Autor: Kazuichi Ichikawa, Assistant Manager
Los servicios de generación de chat, imágenes y vídeo mediante IA se utilizan masivamente, por lo que las redes afrontan de nuevo la necesidad de cubrir una demanda en rápido crecimiento de tráfico y procesamiento de datos. Tal necesidad provoca a su vez la evolución de la tecnología PON (Passive Optical Network).
Los gobiernos también están destinando enormes inversiones a la construcción rápida de redes de fibra óptica o de banda ancha 5G. Entre los principales proyectos en este sentido se encuentran los programas BEAD (Broadband Equity, Access and Deployment) y Rural Digital Opportunity Fund en EE.UU., Gigabit Strategy en Alemania, Double-Gigabit Network Collaborative Development Action Plan en China e Infrastructure Development Plan for a Digital Garden City Nation en Japón.
Evolución de la tecnología PON
Una red PON utiliza básicamente un divisor óptico para dividir una fibra óptica procedente de la central con el fin de que sea compartida por varios abonados. El divisor óptico es un dispositivo pasivo que no necesita una fuente de alimentación, incrementa la eficiencia de uso de la línea y se puede conectar en serie. Otros componentes de la red son los terminales OLT (Optical Line Terminal) y ONT (Optical Network Terminal),que necesitan alimentación. El OLT es el equipo de terminación de comunicaciones ópticas instalado en la central del operador y el ONT es el dispositivo de terminación ubicado en las instalaciones del cliente. La Figura 1 muestra la configuración de una PON y las longitudes de onda que utiliza.
Figura 1. Configuración de una red PON y longitudes de onda óptica utilizadas.
La ITU-T desarrolló entre 2003 y 2004 el estándar G-PON, que contempla velocidades de 2,4 Gbps en el enlace descendente (DL) y de 1,2 Gbps en el ascendente (UL). Posteriormente llegó el estándar XG-PON con 10 Gbps para el DL y 2,5 Gbps para el UL. En 2016 se creó XGS PON, que alcanza 10 Gbps para el tráfico tanto de DL como de UL. Para adaptarse a la incesante demanda de comunicaciones de datos se desarrolló el estándar NG-PON2, que admite 40 Gbps en el DL y 10 Gbps en el UL al combinar multiplexación por división de tiempo (TDM) y multiplexación por división de forma de onda (WDM).
Una característica fundamental de XG-PON y los estándares posteriores es el factor de división ofrecido por el divisor óptico, que aumenta hasta 1:128 o 1:256 desde el valor anterior de 1:64. Sin embargo, a medida que aumenta en el número de divisiones disminuye la potencia óptica por división. Esto significa que dispositivos de prueba como los medidores de potencia óptica y los reflectómetros ópticos en el dominio del tiempo (OTDR) requieren un rango suficiente de medida (dinámico). La Tabla 1 resume las especificaciones de la ITU-T para redes PON.
Tabla 1. Especificaciones definidas por la ITU-T para redes PON.
Fallos y problemas en redes PON
La principal causa de fallo en una red óptica es la suciedad o los daños en la férula de un conector de fibra óptica, lo cual atenúa o refleja la señal óptica. La luz reflejada añade ruido a la señal, mientras que la atenuación reduce la potencia de la señal y puede provocar un error de recepción en el OLT o el ONT. Como los puntos de conexión del divisor y las fibras se instalan dentro de cajas cerradas en el exterior y bajo tierra, a menudo en entornos cálidos y húmedos, los ingenieros han de tener cuidado para no dañar o contaminar las férulas.
Otros factores, como el curvado excesivo de la fibra, las conexiones defectuosas y la fusión insuficiente de la división también pueden atenuar o reflejar una señal óptica. Los ingenieros deben prestar mucha atención para no curvar excesivamente la fibra en espacios estrechos y cerrados ya que, en el peor de los casos, pueden dañar la fibra de manera permanente e incluso romperla.
También hay que tener en cuenta el número de divisiones ópticas, cuyo incremento disminuye la potencia óptica por ramal. Esto exige asumir unas pérdidas más elevadas, que son la diferencia entre la potencia de salida del módulo de transmisión óptica y la sensibilidad mínima del módulo de recepción óptica.
La comprobación es primordial para el éxito de una red PON
Los problemas en las instalaciones PON se pueden evitar con una comprobación exhaustiva. La Tabla 2 muestra algunos ejemplos de los principales problemas que caracterizan a una PON y los equipos de prueba que se pueden utilizar para resolverlos: sonda de inspección de fibra, medidor de potencia óptica y OTDR.
Tabla 2: Ejemplos de problemas y equipos de prueba utilizados.
Si la férula de una fibra óptica está dañada o contaminada con la grasa de los dedos, el polvo u otro material, la señal óptica puede verse atenuada o reflejada. También se puede dañar o contaminar la fibra a la que esté conectada, por lo que puede provocar un fallo de comunicación en la PON. La inspección de la férula de la fibra óptica permite a los ingenieros comprobar la férula de cada conector, limpiarla o sustituirla durante la instalación.
Dado que el tamaño del daño o la suciedad en la férula de una fibra óptica puede ser demasiado pequeño como para comprobarla de forma visual, se emplea una sonda de inspección que incorpora una cámara. La sonda de inspección comprueba la férula automáticamente, junto con un software de análisis a menudo basado en PC, por medio de visión artificial, y muestra los resultados en una pantalla. Los resultados del tipo pasa/falla se pueden generar automáticamente con el software de análisis. Además se recurre a la norma internacional IEC 61300-3-35 para establecer los valores de umbral necesarios para que la férula supere la inspección con cada tipo de fibra óptica (monomodo o multimodo) y cada tipo de conector: de contacto físico PC (Physical Contact) o en ángulo APC (Angled PC).
La prueba de potencia óptica verifica la instalación y las condiciones de fallo de una fibra óptica. Se usa un medidor de potencia óptica para evaluar las pérdidas en cada ramal del divisor óptico, así como la potencia de salida del transceptor conectado a un OLT en las instalaciones del abonado. Esta prueba consiste en inspeccionar la férula de la fibra al instalar la PON o durante su mantenimiento para comprobar si se cumplen los requisitos del sistema PON.
Si la potencia óptica es inferior a la requerida resulta difícil localizar la causa con tan sólo un medidor de potencia óptica y es preciso recurrir a un OTDR. Además, aunque la potencia óptica cumpla el valor exigido, el cable de fibra puede tener otros problemas como un curvado excesivo, una mala conexión y una fusión insuficiente, todo lo cual pone en peligro la estabilidad de las comunicaciones a largo plazo.
En la prueba de fibra óptica se usa un OTDR para detectar eventos como pérdidas de potencia, reflejos o puntos de fallo a lo largo de una fibra. Cuando se conecta a un extremo de la fibra óptica, el OTDR introduce señales de pulsos ópticos en la fibra y a continuación mide y analiza la luz dispersada que vuelve de la fibra óptica, así como la luz reflejada por malas conexiones o cables rotos. El OTDR puede detectar y evaluar varias características, como la distancia de la fibra óptica, el conector, el empalme, el divisor óptico, las pérdidas en la fusión y los puntos de conexión, las pérdidas de transmisión, las pérdidas por curvado y las pérdidas totales de retorno. La Figura 2 muestra las medidas del OTDR a lo largo de una fibra óptica.
Figura 2. Cable de fibra óptica y forma de onda medida por el OTDR.
En una XGS-PON con varios divisores ópticos en serie, el número máximo de ramales es 128. Cuando un divisor óptico con un factor 1:8 se conecta en serie a otro divisor cuyo factor sea 1:16, las pérdidas estimadas teóricamente son 21 dB: 9 dB para 8 ramales y 12 dB para 16 ramales. Además del divisor óptico es necesario añadir otras pérdidas como las ocasionadas por la división, los conectores instalados en varios puntos a lo largo del cable de fibra, así como las pérdidas de transmisión dentro de la fibra. También hay que tener en cuenta las pérdidas provocadas por el curvado. El resultado es que las pérdidas totales superan al valor teórico; de ahí que, cuando se utiliza un OTDR con un bajo rango dinámico, la potencia óptica que vuelva de la fibra tras pasar por el divisor es menor que la sensibilidad de recepción del OTDR. Si el OTDR tiene un bajo rango dinámico le resulta difícil detectar pérdidas, reflejos, puntos de fallo y otros eventos que se producen tras el divisor óptico. Por eso es importante seleccionar un OTDR cuyo rango dinámico tenga un valor bastante más elevado que las pérdidas totales de la PON.
Además, XGS-PON y NG-PON2 utilizan longitudes de onda más largas que G-PON. Dado que las pérdidas ópticas ocasionadas por el curvado aumentan de manera proporcional a la longitud de onda de la señal óptica, se debe tener cuidado para reducir el curvado de la fibra.
Equipos de prueba para la instalación de PON
Anritsu ofrece dos sondas de inspección de vídeo para férulas de fibra: la G0382A con enfoque automático y la G0306C con enfoque manual. Estas sondas de inspección se conectan a un PC o un OTDR y se suministran con software de análisis y diversas puntas de conector para varios tipos de conectores de fibra óptica.
Figura 3. Sondas de inspección de vídeo.
El módulo OTDR del Network Master Pro MT1000A/MT1040A, la serie MT9085 y el módulo 𝛍OTDR serie MT9090A incorporan una función de medida de potencia. También incluyen una fuente de luz para que los ingenieros puedan evaluar las pérdidas ópticas del divisor con el medidor de potencia. Cuando los ingenieros de campo repiten la prueba en cada ramal del divisor óptico, una función de tabla de pérdidas conserva los datos de la prueba en un formato de historial que permite a los ingenieros gestionar todos los datos de forma conjunta. Anritsu proporciona modelos con un rango dinámico elevado que permiten efectuar la comprobación de extremo a extremo de sistemas PON con 128 a 256 ramales.
Figura 4. Productos OTDR.
Los escasos conocimientos sobre comprobadores y procedimientos complejos, especialmente entre los ingenieros con menos experiencia, reduce la eficiencia de las operaciones. Para solucionarlo, Anritsu suministra la función Fiber Visualizer, que muestra iconos fácilmente comprensibles de los eventos: cada uno representa un determinado punto como el extremo de la fibra óptica, el divisor de PON, la curva de la fibra, el conector óptico o el punto de fusión. Toma decisiones pasa/falla de forma automática en función de los valores de umbral preestablecidos. Para reducir aún más los errores en las operaciones e incrementar la eficiencia de funcionamiento, el MT1000A y el MT1040A ofrecen una función de prueba automática que va guiando al usuario.
El módulo OTDR MT1000A/MT1040A y la serie MT9085 permiten que el OTDR funcione de manera remota a través de una LAN inalámbrica, de modo que los ingenieros pueden controlar el OTDR en las instalaciones del abonado y que ver su pantalla de medida con una tablet. Esto disminuye el número de veces que ha de desplazarse en ingeniero hasta las instalaciones del abonado.
Es posible que en algunos casos el ingeniero de campo se tope con problemas demasiado complejos como para resolverlos de manera independiente. Para ayudar al ingeniero o administrador experimentado de forma remota, el SORA (Site Over Remote Access) MX109020A basado en la nube conecta el MT1000A o el MT1040A a una red móvil a través de una LAN inalámbrica y luego a través de la nube. SORA también puede subir informes con resultados de las medidas para almacenarlos en la nube. La Figura 5 describe el uso de SORA.
Figura 5. Ejemplo de control remoto con SORA.
Conclusión
La tecnología PON está evolucionando rápidamente y está aumentando su complejidad debido a que se exige a las redes un volumen cada vez mayor de tráfico y procesamiento de datos. Como resultado de ello, la comprobación de redes PON con hasta 256 ramales y mayores longitudes de onda resulta más exigente ya que estas redes son más sensibles a los fallos. Los instrumentos con un rango dinámico elevado y automatización son fundamentales para validar PON complejas y para analizar fallos de difícil localización. Anritsu suministra equipos de prueba de alto rendimiento que son apropiados para comprobar PON avanzadas y aprovechan la automatización y el acceso remoto para aumentar la eficiencia operativa y facilitar la comprobación a los ingenieros.
