Autor: Tomohide Yamazaki, Ph.D Assistant Manager, Anritsu Corporation
La mayoría del tráfico de internet, que está creciendo a causa de la IA y los centros de datos, se canaliza a través de más 400 cables submarinos que constituyen la principal arteria de la red internacional, que abarca unos 1,2 millones de kilómetros.
Figura 1. Sistemas de cables ópticos submarinos.
Un sistema de cable óptico submarino suele estar constituido por el cable de fibra óptica, el repetidor y un pozo de registro en la costa para conectar los cables submarinos y terrestres, así como la estación de aterrizaje del cable, un centro especializado al que llegan los cables submarinos y que alberga la alimentación, la monitorización y equipos de terminación del circuito. Las funciones del repetidor son la amplificación óptica mediante un amplificador EDFA (Erbium-Doped Fibre Amplifier), la monitorización de puntos de fallo y la distribución óptica.
La parte sumergida del pozo de registro se denomina planta húmeda y la parte terrestre se denomina planta seca. Recientemente ha habido una tendencia hacia un mayor uso del modelo de cable abierto, en el que las plantas húmedas y secas son gestionadas por diferentes proveedores de comunicaciones, aclarando así los puntos de demarcación de responsabilidad en el pozo de registro.
Los cables submarinos suelen estar en servicio durante 25 años o más, pero la estación de aterrizaje del cable se suele modernizar a medida que avanza la tecnología.
Requisitos para la comprobación de cables submarinos
Cuando se instalan cables submarinos de muy larga distancia se monitoriza la pérdida de transmisión de señal y el funcionamiento del repetidor. Sin embargo, como los cables también pueden verse dañados por las anclas de los barcos o por desastres naturales, es importante identificar la ubicación exacta del fallo antes de generar los costes que conlleva elevar y reparar los cables.
Un reflectómetro óptico en el dominio del tiempo de tipo coherente o C-OTDR (Coherent Optical Time Domain Reflectometer) con detección heterodina se considera el mejor instrumento para detectar fallos con exactitud en cables submarinos ópticos a muy largas distancias. El C-OTDR detecta la luz de retrodispersión de Rayleigh provocada por las impurezas inherentes en la fibra óptica, como un OTDR convencional.
Figura 2. Sistema repetidor submarino y vía de retorno de los pulsos de luz al C-OTDR.
Los EDFA instalados en los sistemas repetidores utilizados en los cables submarinos solo pueden amplificar señales ópticas en la dirección de la transmisión, lo cual significa que la luz retrodispersada en el EDFA no puede retroceder. Por eso los cables submarinos incorporan vías de retorno de fibra óptica que conectan las salidas del EDFA con los enlaces ascendentes y descendentes, permitiendo así que el C-OTDR detecte toda la luz retrodispersada antes del repetidor con el fin de identificar fallos.
Figura 3. Diagrama interno de un C-OTDR.
El C-OTDR aplica los mismos principios básicos que un OTDR convencional, que transmite luz por la fibra óptica y a continuación detecta los reflejos (o retrodispersión) de la fibra bajo prueba. La luz emitida desde la fuente láser se divide en dos vías ópticas mediante un acoplador óptico. En una vía, la luz es convertida en pulsos por un modulador A/O y se inyecta en el cable óptico submarino. La luz de la otra vía, denominado oscilador local o LO (local oscillator), se combina con la luz retrodispersada que vuelve de la fibra bajo prueba. Antes de combinarlas, se filtra la luz retrodispersada para eliminar las señales DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) activas y el ruido añadido. El C-OTDR mide y calcula la potencia del pulso luminoso correspondiente a la interferencia entre las dos, y muestra la forma de onda medida en la pantalla.
La función más importante del C-OTDR es la detección coherente, un método que consiste en reinyectar la longitud de onda transmitida original de manera que el resultado de la prueba solo muestra información para esa longitud de onda exactamente. Si bien cada amplificador utilizado en una red submarina para aumentar la potencia óptica también incrementa la potencia del ruido de la emisión espontánea amplificada o ASE (Amplified Spontaneous Emission), el método de detección coherente permite al C-OTDR detectar la luz retrodispersada por debajo del ruido ASE. El C-OTDR también puede ajustar la longitud de onda de los pulsos de luz inyectados en el cable submarino, de modo que permite comprobar las longitudes de onda prácticas de DWDM.
En un típico sistema de red en activo, la potencia óptica de entrada en un EDFA es plana para todas las longitudes de onda de DWDM. Por otro lado, el C-OTDR se utiliza a menudo en el sistema sin tráfico (sin señal óptica). En este sistema, el control de ganancia del EDFA no puede mantener una salida estable debido a los pulsos de luz generados por el C-OTDR. Para solucionarlo, el C-OTDR genera una luz falsa de prueba con el fin de garantizar la introducción de una potencia óptica constante en el EDFA. Esta luz de prueba del C-OTDR normalmente está muy alejada de las longitudes de onda activas de DWDM, minimizando así cualquier posibilidad de interferencia entre la luz del C-OTDR y las señales de DWDM.
Comprobación de una red cortada
Una red submarina está formada por los pares de fibra óptica del enlace ascendente y descendente, que están conectados a través de una vía óptica de retorno en cada repetidor. Dado que la luz retrodispersada sólo vuelve en la dirección contraria a la señal de transmisión, la localización del fallo se debe realizar en la misma dirección que la fibra óptica del enlace de transmisión (lado del transmisor).
Figura 4. Relación entre los sistemas del cable submarino y la forma de onda del C-OTDR.
Si se rompe el cable del enlace ascendente o descendente (p.ej., entre A y B pero entre B y A), al efectuar la comprobación desde el extremo del receptor, el fallo mostrará la ubicación final del repetidor directamente tras localizar el fallo. Como resultado de ello, la localización podría ser tan inexacta como la distancia de las secciones del repetidor (hasta 90 km). Esto se debe a que el C-OTDR solo “ve” la luz retrodispersada que se propaga hacia el receptor desde el repetidor tras el corte.
Una de las principales causas de los cortes en la fibra óptica es el movimiento del fondo marino, que puede abarcar una gran área geográfica y afectar a una sección grande de cable. Cuando un cable se rompe en dos puntos es muy importante comprender qué ha ocurrido con todo detalle.
Para ayudar a los ingenieros a localizar fallos en cables submarinos de fibra óptica, Anritsu ofrece el OTDR coherente MW90010B, que puede tomar medidas en cables submarinos de hasta 20.000 km con una resolución de 10 m y con repetidores de amplificador óptico separados por distancias de 80 km o más. Gracias a la detección coherente, el MW90010B evalúa aspectos como la localización del fallo, las pérdidas del cable y de curvado, y la longitud de la fibra, entre otros. Ajustar la fuente de luz incorporada con una exactitud de la longitud de onda de ±0,05 nm para un rango de la longitud de onda de 1527,60 a 1567,13 nm permite comprobar cables submarinos DWDM.
Conclusión
Un C-OTDR ofrece la mejor tecnología para comprobar cables submarinos de fibra óptica. Los instrumentos de nueva generación permiten medir la distancia de forma exacta y caracterizar por completo los eventos ópticos. La unión de la tecnología coherente del C-OTDR y la vía de realimentación del cable submarino garantiza la caracterización rápida y eficiente de miles de kilómetros de fibra.
