La fibra Monomodo en las redes de empresas y CPDs

Los diferentes estudios de mercado realizados por Leviton desde 2018 pusieron de manifiesto la tendencia al empleo creciente de fibra monomodo (SM) en las redes de empresa y CPDs, reemplazando a la multimodo utilizada hasta la fecha.

Se encontró que este cambio obedecía a dos razones principales: la disminución creciente de los costes de implementación e instalación de las fibras SM; y a la creciente recomendación por parte de los diferentes comités de las opciones SM para aplicaciones de alta velocidad (200 y 400 Gb/s.) Siguiendo esta tendencia, la fibra SM será una opción atractiva para el mercado.

Este documento, basado en el White Paper de Levito Introducing to single mode fiber, repasa a algunos de los conceptos básicos sobre este tipo de fibra, y proporciona una guía básica para su medida, inspección y limpieza.

Conceptos preconcebidos sobre la fibra Monomodo (SM)

La fibra monomodo ofrece un abanico más reducido de opciones.

Verdadero. Esto es debido a que las diversas generaciones de fibra MM fueron desarrolladas a lo largo de los años, para soportar un incremento de distancias.

En el campo de la Monomodo, solo se daban, a este respecto, dos tipos de fibras durante los últimos 20 años: OS1 y OS2. Esto las hace más predecibles en lo que respecta a soportar distancias y futuras actualizaciones.

Por ejemplo, consideremos los tipos de cable y los límites de distancia fijados por la normativa para 100 Gb/s, tal y como se indica en la fig. 1

Las anteriores normas para MM, (OM1 y OM2) no soportan 100GBASE-SR4, mientras que OM3 lo hace hasta 70 m. y OM4 y OM5 hasta 100 m.

Por otra parte, el alcance es el mismo para la fibra SM, tanto si la fibra instalada es la OS1 de hace 15 años o la más reciente OS2 hace un año. Los conectores deberán ser quizás reemplazados en el transcurso del tiempo, pero la fibra SM no deberá ser tendida de nuevo. El ejemplo de 500 m. indicado en la figura utiliza la solución 100GBASE-DR con fibra dúplex (introducida en 2018).

La fibra SM se fabrica según dos especificaciones diferentes: OS1, que cumple con las especificaciones de UIT-T G652 y se utiliza normalmente en cables y cordones ajustados para enlaces relativamente cortos, y OS2 que cumple con UIT-T G652 C y UIT-T G652D (fibras de bajo pico de agua), para cables holgados de planta exterior y aplicaciones CWDM.

Los transceptores monomodo son más caros

Verdadero y falso. Si es cierto que la fibra SM es más rentable; ¿Por qué no se ha instalado anteriormente con más frecuencia? Esto es debido, en principio, al precio más elevado de los convertidores, respecto a los MM. De hecho, en un principio, la proporción de precios era de 7,5/1 (SM/MM).

Actualmente, las circunstancias han variado, y el coste de los transceptores SM ha disminuido substancialmente; como consecuencia del incremento de su utilización en los Data Centers, y de su entrada en el mercado de las redes de empresa.

A día de hoy, el coste de un convertidor SM para 100 Gb/s ha disminuido hasta nivelarse con el de fibra MM. Por ejemplo, la tecnología SM 100GBASE-PSM, creada en 2014 por un grupo de origen múltiple, tiene actualmente el mismo precio para sus convertidores que los de 100GBASE-SR4 MM, Los transceptores fueron diseñados específicamente como una opción de bajo coste para 500 m. o menos, utilizando conectividad de 8 fibras MPO/MTP. Al ser utilizados por una gran cantidad de DC, para distancias inferiores, los precios bajaron. De forma similar, el precio de las soluciones de larga distancia, como 100G-LR4 y 100GCWDM4 ha disminuido y lo sigue haciendo, como se puede ver en la figura 2.

La fibra SM solo funciona con conectores dúplex, no así con conectores MPO/MTPTM

Falso. Aunque en origen fue así, actualmente los constructores de transceptores fabrican versiones SM que funcionan con ópticas paralelas (Ver figura 3), con vistas a reducir costes para redes más cortas en DC. Este tipo de opciones paralelas son utilizadas habitualmente para soluciones tipo Breakout, muy empleadas en redes MM. Con los cables breakout, puede dividirse un transceiver de 100 Gb/s hasta en 4 canales de 25 Gigabits. Con ello se consiguen diseños de gran densidad y muy eficientes.

La fibra SM permite unas pérdidas de inserción superiores a las de la MM

Falso. No se trata ya de una realidad. Con la bajada de precio de los transceptores, se dio una menor tolerancia para las pérdidas de inserción. Los diseñadores se vieron obligados a reducir los balances ópticos en los equipos para Data Centers. Y esto es importante en el caso de diseños con enlaces múltiples. Deberá consultar este dato concreto, sobre todos si trabaja con conectores MPO/MTP.

Un ejemplo de la importancia de las pérdidas de inserción para 100Gb/s puede verse en la fig. 4. Al pasar a las nuevas opciones SM, como CWDM4 ( Coarse Wave Division Multiplexing), 100GBASE-PSM4 y 100GBASE-DR, no son válidos diseños con 6 ó 7 dB de pérdidas, sino con 3 dB.

La fibra SM presenta un nuevo concepto importante: la pérdida de retorno (reflectancia)

Cierto. La pérdida de retorno es una característica importante de la fibra SM. La fibra MM es muy tolerante con la señal reflejada en el transceptor, no siendo así con la SM. A altas velocidades de transmisión, los errores generados por un retorno excesivo de señal pueden llegar a ser muy importantes. De hecho, los láseres de alta potencia pueden llegar a ser dañados por una reflectancia muy alta.

La reflectancia tiene su origen en la suma de las pequeñas burbujas de aire e imperfecciones que pueden darse en el área de contacto físico (PC) de dos conectores enfrentados, tal y como indica la flecha amarilla de la figura 5. La pérdida de retorno se indica como el cociente (en dB) entre la potencia inyectada y la reflejada.

Para optimizar la reflectancia, la mayoría de los conectores SM cuentan con una superficie de contacto angular (APC). De hecho, todos los conectores SM MPO/MTP son de tipo APC, dado que es prácticamente imposible el conseguir una reflectancia correcta con un acabado plano UPC sobre SM. En el caso de la terminación APC, un ángulo de ocho grados hace que cualquier reflejo de señal sea absorbida por el revestimiento (cladding) de la fibra, resultando así una pérdida de retorno eficaz.

Una nota sobre terminología: Pérdida de retorno y reflectancia son conceptos similares, y ambos términos pueden encontrarse en la normativa. Por ejemplo, ANSI/TIA-568.3D emplea el concepto de pérdida de retorno del conector, mientras que IEEE 802.3 utiliza el de reflectancia. No obstante ambos varían en el método de cálculo; y así, la pérdida de retorno se expresa con un número positivo (Por ej. 45 dB) mientras que la reflectancia lo hace con un número negativo (por ej. -45 dB)

Así, las pérdidas de retorno para una conexión SM deberán ser : Pulido PC (>/= 45 dB) UPC (>/= 55 dB) y APC (>/= 65 dB) (Ver ficha)

Los transceptores SM utilizan láseres de alta potencia, y esto precisa de medidas especiales de seguridad

Verdadero y falso. Esto es cierto para las versiones SM para larga distancia, pero no lo es para los equipos utilizados en las redes de empresa y en los Data Centers. Estos láseres, conocidos como de Clase 1M, son considerados seguros para la visión, salvo si su señal atraviesa sistemas de amplificación, como microscopios o telescopios.

Dicho esto, es preciso comprobar que los instrumentos de comprobación de las fibras cuentan con un filtro interno, Las gafas, ya sean de seguridad o de lectura, no pueden ser consideradas como filtros.

Si el enlace óptico SM es demasiado corto, la señal puede saturar el receptor, será preciso un atenuador para reducir su potencia

Verdadero y falso. Esto se corresponde con las características de los láseres de alta potencia utilizados en planta exterior. En los Data Centers se instalan láseres de baja potencia Fabry-Perot (FP), con una salida nominal de -3dBm. Los transceptores para CWDM4 montan láseres de potencia incrementada conocidos como DFB ( Distributed Feedback Laser) con una salida nominal de 2,5 dBm, que puede ser considerada como una potencia relativamente baja. Para los láseres de clase 1M, la saturación del receptor no es un problema, los enlaces sean de 2 m. o superiores.

La fibra SM presenta más problemas de limpieza que la MM

Cierto. Es un problema real. Aún en el caso de presencia de partículas de polvo o suciedad en el núcleo de la fibra MM, la señal puede atravesar sin problemas un núcleo de 50 µm de diámetro. En el caso de la fibra SM, cualquier partícula puede bloquear el paso de la luz, habida cuenta que el tamaño de cualquier mota de polvo en una oficina varía entre 2,5 y 10 µm, y el del núcleo de la fibra SM lo hace entre 8,2 y 8,6 µm. (ver fig.6)

Cómo referencia, consideremos que el diámetro de un cabello humano es de 100 µm, luego, en una fibra SM, los datos se transmiten en un área similar a la décima parte del espesor de un cabello.

Para habituarse a juzgar la limpieza de los conectores de fibra, es aconsejable el empleo de video microscopios, asegurarse de inspeccionar todos los conectores antes de la instalación, y limpiarlos siempre que sea preciso. Además, deberán ser comprobados nuevamente después de las operaciones de limpieza.

Al trabajar con conectores de pulido angular (APC), ya sean dúplex o MPO/MTP, deberán emplearse boquillas de inspección especiales, distintas de las necesarias para el pulido plano (PC). El ángulo del plano final del conector APC varía la trayectoria focal, y requiere de una boquilla de cámara angular. Es preciso considerar que todos los conectores MPO/MTP SM son APC. Los restantes accesorios de limpieza son los mismos para APC y PC.

Visión de conjunto sobre los sistemas de fibra

Al margen del tipo de fibra utilizado, los responsables de TI buscan sistemas de cableado que puedan soportar múltiples generaciones de tecnologías con mínimas interrupciones. fibras ciegas o cambios. Los sistemas Leviton SM de cableado no solo superan los requisitos actuales de ancho de banda, sino que proporcionan la flexibilidad precisa para aplicaciones futuras.

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Para aplicaciones de backbones de empresa y pequeños DC, nuestro sistema Opt-X Enterprise reúne la alta calidad y las prestaciones garantizadas con unos sistemas de diseño fácil que resultan en una instalación rápida y cómoda de mantener. El sistema utiliza cables de 8 y 12 fibras de bajas pérdidas, conjuntos MTP y cassettes con conectores LC o SC

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