OCDMA es un claro ejemplo de extrapolación al dominio óptico de una tecnología ampliamente utilizada en los sistemas inalámbricos actuales. Concretamente, analizaremos su capacidad para aumentar el ancho de banda y mejorar la privacidad de las comunicaciones en redes de área local sobre fibra óptica.

Avances recientes en tecnologías tales como WDM y TDM han potenciado el despliegue de redes ópticas de alta velocidad en los entornos MAN y WAN. Sin embargo, las redes de área local se caracterizan por una serie de requisitos que no pueden cumplirse fácilmente por WDM y TDM. A su vez, los sistemas WDM y TDM imponen el uso de protocolos y hardware en los nodos de distribución que añaden complejidad y encarecen innecesariamente la red de área local. En un sistema de acceso TDMA, el volumen total de tráfico se encuentra limitado por el producto entre el número de usuarios y sus respectivas tasas de transmisión, puesto que sólo uno de ellos puede transmitir en un momento dado.

Por ejemplo, si 100 usuarios desean transmitir a 1 Gbit/s, necesitaríamos un equipamiento capaz de sostener una capacidad de 100 Gbit/s. Adicionalmente, los sistemas TDMA muestran latencias significativas, dado que se requiere una gran coordinación desde el nodo central para asignar los slots de tiempo en que se permite transmitir a cada usuario. A diferencia de TDMA, un sistema de acceso WDMA permite transmitir a cada usuario a la tasa máxima del hardware de la red, puesto que cada canal se transmite sobre una longitud de onda reservada. Un sistema WDMA puede soportar fácilmente una capacidad de 1 Tbit/s, pero desafortunadamente, resulta difícil construir un sistema WDMA para un grupo de usuarios dinámico. En este caso, los canales de control y los esquemas de detección de colisiones requerirían una cantidad de ancho de banda significativa.

Redes OCDMA Figura 1 Red OCDMA de 2 usuarios

Afortunadamente existe una alternativa a los esquemas de acceso TDMA y WDMA, los sistemas OCDMA (optical code-division multiple access), los cuales no requieren ningún tipo de sistema de gestión del tiempo o la frecuencia. OCDMA funciona de forma asíncrona, sin un control centralizado, y además no se producen colisiones de paquetes. Como consecuencia de ello, los sistemas OCDMA se caracterizan por unas latencias inferiores a las de TDMA o WDMA. Adicionalmente, dado que no se necesita asignar de forma individualizada los slots de tiempo y frecuencia (longitud de onda) a cada usuario, se consigue una mejora de prestaciones con la multiplexación. En definitiva, los sistemas OCDMA son la mejor opción para el despliegue de redes ópticas de área local de alta velocidad. En este artículo describiremos los fundamentos básicos de los sistemas OCDMA y presentaremos algunas arquitecturas para su implementación práctica.

Códigos ortogonales

El funcionamiento de un sistema OCDMA se basa habitualmente en la utilización de técnicas de espectro ensanchado y códigos ortogonales, mediante los cuales se pueden discriminar las señales de datos de cada uno de los usuarios de la red. Básicamente, OCDMA es similar al esquema CDMA utilizado en radiofrecuencia, con la única particularidad de que utiliza unos códigos especiales. Sin lugar a dudas, las propiedades de dichos códigos determinan las características y prestaciones de la red. El esquema del sistema se muestra en la figura 1 para el caso particular de 2 usuarios. Como se puede ver, cada uno de ellos emplea un código distinto para codificar las señales a transmitir. Posteriormente, éstas se combinan y se transmiten sobre el mismo medio (fibra óptica). En recepción, las señales recibidas se discriminan empleando decodificadores basados en correlación, cada uno adaptado al código de un usuario concreto.

Ejemplo de sendas secuencias de códigos de longitud 13, C1 = {0, 1, 4} y C2 = {0, 2, 7}, y sus funciones de autocorrelación y correlación cruzada

Un código ortogonal es una familia de secuencias de datos con buenas propiedades de autocorrelación y de correlación cruzada. Éstos se definen para obtener un nivel máximo de autocorrelación (código del usuario, señal útil) y un nivel mínimo de correlación cruzada (códigos de otros usuarios, interferencias). Supongamos dos códigos representados por C1 = {0, 1, 4} (mod 13) y C2 = {0, 2, 7} (mod 13), es decir, sendas secuencias de chips (0, 1) de longitud 13 y donde existen 3 chips a “1″ en las posiciones indicadas. Dichos códigos y sus funciones de correlación se muestran en la figura 2. Se observa que la autocorrelación proporciona un nivel de salida máximo de amplitud 3, mientras que la correlación cruzada de ambos códigos siempre proporciona valores de amplitud 1 como máximo.

Resulta pues sencillo discriminarlos colocando simplemente un detector de umbral ajustado a una amplitud de 2. De este modo, en el transmisor cada bit de información se codifica con una trama de 13 chips con el código correspondiente (C1 ó C2). En este caso, en el transmisor del Usuario 1 un bit “1″ se codifica con la secuencia {0, 1, 4} (mod 13) donde cada chip a “1″ representa un pulso óptico, mientras que un bit “0″ se codifica con ausencia de pulsos ópticos. En recepción, la correlación de la secuencia de entrada con sendos códigos producirá pulsos ópticos por debajo del umbral, excepto en el caso de que se haya transmitido un bit a “1″ y coincida con el código empleado, obteniéndose un pulso óptico que superará el umbral. Esto permite que cada receptor pueda sintonizarse en código para recibir las señales de datos de un usuario determinado, evitando que la señal transmitida por otro usuario pueda causar interferencias. El proceso puede extenderse de forma similar para más de 2 usuarios. En la tabla I se listan toda una serie de códigos ortogonales óptimos.

Redes OCDMA Tabla 1 Códigos óptimos de distintas longitudes

Generación y detección óptica de señales OCDMA

Hasta la fecha se han propuesto multitud de arquitecturas y técnicas para la generación de señales OCDMA. Nuestro objetivo no es realizar un análisis exhaustivo de las mismas, sino explicar los fundamentos de una de las más típicas.

Desafortunadamente, las técnicas basadas en fuentes de luz coherentes para la generación de pulsos ultracortos son bastantes costosas y no resultan competitivas en el mercado. Por ello, desde que M. Kaevhrad propusiera en 1995 un sistema OCDMA no coherente, la tecnología de codificación de amplitud espectral no coherente ha recibido gran interés, a lo que se une el hecho de que las redes de Bragg sobre fibra (FBG) sean el dispositivo ideal para realizar este tipo de procesado de señal.

Redes OCDMA Figura 3 Transmisor OCDMA basado en FBGs

En este caso, los FBGs actúan como filtros ópticos que, de forma selectiva (spectrum slicing), reflejan porciones espectrales de un pulso óptico incoherente de gran ancho de banda. El transmisor de la técnica se representa de forma esquemática en la figura 3. Cada usuario emite un pulso de banda ancha con la información a transmitir (“1″ ó “0″) que se dirige hacia un codificador basado en FBGs, el cual tiene impreso el código de dicho usuario. Este código indica qué longitudes de onda del espectro serán reflejadas y, por lo tanto, transmitidas por la fibra. Para un código de longitud N, se requieren codificadores compuestos de N FBGs en cascada, que producirán a su vez una secuencia de N chips centrados a longitudes de onda (l1, l2, …, lN).

Redes OCDMA Figura 5 Receptor OCDMA basado en FBGs

Redes OCDMA Figura 4 FBGs con actuadores piezoeléctricos

En este ejemplo, se utiliza una secuencia de N = 13 chips con 4 de ellos activos. La longitud de onda de cada FBG puede ajustarse mediante el uso de dispositivos piezoeléctricos (figura 4), que son los que realmente configuran el código. Posteriormente, a la salida de cada uno de los codificadores se conecta un acoplador en estrella que inyecta las señales en la fibra óptica de la red de área local. Como se puede observar, la señal resultante es igual a la suma de todas las señales generadas, por lo que resulta complicado discriminar a simple vista los datos transmitidos por cada usuario.

En recepción (figura 5), el proceso de decodificación es muy similar, donde ahora los FBGs se encuentran sintonizados a un código concreto, obteniéndose a su salida un pulso de gran amplitud en el caso de que el código coincida (autocorrelación) y se haya transmitido un “1″ y diversos pulsos de menor amplitud en el caso de las señales de datos de otros usuarios (correlación cruzada). Evidentemente, las prestaciones de la técnica dependerán del número total de usuarios, M, y de la longitud de los códigos, N. En general, la tasa de error aumentará con M, siendo necesarios valores mayores de N conforme M aumenta.

Artículo sacado de http://www.radioptica.com/ocdma/

Espero que les guste y aprecien el buen trabajo que hay detrás de él.

La fibra óptica resulta interesante porque toma un concepto muy antiguo que es la manipulación de la luz, no es otra cosa más que eso, la manipulación controlada de la luz. Si nos remontamos a la historia, los mismos egipcios controlaban la luz por medio de espejos para iluminar dentro de las increíbles pirámides… ¿Precursores de la fibra óptica?

Hoy la manipulación de la luz está controlada dentro de un cable, con terminaciones especiales y en placas especiales que hacen que la transmisión sea posible y que detallaré a lo largo de esta humilde nota.

Estructura de una fibra óptica

Al ver con detalle cómo está compuesta la fibra óptica, vamos a comprender sus ventajas y desventajas, así también, tendremos una visión global de este medio. Este ejemplo es sobre un cable compuesto de muchas partes, hay que entender que hay muchos tipos de cables que se adaptan a distintas ocasiones (interior, exterior, etc.) pero tomé este como referencia porque se pueden ver con detalle que elementos puede contener un cable. Esto les servirá porque comúnmente en los catálogos de cables de fibra óptica, se especifican de que están compuestos, por lo tanto, conociendo los componentes y para que funcionan, podremos elegir al mejor cable para lo que estamos montando.

Estructura

1- Elemento central dieléctrico: este elemento central que no está disponible en todos los tipos de fibra óptica, es un filamento que no conduce la electricidad (dieléctrico), que ayuda a la consistencia del cable entre otras cosas.

2- Hilo de drenaje de humedad: su fin es que la humedad salga a través de el, dejando al resto de los filamentos libres de humedad.

3- Fibras: esto es lo más importante del cable, ya que es el medio por dónde se transmite la información. Puede ser de silicio (vidrio) o plástico muy procesado. Aqui se producen los fenómenos físicos de reflexión y refracción. La pureza de este material es lo que marca la diferencia para saber si es buena para transmitir o no. Una simple impureza puede desviar el haz de luz, haciendo que este se pierda o no llegue a destino. En cuanto al proceso de fabricación es muy interesante y hay muchos videos y material en la red, pero básicamente las hebras (micrones de ancho) se obtienen al exponer tubos de vidrio al calor extremo y por medio del goteo que se producen al derretirse, se obtienen cada una de ellas.

4- Loose Buffers: es un pequeño tubo que recubre la fibra y a veces contiene un gel que sirve para el mismo fin haciendo también de capa oscura para que los rayos de luz no se dispersen hacia afuera de la fibra.

5- Cinta de Mylar: es una capa de poliéster fina que hace muchos años se usaba para transmitir programas a PC, pero en este caso sólo cumple el rol de aislante.

6- Cinta antillama: es un cobertor que sirve para proteger al cable del calor y las llamas.

7- Hilos sintéticos de Kevlar: estos hilos ayudan mucho a la consistencia y protección del cable, teniendo en cuenta que el Kevlar es un muy buen ignífugo, además de soportar el estiramiento de sus hilos.

8- Hilo de desgarre: son hilos que ayudan a la consistencia del cable.

9- Vaina: la capa superior del cable que provee aislamiento y consistencia al conjunto que tiene en su interior.

Ahora que sabemos cómo está compuesto un cable, vamos a ver cómo funciona. No voy a detallar matemáticamente el funcionamiento porque no es la idea, solamente voy a hablar de los dos fenómenos de la óptica que permiten la transmisión y son la frutilla de esta torta maravillosa. Igualmente en la red hay información de sobra para ampliar sus conocimientos.

Los dos principios por los que la fibra funciona son la Reflexión y la Refracción. Ellos son los culpables de llevar esto adelante.

Tipos de conectores de fibra óptica

Reflexión de la luz en la fibra óptica

Refracción: es el cambio de dirección que llevan las ondas cuando pasan de un medio a otro. Sencillamente y para mejor comprensión, esto se experimenta cuando metemos una cuchara en un vaso con agua y pareciera que se desplaza dentro de este.

Reflexión: también es el cambio de dirección de la onda, pero hacia el origen. Esto sería lo que sucede cuando nos miramos en el espejo sin la reflexión, no podríamos peinarnos o afeitarnos frente al espejo.

Ahora que sabemos cuáles son los principios físicos que ocurren dentro de la fibra óptica, vamos a una figura que detalla estos fenómenos en acción:

Ya sabemos cómo funciona, así que vamos a hablar un poco de que tipos de fibra hay y para qué sirve cada una. Para hacer esto vamos a agruparlas de dos maneras. Una es la fibra monomodo y la otra es Multimodo y este agrupamiento se debe en la forma en que transmiten la luz por dentro de la fibra.

• Monomodo: se transmite un sólo haz de luz por el interior de la fibra. Tienen un alcance de transmisión de 300 km en condiciones ideales, siendo la fuente de luz un láser.
• Multimodo: se pueden transmitir varios haces de luz por el interior de la fibra. Generalmente su fuente de luz son IODOS de baja intensidad, teniendo distancias cortas de propagación (2 o 3 Km), pero son más baratas y más fáciles de instalar.

Llegamos al punto en que sabemos cómo es una fibra óptica, que materiales las componen y que tipos hay. Es el momento de conocer como conectarlas entre los dispositivos y cómo son las placas de red que tienen como misión “transformar” la luz en código binario (fotosensores) para que el dispositivo pueda interpretar.

que van en las puntas de los cables.

• FC que se usa en la transmisión de datos y en las telecomunicaciones.
• FDDI se usa para redes de fibra óptica.
• LC y MT-Array que se utilizan en transmisiones de alta densidad de datos, más que nada usado en servers o clusters storage.
• SC y SC Dúplex se utilizan para la transmisión de datos.
• ST o BFOC se usa en redes de edificios y en sistemas de seguridad.

Una vez que los tenemos conectados, las placas emiten luz por medio de distintos dispositivos:

• Láser: el más potente y usado en el cable monomodo
• LED: son baratos, no tienen mucha potencia y se usan en los cables multimodo.

Las placas de red, además de darnos la interfaz de conexión, son las encargadas de “convertir” los impulsos de luz en binarios para la comprensión de la PC. Básicamente toman los impulsos de esta manera: Impulso de Luz = 1 , oscuridad = 0. Así es como forma el binario. Igualmente para más detalles, siempre está la internet para profundizar.

Por último voy a dar, a mi forma de ver y entender, las ventajas y desventajas que valen la pena saber sobre la fibra óptica:

Ventajas:

Alto ancho de banda (pruebas dieron casi 1 TB/s), haciendo que la transmisión dependa de la capacidad de procesamiento de emisor-receptor mas que del medio (que obviamente es rapidísimo)

• Multiprotocolo (TCP/IP, SCSI, etc.)
• Escalable
• Muy segura ya que no hay manera de acceder a los datos transmitidos sin romper la fibra
• El cable es muy liviano y se corroe poco
• La señal se pierde muy poco a lo largo del cable

Desventajas:

• El conjunto de conectores, cable, placas, dispositivos para fibra, etc., son caros para el uso no comercial, por eso se utiliza como backbone donde se debe transmitir un gran volumen de de información a grandes velocidades
• La fibra es frágil, lo que complica un poco la instalación
• Los empalmes entre fibra son complejos, con lo cual a veces hay que contratar una empresa para realizarlo
• Siempre se va a necesitar un conversor óptico-eléctrico, ya que e casi imposible tener toda una red de fibra, haciendo el costo más caro

Creo que ya tenemos un conocimiento amplio sobre que es, como funciona y que se necesita para usar…. o no usar la fibra óptica. Creo que ya lo dije varias veces durante la nota, pero es que quiero que quede en claro que este tema es muchísimo más amplio que estas simples y escuetas líneas.

Conferencias sobre Cat6A y certificadores 10G

Los instaladores, los consultores e integradores de sistema que acudan a estas conferencias aprenderán a realizar medias reales Alien Crosstalk paso a paso, conocer los límites y los cambios en los modelos para comprobar un enlace permanente en Cat6A y localizar fallos de forma eficiente para ahorrar tiempo y costes.

Estas dos citas también se convierten en una magnífica oportunidad para que profesionales y usuarios finales puedan mejorar la certificación y el proceso de medida de acuerdo a las nuevas normativas, conocer cómo afecta el equipo de medida a la calificación incorrecta de la instalación y saber las consecuencias económicas del uso de certificadores inadecuados para 10G / Cat6A y el coste de falsos FALLA / PASA.

Todos los asistentes recibirán la Guía de Troubleshooting (Localización y Resolución de Problemas) en Cobre y Fibra Óptica de Fluke Networks y conocerán de primera mano el procedimiento de medida en campo en Cat6A.

Estas conferencias, que ofrecen créditos CEC para BICSI, contarán como ponentes a Nicolás Bravo de Medina, Director de Ventas en el Sur de Europa de Fluke Networks, y Alberto Martínez, Responsable de Canal (RCDD) de Fluke Networks y Secretario del CTN210, SC215 de AENOR.

Registro, Lugar y Fecha de celebración

Madrid, 21 de Abril de 2010

Barcelona, 22 de Abril de 2010 (de 9 a 13 horas).

Para poder asistir a la conferencia es necesario registrarse. Puede ponerse en contacto con: jose.espinoza@flukenetworks.com

Este video explica la transmision por fibra optica y su proceso de fabricacion.

Medida de la atenuación en una fibra óptica.  Video realizado por los alumnos del Ciclo “Equipos Electrónicos de Consumo” del IES “Emerita Augusta” con las “Ayudas Caja Extremadura”.