisión definidos en los estándares de la industria tales como las normas aplicables de la Organización de Normas Internacional / Comisión Electrotécnica Internacional (International Organization for Standard/International Electrotechnical Commission, ISO/IEC) y de TIA.

Estándares de rendimiento de la industria

Deben considerarse dos grupos de normas para obtener una especificación completa y garantizar que el cableado instalado admita los requisitos para las aplicaciones de red pretendidas. Después de todo, el objetivo de las pruebas de certificación es obtener la garantía de que el sistema de cableado no será la fuente de cualquier mal funcionamiento de red incluso antes de que el equipamiento de red esté instalado. Cada uno de los dos grupos de normas reconoce los requisitos del otro, pero no proporcionan un solapamiento perfecto.

Estándares de instalación genéricos

Las normas genéricas abordan las reglas generales de instalación y especificaciones de rendimiento. Las normas aplicables son el estándar ISO 11801:2002 y el ISO/IEC 14763-3, Tecnología de la Información – Implantación y operación de cableado en locales de cliente – Pruebas de cableado de fibra óptica, y el ANSI/TIA 568 C. La última – revisión ‘C’ – consta de cuatro volúmenes. El volumen C.0 Cableado de Telecomunicaciones Genérico para Locales de Cliente proporciona una visión general. El volumen C.1 Sistemas de Cableado de Telecomunicaciones para Edificio Comercial describe el diseño recomendado para edificios comerciales y los volúmenes C.2 y C.3 describen las especificaciones de rendimiento para los componentes de cableado; C.2 habla del cableado equilibrado de par trenzado y el volumen C.3 del cableado de fibra óptica.

Estas normas tratan las especificaciones de comprobación en campo del rendimiento de la transmisión posterior a la instalación, que depende de las características de cable, longitud, hardware de conexión, latiguillos, cableado de interconexión, el número total de conexiones y el cuidado con que sean instaladas y mantenidas. Por ejemplo, cables con fuertes curvaturas, conectores mal instalados y un problema muy común – la presencia de polvo, suciedad y otros contaminantes en las conexiones del extremo de las fibras– influyen negativamente en la atenuación del enlace.

Los estándares de instalación especifican como rendimiento mínimo de transmisión que la pérdida de enlace medida sea inferior al máximo permitido (límite de pérdidas), que se basa en el número de conexiones, de empalmes y la longitud total de cable de fibra óptica. Esta certificación debe ejecutarse con un Equipo de Pruebas de Pérdidas Ópticas (Optical Loss Test Set, OLTS) de precisión o una Fuente de Luz y Medidor de Potencia (Light Source and Power Meter, LSPM). Estas herramientas de prueba se describirán más adelante con mayor detalle, así como el Reflectómetro Óptico en el Dominio del Tiempo (Optical Time Domain Reflectometer, OTDR). Un OTDR ofrece una buena indicación de la pérdida total de enlace, pero no es suficientemente preciso para pruebas de certificación de pérdida de enlace. La certificación incluye el requisito de documentación de los resultados de las pruebas; esta documentación proporciona la información que demuestra la aceptabilidad del sistema de cableado o el soporte de tecnologías de red específicas.

Cálculo del presupuesto de atenuación de enlace:

Presupuesto de Atenuación de Enlace (dB) = Presupuesto de Atenuación de Cable (dB) + Presupuesto de Pérdida de Inserción de Conector (dB) + Presupuesto de Pérdida de Inserción de Empalme (dB)

Donde:

• Presupuesto de Atenuación de Cable (dB) = Máximo Coeficiente de Atenuación de Cable (dB/km) × Longitud (km)
• Presupuesto de Pérdida de Inserción de Conector (dB) = Número de Pares de Conectores × Presupuesto de Pérdida de Conector (dB)
• Presupuesto de Pérdida de Inserción por Empalme (dB) = Número de Empalmes × Presupuesto de Pérdida por Empalme (dB)

La Tabla 1 muestra el coeficiente de atenuación de cable por tipo de cable, este coeficiente es de 3,5 dB/km para todos los tipos de fibra óptica multimodo recomendados para sistemas de cableado en edificios. La fibra monomodo para interior tiene un coeficiente de atenuación de 1,5 dB/km, mientras que la fibra monomodo para exterior tiene un coeficiente de 1 dB/km o inferior. Las normas también especifican el máximo presupuesto de pérdida por conector como 0,75 dB y el máximo presupuesto de pérdida por empalme como 0,3 dB. Las instalaciones de cableado bien realizadas, por lo general, deben ofrecer conexiones que muestren una reducción significativa de las pérdidas de conexión. La misma declaración se aplica a las pérdidas de empalme. Tenga en cuenta que la longitud del enlace de fibra debe ser conocida o medida por la herramienta de pruebas para determinar el límite de pérdidas.

La Tabla 2 muestra un ejemplo de aplicación de los cálculos de límite de pérdida. El cálculo se realiza para un segmento de enlace de fibra OM3 de 300 m con sólo dos conectores finales y ningún empalme, con una fuente de luz de 850 nm.

Requisitos de longitud de onda y direccional

(1) Los segmentos de enlace de cableado horizontal o Subsistema de Cableado 1 (TIA-568-C.0) necesitan ser comprobados en una dirección a una longitud de onda, ya sea 850 nm o 1.300 nm para multimodo y 1.310 nm o 1.550 nm para monomodo.

(2) En el cableado troncal/vertical (segmentos de enlace de los Subsistemas de Cableado 2 y 3) se realizarán las pruebas en al menos una dirección a ambas longitudes de onda operativas para dar cuenta de las diferencias de atenuación asociadas con la longitud de onda. Los segmentos de enlace multimodo se probarán a 850 nm y 1.300 nm; los monomodo a 1.310 nm y 1.550 nm. Los enlaces que utilizan conectores con llave para implementar la polaridad de fibra sólo se pueden probar en la dirección que prescribe la llave de los conectores.

Estándar de aplicación de red

Para la certificación, también deben tenerse en cuenta los estándares de aplicación de red, como el estándar IEEE 802.3 para Ethernet o el estándar ANSI para FibreChannel (FC). Las aplicaciones de alto rendimiento (rango del Gbps y superior) requieren límites más estrictos en la longitud de canal y la pérdida de canal que depende del tipo y del índice de ancho de banda de la fibra óptica y las fuentes de luz utilizadas en los dispositivos de red. La Tabla 3 muestra la máxima distancia admitida y la máxima pérdida de canal permitida para varias aplicaciones de red comunes y para los diferentes tipos de fibra que se han descrito anteriormente en la Tabla 1. La máxima longitud de canal (máxima distancia admitida) es una especificación preparada para la dispersión. Siempre que la longitud del canal no supere el máximo declarado en el estándar, la dispersión no provocará un fallo de la comunicación.

La certificación en campo verificará que la longitud del canal de fibra óptica no supera la distancia máxima admitida (el límite de longitud). Las normas de instalación descritas anteriormente requieren la medición de la longitud del cable para calcular el ‘presupuesto de atenuación de enlace máximo’, pero las normas de instalación imponen una longitud máxima genérica, que podría ser bastante superior a la longitud especificada para la aplicación. La Tabla 3 permite comprobar que la longitud es limitada y que disminuye para aplicaciones de mayor tasa de datos en función del índice de ancho de banda de cada tipo de fibra (una función de las características de dispersión modal de la fibra). Los límites máximos de pérdida de canal limita disminuyen (se hacen más estrictos) con los sistemas de rendimiento superior.

El canal es el enlace total de cableado incluidos todos los latiguillos de panel o equipo que enlazan los dispositivos activos. La Figura 11 muestra la diferencia entre canal y enlace permanente. El enlace permanente describe el enlace que se considera una parte permanente de la infraestructura del edificio o centro de datos. El equipamiento de red está conectado al enlace permanente mediante latiguillos de panel o equipo. Debe tenerse cuidado de seleccionar latiguillos del mismo tipo de fibra que el cableado de fibra óptica del enlace permanente.

El cableado fijo – un subsegmento del canal – es llamado el enlace permanente. En la figura se muestra un modelo de enlace horizontal genérico que contiene conexiones opcionales como el CP (Punto de Consolidación).

A menudo se construye un enlace de fibra óptica con varios segmentos o secciones y el equipo de red no está instalado aún cuando se certifica la instalación de cableado. No es suficiente comprobar cada segmento contra los estándares de instalación. Garantizar que el sistema instalado admitirá la aplicación de red pretendida requiere que los canales instalados (enlaces de fibra extremo a extremo) cumplan los requisitos de longitud y pérdida definidos en la especificación de la aplicación, como se muestra en la Tabla 3.

Puede seleccionar uno de estos dos métodos para asegurar que el canal instalado cumple los requisitos de aplicación antes de activar el servicio de red.

(1) Calcular la pérdida de canal añadiendo los datos para cada segmento de enlace en el canal y añadiendo la contribución de pérdidas esperada de los latiguillos de panel de interconexión. El estándar IEC 14763-3 hace supuestos explícitos acerca de la pérdida de una conexión de TRC con un enlace (0,3 dB; véase la Tabla A2-1) frente a la pérdida máxima de las conexiones realizadas con latiguillos comerciales (0,75 dB).

(2) Medir la pérdida de canal como se muestra en la Figura 12. Las conexiones finales del canal – las conexiones realizadas con el equipo de red – no se incluyen en el límite de la pérdida de canal. Al reemplazar los cables de equipo con TRCs, la pérdida en las conexiones finales no es parte del resultado de la prueba. La diferencia de longitud entre los TRCs y la longitud combinada de los cables de equipo representa un error muy pequeño en la pérdida de 0,0035 dB por metro. Si creemos que la pérdida acoplada entre el enlace en pruebas y los TRCs es menor que la pérdida con latiguillos, la prueba en la Figura 12 subestima un poco la pérdida de canal. Fluke Networks considera que esta diferencia es mucho menor que los supuestos hechos en IEC 14763-3.

Al reemplazar los cables de equipo con los Cable de Referencia de Prueba (Test Reference Cords, TRCs) para la medición de pérdida y longitud del canal, el «error» en la medición de pérdida está representado por la diferencia de longitud entre un TRC y la suma de los dos cables de equipo utilizados para completar el canal. 1 m de cable representa 0,0035 dB.

Polaridad de un enlace de fibra óptica

Las instalaciones de red de área local admiten comunicación bidireccional mediante el uso de fibras ópticas independientes en cada dirección. El sistema de cableado deberá proporcionar medios para mantener la correcta polaridad de la señal de forma que el transmisor en un extremo del canal se conecte al receptor en el otro extremo. Varios métodos se utilizan para mantener la polaridad para sistemas de cableado de fibra óptica. Las directrices se describen e ilustran en el Anexo B de TIA-568-C.0. Se deben seleccionar los tipos de conectores dúplex y sistemas de conectores matriciales que permitan que la disposición de ordenamiento de la fibra se mantenga en relación con los tipos de llave del conector.

Certificación de Cableado

Seleccione el estándar de rendimiento

Las normas definen un procedimiento de prueba mínimo que consta de:

1.   La medición y evaluación de la pérdida de enlace mediante un ‘equipo de pruebas de pérdidas ópticas’ (OLTS) – algunas normas se refieren a esta herramienta de prueba como una ‘fuente de luz y medidor de potencia’ (LSPM). El OLTS y el LSPM tienden a utilizarse indistintamente. En este documento elegiremos la terminología OLTS para las herramientas de prueba de certificación que midan automáticamente la longitud del enlace en pruebas mientras que utilizaremos el término LSPM para designar los equipos de pruebas que no miden la longitud del enlace – y por lo tanto pueden requerir algunos cálculos manuales para interpretar los valores medidos. La fuente de luz se conecta a un extremo de la fibra en pruebas mientras que el medidor de potencia se conecta al otro extremo

2.   La medición y evaluación de la longitud de enlace. La longitud debe ser conocida para calcular el límite de prueba de pérdida de muchas de las normas de instalación – la máxima pérdida que aporta la fibra óptica en el valor límite de pérdida del enlace.

La longitud también desempeña un papel importante para certificar el enlace para una aplicación de red específica. Como se muestra en la Tabla 3, la longitud máxima de un canal de fibra para una aplicación de red determinada depende del tipo de fibra y el índice de ancho de banda de la fibra.

3.   La verificación de polaridad del enlace

Los pasos del 1 al 3 constituyen el requisito mínimo de pruebas para la certificación, también conocido como ‘Certificación Básica’ o comprobación de ‘Nivel 1’. La comprobación de ‘Nivel 2’ también conocida como prueba de ‘Certificación Extendida’ es opcional e incluye las pruebas de Nivel 1, además de la adición de un análisis OTDR del enlace (con el gráfico [trace] y/o la tabla de eventos). El análisis OTDR puede utilizarse para caracterizar los componentes en el enlace de fibra instalado resultando en una indicación de la uniformidad de atenuación del cable y la pérdida de inserción de cada conector individual, la pérdida de inserción de empalmes individuales y otros «eventos» que se puedan detectar. Un análisis OTDR proporciona una medición de pérdida total para el enlace. Las normas definen que la medición de pérdida de la certificación básica (Nivel 1) debe ejecutarse utilizando el equipo OLTS o LSPM que cuando son correctamente utilizados proporcionan un análisis de pérdida de mayor precisión.

El usuario final debería especificar el estándar de prueba elegido para el procedimiento de prueba de certificación de fibra óptica. Una estándar de prueba define las pruebas que se van a ejecutar y los límites o valores máximos permitidos para las pruebas. Como hemos explicado, cuando se prueban o certifican enlaces que deben admitir aplicaciones de alto rendimiento (velocidades de datos en el rango de Gbps), los estándares de aplicación imponen límites severos para la longitud y la pérdida de canal. Cuando se necesita certificar el cableado para admitir este tipo de aplicaciones es importante (a) seleccionar el estándar de aplicación correspondiente en la configuración OLTS y (b) certificar la configuración de canal.

Certificación – Requisitos de proceso y equipamiento

La Tabla 3 muestra que los límites de pérdida de canal para aplicaciones de red de alto rendimiento son relativamente pequeños. Para poder tomar las decisiones Pasa/Falla de manera fiable, el procedimiento de prueba debe ejecutarse con exactitud con equipos OLTS o LSPM precisos. Cuando el valor de límite de pérdida es 2,6 dB (10GBASE-S), un error de medición de incluso 0,25 dB constituye un error cercano al 10 % del valor límite. Esta sección examinará los pasos del procedimiento y los requisitos de los equipos para lograr mediciones precisas y predecibles.

Dos cuestiones han demostrado aportar una contribución crítica al tema de la precisión de la medición:

(1) La referencia para la medición de pérdida

(2) La condición de emisión de la fuente de luz en el enlace en pruebas

Unidades de medida

Los dB o decibelios expresan una relación de niveles de potencia utilizando una función logarítmica. Si representamos la potencia de entrada en una caja negra como P_in y la potencia de salida como P_out, calculamos la amplificación o atenuación de la señal procesada a través de la caja negra en dB utilizando la siguiente función:

10 x log₁₀(P_out/P_in)

Tenga en cuenta que cuando P_out es mayor que P_in, la caja negra ha amplificado la señal y la fórmula matemática anterior produce un número positivo. Si por el contrario P_out es menor que P_in, la señal ha sido atenuada y la fórmula produce un número negativo.

Dado que este último es siempre el caso cuando medimos cableado pasivo y ya que las normas utilizan el nombre de «Pérdida», se omite el signo negativo al hablar de la pérdida de cableado en dB.

Un nivel de potencia absoluto normalmente se expresa en vatios (y sus múltiplos como el megavatio en el mundo de la generación de energía eléctrica o fracciones de un vatio como el milivatio o incluso el microvatio en electrónica). En el campo de las comunicaciones, un nivel de potencia absoluto P a menudo se expresa en proporción a un milivatio (mW) mediante los decibelios. Aplicamos la fórmula mencionada anteriormente pero reemplazando la referencia (nivel de potencia de entrada) con el nivel de potencia absoluto de 1 mW.

1 dBm = 10 x log₁₀(P/mW)

La ‘m’ en el símbolo dBm indica un nivel de potencia respecto a una referencia de un milivatio.

Nota: la escala en dB no es una escala lineal como demuestran los números en la tabla siguiente

Establecer la referencia – principio

El principio de medición de la pérdida se basa en la diferencia de dos mediciones de potencia. Las Figuras 13 y 14 muestran el principio de medición de las pérdidas de un enlace de fibra. En la Figura 13 la fuente de luz se conecta con el medidor de potencia con un ‘latiguillo de referencia de prueba’ (Test Reference Cord, TRC). Un TRC es un latiguillo de fibra de alta calidad de entre 1 y 3 m con conectores de alto rendimiento en cada extremo. Los extremos de los conectores deben tratarse por el fabricante para proporcionar superficies reforzadas resistentes a arañazos que admitan una gran cantidad de inserciones sin degradación en el rendimiento. Es sumamente importante que los extremos de los TRCs se mantengan muy limpios y sean inspeccionados regularmente – y limpiados si es necesario – a lo largo del día, cuando se están certificando enlaces de fibra óptica.

Figura 13 – Principio para las conexiones para establecer la referencia para una medición de pérdida óptica

La fuente de luz en la Figura 13 introduce la luz en el TRC que la guía hasta el medidor de potencia. El medidor de potencia mide el nivel de energía de luz y normalmente lo expresa en dBm. La lectura de alimentación de referencia con fuentes de luz LED cae en el rango de -18 dBm a -20 dBm. El nivel de -20 dBm corresponde a 0,01 mW. Al probar un enlace de fibra monomodo con una fuente de luz láser, la medición de potencia de referencia puede dar un valor de -7 dBm, que corresponde aproximadamente a 0,2 mW, un nivel de potencia que es unas 20 veces más fuerte que la salida de luz LED. Por lo tanto, siempre tenga cuidado de no mirar en un enlace de fibra activo – ¡la luz utilizada para las comunicaciones de datos queda fuera del espectro visible, pero puede causar daños permanentes en sus ojos!

La medición de potencia de referencia compensa las incertidumbres que se podrían traducir en errores de medición (imprecisiones). Se desconoce el nivel de salida de potencia exacta de la fuente de luz y la cantidad de luz introducida en el TRC varía cada vez que hacemos una conexión. Tenemos que aceptar que hay cierta pérdida en la conexión entre la fuente de luz y el TRC. Debido a la medición de referencia, no necesitamos saber exactamente cuánto es esta pérdida de acoplamiento ya que permanece sin cambios durante todo el trabajo de comprobación. Por lo tanto, el TRC no se quitará de la fuente hasta que terminemos o establezcamos una nueva referencia.

El acoplamiento de la luz desde el TRC al medidor de potencia es menos variable, ya que el medidor de potencia debe estar equipado con un gran ángulo de entrada para capturar toda la luz del TRC. Este acoplamiento debe estar limpio y los conectores bien situados para garantizar que la medición de referencia verdaderamente establezca «la referencia». Muchos de los comprobadores como los módulos de pérdida/longitud de fibra de los CableAnalyzer™ serie DTX comprueban automáticamente que el nivel de potencia de referencia medido esté dentro del rango aceptable para la fuente de luz. Esto proporciona cierto nivel de garantía de que la referencia es válida pero no elimina la necesidad de utilizar TRCs de alta calidad, y de que se haya inspeccionado si están limpios.

Después de que hemos establecido este nivel de potencia de referencia, pasamos a las conexiones de medición, tal como se muestra en la Figura 14, con las siguientes acciones:

(1)   En primer lugar, NO alterar la conexión entre la fuente de luz y el TRC de ninguna manera.

(2)   Conectar la fuente de luz y TRC a un extremo del enlace en pruebas (conector C1).

(3)   Conecte un segundo TRC («TRC agregado») entre el otro extremo del enlace en pruebas (C2) y el medidor de potencia. Este segundo TRC debe presentar la misma calidad que el primero (utilizado para establecer la referencia). También se inspeccionará para asegurarse de que ambas conexiones finales estén limpias.

(4)   Hacer una medición de potencia mientras que la fuente de luz transmite la luz a través del enlace en pruebas hasta el medidor de potencia.

(5)   El medidor de potencia mide la energía de la luz a través del enlace en pruebas y produce un resultado en dBm.

Supongamos que la medición de potencia a través del enlace en pruebas es de -23,4 dBm y el nivel de potencia de referencia es de -20 dBm. Restando estas dos lecturas de medida, encontramos la pérdida causada por el enlace en pruebas. En este ejemplo, la pérdida es de -20 – (-23,4) ó 3,4 dB. Tenga en cuenta que una pérdida se expresa en dB (en contraste con las mediciones absolutas de potencia expresadas en dBm). Un OLTS calcula automáticamente la diferencia de niveles de potencia (la pérdida del enlace en pruebas) en dB y compara el resultado con el límite para el enlace en pruebas. Si la pérdida medida es inferior o igual al límite, la prueba pasa.

Diferentes métodos para establecer la referencia

La aplicación del principio de medición de pérdida que se muestra en las Figuras 13 y 14 es el método de ‘un latiguillo’ (‘one-jumper’). Se utiliza un latiguillo o un TRC para establecer la referencia. Este método es el preferido para la prueba de pérdida en todos los cableados de edificio. Estos sistemas de cableado se caracterizan por longitudes de fibra relativamente cortas, pero pueden tener varias conexiones. Como demuestra el ejemplo de cálculo de pérdidas en la Tabla 2, la pérdida máxima permitida en un enlace corto de 300 metros por los dos conectores son 1,5 dB del presupuesto total de 2,55 dB; la pérdida de hardware de conexión constituye el 59%. Esto pone de relieve la necesidad de asegurarse de que todas las pérdidas de conexión se incluyan adecuadamente en la medición de pérdida.

Cuando analizamos el método de referencia que se muestra en la Figura 13, el TRC no introduce una conexión entre la fuente de luz y el medidor de potencia. El TRC se conecta a cada dispositivo pero no añade ninguna conexión. Siga el camino de la luz entre la fuente y el medidor en la Figura 14 para darse cuenta que la pérdida en la conexión C1, en el enlace en pruebas y en la conexión C2 se contabilizan plenamente en la medición. La medición de pérdida también incluye la pérdida del ‘TRC añadido’. La pérdida máxima producida por un TRC de 2 m es de 0,007 dB (la Tabla 1 muestra que la pérdida máxima para los tipos de fibra utilizados en cableado de edificio es de 3,5 dB/km o 0,0035 dB/m). Otra diferencia entre la medición de referencia y la medición de pérdida de enlace es una nueva conexión entre el ‘TRC añadido’ y el medidor de potencia. Esta diferencia también es muy pequeña (suponiendo que los extremos del están verdaderamente limpias) ya que el medidor está equipado con una lente gran angular para captar toda la luz transmitida por el enlace en pruebas. Opinamos que el error de medición debido al ‘TRC añadido’ es de menos de 0,01 dB que también resulta ser la resolución de un medidor de potencia.

Sólo se puede aplicar el método de un latiguillo si el conector en el medidor de potencia y los conectores finales del enlace en pruebas son del mismo tipo (por ejemplo, conectores SC). Después de establecer la referencia, desconectamos el TRC del medidor de potencia y sólo podemos conectar este TRC al enlace en pruebas si el conector del final del enlace (C1 en la Figura 14) encaja adecuadamente con este TRC.

Para poder utilizar el método preferido de un latiguillo con conectores de diferentes tipos, muchos de los medidores de potencia de Fluke Networks, entre ellos el SimpliFiber Pro, están equipados con un adaptador extraíble. Una colección de TRCs híbridos asegura las conexiones de medición adecuadas, teniendo todas las ventajas de la exactitud del método de un latiguillo.

Las normas aplicables enumeradas en la Tabla 5 definen tres métodos diferentes para establecer la referencia en una prueba de pérdida de fibra óptica. Los nombres de estos métodos en los diferentes documentos de normas pueden ser confusos. En este documento usaremos los siguientes nombres: método de un latiguillo, método de dos latiguillos y método de tres latiguillos. El método de dos latiguillos de referencia y el método de tres latiguillos se discuten en el Apéndice 2.

Condiciones de emisión

El objetivo de cualquier medida de certificación es proporcionar indicaciones Pasa/Falla en las que el usuario final y el contratista de la instalación puedan confiar. Las ‘condiciones de emisión’ han demostrado tener una influencia importante en la precisión y la coherencia de las mediciones de pérdida de fibra óptica.

Hemos visto que la luz se propaga en muchos modos por la fibra multimodo de índice gradual. El número de modos utilizados por la emisión y el nivel de energía en cada modo afecta a las medidas de potencia. Si las condiciones de emisión no están controladas de una herramienta de prueba a otra, cada herramienta puede proporcionar resultados diferentes de medición y prueba; una indicación cierta de que ninguno de ellos son correctos o fiables.

El objetivo es controlar las condiciones de emisión de modo que las herramientas de prueba compatibles produzcan resultados que se encuentren dentro de un estrecho margen alrededor del verdadero valor de pérdida.

Factores que influyen en las condiciones de emisión. Los LEDs son las fuentes de luz preferidas para comprobar las pérdidas en enlaces de fibra multimodo. Vimos cómo los VCSELs se han convertido en la fuente de luz de elección para todas las aplicaciones de red de alto rendimiento con fibra multimodo porque los VCSELs tienen la capacidad de modulación necesaria para proporcionar pulsos cortos en una rápida sucesión, y así admitir la velocidad de datos de las aplicaciones a 1 y 10 Gbps. Pero los VCSELs no son adecuados para la comprobación de pérdida porque cada VCSEL puede utilizar un conjunto de modos diferente con niveles de energía variables en cada modo. Además, la comprobación de pérdida se realiza con una onda de luz constante en lugar de una señal modulada.

Los LEDs producen un cono de luz que se reparte uniformemente en el extremo de la fibra, incluso más allá del núcleo. Los LEDs crean una condición de «emisión en desbordamiento». El grado de desbordamiento, sin embargo, produce importantes variaciones en la medición de pérdida. Una fuente de luz láser como un VCSEL crea una condición de «emisión restringida». Estas fuentes iluminan un estrecho cono de luz en el centro del núcleo. Una condición de emisión restringida puede no detectar correctamente problemas en el enlace de fibra y, por consiguiente, proporcionar un resultado más favorable de la prueba.

La conexión no alineada en la Figura 15 (b) proporciona un ejemplo en el que la medición de pérdida con una emisión restringida no puede detectar el efecto pleno de la desalineación. Dará un valor de pérdida menor (valor de pérdida optimista) que una prueba ejecutada con una fuente de luz en desbordamiento.

Control de las condiciones de emisión. Con los años, se han desarrollado mejores métodos para controlar estas condiciones de emisión en desbordamiento en un estrecho margen con el objetivo de producir resultados de prueba de pérdida precisos y repetibles. Las normas establecieron dos métricas independientes para caracterizar y controlar las condiciones de emisión. Son la Distribución de Potencia Modal y la Relación de Potencia Acoplada.

La Distribución de Potencia Modal (Modal Power Distribution, MPD) mide el nivel relativo de potencia en los diferentes modos transferidos entre la fuente de luz y el TRC. Deberá satisfacer esta métrica el diseño del equipo, así como la selección de diodos LED y el acoplamiento dentro el instrumento de fuente de luz entre el LED y la conexión interna de fibra. (Todos los módulos de prueba de fibra óptica diseñados y fabricados por Fluke Networks desde 2002 cumplen los requisitos de MPD).

La Relación de Potencia Acoplada (Coupled Power Ratio, CPR) es una medida de la cantidad modal de relleno en una fibra multimodo (latiguillo de referencia de prueba). Se hizo popular porque se puede medir en campo. Tanto la fuente de luz como el TRC pueden ser clasificados con un índice CPR. Un valor de CPR se mide como la pérdida entre un TRC multimodo y un TRC monomodo acoplado. Cuando la luz de la fibra multimodo contiene energía significativa en los modos de orden superior, la pérdida de este acoplamiento será mayor que cuando la fibra multimodo lleva menos energía en los modos de orden superior. El valor de esta medida de pérdida define la condición de desbordamiento deseada cuando se utiliza una fuente de luz con MPD compatible. Las normas especifican los valores de la pérdida CPR; un índice CPR de 1 es la tasa deseada y recomendada para las mediciones de certificación de los enlaces de fibra óptica multimodo.

Mandril. Ya que un equipo de prueba con una fuente de luz con MPD compatible en combinación con TRCs con CPR de índice 1 puede producir diferentes resultados de pruebas de pérdida, se han diseñado más pasos aún para limitar esta variabilidad en los resultados. Es necesario el uso de un mandril para comprobar enlaces multimodo de fibra óptica para obtener mediciones de pérdida más precisas. El mandril adecuado limita las incertidumbres de la medición y mejora la precisión de la medida de pérdida.

Un mandril es un pequeño cilindro con un diámetro especificado que depende del tamaño del núcleo y la construcción de la fibra del TRC. La Tabla 4 muestra los tamaños de mandril definidos en el documento de ANSI/TIA-568-C.0 para varias construcciones de fibra.

El TRC multimodo se enrolla cinco veces en este cilindro para conseguir el efecto de filtrado o eliminación de los modos superiores no deseados de la emisión. Recuerde que los modos de orden superior – modos que viajan a través del rango externo del núcleo – se refractan fuera del núcleo cuando se curva la fibra.

Las cinco vueltas definidas controlan los modos que entrarán al enlace en pruebas para medir la pérdida. El TRC conectado a la fuente de luz se enrollará al mandril, tal como se muestra en la Figura 16 y permanecerá conectado para todas las pruebas.

El mandril también mejora la precisión de las medidas mediante el establecimiento de un valor de referencia de prueba realista. Cuando examinamos la configuración de la Figura 13, la condición de emisión en desbordamiento utiliza los modos de orden más alto en el TRC y también puede emitir algo de luz en el revestimiento del TRC. Los modos de orden superior en el núcleo y la luz en el revestimiento no viajarán muy lejos, pero pueden recorrer la corta distancia del TRC si éste no está sujeto a ninguna curvatura. La entrada gran angular del medidor de potencia capta la luz de la energía en el revestimiento. Esta luz sin embargo no «sobrevivirá» en el enlace en pruebas (a menos que sea un trayecto de fibra muy corto y recto). Sin un mandril, el medidor de potencia mide energía de luz durante la configuración de referencia que no viajará a través del enlace en pruebas. El nivel de potencia establecido durante la prueba de referencia es mayor de lo que debería, lo que exagerará la pérdida. En el ejemplo descrito anteriormente, asumimos que el medidor de potencia midió -20 dBm para el establecimiento de referencia. Cuando no utilizamos una envoltura de mandril, el nivel de potencia realmente podría ser tan alto como -18 dBm con la misma fuente de alimentación. Ahora el cálculo de pérdida de rendimiento es de [-18 – (-23.4)] dB o 5,4 dB en lugar de 3,4 dB. En esencia, exageramos la pérdida en 2 dB. Este gran error se debe a que los modos de orden más altos y la luz que entra en el revestimiento no pueden viajar muy lejos en el enlace en pruebas.

Futuro método de control de la condición de emisión

En el momento de escribir este artículo, los comités de normalización están definiendo un método que mejora las condiciones de emisión hoy controladas por la MPD, el CPR y envolturas de mandril. El método propuesto se basa en el concepto de ‘Flujo Restringido’ (Encircled Flux, EF), que afina y controla los modos emitidos en el enlace en pruebas. Este método actualmente está todavía bajo estudio con el objetivo final de mejorar más la precisión y la coherencia de las medidas de potencia y las pruebas de pérdida en enlaces multimodo.

(continua en https://www.fibraopticahoy.com/cableado-de-fibra-optica-para-comunicaciones-de-datos-3ª-parte)

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