ESTUDIO DE ALTERNATIVAS DE TRANSPORTE DE …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4515/1... · · 2016-12-07Cuadro Comparativo MPLS Y Ethernet para WAN ... DWDM — Dense

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS

ESTUDIO DE ALTERNATIVAS DE TRANSPORTE DE SERVICIOS 4G PARA LA ZONA DEL VALLE DE UBATÉ USANDO LA

INFRAESTRUCTURA DEL PLAN NACIONAL DE FIBRA ÓPTICA

PROYECTO DE GRADO

PARA OBTENER TÍTULO DE

INGENIERO ELECTRÓNICO

PRESENTA

SEBASTIAN RUBIO JIMENEZ

ANDRES GUILLERMO RODRIGUEZ MOLINA

DIRECTOR: GUSTAVO ADOLFO PUERTO LEGUIZAMÓN PH.D

BOGOTÁ D.C., COLOMBIA 2016

A nuestras Familias

iii

Agradecimientos

En éste momento donde culmina una etapa de nuestras vidas, se debe reconocer a quienes hicieron parte de éste logro.

En primer lugar queremos agradecer a nuestro director de tesis, Gustavo Puerto, por su paciencia, su compromiso y por brindarnos una guía a través de su conocimiento. Nos sentimos honrados de haber trabajado junto a una gran persona como él.

Adicionalmente, agradecemos a cada una de nuestras familias y amigos por su constante apoyo y confianza ya que sin ellos éste camino habría sido aún más difícil.

Finalmente, a nuestra alma máter por la oportunidad de alcanzar ésta meta tan importante para nuestras vidas y a cada uno de los docentes que nos permitieron crecer académicamente y moralmente con cada uno de sus concejos.

Índice General

1. Presentación .............................................................................................................. 1

Introducción ................................................................................................................... 1

Planteamiento del Problema .......................................................................................... 2

iv

Justificación ................................................................................................................... 3

Objetivos ........................................................................................................................ 4

Objetivo General ....................................................................................................... 4

Objetivos Específicos ................................................................................................. 4

2. Plan Nacional de Fibra Óptica .................................................................................... 6

2.1. Aspectos Técnicos del Proyecto .......................................................................... 7

2.1.1. Servicio de Transporte .................................................................................. 7

2.1.2. Red De Acceso ........................................................................................... 10

2.1.3. Calidad ....................................................................................................... 10

2.2. Arquitectura de Red del PNFO .......................................................................... 12

2.2.1. Capa de Acceso ......................................................................................... 12

2.2.2. Capa de Agregación ................................................................................... 13

2.2.3. Capa de Concentración .............................................................................. 14

2.2.4. Capa Backbone IP/MPLS ........................................................................... 15

2.2.5. Capa de Servicio en el Borde (Service Edge) ............................................. 17

2.3. Backbone .......................................................................................................... 18

2.3.1. Norte de Santander .................................................................................... 21

2.3.2. Tolima......................................................................................................... 22

2.3.3. Nariño ......................................................................................................... 24

2.3.4. Caldas/Risaralda ........................................................................................ 26

2.3.5. Santander ................................................................................................... 28

2.3.6. Boyacá ....................................................................................................... 31

2.3.7. Antioquia .................................................................................................... 32

2.3.8. Cundinamarca ............................................................................................ 33

2.3.9. Meta ........................................................................................................... 34

2.3.10. Sucre ...................................................................................................... 35

2.3.11. Guajira .................................................................................................... 36

2.4. Equipos ............................................................................................................. 37

2.4.1. ERICSSON SPO 1410/1460 ....................................................................... 37

2.4.2. ERICSSON SE 1200 .................................................................................. 38

2.4.3. ERICSSON SE 600 .................................................................................... 39

2.4.4. ALU 7750 SR.............................................................................................. 40

2.4.5. ERICSSON SSR 8020 ................................................................................ 42

2.5. El PNFO en el Valle de Ubaté ........................................................................... 43

2.5.1. Valle de Ubaté ............................................................................................ 43

2.5.2. Infraestructura para el PNFO Valle de Ubaté .............................................. 44

3. Alternativas de Transporte Sobre Fibra Óptica para 4G. .......................................... 47

v

3.1. Fibra Óptica ....................................................................................................... 47

3.1.1. Propiedades de la Fibra Óptica .................................................................. 47

3.1.2. Estructura de la Fibra Óptica ...................................................................... 48

3.1.3. Clasificación de las Fibras Ópticas ............................................................. 48

3.1.4. Transmisión en fibra óptica ......................................................................... 50

3.1.5. Pérdidas en una Fibra Óptica ..................................................................... 51

3.2. Cuarta Generación de Redes Móviles (4G-LTE) ................................................ 53

3.2.1. Arquitectura 4G-LTE ................................................................................... 57

3.2.2. Funcionamiento .......................................................................................... 58

3.3. Protocolos de Transmisión de Datos ................................................................. 58

3.3.1. MPLS ......................................................................................................... 59

3.3.2. Ethernet ...................................................................................................... 60

3.3.3. Cuadro Comparativo MPLS Y Ethernet para WAN ..................................... 61

3.4. Transmisión de Señales en Sistemas Ópticos ................................................... 63

3.4.1. Transmisión en Banda Base ....................................................................... 63

3.4.2. Radio Sobre Fibra ...................................................................................... 66

4. Características de Transmisión en RoF ................................................................... 74

4.1. Generación de la Señal ..................................................................................... 74

4.2. Transporte de la Señal ...................................................................................... 77

4.2.1. Presupuesto de Potencia ............................................................................ 77

4.2.2. Pérdidas de Trayectoria .............................................................................. 78

4.2.3. Margen de Diseño (MD) ............................................................................. 80

4.2.4. Ganancia .................................................................................................... 80

4.2.5. Potencia de Salida ...................................................................................... 80

4.3. Ancho de Banda y Velocidad de Transmisión .................................................... 80

4.3.1. Dispersión Cromática ................................................................................. 81

4.3.2. Dispersión por Modo Polarización .............................................................. 81

4.3.3. Degradación en Señales RF ....................................................................... 82

4.4. Recepción de la Señal ....................................................................................... 82

4.4.1. Recuperación de la Señal Banda Base....................................................... 82

4.4.2. Recuperación de la Señal Datos Sub-Portadora ......................................... 84

4.5. Transmisión en el Proyecto Nacional de Fibra Óptica ........................................ 85

5. Simulaciones ............................................................................................................ 87

5.1. Transmisión en Banda Base .............................................................................. 89

5.1.1. Transmisor ................................................................................................. 89

5.1.2. Receptor y Recuperación de Datos ............................................................ 90

5.1.3. Trayecto Municipio Tausa ........................................................................... 91

vi

5.1.4. Trayecto Municipio Sutatausa ..................................................................... 92

5.1.5. Trayecto Municipio Carmen de Carupa y Reserva Ubaté 1 ........................ 93

5.1.6. Trayecto Municipio de Simijaca .................................................................. 95

5.1.7. Trayecto Municipio de Susa ........................................................................ 96

5.1.8. Trayecto Municipio de Fuquene .................................................................. 97

5.1.9. Trayecto Municipio de Cucunuba y Reserva Ubaté 2 ................................. 98

5.1.10. Trayecto Municipio Guacheta ................................................................ 100

5.1.11. Trayecto Municipio Lenguazaque .......................................................... 101

5.1.12. Resumen Resultados Obtenidos Transmisión Banda Base .................. 103

5.1.13. Tasa de Error de bit (BER) en Función de la Potencia de Receptor (PRx) 105

5.2. Transmisión Señal Combinada Banda Base y Radio Frecuencia .................... 113

5.2.1. Transmisor ............................................................................................... 113

5.2.2. Receptor y Recuperación de Datos .......................................................... 114

5.2.3. Estimaciones Para la Transición en Señal Combinada ............................. 115

5.2.4. Trayecto Municipio Tausa ......................................................................... 119

5.2.5. Trayecto Municipio Sutatausa ................................................................... 120

5.2.6. Trayecto Carmen de Carupa y Reserva Ubaté 1 ...................................... 122

5.2.7. Trayecto Municipio de Simijaca ................................................................ 125

5.2.8. Trayecto Municipio de Susa ...................................................................... 126

5.2.9. Trayecto Municipio de Fuquene ................................................................ 128

5.2.10. Trayecto Municipio de Cucunuba y Reserva Ubaté 2 ............................ 130

5.2.11. Trayecto Municipio de Guacheta ........................................................... 132

5.2.12. Municipio de Lenguazaque ................................................................... 133

5.2.13. Resumen Resultados Obtenidos Transmisión Banda Base .................. 135

5.2.14. Tasa de Error de bit (BER) en Función de la Potencia de Receptor (PRx) 137

5.3. Distancias Máximas de Enlace ........................................................................ 147

5.3.1. Transmisión Banda Base .......................................................................... 147

5.3.2. Transmisión Señal Combinada Banda Base y Radio Frecuencia ............. 148

6. Validación de Resultados ....................................................................................... 149

6.1.1. Comparación Características Entre la Investigación de Gulkaran y Satbir y el Presente Proyecto de Grado .................................................................................. 150

6.2.1. Comparación Características Entre la Investigación de RoF a 60GHz y el Presente Proyecto de Grado .................................................................................. 151

6.3.1. Comparación Características Entre la Investigación de Evaluación de Sistemas de Comunicaciones Ópticas y el Presente Proyecto de Grado ............... 153

Conclusiones ............................................................................................................. 154

vii

Futuros proyectos de investigación ............................................................................ 155

Bibliografía ..................................................................................................................... 156

Índice de Símbolos y Abreviaciones

3GPP — 3rd Generación Partnership Project 4G — Cuarta Generación de tecnologías móviles A (λ) — Atenuación de la fibra expresada en dB

ADSL — Asymmetric Digital Subscriber Line APD — Avalanche Photodiodes ATM — Asyncronous Transfer Mode B (f) — Ancho de banda de la fibra óptica para una longitud de 1 km BB — Banda Base BER — Bit Error Rate BGP — Border Gateway Protocol CD — Dispersión Cromática CR-LDP — Constraint-based Routing – Label Distribution Protocol DAS — Distributed Antennas System DDFs — Digital Distribution Frame DSi — Disponibilidad del servicio en cada tramo óptico. DSI — Disponibilidad del servicio por Institución. DWDM — Dense Wavelength Division Multiplexing EPDG — Evolved Packet Data Gateway EPS — Evolved Packed System GPON — Red Óptica Pasiva con capacidad de Gigabit IDC — Inter Domain Controller IETF — Internet Engineering Task Force IMS — IP Multimedia Subsystem IP — Internet Protocol ISP — Internet Service Providers LDPs — Label Distribution Protocols LER — Label Edge Routers LSP — Label Switch Path LSR — Label Switching Routers LTE — Long Term Evolution MIMO — Multiple-input Multiple-output MPLS — Multiprotocol Label Switching MSER — Multi-Service Edge Router MZ — Mach-Zehnder

viii

MZI — Mach Zender Interferometer MZM — Mach-Zehnder Modulator NFV — funciones de red virtual NGN — Next Generation Network NOC — Network Operations Center NRZ — Non Return to Zero ODFs — Optical Fiber Distribution Frame OFDM — Orthogonal Frecuency División OLT — Optical Line Termination OSPF — Open Shortest Path First OSPF — Open Shortest Path First PE — Provider Edge PIN — Estructura P-I-N que da nombre al diodo PMD — Polarization Mode Dispersion PMP — Punto Multipunto PNFO — Plan Nacional de Fibra Óptica POTP — Pakect Optical Transport Platform PRBS — Pseudo Random Binary sequence PRx — Potencia en receptor PSTN — Public Switched Telephone Network Q — Factor de calidad QoS — Calidad de servicio RAU — Remote Antenna Units RF — Radio Frecuencia RIP — Routing Information Protocol RoF — Radio Sobre Fibra Óptica RSVP — Resource Reservation Protocol SAE — System Architecture Evolution SAM — Service Aware Manager SBS — Dispersión Estimulada Brillouin SDH — Jerarquía Digital Sincrónica SDR — Software Defined Radio SFDR — Spurious-Free dynamic range SOA — amplificador semiconductor óptico SONET — Synchronous Digital Hierarchy / Synchronous OPtical NETwork TCO — Total Cost of Ownership TCP — Transmission Control Protocol TIC — Tecnologias de la Informacion y las Telecomunicaciones TWAG — Trusted Wireless Access Gateway UMB — Ultra Mobile Broadband UMTS — Universal Mobile Telecomunication System VMG — virtual Mobile Gateway WDM — Multiplexación por división de Longi

Índice de Figuras

ix

Figura 2.2. Arquitectura de Red del PNFO (imagen proporcionada por AZTECA comunicaciones Colombia). ............................................................................................. 12

Figura 2.3. Estructura de Red GPON correspondiente a la capa de acceso (imagen proporcionada por AZTECA comunicaciones Colombia). ................................................ 13

Figura 2.4. Ejemplo de una red básica (MPLS) con router P............................................ 15

Figura 2.5. Ejemplo de una red MLPS ............................................................................. 16

Figura 2.8. Red Backbone del PNFO (imagen proporcionada por AZTECA comunicaciones Colombia) .............................................................................................. 20

Figura 2.11. Topología para Nariño PNFO (imagen proporcionada por AZTECA comunicaciones Colombia). ............................................................................................. 26

Figura 2.13. Topología para Santander PNFO (imagen proporcionada por AZTECA comunicaciones Colombia) .............................................................................................. 31

Figura 2.21. Ericsson SE 1200 ........................................................................................ 39

Figura 2.24.ERICSSON SSR 8020 .................................................................................. 43

Figura 4.4. Esquema general de recepción de la señal RoF ............................................ 82

Figura 4.7. Esquema sencillo del proceso de demodulación de la señal de información .. 85

Figura 5.3. Diagrama de espectro a la salida del Transmisor Banda Base ...................... 90

Figura 5.8. Diagrama de ojo transmisión en banda base para el municipio de Tausa ...... 92

Figura 5.10. Diagrama de ojo transmisión en banda base para el municipio de Tausa .... 93

Figura 5.17. Diagrama de ojo transmisión en banda base para municipio Susa .............. 97

Figura 5.22. Diagrama de ojo transmisión banda base para municipio de Cucunuba .... 100

Figura 5.40. Diagrama de espectro a la salida del Transmisor señal combinada .......... 114

Figura 5.41. Modelo de recepción y medición en Señal Combinada ............................. 115

Figura 5.43. Diagrama de ojo transmisión Combinada de prueba para municipio de Tausa a) Banda base. b) RF ..................................................................................................... 116

Figura 5.44. Diagrama de ojo transmisión Combinada de prueba para municipio de Carmen de Carupa a) Banda base. b) RF ...................................................................... 117

Figura 5.45. Diagrama de ojo transmisión Combinada de prueba para municipio de Simijaca a) Banda base. b) RF ...................................................................................... 117

Figura 5.46. Diagrama de ojo transmisión Combinada de prueba para municipio de Cucunuba a) Banda base. b) RF ................................................................................... 118

Figura 5.50. Diagrama de ojo transmisión Combinada para municipio de Sutatausa a) Banda base. b) RF ......................................................................................................... 122

Figura 5.52. Diagrama de ojo transmisión Combinada para Reserva Ubaté 1 a) Banda base. b) RF .................................................................................................................... 124

Figura 5.56. Diagrama de transmisión Señal combinada para municipio de Susa ......... 126

Figura 5.58. Diagrama de transmisión Señal combinada para municipio de Fuquene ... 128

Figura 5.59. Diagrama de ojo transmisión Combinada municipio de Fuquene a) Banda base. b) RF .................................................................................................................... 129

x

Índice de Tablas

Tabla 2.1. Atributos de ITU-T G. 652 D .............................................................................. 7

Tabla 2.2. Valores típicos comunes ITU-T G. 652 D .......................................................... 8

Tabla 2.3. Disponibilidad a garantizar por tramo óptico .................................................... 11

Tabla 2.4. Disponibilidad a garantizar servicio de internet ............................................... 12

Tabla 2.5. Datos Topología para norte de Santander PNFO ............................................ 21

Tabla 2.6. Datos Topología para Tolima PNFO ............................................................... 22

Tabla 2.7. Datos Topología para Nariño PNFO ................................................................ 24

Tabla 2.8. Datos Topología para Caldas/Risaralda PNFO ............................................... 26

Tabla 2.10. Datos Topología para Boyacá PNFO ............................................................ 31

Tabla 2.11. Datos Topología para Antioquia PNFO ......................................................... 32

Tabla 2.12. Datos Topología para Cundinamarca PNFO ................................................. 33

Tabla 2.13. Datos Topología para Meta PNFO ................................................................ 34

Tabla 2.14. Datos Topología para Sucre PNFO .............................................................. 35

Tabla 2.15. Datos Topología para Guajira PNFO ............................................................. 36

xi

Tabla 3.1. Clasificación de tipos de fibra óptica ............................................................... 48

Tabla 3.2. Comparación MPLS y Ethernet ....................................................................... 61

Tabla 3.3. Estándares inalámbricos ................................................................................. 69

Tabla 5.1. Resultados municipio Tausa Banda Base ....................................................... 92

Tabla 5.2. Resultados municipio Sutatausa Banda Base ................................................. 93

Tabla 5.3. Resultados Reserva Ubaté 1 Banda Base ...................................................... 94

Tabla 5.4. Resultados municipio Carmen de Carupa Banda Base ................................... 95

Tabla 5.5. Resultados municipio Simijaca Banda Base .................................................... 95

Tabla 5.6. Resultados municipio Susa Banda Base ......................................................... 96

Tabla 5.7. Resultados municipio Fuquene Banda Base ................................................... 98

Tabla 5.8. Resultados reserva Ubaté 2 Banda Base ........................................................ 99

Tabla 5.9. Resultados municipio de Cucunuba Banda Base .......................................... 100

Tabla 5.10. Resultados municipio de Guacheta Banda Base ......................................... 101

Tabla 5.11. Resultados municipio de Lenguazaque Banda Base ................................... 102

Tabla 5.12. Resumen resultados transmisión Banda base por municipio ....................... 103

Tabla 5.13. Variación de Potencia Distancia corta (Tausa) banda base......................... 105

Tabla 5.14. Variación de Potencia Distancia media (Carmen de Carupa) banda base ... 107

Tabla 5.15. Variación de Potencia Distancia larga (Simijaca) banda base ..................... 109

Tabla 5.16. Resultados de prueba Distancia corta (Tausa) Señal Combinada ............... 115

Tabla 5.17. Resultados de prueba Distancia media (Carmen de Carupa) Señal Combinada ...................................................................................................................................... 116

Tabla 5.18. Resultados de prueba Distancia larga (Simijaca) Señal Combinada ........... 117

Tabla 5.19. Resultados de prueba municipio de Cucunuba Señal Combinada .............. 118

Tabla 5.20. Resultados municipio de Tausa señal combinaba ....................................... 119

Tabla 5.21. Resultados municipio de Sutatausa señal combinaba ................................. 121

Tabla 5.22. Resultados Reserva de Ubaté 1 señal combinaba ...................................... 123

Tabla 5.23. Resultados municipio de Carmen de Carupa señal combinaba ................... 124

Tabla 5.24. Resultados municipio de Simijaca señal combinaba ................................... 125

Tabla 5.25. Resultados municipio de Susa señal combinaba ......................................... 127

Tabla 5.26. Resultados municipio de Fuquene señal combinaba ................................... 129

Tabla 5.27. Resultados reserva Ubaté 2 señal combinaba ........................................... 130

Tabla 5.28. Resultados municipio de Cucunuba señal combinaba ................................ 131

Tabla 5.29. Resultados municipio de Guacheta señal combinaba ................................ 132

Tabla 5.30. Resultados municipio de Lenguazaque señal combinaba .......................... 134

Tabla 5.31. Resumen resultados transmisión Señal combinada por municipio .............. 135

Tabla 5.32. Variación de Potencia Distancia Corta (Tausa) señal combinada ............... 137

xii

Tabla 5.33. Variación de Potencia Distancia media (Carmen de Carupa) señal combinada ...................................................................................................................................... 139

Tabla 5.34. Variación de Potencia Distancia larga (Simijaca) señal combinada ............. 141

Tabla 5.35. Resultados distancia de 102 Km (distancia máxima) en banda base .......... 147

Tabla 5.36. Resultados distancia de 54 Km (distancia máxima) en Señal Combinada ... 148

Tabla 6.1 Comparación características entre la investigación de Gulkaran y Satbir y el presente proyecto de grado ........................................................................................... 150

Tabla 6.2. Comparaciones características entre la investigación de RoF a 60GHz y el presente proyecto de grado ........................................................................................... 151

Tabla 6.3. Comparación característica entre la investigación de Evaluación de Sistemas de Comunicaciones Ópticas y el presente proyecto de grado ........................................ 153

xiii

C a p í t u l o 1 | 1

1

Presentación

Capítulo 1

Presentación

“No existe una manera fácil. No importa cuán talentoso seas, tu talento te va fallar si no lo desarrollas. Si no estudias, si no trabajas duro, si no te dedicas a ser mejor cada día”

Will Smith, Actor

“Si tienes un gran sueño debes estar dispuesto a un gran esfuerzo para concretarlo, porque solo lo grande alcanza a lo grande”

Facundo Cabral, Compositor

Introducción

2 | P r e s e n t a c i ó n

2

Con base en el despliegue de redes banda ancha que se realiza actualmente en Colombia y cuyo principal exponente a día de hoy es el plan nacional de fibra óptica, donde el ministerio de las TIC (Tecnologías de la información y las telecomunicaciones) realiza “la inversión de la infraestructura de telecomunicaciones necesaria para conectar municipios que actualmente no cuentan con conexión de Fibra Óptica a alguna de las redes de transporte óptico del país”, se realizó una investigación que analice alternativas de transporte de información a través de esta infraestructura para transportar servicios de 4G; enfocados específicamente en la línea que conecta el punto de acceso backbone en Torca (al Norte de Bogotá) hasta el nodo de acceso ubicado en Simijaca (Cundinamarca).

Lo anterior teniendo en cuenta que el objetivo principal de la tecnología 4G (tecnología de cuarta generación) es el de proporcionar un mayor ancho de banda ya que la demanda se ha incrementado con el transcurso de los años debido al aumento de la calidad de las aplicaciones (videos, juegos, etc.). Con respecto a la tecnología 3G cuya tasa de trasmisión es de 2Mbps, en 4G se puede llegar hasta 100 Mbps, y con esto se mejora la eficiencia y la calidad de los servicios ya existentes [1].

Además teniendo presente que en los sistemas de comunicaciones se presentan problemas, como por ejemplo, el costo de los equipos electrónicos utilizados y el aumento de infraestructura de las estaciones base que son implementadas, en algunos casos, la transmisión de señales requiere de un incremento en la potencia, debido a las altas pérdidas causadas por las características relacionadas con la forma de transportar información sobre un medio específico, lo cual genera inconvenientes en su implementación. Algunos de estos inconvenientes son solucionados con la tecnología de radio sobre fibra la cual es una de las soluciones más prometedoras para las redes de acceso en la actualidad [2].

Planteamiento del Problema

Actualmente no se encuentra disponible el servicio de cuarta generación de comunicaciones móviles en diferentes zonas rurales de Colombia, entre ellas la delimitada por el valle de Ubaté. En consecuencia el país se ve enfrentado a un obstáculo en el desarrollo tecnológico y económico teniendo en cuenta que para el año 2013 el 80% de la población tenía acceso al servicio de internet según un artículo de la Revista Portafolio

C a p í t u l o 1 | 3

3

pero solo el 64% de las casas en ciudades de más de 200 mil habitantes cuenta con conexión, más de la mitad de los suscriptores de Internet está en las grandes ciudades, de las cuales Bogotá tiene una cuota de 39.7 por ciento y Medellín de 13.4, mientras que en todos los municipios del país sumados sólo hay un 13.3 por ciento de suscriptores [3] y que Colombia alcanzó un total 47.313.686 abonados en servicio de telefonía móvil al finalizar el segundo trimestre de 2013 (MinTIC).

Según el Plan vive digital del MinTIC, el acceso a internet inalámbrico de banda ancha se ve concentrado en las ciudades de Bogotá, Medellín y Cali con el mayor número de usuarios contrastando con departamentos como Guainía, Guaviare, Vaupés y Vichada los cuales son los que menos usuarios tienen. Ahora con la implantación de la nueva tecnología de 4G se observa que para que el país se convierta en un líder en la producción de aplicaciones para superar la pobreza la mayor parte de su población debe tener acceso a la información y a las tecnologías.

En las zonas donde no se tiene acceso a estas tecnologías se genera una brecha social debido a que la educación es de más baja calidad, los prestadores de servicio de 4G ven limitado su mercado ya que la infraestructura está enfocada en tan solo una parte del país, teniendo en cuenta que actualmente en el país solo el 29% cuenta con servicio de banda ancha por fibra óptica. En este proyecto se busca realizar un estudio de alternativas para que la red troncal del PNFO (Plan Nacional de Fibra Óptica) transporte señales del segmento móvil de forma transparente usando técnicas de transmisión basadas en el concepto de radio sobre fibra.

Justificación

Debido a la necesidad en Colombia de tener un mayor y más rápido acceso a la información, que dé como consecuencia un desarrollo que acerque el país a un mundo más competitivo, es primordial que la gran mayoría de los habitantes de Colombia, en lo posible, tengan derecho a ser beneficiados con los servicios que ofrece una red de 4G con el fin de cerrar la brecha tecnológica que se tiene actualmente con otras naciones en este mismo entorno. En el sector empresarial la banda ancha móvil abre mercados regionales e internacionales que contribuye a un crecimiento económico y social del país. Por otro lado, la masificación de internet puede servir como medio para combatir la pobreza y crear empleo ya que con el acceso a internet de los estratos más bajos se obtendrán una mejora socioeconómica y con esto la modernización y el desarrollo del país.

4 | P r e s e n t a c i ó n

4

Teniendo en cuenta la posibilidad que las empresas privadas, prestadoras de servicio 4G que en este momento no tienen cobertura en el valle de Ubaté, logren tener acceso a la zona generando mayor cobertura del servicio.

Objetivos

Objetivo General

Analizar diferentes alternativas de transporte de tecnologías 4G a través de fibra óptica para la zona del valle de Ubaté usando la infraestructura del plan nacional de fibra óptica.

Objetivos Específicos

Reconocer las características generales de la infraestructura física del plan nacional de fibra óptica.

Identificar las diferentes alternativas de transporte de servicios 4G sobre una infraestructura de fibra óptica.

Analizar las limitaciones relacionadas con la transmisión de señales de radio frecuencia sobre enlaces de fibra óptica.

C a p í t u l o 1 | 5

5

Evaluar mediante simulación el comportamiento, en términos de calidad de señal, un sistema de backhaul inalámbrico implementado mediante técnicas de transmisión de radio sobre fibra, aplicado a un segmento de la red nacional de fibra óptica.

6 | P l a n N a c i o n a l d e F i b r a Ó p t i c a

6

1. Plan Nacional de Fibra Óptica

Capítulo 2

Plan Nacional de Fibra Óptica (PNFO) El ministerio de tecnología para la información y las telecomunicaciones (MinTIC) de la república de Colombia desde el año 2011 se encuentra en el desarrollo y elaboración de un proyecto que tiene como objetivo fortalecer la red troncal de telecomunicaciones en lugares donde no se cuenta con soluciones ópticas, desplegando redes de transporte de fibra óptica en 753 municipios, como se observa en la figura 2.1 donde se muestran los nodos para cada uno de los municipios. Con el propósito de pasar del 26% al 96% de municipios con este tipo de redes, facilitando el acceso a la información mediante el aumento del número de conexiones a internet.

Figura 2.1. Distribución de nodos del PNFO [4].

C a p í t u l o 2 | 7

7

1.1. Aspectos Técnicos del Proyecto

Los servicios que prestará el PNFO corresponden al servicio de transporte, y el servicio de acceso a internet de banda ancha enfocado a instituciones públicas, teniendo en cuenta los aspectos de calidad, niveles de servicio.

1.1.1. Servicio de Transporte La infraestructura de red de transporte de PNFO tiene la capacidad de conectarse con redes existentes y futuras. Con el fin de garantizar comunicación con los municipios que ya cuentan con fibra óptica y así tener conexiones con las redes nacionales e internacionales [5].

2.1.1.1. Fibra Óptica Los tramos de fibra óptica utilizados para realizar la conexión entre municipios, tiene un mínimo de 24 hilos, siguiendo la recomendación ITU-T G. 652D [5].

La recomendación ITU-T G. 652 describe los atributos geométricos, mecánicos y de transmisión de la fibra óptica monomodo. Esta recomendación corresponde a fibras optimizadas para la transmisión de longitudes de onda de 1310 nm y también utilizado en la región de 1550 nm y de acuerdo a la subcategoría ITU-T G. 652D se agrega la región 1383 nm. La categoría G. 652D presenta mejoras como lo es la baja atenuación, menor dispersión, y bajo PMD (Dispersión de Modo de Polarización)[6].

Tabla 2.1. Atributos de ITU-T G. 652 D [6].

ATRIBUTOS DE LA FIBRA

Atributo Detalle Valor

Diámetro del campo modal Longitud de onda 1310 nm

Rango de valores nominales

8.6-9.5 μm


8

Tolerancia ±0.6 μm

Diámetro del revestimiento Nominal 125.0 μm

Tolerancia ±1 μm

Error de concentricidad del núcleo

Máximo 0.6 μm

No circularidad del revestimiento

Máximo 1.0%

Longitud de onda de corte del cable

Máximo 1260 nm

Pérdida de macro curvas Radio 30 mm

Número de vueltas 100

Máximo a 1625 nm 0.1 dB

Tensión de prueba Mínimo 0.69 GPa

Coeficiente de dispersión cromática

λ0min 1300 nm λ0max 1324 nm

S0max 0.092 ps/nm2

× km ATRIBUTOS DEL CABLE

Atributo Detalle

Coeficiente de atenuación

(Nota 1)

Máximo de 1310 nm a 1625 nm (Nota 2)

0.4 dB/km

Máximo a 1383 nm

± 3 nm (Nota 3)

0.4 dB/km

Máximo a 1550 nm 0.3 dB/km

Coeficiente de PMD

(Nota 4)

M 20 cables

Q 0.01%

Máximo PMDQ

0.20 ps/ km

Nota 1: Los valores del coeficiente de atenuación que figuran en la tabla 2.1 no se deben aplicar a los cables cortos tales como cables de arranque, cables interiores y los cables de acometida.

Nota 2: Esta región de longitud de onda se puede extender de 1260 nm al valor de atenuación de 1310 nm mediante la adición de 0,07 dB / km inducida por las pérdidas de dispersión de Rayleigh.

Nota 3: El coeficiente medio de atenuación en esta longitud de onda debe ser menor que o igual que el valor máximo especificado para el rango de 1310 nm a 1625 nm, después de envejecimiento de hidrógeno.

Nota 4: De acuerdo con la cláusula 6.2 (Polarization Mode Disperrtion) de la recomendación ITU-T G. 652D, se especifica un valor máximo PMD en la fibra no cableada con el fin de apoyar la exigencia principal en PMD del cable [6].

A continuación, en la Tabla 2.2, se observa las principales características de la fibra utilizada en el PNFO.

Tabla 2.2. Valores típicos comunes ITU-T G. 652 D [6].

Coeficiente de atenuación

Región de longitud de onda

Valor típico del enlace

C a p í t u l o 2 | 9

9

1260 nm-1360 nm 0,5 dB/km

1530 nm-1565 nm 0,27 dB/km-0,28 dB/km

1565 nm-16XX nm (nota 1)

0,35 dB/km

Coeficiente de dispersión cromática

D1550 17 ps/nm·km

S1550 0,056 ps/nm2 ·km

Retardo de grupo diferencial (DGD)

Longitud de referencia del enlace

400 km

Longitud típica máxima de la sección de cable

10 km

DGD máximo 25 ps

Probabilidad máxima 6,5·km–8

Nota 1: La longitud de onda máxima en esta banda no se ha determinado definitivamente. Sin embargo, XX es menor o igual a 25 nm.

Las características y especificaciones de la fibra óptica deberá cumplir con las recomendaciones ITU-T serie G600 a serie G900, en relación con la red de transporte y fibra óptica [5].

2.1.1.2. Tramo Óptico El tramo óptico es el segmento de fibra comprendido entre un municipio que ya cuenta con conexión a fibra óptica y un municipio a conectar desarrollando el PNFO o entre dos municipios nuevos a conectar con este proyecto.

Este tramo óptico debe garantizar una capacidad mínima de 2Gbps, la cual debe estar disponible en la fase de operación, para lo cual se puede realizar las expansiones de red de fibra óptica bajo las siguientes opciones:

-Punto de inicio:

Nodo de un municipio ya conectado.

Nodo nuevo o existente de un municipio a conectar con el PNFO.

-Punto de llegada:

Nodo nuevo o existente de un municipio a conectar con el PNFO [5].

2.1.1.3. Elementos Activos y Pasivos Los equipos de transporte deberán garantizar las interfaces apropiadas y las funcionalidades para el transporte de capacidad desde o hacia redes de acceso fijo y móvil, y garantizar adicionalmente la interoperabilidad con redes de terceros.


10

La capacidad de los equipos de transporte será mínimo de 10 Gbps. Los elementos pasivos como DDFs (Digital Distribution Frame) y ODFs (Optical Fiber Distribution Frame ) se adicionarán a la parte de desagregación de las interfaces [5].

2.1.1.4. Sistemas de Soporte Los sistemas de soporte para el correcto funcionamiento de la red de transporte óptico son: Aire acondicionado, banco de baterías, equipos de extinción de fuego, sistemas de tierra, sistema eléctrico (debe cumplir el reglamento de instalaciones eléctricas – RETIE y las del código eléctrico colombiano) [5].

2.1.1.5. Sistema de Gestión de Red Un sistema de gestión de red permite hacer un monitoreo, supervisión, administración y gestión de cada uno de los equipos de trasporte y acceso instalados. Este sistema es instalado en el centro de operaciones (NOC).

El sistema debe contar con terminales nuevos e independientes para el proyecto y deberá cumplir la recomendación UIT-T M.3010 que da las pautas de modelo de arquitectura física, funcional y de información [5].

2.1.2. Red De Acceso Como el principal objetivo del PNFO es la prestación del servicio de acceso a internet de banda ancha lo cual se puede hacer mediante:

Tecnologías punto-multipunto (Wimax, Wifi, etc);

Tecnología inalámbricas punto a punto (PDH).

Tecnología alámbrica (xDSL, Coaxial, FTTH, etc).

Combinación de las anteriores. Se tendrá en cuenta que en ningún componente se podrá utilizar tecnología satelital como solución de red acceso [5].

2.1.3. Calidad Los indicadores de calidad se refieren a:

Disponibilidad del tramo óptico y disponibilidad promedio de red.

Disponibilidad del servicio de acceso a internet.

2.1.3.1. Disponibilidad del Tramo Óptico y Disponibilidad Promedio de Red La disponibilidad se refiere a la cantidad de tiempo que el servicio debe estar disponible de la capacidad de transporte por tramo durante un mes, cumpliendo la funcionalidad y el nivel de servicio requerido. Se mide con porcentaje el cual representa el tiempo que el servicio debe estar disponible. Cuando se presenta una falla empieza a contar el tiempo para calcular la disponibilidad del servicio [5].

Para medir la disponibilidad del servicio se hace mediante la siguiente ecuación:

DSi = (1 −∑ 𝐼𝐹𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎

𝑇𝐴) 𝑥100 % (2.1)

DSi = Disponibilidad del servicio en cada tramo óptico.

i = número de tramo óptico.

https://en.wikipedia.org/wiki/Optical_fiber

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11

IF = intervalo de falla. Tiempo en horas en el cual el servicio no estuvo disponible durante un mes calendario.

TA = Tiempo de actividad del servicio. Tiempo en horas en el cual el servicio debería estar disponible durante un mes calendario.

La disponibilidad promedio es de al menos 97.50 % como se muestra en la Tabla 2.3 [5].

Tabla 2.3. Disponibilidad a garantizar por tramo óptico [5].

Grupos de municipios

Distancia desde la Capital de departamento hasta el municipio a conectar (Km) por vías terrestres

Disponibilidad mínima por tramo óptico a garantizar

Disponibilidad mínima de Red a garantizar

Grupo A 0 – 100 99,00%

97,50%

Grupo B 101-150 98,00%

Grupo C 151-200 97,00%

Grupo D > 200 96,00%

Total

2.1.3.2. Velocidad Efectiva de Navegación La velocidad efectiva para el servicio de internet de banda ancha está definida en la resolución 2352 de 2010, que modificó la resolución 1740 de la CRC (Comisión de Regulación de Comunicaciones) y que corresponde a:

ISP hacia usuario o “Downstream” de 1024 Kbps.

Usuario hacia ISP o “Upstream” de 512 Kbps.

2.1.3.3. Disponibilidad del Acceso a Internet Para medir la disponibilidad se utilizará la siguiente ecuación:

DSI = (1 −∑ 𝐼𝐹𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎

𝑇𝐴) 𝑥100 % (2.2)

DSI = Disponibilidad del servicio por Institución.

IF = intervalo de falla. Tiempo en horas en el cual el servicio no estuvo disponible en cada institución.

TA = Tiempo de actividad del servicio. Tiempo en horas en el cual el servicio debería estar disponible en cada institución, cuyo valor es 24 horas por el número de días calendario del mes medido [5].


12

El esquema de medición de disponibilidad descrito que aplica a cada institución conectada se muestra en la Tabla 2.4:

Tabla 2.4. Disponibilidad a garantizar servicio de internet [5].

Grupos de Municipios

Distancia desde la Capital de departamento hasta el municipio a conectar (Km) por vías terrestres

Disponibilidad

mínima del servicio de Internet

Grupo A 0 – 100 99%

Grupo B 101-150 98%

Grupo C 151-200 97%

Grupo D > 200 96%

2.2. Arquitectura de Red del PNFO

El PNFO provee los servicios de telefonía e internet por medio de un Backbone multiservicios que utiliza IP/MPLS como transporte y se integra con una red de fibra óptica y un acceso conformado por equipos de acceso WiFi, radios punto-multipunto y GPON.

La arquitectura de red establecida consta de 4 capas de transporte y una de servicios como se muestra en la figura 2.2.

Figura 2.2. Arquitectura de Red del PNFO (imagen proporcionada por AZTECA

comunicaciones Colombia).

2.2.1. Capa de Acceso La capa de acceso se encarga de proveer los servicios de telecomunicaciones al usuario final. Por medio de una plataforma de transporte de paquetes ópticos Ericcson SPO 1410

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13

la cual se encarga de distribuir canales de comunicación a los diferentes puntos de acceso los cuales se encargarán de brindar el servicio de internet al usuario.

En esta capa el servicio parte de una central GPON OLT (Terminal de Línea Óptica) que consta de un elemento activo situado en la central telefónica. De él parten las fibras ópticas hacia los usuarios. Agrega el tráfico proveniente de los clientes y lo encamina hacia la red de agregación. Realiza funciones de enrutador para poder ofrecer todos los servicios demandados por los usuarios. Este se encuentra conectado a un splitter o divisor óptico que se encarga (como su nombre lo indica) de dividir la señal proveniente de la terminación de línea óptica y repartir las señales resultantes a las diferentes terminales de red óptica (ONTs) que brindarán finalmente el servicio de internet a cada hogar, como se muestra en la figura 2.3.

Para esta etapa se usa tecnología Ethernet (conmutadores, repetidores, enrutadores, entre otros dispositivos) al igual que radios PMP (Punto Multipunto) marca RadWin los cuales ayudan a reducir el espectro de frecuencias utilizado para varios usuarios, tecnología y cableado WiFi (BelAir y Ubiquiti) y terminales GPON marca Huawuei.

Figura 2.3. Estructura de Red GPON correspondiente a la capa de acceso (imagen

proporcionada por AZTECA comunicaciones Colombia).

2.2.2. Capa de Agregación Las agregaciones de enlaces, también llamadas truncaciones, son un grupo de diversas interfaces de un sistema que se configuran juntas, como una única unidad lógica, a fin de aumentar el rendimiento del tráfico de red[7].

Las agregaciones de enlaces tienen las siguientes funciones:

Ancho de banda ampliado: la capacidad de varios enlaces se combina en un enlace lógico.

Conmutación por error y conmutación por recuperación automáticas: gracias a la compatibilidad con la detección de fallos basada en enlaces, el tráfico que


14

proviene de un enlace con errores se conmuta a otros enlaces que estén funcionando en la agregación.

Administración mejorada: todos los enlaces subyacentes se administran como una única unidad.

Menos drenaje en la agrupación de direcciones de red: puede asignarse una dirección IP a la agregación completa.

Protección de enlaces: puede configurar la propiedad de enlace de datos que activa la protección de enlaces para los paquetes que fluyen por la agregación.

Gestión de recursos: las propiedades de enlace de datos para los recursos de red y las definiciones de flujos le permiten regular el uso de los recursos de red que hacen las aplicaciones [7].

En esta etapa se usan sistemas SPO 1410/1460 las cuales son plataformas multiservicio de eficiencia energética que se han desarrollado específicamente para redes de acceso y metropolitano. Los sistemas pueden ser configurados para la transmisión de datos TDM o Ethernet, así como para un funcionamiento mixto. En particular, los sistemas permiten la transmisión de los servicios Ethernet sobre SDH (Jerarquía Digital Sincrónica) estructuras existentes. Opcionalmente interfaces de WDM (Multiplexación por división de Longitud de onda) disponibles maximizan la capacidad de fibra óptica y la flexibilidad de las redes de agregación. Por lo tanto, los sistemas deben proporcionar una solución óptima para backhaul móvil y aplicaciones de transporte de metro. Los SPO 1410 (6 ranuras) y SPO 1460 (16 ranuras) tienen diversas tarjetas de interfaz modular para la agregación redundante y conexiones de datos de distribución. También es usado un Router Provider Edge (PE) Smart Edge 600, el cual es un enrutador entre el área de un proveedor de servicios de red y áreas administradas por otros proveedores de la red [8].

2.2.3. Capa de Concentración Esta capa se encuentra conformada por routers de concentración o concentradores que unifican el tráfico de varios agregadores en un departamento. Por lo general existe un concentrador por departamento.

El enrutador o encaminador de proveedores router (Provider) en la red MPLS, es un router de conmutación de etiquetas (LSR) que funciona como un router de transito de la red central (router central). Se conecta a uno más routers PE (Provider Edge) [9].

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15

Figura 2.4. Ejemplo de una red básica (MPLS) con router P [10].

En la figura 2.4 se tiene una red desde el proveedor de servicios y un cliente. El router PE1 es el router entre el portador regional y la red upstream, PE2 es la conexión con el cliente y el router P es el router interno (nube MPLS) para el portador.

Los router PE ejecutan BGP (Border Gateway Protocol) protocolo mediante el cual se intercambia información de encaminamiento o ruteo en los sistemas autónomos. El router de concentración P no ejecuta BGP y esto trae como ventaja el ahorro de recursos en los routers y los gastos administrativos en mantenimiento, pero trae una desventaja que si una trama se convierte en Unlabeled (no marcada) El router central P no es capaz de reenviarla.

Los tres equipos o elementos que se ubican en la nube MPLS routers PE y P ejecutan OSPF (Open Shortest Path First) protocolo del camino más corto primero, protocolo de red para encaminar de manea jerárquica de IGP (Interior Gateway Protocol) [10].

2.2.4. Capa Backbone IP/MPLS La versión actual de IP, conocida como IPv4, lleva operando desde el año 1980. Se suele usar junto con TCP (Transmission Control Protocol) para garantizar la entrega de los paquetes en los servicios orientados a la conexión, en la década de los 90 la demanda de ISP (internet service providers) de aplicaciones con alta demanda de ancho de banda y una calidad de servicio garantizada, por esta razón se introdujo ATM (Asyncronous Transfer Mode) en la capa de enlace de las redes. El modelo de IP/ATM satisfacía los requerimientos de las nuevas aplicaciones, utilizando encaminamiento inteligente de nivel 3 de routers IP, alta velocidad de los conmutadores nivel 2 y los circuitos permanentes virtuales de los switchs ATM en la red troncal. No obstante, esta arquitectura presenta ciertas deficiencias provocadas por: problemas al tratar de operar dos tecnologías distintas, la aparición de switchs ATM e IP de alto rendimiento en las redes troncales, y mayor capacidad de transmisión ofrecida por SDH/SONET (Synchronous Digital Hierarchy / Synchronous OPtical NETwork) y DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing)


16

respecto a ATM, y en 1997 el IETF (Internet Engineering Task Force) establece un grupo de trabajo denominado MPLS (Multiprotocol Label Switching) [11].

En 1998 fue definido MPLS como estándar (RFC3031). MPLS proporciona los beneficios del modelo de tráfico de IP/ATM y le adiciona otras ventajas como: operación y diseño de red más sencillo, mayor escalabilidad, está diseñado para operar sobre cualquier tecnología a nivel de enlace, facilitando las redes ópticas de próxima generación basadas en infraestructura SDH/SONET y DWDM. MPLS es un estándar de IP de conmutación de paquetes, que trata de proporcionar algunas características de las redes orientadas a la conexión a las redes no orientadas a la conexión [11].

Figura 2.5. Ejemplo de una red MLPS [11].

En la figura 2.5 vemos un ejemplo de una red MPLS, donde encontramos que un concepto muy importante de éste tipo de redes es el de LSP (Label Switch Path), que es un camino de tráfico específico a través de la red MPLS, el cual se crea utilizando los LDPs (Label Distribution Protocols), tales como RSVP-TE (ReSerVation Protocol – Traffic Engineering) o CR-LDP (Constraint-based Routing – Label Distribution Protocol); siendo el primero el más común. El LDP posibilita a los nodos MPLS descubrirse y establecer comunicación entre sí con el propósito de informarse del valor y significado de las etiquetas que serán utilizadas en sus enlaces contiguos. Es decir, mediante el LDP se establecerá un camino a través de la red MPLS y se reservarán los recursos físicos necesarios para satisfacer los requerimientos del servicio previamente definidos para el camino de datos [11].

Una red MPLS está compuesta por dos tipos principales de nodos, los LER (Label Edge Routers) y los LSR (Label Switching Routers), tal y como se muestra en el ejemplo de la Figura 2.5. Los dos son físicamente el mismo dispositivo, un router o switch de red troncal que incorpora el software MPLS; siendo su administrador, el que lo configura para uno u otro modo de trabajo. Los nodos MPLS al igual que los "routers" IP normales, intercambian información sobre la topología de la red mediante los protocolos de encaminamiento estándar, tales como OSPF (Open Shortest Path First), RIP (Routing

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17

Information Protocol ) y BGP (Border Gateway Protocol), a partir de los cuales construyen tablas de encaminamiento basándose principalmente en la alcanzabilidad a las redes IP destinatarias. Teniendo en cuenta dichas tablas de encaminamiento, que indican la dirección IP del siguiente nodo al que le será enviado el paquete para que pueda alcanzar su destino final, se establecerán las etiquetas MPLS y, por lo tanto, los LSP que seguirán los paquetes. No obstante, también pueden establecerse LSP que no se correspondan con el camino mínimo calculado por el protocolo de encaminamiento [11].

Las principales conexiones troncales de esta red, como se muestra en la figura 2.6, están ubicados en cinco ciudades importantes del país las cuales son: Cali, Barranquilla, Bucaramanga, Medellín y Bogotá en las cuales está ubicado en cada una un router de núcleo, este router es un smart service router 8020 (SR 8020) a lo que a su vez están conectados a dos router del "core" diferentes (SE 1200) por efectos de redundancia.

Figura 2.6. Principales conexiones troncales de la red Backbone del PNFO

(imagen proporcionada por AZTECA comunicaciones Colombia).

2.2.5. Capa de Servicio en el Borde (Service Edge) Esta es la primera de las etapas es donde se tiene la descripción de las arquitecturas de servicios, los cuales son prestados por medio de la red de fibra óptica teniendo en cuenta que en la parte de acceso se presta con equipos WIFI, radios punto- multipunto y GPON.

En la capa de servicio se describe funcionalidades de acceso a internet y otros servicios por fuera de la red, actualmente el único servicio es internet de banda ancha (instituciones públicas y wifi). Esta capa se encarga de la distribución de contenido, aplicaciones, control y seguridad para los usuarios. Se describirá a continuación cada arquitectura de servicios:


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ISP (INTERNET SERVICE PROVIDER) Las IPS son intermediarios en plataformas electrónicas abiertas, no toman parte del proceso de creación o selección de información, simplemente posibilitan técnicamente el proceso. La función básica y más importante de los IPS es proveer el acceso a internet a los distintos abonados, otras de la funciones es el acceso a cuentas de correo y a grupos de noticias, existen también espacios para que los usuarios suban sus propias páginas. Los proveedores también producen su propio contenido [12].

IDC (INTER-DOMAIN CONTROLLER) Presta los servicios de red de forma dinámica a través de múltiples dominios administrativos, este tipo de arquitectura soporta redes dinámicas por lo cual los recursos de red (ancho de banda, vlan, etc.) se solicitan por los usuarios finales y son provisionadas automáticamente por el software y puestos en libertad cuando ya no están en uso. Esto contrasta con las redes estáticas donde la configuración se hace manual por los operadores de redes [13].

IMS (IP MULTIMEDIA SUBSYSTEM) El IMS es de igual manera llamada por “NGN MULTIMEDIA” (Next Generation Network) entonces la estructura IMS es una decisión estratégica que puede ser tomada por cualquier operador de telecomunicaciones proponiendo un nuevo posicionamiento en el mercado de los servicios sobre IP [14].

Este tipo de infraestructura de redes convergentes (internet y voz). El IMS es concebido para ofrecer a los usuarios la posibilidad de establecer sesiones multimedia usando alta velocidad y la conmutación de paquetes IP. Provee una red IP multi-servicio, multi-acceso, segura y confiable:

Multi-servicios: todo tipo de servicios ofrecidos por una red “core” soportando diferentes niveles de calidad de servicio ofrecidos.

Multi-acceso: toda red de acceso “banda ancha”, fija y móvil, podrá interconectarse al IMS [14]. El equipo destinado en esta etapa es el Smart servise router 8010

2.3. Backbone

EL PNFO contempla un blackbone IP-MPLS siendo esta una tecnología fiable, de gran rendimiento y con altos niveles de escalabilidad que permite cumplir con todos los requerimientos de ancho de banda.

MPLS (Multiprocol Label Switching) es una tecnología que ocupa un lugar privilegiado en las redes de transporte. La principal característica se basa en el reenvío de paquetes en etiquetas adosadas a cada paquete, se ubican en los encabezados de capa 2 y capa 3, logrando que los equipos (entrada y salida) sean únicos en la red que realizan enrutamiento, así se obtiene mayor velocidad en el tratamiento de los paquetes ya que la conmutación al interior de la red se realiza teniendo en cuenta la etiqueta de cada paquete [15].

Las figuras 2.7 y 2.8 muestran una topología simplificada del PNFO y el Backbone general del PNFO respectivamente.

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19

Figura 2.7. Topología simplificada del PNFO (imagen proporcionada por AZTECA comunicaciones Colombia).


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Figura 2.8. Red Backbone del PNFO (imagen proporcionada por AZTECA comunicaciones Colombia)

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La red de Backbone del PNFO tiene un punto de inicio el cuál es el enrutador denominado PE 1200, tiene un loopback ID: 172.16..8.13/32 y se conecta por medio de La terminal (.114), con IP 192.168.1.112/30 y VLAN: 100 su punto destino es el enrutador SSR 8020 con loopback ID: 172.16.8.28/32, terminal (.113).

Del enrutador SSR 8020 nombrado en el parágrafo anterior se hace la conexión con cada uno de los departamentos (Acceso al Backbone), mostrados a continuación:

La información de las tablas 2.5 a la 2.15 en las cuales se muestran los datos de la topología de cada departamento que componen el PNFO se tomó de la Figura 2.8. Adicionalmente, de la figura 2.9 a la figura 2.19 se muestra la topología de cada departamento con una descripción más detallada.

2.3.1. Norte de Santander Tabla 2.5. Datos Topología para norte de Santander PNFO.

NODO CONEXIÓN MUNICIPIOS

CONECTADOS

CN_ER_SE12_NS_CUC_SANMATEO_1

LOOPBACK:172.16.8.38/32

UBICACIÓN: CUCUTA SAN MATEO

VECINOS: BGP:172.16.8.28/32

NODO: SSR 8020 (.97)

INTERFAZ: (.98)

VLAN: 1427

IP:192.168.1.96/30

BOCHALEMA

HERRAN

RAGONVALIA

CHINACOTA

DURAINA

SAN CAYETANO

EL ZULIA

PTO SANTANDER

TIBU

NODO: CN_ER_SE12_NS_TDO_1 (.30)

INTERFAZ: (.29)

VLAN: 910

IP:192.168.0.28/30

NODO: CN_ER_SE12_NS_STG_1 (.54)

INTERFAZ: (.53)

VLAN: 930

IP:192.168.0.52/30

CN_ER_SE12_NS_TDO_1

LOOPBACK:172.16.8.37/32

NODO: SSR 8020 (.93)

INTERFAZ: (.94)

PAMPLONITA

SILOS


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UBICACIÓN:TOLEDO

VECINOS: BGP: 172.16.8.28/32

VLAN: 1424

IP:192.168.1.92/30

CHITAGA

CACOTA

LABATECA NODO:CN_ER_SE12_NS_CUC_SANMATEO_1 (.29)

INTERFAZ: (.30)

VLAN: 910

IP:192.168.0.28/30

CN_ER_SE12_NS_STG_1

LOOPBACK:172.16.8.39/32

UBICACIÓN:SANTIAGO

VECINOS: BGP: 172.16.8.28/32

NODO: CN_ER_SE12_NS_CUC_SANMATEO_1 (.23)

INTERFAZ: (.54)

VLAN: 930

IP:192.168.0.52/30

SALAZAR

ARBOLEDAS

CUCUTILLA

LOURDES

BUCARASICA

Figura 2.9. Topología para norte de Santander PNFO (imagen proporcionada por AZTECA comunicaciones Colombia).

2.3.2. Tolima Tabla 2.6. Datos Topología para Tolima PNFO.

NODO CONEXIÓN MUNICIPIOS CONECTADOS

CN_ER_SE12_TO_IBA_MIROLINDO_1 NODO: SSR 8020 ROVIRA

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LOOPBACK:172.16.8.35/32 UBICACIÓN: IBAGUE MIROLINDO VECINOS: BGP:172.16.8.28/32

(.1) INTERFAZ: (.2) VLAN: 1421 IP:192.168.1.0/30

VALLE DE S. JUAN ALVARADO SAN LUIS PIEDRAS NODO:

AG_ER_SE06_TO_AGY_1 (.38) INTERFAZ: (.37) VLAN: 950 IP:192.168.0.36/30

NODO: AG_ER_SE06_TO_FLA_1 (.34) INTERFAZ: (.33) VLAN: 920 IP:192.168.0.32/30

NODO: AG_ER_SE06_TO_VEN_1 (.42) INTERFAZ: (.41) VLAN: 940 IP:192.168.0.40/30

NODO: AG_ER_SE06_TO_PRA_1 (.46) INTERFAZ: (.45) VLAN: 930 IP:192.168.0.44/30

AG_ER_SE06_TO_AGY_1 LOOPBACK:172.16.8.44/32 UBICACIÓN: ARMERO VECINOS: BGP:172.16.8.28/32

NODO:CN_ER_SE12_TO_IBA_MIROLINDO_1 (.37) INTERFAZ: (.38) VLAN: 950 IP:192.168.0.36/30

FRESNO VILLA HERMOSA FALAN PALO CABILDO MURILLO CASA BLANCA HERVEO

AG_ER_SE06_TO_FLA_1 LOOPBACK:172.16.8.45/32 UBICACIÓN: FLANDES VECINOS: BGP:172.16.8.28/32


SUAREZ CUNDAY VILLARICA CARMEN DE APICAL COELLO

AG_ER_SE06_TO_VEN_1 LOOPBACK:172.16.8.43/32 UBICACIÓN: VENADILLO VECINOS: BGP:172.16.8.28/32


BELTARN LERIDA AMBALEMA SANTA ISABEL ANZOATEGUI

AG_ER_SE06_TO_PRA_1 LOOPBACK:172.16.8.46/32 UBICACIÓN: PRADO

NODO:CN_ER_SE12_TO_IBA_MIROLINDO_1 (.46)

RONCESVALLES SAN ANTONIO


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VECINOS: BGP:172.16.8.28/32 INTERFAZ: (.45) VLAN: 950 IP:192.168.0.36/30

COYAIMA ATACO ALPUJARRA DOLORES ORTEGA

Figura 2.10. Topología de Tolima PNFO (imagen proporcionada por AZTECA


2.3.3. Nariño Tabla 2.7. Datos Topología para Nariño PNFO.


CN_ER_SE12_NR_PAS_JAMONDINO_1 LOOPBACK:172.16.8.47/32 UBICACIÓN: PASTO JAMONDINO VECINOS: BGP:172.16.8.28/32

NODO: SSR 8020 (.5) INTERFAZ: (.6) VLAN: 1426 IP:192.168.1.4/30

CHACHAGUI

NODO: AG_ER_SE06_NR_TAB_1 (.66) INTERFAZ: (.65) VLAN: 930 IP:192.168.0.64/30

NODO: AG_ER_SE06_NR_GCH_1 (.70) INTERFAZ: (.69) VLAN: 950

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IP:192.168.0.68/30

NODO: AG_ER_SE06_NR_TGA_1 (.74) INTERFAZ: (.73) VLAN: 920 IP:192.168.0.72/30

NODO: AG_ER_SE06_NR_NAI_1 (.78) INTERFAZ: (.77) VLAN: 910 IP:192.168.0.76/30

NODO: AG_ER_SE06_NR_ABN_1 (.82) INTERFAZ: (.81) VLAN: 940 IP:192.168.0.76/30

AG_ER_SE06_NR_TAB_1 LOOPBACK:172.16.8.48/32 UBICACIÓN: TABLON DE GOMEZ VECINOS: BGP:172.16.8.28/32

NODO:CN_ER_SE12_NR_PAS_JAMONDINO_1 (.65) INTERFAZ: (.66) VLAN: 930 IP:192.168.0.64/30

SAN LORENZO LA UNION TAMINANGO SAN PEDRO DE CARTAGO ARBOLEDA BUESACO

AG_ER_SE06_NR_GCH_1 LOOPBACK:172.16.8.49/32 UBICACIÓN: GUACHUCAL VECINOS: BGP:172.16.8.28/32


CUMBAL CUASPUD CONTADERO PUERRES CORDOBA POTOSI

AG_ER_SE06_NR_TGA_1 LOOPBACK:172.16.8.50/32 UBICACIÓN: TANGUA VECINOS: BGP:172.16.8.28/32


ILES FUNES IMUES YACUANQUER OSPINA SAPUYES TUQUERRES GUAITARILLA

AG_ER_SE06_NR_NAI_1 LOOPBACK:172.16.8.46/32 UBICACIÓN: NARIÑO VECINOS: BGP:172.16.8.28/32


SANDONA LA FLORIDA EL TAMBO EL PEÑON SANTACRUZ SAMANIEGO PROVIDENCIA CONSACA ANCUYA LINARES

AG_ER_SE06_NR_ABN_1 NODO: LA CRUZ


26

LOOPBACK:172.16.8.52/32 UBICACIÓN: ALBAN VECINOS: BGP:172.16.8.28/32

CN_ER_SE12_NR_PAS_JAMONDINO_1 (.81) INTERFAZ: (.82) VLAN: 940 IP:192.168.0.80/30

SAN BERNARDO FLORENCIA SAN PABLO COLON BELEN

Figura 2.11. Topología para Nariño PNFO (imagen proporcionada por AZTECA comunicaciones Colombia).

2.3.4. Caldas/Risaralda Tabla 2.8. Datos Topología para Caldas/Risaralda PNFO.


CN_ER_SE12_RS_VGN_1 LOOPBACK:172.16.8.34/32 UBICACIÓN: LA VIRGINIA VECINOS: BGP:172.16.8.28/32


C a p í t u l o 2 | 27

CN_ER_SE12_RS_MAN_CHIPRE_1 LOOPBACK:172.16.8.36/32 UBICACIÓN: MANIZALES CHIPRE VECINOS: BGP:172.16.8.28/32


MISTRATO RISARALDA BELEN DE UMBRIA FILADELFIA PALESTINA GUATICA QUINCHIA ANSERMA RIO SUCIO MARMATO LA MERCED

NODO: AG_ER_SE06_CL_MAZ_1 (.62) INTERFAZ: (.61) VLAN: 930 IP:192.168.0.60/30

NODO: AG_ER_SE06_CL_SJO_1 (.122) INTERFAZ: (.121) VLAN: 920 IP:192.168.0.120/30

AG_ER_SE06_CL_MAZ_1 LOOPBACK:172.16.8.41/32 UBICACIÓN: MANZANARES VECINOS: BGP:172.16.8.28/32

NODO: CN_ER_SE12_RS_MAN_CHIPRE_1 (.61) INTERFAZ: (.62) VLAN: 930 IP:192.168.0.60/30

SAMANA PENSILVANIA MARULANDA NORCASIA LA VICTORIA MARQUETALIA

AG_ER_SE06_CL_SJO_1 LOOPBACK:172.16.8.50/32 UBICACIÓN: SAN JOSE VECINOS: BGP:172.16.8.28/32

NODO: CN_ER_SE12_RS_MAN_CHIPRE_1 (.121) INTERFAZ: (.122) VLAN: 920 IP:192.168.0.120/30

LA CELIA NALBOA SAN JOSE VITERVO BELALCAZAR APIA SANTUARIO PUERTO RICO


28

Figura 2.12. Topología para Caldas/Risaralda PNFO (imagen proporcionada por AZTECA


2.3.5. Santander Tabla 2.9. Datos Topología para Santander PNFO.


CN_ER_SE12_ST_BUC_PALOS_1 LOOPBACK:172.16.8.14/32 UBICACIÓN: BUCARAMANGA PALOS VECINOS: BGP:172.16.8.28/32


ARATOCA CEPITA LOS SANTOS SNT BARBARA

NODO: AG_ER_SE06_ST_GIL_1 (.86) INTERFAZ: (.85) VLAN: 930 IP:192.168.0.84/30

NODO: AG_ER_SE06_ST_RNE_1 (.94) INTERFAZ: (.93) VLAN: 920

C a p í t u l o 2 | 29

IP:192.168.0.92/30

NODO: AG_ER_SE06_ST_ZAP_1 (.98) INTERFAZ: (.97) VLAN: 940 IP:192.168.0.96/30

AG_ER_SE06_ST_GIL_1 LOOPBACK:172.16.8.15/32 UBICACIÓN: SAN GIL VECINOS: BGP:172.16.8.28/32

NODO:CN_ER_SE12_ST_BUC_PALOS_1 (.85) INTERFAZ: (.86) VLAN: 930 IP:192.168.0.84/30

V. SN JOSE PAQRAMO OCAMONTE ENCINO COROMORO PINCHOTE BARICHARA VILLANUEVA ONZAGA MOGOTES CURITI SN JOAQUIN

NODO: AG_ER_SE06_ST_MLG_1 (.102) INTERFAZ: (.101) VLAN: 950 IP:192.168.0.100/30

AG_ER_SE06_ST_RNE_1 LOOPBACK:172.16.8.16/32 UBICACIÓN: RIO NEGRO VECINOS: BGP:172.16.8.28/32

NODO: CN_ER_SE12_ST_BUC_PALOS_1 (.93) INTERFAZ: (.94) VLAN: 920 IP:192.168.0.92/30

CHARTA TONA MATANZA SURATA CALIFORNIA VETAS LAESPERANZA CACHIRA EL PLAYON LOS SANTOS ST BARBARA CERTAQ ARATOCA

AG_ER_SE06_ST_ZAP_1 LOOPBACK:172.16.8.18/32 UBICACIÓN: ZAPATOCA VECINOS: BGP:172.16.8.28/32

NODO: CN_ER_SE12_ST_BUC_PALOS_1 (.97) INTERFAZ: (.98) VLAN: 940 IP:192.168.0.96/30

SIMACOTA PALMAS CONFINES GUAPOTA EL PALMAR EL HATO GALAN CABRERA S. V. CHUCURI CARMEN DE C. BERTULIA


30

AG_ER_SE06_ST_MLG_1 LOOPBACK:172.16.8.27/32 UBICACIÓN: MALAGA VECINOS: BGP:172.16.8.28/32

NODO: AG_ER_SE06_ST_GIL_1 (.101) INTERFAZ: (.102) VLAN: 950 IP:192.168.0.100/30

SAN ANDRES GUACA CONCEPCION CERRITO ENCISO CARACAS JOSE MIRANDA SAN MIGUEL MOLAGAVITA CAPITANEJO MACARAVITA

AG_ER_SE06_ST_WIL_1 LOOPBACK:172.16.8.19/32 UBICACIÓN: PUERTO WILCHES VECINOS: BGP:172.16.8.28/32

NODO: SSR 8020 (.101) INTERFAZ: (.102) VLAN: TBD IP:192.168.1.100/30

CANTAGALLO SAN PABLO

AG_ER_SE06_ST_PUN_1 LOOPBACK:172.16.8.22/32 UBICACIÓN: PUENTE NACIONAL VECINOS: BGP:172.16.8.28/32

NODO:CN_ER_SE12_BY_TUN_1 (.109) INTERFAZ: (.110) VLAN: 930 IP:192.168.0.108/30

GUAVATA BOLIVAR EL PEÑON SUCHE JESUS MARIA LA BELLEZA ST BARBARA

AG_ER_SE06_ST_VEL_1 LOOPBACK:172.16.8.21/32 UBICACIÓN: VELEZ VECINOS: BGP:172.16.8.28/32

NODO: CN_ER_SE12_BY_TUN_1 (.105) INTERFAZ: (.106) VLAN: 920 IP:192.168.0.104/30

CHIMA GUADALUPE GUACAMAYO ST HELENA CONTRATACION LA PAZ AGUADA CHIPATA LANDAZURI CIMITARRA PUERTO PARRA

C a p í t u l o 2 | 31

Figura 2.13. Topología para Santander PNFO (imagen proporcionada por AZTECA comunicaciones Colombia)

2.3.6. Boyacá Tabla 2.10. Datos Topología para Boyacá PNFO.


CN_ER_SE12_BY_TUN_1 LOOPBACK:172.16.8.20/32 UBICACIÓN: TUNJA VECINOS: BGP:172.16.8.28/32


TUNJA

NODO: AG_ER_SE06_ST_PUN_1 (.110) INTERFAZ: (.109) VLAN: 930 IP:192.168.0.108/30

NODO: AG_ER_SE06_ST_VEL_1 (.106) INTERFAZ: (.105) VLAN: 920 IP:192.168.0.104/30


32

Figura 2.14. Topología para Boyacá PNFO (imagen proporcionada por AZTECA


2.3.7. Antioquia Tabla 2.11. Datos Topología para Antioquia PNFO.


CN_ER_SE12_AN_MED_BALSOS_1 LOOPBACK:172.16.8.23/32 UBICACIÓN: MEDELIN VECINOS: BGP:172.16.8.28/32


MEDELLIN

NODO: AG_ER_SE06_AN_RIO_1 (.114) INTERFAZ: (.113) VLAN: 920 IP:192.168.0.112/30

NODO: AG_ER_SE06_AN_LLA_1 (.118) INTERFAZ: (.117) VLAN: 930 IP:192.168.0.116/30

AG_ER_SE06_AN_RIO_1 LOOPBACK:172.16.8.24/32

NODO:CN_ER_SE12_AN_MED_BALSO

ABEJORRAL ARGELIA

C a p í t u l o 2 | 33

UBICACIÓN: RIONEGRO VECINOS: BGP:172.16.8.28/32

S_1 (.113) INTERFAZ: (.114) VLAN: 920 IP:192.168.0.112/30

EL RETIRO GRANAAD SAN VICENTE SAN LUIS COCOMA SAN FRANCISCO

AG_ER_SE06_AN_LLA_1 LOOPBACK:172.16.8.25/32 UBICACIÓN: LLANOS DE CUIVA VECINOS: BGP:172.16.8.28/32

NODO:CN_ER_SE12_AN_MED_BALSOS_1 (.117) INTERFAZ: (.118) VLAN: 930 IP:192.168.0.116/30

TOLEDO LUTUANGO PEQUE S. J. DE LA MONTAÑA S.A. CUERQUIAI

Figura 2.15. Topología para Antioquia PNFO (imagen proporcionada por AZTECA


2.3.8. Cundinamarca Tabla 2.12. Datos Topología para Cundinamarca PNFO.


CN_AL_CU_BOG_D LOOPBACK:172.16.8.89/32 UBICACIÓN: CUNDINAMARCA

NODO: SSR 8020 (.41) INTERFAZ: (.42) ETHERNET IP:192.168.1.40/30

BOGOTA


34

CN_AL_CU_LAM LOOPBACK:172.16.8.97/32 UBICACIÓN: LA MESA


LA MESA

Figura 2.16. Topología para Cundinamarca PNFO (imagen proporcionada por AZTECA


2.3.9. Meta Tabla 2.13. Datos Topología para Meta PNFO.


CN_AL_MT_VVC LOOPBACK:172.16.8.90/32 UBICACIÓN: VILLAVICENCIO


VILLAVICENCIO

C a p í t u l o 2 | 35

Figura 2.17. Topología para Meta PNFO (imagen proporcionada por AZTECA


2.3.10. Sucre

Tabla 2.14. Datos Topología para Sucre PNFO.


CN_AL_SU_SIN LOOPBACK:172.16.8.93/32 UBICACIÓN: SINCELEJO


SINCELEJO


36

Figura 2.18. Topología para Sucre PNFO (imagen proporcionada por AZTECA


2.3.11. Guajira

Tabla 2.15. Datos Topología para Guajira PNFO.


CN_AL_GJ_ALB LOOPBACK:172.16.8.91/32 UBICACIÓN: ALBANIA


ALBANIA

C a p í t u l o 2 | 37

Figura 2.19. Topología para Guajira PNFO (imagen proporcionada por AZTECA


2.4. Equipos

Para la implementación del PNFO se usa equipos de la marca Ericsson y Acatel-Lucent. A continuación se describen los principales equipos desplegados en el proyecto.

2.4.1. ERICSSON SPO 1410/1460 De la familia POTP (Pakect Optical Transport Platform). Los Equipos SPO 1400 ofrecen la suficiente capacidad de la red metro para satisfacer la demanda de servicios (video, banda ancha móvil, servicios en la nube, etc.); realizan la convergencia metro que garantiza que los servicios fluyan sobre la red y una plataforma con un sistema de gestión; hacen que la red convergente de los sistemas IP sea simple y escalable; adicionalmente, permiten modernizar las múltiples tecnologías a una única red óptica de paquetes para todos los servicios[16]. El esquema físico de éste dispositivo lo podemos observar en la figura 2.20.

El SPO Ericsson 1400 es una familia multiservicios y soluciones de transporte de paquetes ópticos para redes metropolitanas que comprende:

SPO 1410 POTO - Acceso al Metro / Agregación

SPO 1410 POTO - Acceso al Metro / Agregación

Ventajas:

Arquitectura de paquetes hibrido TDM/OTN-WDM.

Costo total de propiedad TCO (Total Cost of Ownership) más bajo para la modernización y convergencia

Ethernet orientado a la conexión con MPLS

Compatible con las recomendaciones del MEF Forum 9 y 14, sobre la adopción de redes y servicios de Carrier Ethernet.


38

MEF CE 2.0 certificada para E-line y E_ Access

Soporta servicios basados en TDM

Simple y escalabilidad fácil a WDM

Mayor densidad de capacidad y perfil de potencia más bajo

Conectividad dentro de soporte LTE MBH y datos[16].

Figura 2.20. Ericsson SPO 1410/1460 [16]

2.4.2. ERICSSON SE 1200 El SmartEDGE 1200 MSER (Multi-Service Edge Router) consolida y simplifica el borde de la red, permitiendo a los operadores para dar cabida a más ancho de banda, más tráfico, y más suscriptores. El esquema físico de éste dispositivo lo podemos observar en la figura 2.21.

Ventajas:

El SmartEdge 1200 MSER combina la agregación Ethernet, gestión avanzada de abonado, funcionalidades PE IP / MPLS, y otros servicios avanzados en una única plataforma compacta.

Se puede duplicar la capacidad de soporte para las nuevas actualizaciones de vídeo y extender los servicios multi-play para redes de banda ancha móvil.

Se puede integrar hasta seis aplicaciones de red en un solo router.

Es compatible con más de 750.000 suscriptores en un bastidor para facilitar la entrega de IPTV, televisión de alta definición, la banda ancha y la movilidad megabit

Sus servicios avanzados incluyen la integración de características para múltiples aplicaciones, como SBG / VoIP, P2P gestión y seguridad [17].

En cuanto a flexibilidad y agilidad:

Con calidad de operador de diseño que ha sido diseñado para el despliegue de redes de operadores de todo el mundo. Además, es NEBS- y cumplen con RoHS.

C a p í t u l o 2 | 39

Arquitectura de software resistente diseño modular proporciona estabilidad y protege contra los accidentes y errores de protocolo.

De alto rendimiento reenvío de paquetes programable basado en su propio procesamiento de paquetes ASIC (PPA).

Fiabilidad a nivel de sesión compatible con el reenvío sin parar y se ejecuta sesiones de abonados sin interrupciones durante una conmutación por error del procesador de ruta.

Plataforma de enrutamiento altamente escalable con la administración y los servicios de abonado sin igual.

Soporte de hasta 256.000 abonados activos multi-play, 256.000 abonados PPP / DHCP, 512.000 VLAN de conexión cruzada y 1,5 millones de direcciones MAC.

Soporte para hasta 8000 MPLS L2 / L3 VPN, de 1280 BGP, 1280 pares t-LDP y hasta 2,5 millones de rutas BGP.

Los servicios avanzados de VoIP con SBG; aplicaciones de seguridad y P2P [17].

Figura 2.21. Ericsson SE 1200 [17].

2.4.3. ERICSSON SE 600 El SmathEdge 600 MSER (Multi-Service Edge Router) a pesar de un factor de forma compacto, ofrece un alto rendimiento y escalamiento al creciente número de suscriptores. Presenta ranuras para tarjetas de 20G hasta una máxima de 240G. Para el procesamiento de tráfico adicional, también puede apoyar ranuras para tarjetas de 40G (2:1 oversubscribed). Además, puede soportar hasta 256.000 PPP o DHCP abonados en un solo chasis. Al igual que el SE 1200, el SE 600 no es compatible con las interfaces de baja velocidad, tales como E1 / E3, o DS3. El esquema físico de éste dispositivo lo podemos observar en la figura 2.22.


40

El SE 600 es ideal para el despliegue en redes de acceso de gran tamaño para uso residencial, comercial y de servicios al por mayor. Converge la agregación Ethernet, gestión avanzada de abonado, funcionalidades PE IP / MPLS, y otros servicios avanzados y en una única plataforma compacta [18].

Ventajas:

Integra hasta seis aplicaciones de red en un solo enrutador.

Puede duplicar la capacidad de soporte para las nuevas actualizaciones de vídeo, ampliar los servicios multi-play a banda ancha de redes móviles.

Soporta más de 1,2 millones de abonados en un rack para facilitar la entrega de IPTV, televisión de alta definición, banda ancha y la movilidad megabit.

Sus servicios avanzados incluyen la integración de características para múltiples aplicaciones tales como SBG / VoIP, P2P gestión y seguridad.

Consume 10,7 mili vatios por abonado [18].

Figura 2.22. Ericsson SE 600 [18].

2.4.4. ALU 7750 SR Service Router- Mobile Gateway tiene un alto rendimiento, es flexible y ágil para

ofrecer acceso a la red de nueva generación de servicios móviles de banda ultra ancha con rendimiento excepcional y buena escalabilidad. Funciones de Gateway móviles incluye:

Gateways celulares: Para LTE y las redes de acceso de radio 2G / 3G (RAN), las 7750 funciones de gateways móviles SR pueden actuar como la gateway de servicio (SGW), PDN Gateway (PGW) y / o la gateway de nodo de soporte GPRS (GGSN) ya sea por separado o en combinación.

Trusted Wireless Access Gateway (TWAG): Cuando se implementa como un TWAG, el SR 7750 es compatible con (interworking) unidad de interfuncionamiento que envía y recibe mensajes entendiendo correctamente las señales ejecutándolas sin la ayuda de equipos externos y la sesión de continuidad entre el núcleo de paquetes para redes móviles y de confianza Wi-Fi redes de acceso de radio (RAN Wi-Fi) que soportan capacidades que incluyen acceso a la red 3GPP, la autenticación segura y cifrado RAN. El TWAG es compatible con una amplia gama de capacidades de autenticación para permitir la prestación de servicios móviles a través de la RAN Wi-Fi de confianza.

C a p í t u l o 2 | 41

Evolved Packet Data Gateway (EPDG): El 7750 como una EPDG da a los operadores la posibilidad de ampliar su presencia al proporcionar la entrega de servicios de paquetes móviles a través de acceso a la red no es de confianza, incluyendo puntos de acceso residenciales, públicos y empresariales Wi-Fi. Proporciona continuidad de la sesión cuando se pasa de celular a las redes no 3GPP no son de confianza y es compatible con una variedad de mecanismos de autenticación [19].

Ventajas y características:

Soporte de tratamiento avanzado de alto contacto en cada flujo de paquetes (clasificación, filtrado, QoS avanzada, la carga, contabilidad, etc.) aprovechando la red de silicio FP de Alcatel-Lucent

Avanzada (capa 3-7) de procesamiento de datos avión con Aseguramiento de aplicaciones de Alcatel-Lucent (AA) que proporciona la política de aplicación y nivel de abonados y la ejecución

Plataforma única y el sistema operativo de software (SO SR) proporcionar apoyo para:

o Celular (SGW, PGW, GGSN) o El acceso inalámbrico de confianza (TWAG) o Evolved Packet puerta de enlace de datos (EPDG) o Estrategia y Cargo Función de Aplicación (FEPC) o Control detección de aplicaciones (ADC) o Seguridad (IPSec) de puerta de enlace o Wi-Fi WLAN Gateway

Tecnología probada para escalar los servicios móviles de banda ultra ancha sin mermar el rendimiento en número masivo de flujos de paquetes de servicios IP.

Flexibilidad para apoyar las funciones de red virtual (NFV) con el virtual Mobile Gateway (VMG).

Cuenta con operaciones de servicios de gestión simplificada de extremo a extremo con 5620 Service Aware Manager (SAM) [19].

Nota: El esquema físico de éste dispositivo lo podemos observar en la figura 2.23.


42

Figura 2.23. ALU 7750 SR [19].

2.4.5. ERICSSON SSR 8020

La familia Ericsson SSR 8000 (Smart Services Router Family of Products - IP Service Delivery Platform) de routers de servicios inteligentes, proporciona una plataforma escalable, que ofrece servicios tanto para la infraestructura de red fija y móvil. Ofrece servicios como IP / MPLS de enrutamiento de borde y funcionalidades Evolved Packet Gateway. Permite la convergencia de red completa para los suscriptores pueden acceder a los servicios de cualquier dispositivo o lugar, Posee un procesador 4000 (SNP 4000), procesador programable en lenguaje C utilizando Linux sin codificar, el Router ofrece una plataforma multi-aplicación con servicios de la Capa 2 a Capa 7 con buen rendimiento [20]. El esquema físico de éste dispositivo lo podemos observar en la figura 2.24.

Con una capacidad de backplane de 16 Tbps y una estructura de conmutación sin bloqueo, permitiendo una escalabilidad dependiendo de la demanda de ancho de banda de las aplicaciones. Como plataforma para las funciones de redes fijas y móviles, el Router se da cuenta de la convergencia total entre los tipos de acceso a la red. El sistema operativo proporciona una funcionalidad requerida que es complementada por una interfaz coherente para todas las funciones de la red. [20].

La familia Ericsson SSR 8000, consta de routers de servicios inteligentes en tres tamaños. El SSR 8020 proporciona 20 slots para tarjetas de línea o de servicios, la RSS de 8010 proporciona 10 slots, y la RSS de 8004 ofrece 4 slots.

C a p í t u l o 2 | 43

La familia Ericsson SSR 8000 es un bloque de construcción clave en IP 4G para permitir el despliegue de las infraestructuras escalables.[20].

Figura 2.24.ERICSSON SSR 8020 [20].

2.5. El PNFO en el Valle de Ubaté

2.5.1. Valle de Ubaté El valle o provincia de Ubaté está ubicado al norte del departamento de Cundinamarca, está compuesto por 10 municipios como se evidencia en la figura 2.25, los cuales son: Carmen de Carupa, Cucunubá, Fúquene, Guacheta, Simijaca, Susa, Sutatausa, Tausa y la capital provincial Ubate. La provincia limita al norte; noroeste y noreste con el


44

departamento de Boyacá, al occidente con la provincia de Rionegro; al sur con la provincia de Sabana Centro y al sureste y oriente con la provincia de Almeidas [21][22].

Figura 2.25.Mapa político de la provincia de Ubaté [21]

2.5.2. Infraestructura para el PNFO Valle de Ubaté Infraestructura Física PNFO Zona 2 Cundinamarca Valle de Ubaté desde ITX Torca (Bogotá) hasta el Nodo de Acceso de Simijaca.

C a p í t u l o 2 | 45

Figura 2.26. Infraestructura Física PNFO Zona 2 Cundinamarca Valle de Ubaté desde ITX Torca (Bogotá) hasta el Nodo de Acceso de Simijaca (imagen proporcionada por AZTECA


De acuerdo a la figura 2.26, la distribución del servicio parte de un acceso al Backbone que se encuentra ubicado en Torca (Bogotá) correspondiente a la fuente o enlace principal de comunicaciones que proporciona la intercomunicación entre los diferentes cuartos de telecomunicaciones (señalados en el diagrama como nodos de acceso y de agregación) y el cuarto de equipos (Ubicado en la ITX Torca, Bogotá). De aquí parte un cable de fibra con dos líneas de transmisión, cada una con 24 hilos de fibra óptica los cuales se encuentran enumerados y distribuidos de tal forma que la línea azul representa la línea de transmisión que lleva los hilos del 1 al 24, la línea roja del 25 al 48 y la línea verde del 49 al 72.

Estas dos líneas recorren una distancia de 44.74 Km hasta llegar al municipio de Zipaquirá donde se extienden otros 18.05 Km hasta el empalme de acceso Nemocón el cual actúa como un multiplexor agrupando estas líneas hasta el nodo de agregación de Nemocón donde así como se reciben las agrupaciones del empalme de acceso Nemocón parte una línea de transmisión hacia este mismo empalme. Este nodo se encargará principalmente de proveer el servicio de telefonía e internet al municipio.

Posteriormente se extiende 15.76 Km de fibra hasta el empalme de Tausa a partir del cual se dividirán dos líneas de tal forma que una se dirija a 0.33 Km hasta el nodo del municipio de Tausa (el cual proveerá el servicio de telefonía e internet al municipio) y la otra irá hacia el empalme de Sutatausa la cual a su vez se repartirá en 2 líneas más


46

donde una se extenderá 0.25 Km hasta el nodo del municipio de Sutatausa y la otra seguirá su rumbo hacia Carmen de Carupa.

Del empalme de distribución de Sutatausa se extiende una línea de fibra de 7.4 Km, pasa por una reserva y luego continúa otros 14.75 Km hasta llegar al nodo de acceso Carmen de Carupa a partir del cual se distribuirá el servicio de telefonía e internet al municipio.

A partir del nodo de acceso de Carmen de Carupa se manda cable de fibra 26.33 Km hasta el empalme de acceso de Simijaca a partir del cual se dividirá en 2 líneas, de las cuales una se dirigirá 2.72 Km a otro empalme de acceso ubicado en Susa y la otra terminará en el nodo de acceso de Simijaca el cual corresponde a nuestro destino final correspondiente para el análisis y caracterización de distribución del servicio de telefonía e internet.

La distribución detallada de los equipos la podemos observar en la figura 2.27.

Figura 2.27. Distribución de Equipos PNFO Zona 2 Cundinamarca Valle de Ubaté

(imagen proporcionada por AZTECA comunicaciones Colombia).

C a p í t u l o 3 | 47

3. Alternativas de Transporte Sobre Fibra Óptica para4G.

Capítulo 3

Alternativas de Transporte Sobre Fibra Óptica 4G En este capítulo se muestra la estructura, comportamiento, ventajas y desventajas de las tecnologías de transporte sobre fibra para lograr transmisión de información para la tecnología 4G, enfocados específicamente en dos alternativas de transporte de datos sobre fibra óptica: Banda Base y RF sobre fibra.

3.1. Fibra Óptica

El sistema de fibra óptica funciona enviando información por medio de rayos de luz. Para esto se compone de un dispositivo foto-emisor que convierte los impulsos eléctricos en rayos de luz, un canal óptico por donde la luz transita y un dispositivo foto-detector que vuelve a transformar la señal luminosa en impulsos eléctricos [23]. En la figura 3.1 podemos ver las capas que componen la fibra.

Figura 3.1. Vista transversal de la fibra óptica [24].

3.1.1. Propiedades de la Fibra Óptica Algunas de las propiedades más importantes de la fibra óptica son:

Es liviana y flexible debido a su diámetro.

La intercepción e interferencia, han sido prácticamente eliminadas en las guías.

La interferencia electromagnética no tiene un efecto en la señal óptica transmitida.

48 | A l t e r n a t i v a s d e T r a n s p o r t e S o b r e F i b r a Ó p t i c a 4 G

48

Las estaciones tanto trasmisora como receptora se aíslan eléctricamente ya que solo se conectan por medio de guía de onda óptica.

No se requieren compensadores de temperatura ya que la fibra óptica varían levemente con respecto a la temperatura [23].

3.1.2. Estructura de la Fibra Óptica Las fibras ópticas están constituidas básicamente por tres capas como se muestra en la figura 3.2:

Núcleo

Revestimiento

Recubrimiento[24].

Figura 3.2. Estructura de la fibra óptica [24].

3.1.3. Clasificación de las Fibras Ópticas A continuación se mostrará la tabla 3.1 en la cual se encuentra el resumen de clasificación de las fibras ópticas

Tabla 3.1. Clasificación de tipos de fibra óptica [24].

CLASIFICACIÓN TPO DE FIBRA ÓPTICA

POR MATERIALES DIÉLECTRICOS

FIBRA ÓPTICA DE SILICIO

FIBRA ÓPTICA DE VIDRIO

FIBRA ÓPTICA DE PLÁSTICA

POR MODO DE PROPAGACIÓN

FIBRA ÓPTICA MONOMODO (SM)

FIBRA ÓPTICA MULTIMODO (MM)

POR DISTRIBUCIÓN DEL ÍNDICE DE REFRACCIÓN

FIBRA ÓPTICA DE ÍNDICE ESCALONADO

FIBRA ÓPTICA DE ÍNDICE GRADUAL

Las fibras ópticas se pueden clasificar según el modo de propagación de los rayos de luz en:

Fibra mono-modo

C a p í t u l o 3 | 49

Tiene un solo modo de propagación de los rayos al interior del núcleo que es paralelo al eje de la fibra óptica.

Figura 3.3. Diámetro del núcleo de una fibra óptica mono-modo [24].

Fibra multi-modo

La luz se propaga por múltiples modos, caracterizados por tener diferentes constantes de propagación.

Figura 3.4. Diámetro del núcleo de una fibra óptica multi-modo [24].

También se pueden clasificar según el índice de refracción del núcleo en las siguientes:

Fibra con índice escalonado o step index

El índice de refracción del núcleo se mantiene contante, al variar la distancia desde el centro de la fibra al exterior de la misma.

Figura 3.5. Fibra óptica Multi modo índice escalonado [24].

Fibra con índice gradual o graded index

El índice de refracción varia, desde el centro de la fibra hacia el exterior [17].


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Figura 3.6. Fibra óptica Multi modo índice gradual [24].

3.1.4. Transmisión en fibra óptica Las características intrínsecas de la fibra óptica son las que determinan los parámetros fundamentales de transmisión: coeficiente de atenuación, dispersión total / ancho de banda [24].

3.1.4.1. Atenuación Espectral Es la disminución o pérdida de la potencia lumínica ingresada en la fibra con la distancia, definida mediante la siguiente expresión:

𝐴(𝜆) = 10 log10𝑃1(𝜆)

𝑃2(𝜆) (dB) (3.1)

A (λ) Atenuación de la fibra expresada en dB.

P1 (λ) Potencia óptica de la sección transversal 1 de la fibra óptica.

P2 (λ) Potencia óptica de la sección transversal 2 de la fibra óptica.

λ Longitud de onda en la que se mide la potencia óptica.

En las fibras ópticas uniformes, se calcula el coeficiente de atenuación por unidad de longitud.

𝛼 (𝜆) =𝐴(𝜆)

𝐿 (3.2)

La expresión 𝛼(𝜆) representa el coeficiente de atenuación y se representa en dB/km [24].

3.1.4.2. Dispersión y Ancho de Banda Se define ancho de banda como la frecuencia en que la magnitud de la función transferencia decrece 3 dB, con respecto al valor que esta representa frecuencia nula. Se representa en la fibra ópticas se expresa como el ancho de banda por unidad de longitud (MHz/km). Para su cálculo teórico se usa la siguiente expresión:

𝐵(𝐿) = B(f) 𝐿−𝛾 (3.3)

B (f) Ancho de banda característico de la fibra óptica caracterizado para una longitud de 1 km

B (L) Nuevo valor del ancho de anda para el cable de fibra óptica caracterizado para la nueva longitud se expresa en MHz/km.

L Nueva longitud de la fibra, mayor a 1 km.

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γ Exponente longitudinal, factor variable en función de la longitud del cable, se encuentra

entre 0.7 y 0.9 [24].

3.1.5. Pérdidas en una Fibra Óptica Las pérdidas en la fibra óptica son un factor fundamental pues son causantes de reducir la potencia promedio que llegan al receptor. Esto ocasiona irregularidades ya que los receptores ópticos necesitan de una potencia mínima para recuperar la señal, en comunicaciones de grandes distancias se tiene que tener especial cuidado con los problemas causados por las pérdidas. Las pérdidas pueden ser de tipo intrínseco y extrínseco [24].

3.1.5.1. Absorción Las fibras ópticas son fabricadas con silicio fundido. La absorción de ese material se divide en absorción intrínseca que corresponde a las pérdidas causadas por el silicio puro y la absorción extrínseca que es causada por impurezas [24].

Cualquier material absorbe determinadas longitudes de onda correspondientes a las

resonancias electrónicas ocurren en la región ultravioleta (λ < 0.4µm), y vibratorias región

del infrarrojo (λ < 0.7µm), estas resonancias están en bandas de absorción cuyos

extremos se extienden dentro de la región visible. En cuanto a las impurezas causantes de la absorción intrínseca son de los metales hierro (Fe), cobre (Cu), Cobalto (Co), Níquel (Ni), manganeso (Mn), y cromo (Cr). La principal fuente de absorción extrínseca en fibras avanzadas es el vapor de agua. La resonancia de ion OH ocurre en 2. 73 µm [24].

3.1.5.2. Dispersión de Rayleigh Esta dispersión se presenta por fluctuaciones microscópicas locales en densidad. Estas fluctuaciones de densidad provocan cambios en el índice de refracción sobre una escala

más pequeña que la longitud de onda (λ). La dispersión de la luz en tal medio es conocida

como la dispersión de Rayleigh. La dispersión de Rayleigh se presenta:

Cuando la fibra óptica tiene partículas y zonas no homogéneas.

Cuando la luz utilizada es visible y el material de la fibra no es homogéneo. Partículas existentes que al iluminarse emite luz en todas las direcciones (luz de Tyndall) [24].

3.1.5.3. Curvaturas y micro curvaturas Para el análisis de las propiedades de propagación de la fibra, se supuso que esta era recta, pero si la fibra es curvada, el Angulo de reflexión ya no es constante entre una reflexión y otra. Por lo tanto si un rayo guiado golpea el núcleo-revestimiento en un ángulo más pequeño que el ángulo crítico para curvaturas apretadas entonces este rayo escaparía de la fibra. En cuanto al modo una parte se dispersa en el revestimiento, o se transforma en otro modo.

Cuando la fibra se presiona contra una superficie que no es perfectamente lisa. Tales pérdidas son las denominadas como perdidas por micro-curvaturas, que causan deficiencias tanto en fibras mono-modo como multi-modo por lo tanto se debe tomar precauciones para que sean mínimas [24].


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3.1.5.4. Pérdidas en la conexión En los sistemas de fibras es necesario realizar empalmes para conectar fibras entre sus extremos, ya sea para alargar un enlace, conectar la fibra a una fuente, conectar a un detector óptico, o simplemente porque la fibra se rompió. Este tipo de pérdidas en la conexión se representan de diferentes maneras, como se mencionan a continuación [24].

Deslindamiento lateral Se debe al corrimiento de los núcleos de las fibras transmisora y receptora. Provocando que los dos ejes no sean colineales. Se observa esto más detalladamente en la figura 3.7.

Figura 3.7. Fibras ópticas desalineamiento lateral [24].

Desalineamiento angular

Los ejes de las dos fibras forman un ángulo provocando que no todos los rayos que salen de la fibra transmisora entren a la receptora, provocando que algunos rayos sean confinados en el núcleo y no se propaguen. Se muestra en la figura 3.8.

Figura 3.8. Fibras ópticas desaliniamiento angular [24].

Separación de fibras Cuando existe un espacio entre fibras, hay dos límites entre el medio de la fibra y el aire provocando este tipo de pérdidas. La forma correcta de solucionar este problema es llenar el espacio con un líquido adaptador con un índice de refracción igual al de la fibra. Esto se usa normalmente en empalmes y conectores como se ve en la figura 3.9.

Un segundo factor de pérdidas es cuando este espaciado se presenta, algunos rayos transmitidos no son interceptados por la fibra receptora. Cuando el espacio se hace más grande más grande aumentan las perdidas en potencia debido a la divergencia de haz [24].

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Figura 3.9. Fibras ópticas separadas, Fibras ópticas separadas con líquido adaptador [24].

Extremos lisos y paralelos Si la parte de entrada de una fibra no es perpendicular a su eje, se tienen pérdidas parecidas a las provocadas por desaliniamiento angular; si las caras son rugosas, la difusión en las imperfecciones provoca pérdidas suplementarias [24].

Variación del diámetro del núcleo Las conexiones entre fibras que tienen diferente diámetro de núcleo (poco común). Estas pérdidas existen solo cuando el radio de la transmisora es más grande que la receptora [24].

3.2. Cuarta Generación de Redes Móviles (4G-LTE)

La cuarta generación de tecnologías móviles (4G) se plantea como una significativa mejora de 3G, proporcionando soluciones para compartir la banda de frecuencia dedicada, aumento de la movilidad y la capacidad de ancho de banda. Para proporcionar una alta calidad de voz, video de alta definición y alta velocidad de datos por canales inalámbricos logra brindar velocidades de 100 Mbps en movimiento y 1 Gbps en reposo [25].

4G está orientada a sustituir a las familias de 3G y 2G. El sistema de 2G que comenzó a funcionar en el año 1992 y el 3G en 2001, en cuanto a 4G empezó a ser desarrollado en el año 2002. Pero la verdadera evolución en las comunicaciones móviles comenzó con el desarrollo de 3GPP (3rd Generación Partnership Project), el siguiente paso en 3GPP fue LTE (Long Term Evolution). LTE su objetivo principal es mejorar el sistema universal de telecomunicaciones móviles (UMTS) [25].

La red de 4G es basada totalmente en protocolo IP de ancho de banda central, puede suministrar servicio IP de extremo a extremo y puede ser compatible con la red de núcleo actual y PSTN.4G despliega una red de núcleo celular global para reemplazar la red celular de 3G [25] [26] .

Un ejemplo de este tipo de red lo observamos en la figura 3.10 donde se muestra su composición y estructura.


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Figura 3.10. Ejemplo de una red 4G basada en IP [27].

Hasta el momento se han venido utilizando las tecnologías de 3G por medio de 3GPP y 3GPP2, al ser introducida la cuarta generación 4G, con dos tecnologías LTE (Long Term Evolution) y UMB (Ultra Mobile Broadband), pero esta última no ha sido muy tenida en cuenta porque LTE lidera el mercado [28].

Tecnología 4G LTE (Long Term Evolution) se observa como la actualización de la tecnología UMTS capaz de integrar lo mejor de GSM, GPRS UMTS Y HSPA (High Speed Packet Access), propone la prestación de servicios mediante la conmutación de paquetes IP. Promete ofrecer un rendimiento comparable a ADSL que se usa actualmente pero ofreciendo beneficios de movilidad y cobertura. LTE utiliza OFDM (orthogonal frecuency división). Cuando evolucionó la interfaz de radio se observa la obligación de que la arquitectura también sea mejorada. Por lo tanto LTE, 3GPP es también la definición de red basada en IP [28] [29].

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Figura 3.11. Red LTE de alto nivel [29].

4G LTE (como se muestra en la figura 3.11) hace parte de la evolución de las comunicaciones móviles y representa un paso importante ante la creciente demanda de información de alta calidad a grandes velocidades. La tecnología 4G (cuarta generación de telefonía móvil) es conocida también como LTE (Evolución a largo plazo, por sus siglas en inglés: Long Term Evolution) debido a que cuando se realizó el lanzamiento de ésta nueva propuesta de transmisión de datos que reemplazaría a la telefonía 3G UMTS (Universal Mobile Telecomunication System) se pensó en una solución a largo plazo para los problemas de velocidad, fidelidad y calidad que se veían venir frente a la ascendente demanda por parte de los usuarios, la evolución de los dispositivos y aplicaciones de telefonía móvil. Las características principales que representan a la cuarta generación de telefonía móvil son [30]:

Soporte de IPV6

IPv6 Móvil comparte muchas características con IPv4 Móvil y provee muchas mejoras sobre éste. Algunas de las mejoras que nos proporciona son:

o La integración de la optimización de ruteo como parte fundamental del

protocolo. Esta integración permite encaminar paquetes directamente desde un nodo correspondiente a cualquier nodo móvil, sin la necesidad de que pasen a través de la red local del nodo móvil para que su agente local los reenvíe. El uso de opciones de destino de IPv6 permite el control de tráfico de IP Móvil v.6 usando piggybacking en cualquier paquete existente IPv6, mientras que IP Móvil v.4 y sus extensiones de optimización de ruta requieren paquetes UDP separados para cada mensaje de control [30].

o Con IPv6 móvil muchos de los paquetes que se envían a un nodo móvil

que se encuentra lejos de su red local llevan una cabecera de encaminamiento IPv6 mientras que con IPv4 Móvil llevan una cabecera de encapsulación de IP, debido a que todos paquetes de datos deben ser encapsulados. El uso de una cabecera de encaminamiento requiere menos bytes de encabezado adicionales, de este modo se reduce el overhead del paquete IP Móvil entregado [30].


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Transmisión de señales de recepción y transmisión mediante MIMO

MIMO es el acrónimo en inglés de Multiple-input Multiple-output (en español, Múltiple entrada múltiple salida). Se basa en la utilización de varias antenas para transportar múltiples flujos de datos de un lugar a otro. Se consigue así transmitir un volumen mayor de datos en el mismo período de tiempo. MIMO aprovecha fenómenos físicos como la propagación multi-camino para incrementar la tasa de transmisión y reducir la tasa de error. En breves palabras MIMO aumenta la eficiencia espectral de un sistema de comunicación inalámbrica por medio de la utilización del dominio espacial. Además, MIMO incluye una serie de novedades entre las que se encuentra[30]:

o Channel boinding: Se trata de una técnica que permite utilizar

simultáneamente dos canales no superpuestos como si se tratara de uno solo para conseguir aumentar la velocidad. Tales canales deben ser adyacentes o contiguos. Utilizando esta tecnología es posible sumar el ancho de banda de dos canales de 20 MHz para conseguir un enlace wireless de 40 MHz [30].

o Payload Optimization: Nos da posibilidad de introducir más datos en cada

paquete transmitido [30].

o Demultiplexacion espacial: La emisión a través de múltiples antenas de

flujos diferentes de señales codificadas individualmente (lo que se conoce como “corriente espacial”) en paralelo; en esencia, esta técnica permite multiplexar las señales para conseguir transportar más datos en un canal determinado [30].

Radio definida por software

Un sistema de Radio Definido por Software (Software Defined Radio, SDR) es un sistema de radiocomunicaciones donde los componentes típicamente implementados en hardware (mezcladores, filtros, amplificadores, moduladores/demoduladores, detectores, etc) son implementados en software, utilizando una computadora personal (PC) u otros dispositivos de computación embebida, es una radio cognitiva completa que busca que tanto las redes como todos los nodos inalámbricos cambian los parámetros particulares de trasmisión y recepción de manera automática de acuerdo para ejecutar su función de forma eficiente sin interferir con los usuarios [30].

Normas de transmisión de datos en 4G

o Wi-Fi

Distancias de hasta 80 kilómetros, con antenas muy direccionales y de alta ganancia.

Velocidades de hasta 75 Mbps, 35+35 Mbps, siempre que el espectro esté completamente limpio.

Facilidades para añadir más canales, dependiendo de la regulación de cada país.

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Anchos de banda configurables y no cerrados,sujeto a la relación de espectro [30].

o LTE

Tasa máxima del enlace descendente de hasta 326,4 Mbit/s y 86,4 Mbit/s de enlace ascendente.

proporciona un alto rendimiento para velocidades de 0 a 15 km/h. La conexión es mantenida en velocidades de 300 a 500 km/h.[

Al contrario de las tecnologías 2g y 3g, LTE usa conmutación de paquetes en lugar de conmutación de circuitos [30].

3.2.1. Arquitectura 4G-LTE El centro de la conmutación de paquetes para las redes de 4G ha sido llamado SAE (System Architecture Evolution) o EPS (Evolved Packed System), este tipo de arquitectura divide las funciones del Gateway Control (SGSN) en un plano de control comandado por MME (Mobily Management Entity) y en cuanto al plano de usuario está el SGW (Serving Gateway). Y las funciones del SGSN se implementan por medio del PDN Gateway (PGW) [31].

Figura 3.12. Esquema SAE [31].

Los componentes fundamentales del sistema LTE como se observa en la figura 3.12, son la red de acceso E-UTRAN, el dominio de Paquetes EPC de la red troncal (EPC es una versión mejorada de los sistemas GPRS) y la evolución del sistema IMS concebido inicialmente en el contexto de los sistemas UMTS. E-UTRAN (red de acceso) y la red troncal EPC proporcionan los servicios de transferencia de paquetes IP entre los usuarios y las redes externas [28] tal y como se muestra en la figura 3.13.


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Figura 3.13. Arquitectura de los sistemas LTE [28].

3.2.2. Funcionamiento El sistema tiene flexibilidad ante el uso del espectro, ya que presenta dos sistemas de transmisión FDD y TDD, posee también dos posibilidades de acceso al radio OFDMA para el Downlink y SC-FDMA (Single Carrier Frecuency Division Multiple Access) para el UPlink y una tecnología para el aprovechamiento de la diversidad espacial MIMO (Mulltiple Input Multiple Output). LTE trabaja en un rango de frecuencias en el rango de 700 MHz a 3.5 GHz. Un radio de célula de LTE puede tener un alcance de 5 km [28].

Figura 3.14. OFDMA y SC-FDMA arquitectura simplificada de LTE [32].

3.3. Protocolos de Transmisión de Datos

Es importante realizar un análisis comparativo entre los protocolos de transmisión de datos más utilizados en la actualidad como lo son MPLS (Multi Protocol Label Switching) y

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carrier Ethernet, para, de ésta forma, llegar a una conclusión acertada sobre el modelo más conveniente para el PNFO y para el modelo de transmisión propuesto de RoF o banda base.

3.3.1. MPLS MPLS (Multiprotocol Label Switching ), se ubica entre las capas de enlace de datos y la capa de red del modelo OSI, por lo tanto se podría decir que es un protocolo de unión entre la capa de enlace y la capa de datos [33]. Para una mayor introducción a MPLS ver sección 2.4 (Capa Backbone IP/MPLS) del Capítulo 1.

Figura 3.15. Modelo OSI con MPLS [33].

El aspecto fundamental de MLS consiste en la separación entre las funciones de Routing (Control de la información sobre la topología y el tráfico en la red), de las funciones de forwarding (envío en sí de los datos entre los elementos de red) [33].

3.3.1.1. Convergencia Real : MPLS La inoperatividad de productos privados de diferentes empresas fabricantes, y que la mayoría de soluciones necesitaban ATM como transporte, porque no podía operar bajo infraestructura de transmisión mixtas (Frame Relay, PP, SONET/SDH y LANs), por lo tanto se crea MPLS como estándar que pueda operar sobre cualquier tecnología en la capa de transporte a nivel de la capa de enlace [33].

3.3.1.2. Objetivos de MPLS Aunque MPLS mejora el rendimiento del mecanismo de envió de paquetes este no era el obetivo principal en el momento del desarrollo del mismo. Los objetivos s en la elaboración del estándar son:

debía funcionar sobre cualquier tecnología de transporte, no solo ATM

debe soportar el envío de paquetes tanto en unicast como multicast.

compatible en modelo de servicios integrados de la IETF incluyendo el protocolo RSVP (Resource Reservation Protocol)

permitir el crecimiento constante del internet.

Compatible con los procedimientos de operación, administrativa y mantenimiento de las redes actuales IP [33].

3.3.1.3. MPLS y el Enrutamiento Tradicional MPLS nunca planteo eliminar el encaminamiento tradicional, ya que este tipo de encaminamiento nivel 3 siempre sería un requisito en internet por los siguientes motivos:


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EL filtrado de paquetes de los cortafuegos (FW) corporativas y en límites de las redes de los NSPs es un requisito en la administración de redes. para ello se requiere examinar la cabecera de los paquetes, y por lo tanto se hace inevitable el uso del nivel 3 en estas aplicaciones.

No es probable que los sistemas finales (Host) implementen MPLS. Porque este Host nececita enviar los paquetes a un primer dispositivo de red (Nivel 3) que pueda examinar la cabecera del paquete. este primer salto se puede decidir enviarlo por Routing Convencional o asignar una etiqueta y enviarlo por su LSP (Label Switched Path).

El último LSR (Label Swich Router) de un LS debe usar encaminamiento de nivel 3 para entregar el paquete al destino [33].

3.3.2. Ethernet Las redes de agregación Carrier Ethernet son aquellas que permiten consolidar multiservicios como video, Internet móvil, comunicaciones unificadas, servicios en la nube y servicios de datos, para diversos mercados como empresarial, residencial, transporte móviles, reventa, etc., sobre una misma infraestructura carrier-class, estandarizada, y cuyo transporte está basado en interfaces Ethernet. Hacia el acceso se pueden tener interfaces como legadas TDM o ATM, aunque la tendencia es creciente a tener Ethernet como interfaz en el acceso [34].

La aparición y expansión del uso de Carrier Ethernet es el resultado de una serie de cuestiones relacionadas entre sí [34].

El uso expandido de las redes LAN Ethernet

Durante la guerra de las LANs entre los años 80 y los años 90, Ethernet y TokenRing lucharon por ser la LAN predominante. Ethernet fue la victoriosa de esta guerra hace muchos años. Aunque aún hay algunas universidades, laboratorios de investigación, agencias del gobierno y organizaciones que operan con redes TokenRing, las cuales en este momento se encuentran en una etapa de desuso [34].

Hoy en día más del 90 por ciento de todas las LAN se basan en la tecnología Ethernet.

Compatibilidad de tramas o "frames"

La evolución lógica de la utilización de tecnología Ethernet end-to-end es permitir que el flujo de datos se realice a través de tramas de Ethernet. De esta forma, se podría eliminar la necesidad de convertir tramas de Ethernet en celdas ATM o de otro tipo de transporte y a continuación, volver a convertir de nuevo en su formato original [34].

Bajo costo

Una de las principales ventajas de Ethernet es su bajo costo, una segunda clave es su escalabilidad [34].

Por ejemplo, una red tradicional que opera sobre una LAN Ethernet de 10 Mbps, puede actualizar la red a 100 Mbps Fast Ethernet o puede utilizar switches para conectar la red a una red de Backbone que opera a velocidades mucho más altas. Igualmente si una red opera a una velocidad de 100 Mbps Fast Ethernet, puede ampliarse a una red Gigabit Ethernet [34].

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Con esto se consigue reducir los gastos asociados a la formación de personal de redes, así como el costo de los equipos de diagnóstico. Además, debido a que la utilización de switches LAN permite ampliar parte de la red de forma selectiva, permite que el costo asociado a una mejora de la red completa se incluya en varios periodos presupuestarios [34].

Altas velocidades de acceso

La capacidad de conectar varias ubicaciones a través de Carrier Ethernet implica el transporte de datos a altas velocidades. Por lo tanto, el uso de Carrier Ethernet permite conectar varias ubicaciones entre si dentro de un área metropolitana a través de líneas de acceso que operan a altas velocidades. Cuando el transporte de los datos es sensible al retardo, tales como voz en tiempo real y video, minimizar los tiempos de ingreso y salida puede ser muy beneficioso [34].

Seguridad de negocio

A través de la utilización de Carrier Ethernet, es relativamente fácil para una oficina realizar una copia de seguridad de sus datos en el almacenamiento de datos que reside en otra oficina.[38]

Por lo tanto, usando la alta velocidad proporcionado por Carrier Ethernet, es posible realizar actualizaciones off-site en el momento oportuno; por ejemplo, incendio en una de las oficinas, ataque terrorista, etc. [34].

3.3.3. Cuadro Comparativo MPLS Y Ethernet para WAN

La siguiente tabla comparativa de MPLS y Ethernet ofrece un resumen de las ventajas e inconvenientes de cada conectividad WAN [35]:

Tabla 3.2. Comparación MPLS y Ethernet [35].

FACTOR MPLS ETHERNET

Costo El costo de MPLS es mayor que el de Ethernet.

Ethernet es normalmente más asequible que MPLS.

Escalabilidad MPLS puede escalarse a miles de sitios.

Ethernet puede escalarse a cientos de sitios.

Aplicaciones comunes

MPLS es la mejor opción para conectar centros de datos con sucursales, y conectar las sucursales

Ethernet es la mejor opción para conectar centros de


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entre sí. datos.

Enrutamiento WAN

MPLS permite que sean los proveedores los que controlen la WAN y requiere de menos personal para su gestión.

Ethernet requiere que los ingenieros controlen la WAN y el enrutamiento.

Conducta del protocolo WAN

MPLS puede gestionar casi cualquier aplicación, incluyendo voz y video.

Ethernet ofrece baja latencia y alta disponibilidad, perfecta para recuperación de desastres.

Calidad de servicio

MPLS ofrece opciones de calidad de servicio (QoS) para tratar especialmente ciertos tráficos, como el VOIP.

Los ingenieros de red pueden esquivar la complejidad de QoS mediante conmutadores conectados a la Ethernet.

Niveles de servicio

Los servicios MPLS incluyen acuerdos de nivel de servicio (SLAs) que incorporan garantías de rendimiento, igual que la banda ancha de consumo.

Los profesionales de IT tienen que pedir el SLA de su servicio Ethernet o de la aplicación WAN que estén usando.

Gestión WAN Si usamos conectividad MPLS para WAN es necesario que todos los dispositivos y herramientas sean compatibles con MPLS y Ethernet.

Puesto que la LAN usa Ethernet, el uso de Ethernet sobre WAN ofrece a las empresas una infraestructura integral que simplifica la gestión de la red.

Disponibilidad Muchos proveedores de servicio ofrecen MPLS en zonas metropolitanas, pero no en todas.

Los cambios en las WAN sobre Ethernet hacen que estén disponibles en muchas ubicaciones.

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Según éste cuadro comparativo, a pesar que proveer el servicio por medio de carrier Ethernet tiene ventajas en cuanto al costo de los equipos que se requieren para su implementación, una ventaja fundamental que tiene MPLS sobre carrier Ethernet en cuanto a enrutamiento, facilidad de administración de la red y menor cantidad de personal; además de la calidad del servicio que ofrece MPLS la cual es superior a la ofrecida por Carrier Ethernet.

Para ambos casos, ya sea transmitiendo en banda base o en RoF, la solución MPLS presenta más y mejores ventajas a la hora de proveer el servicio de internet y telefonía al usuario final.

3.4. Transmisión de Señales en Sistemas Ópticos

3.4.1. Transmisión en Banda Base Denominamos banda base al tipo de transmisión de datos que no requiere de modulación, es decir, cuya señal de información se transmite tal y como llega al canal de comunicaciones sin preocuparse por desplazarla en frecuencia, fase o modificarla en amplitud pensando en el aprovechamiento del canal. En redes de fibra óptica éste tipo de transmisión es la más utilizada debido a que la señal óptica viaja por la fibra tal y como es enviada del multiplexor WDM. A continuación se realizará una descripción de fundamentos de diseño de redes de área metropolitana por fibra óptica usando como técnica de acceso a la fibra WDM (Multiplexación por división de longitud de onda) la cual se encuentra diseñada para soportar aplicaciones que requieren un gran ancho de banda.

Considere una red óptica de área local y una red óptica de área Metropolitana (LAN/MAN) (también denominadas redes de acceso ópticas o redes ópticas pasivas (PONs por sus siglas en inglés)) como se muestra en la siguiente figura. La red consiste en N estaciones y M acopladores ópticos pasivo estrella como vemos en la figura 3.16 [36].

Figura 3.16. Red óptica de área metropolitana [36].


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Cada una de las estaciones tiene un transmisor el cual opera con una longitud de onda fija sobre su único canal, y un receptor sintonizable o un arreglo de receptores para recibir señales de todas las otras estaciones. Una estación transmisora que está emitiendo una señal puede ser detectada por otra estación después de que dicha señal haya sufrido pérdidas y ganancias conforme atraviesa la red [36].

El diseño e implementación de una red de fibra óptica requiere en general de una combinación compleja de elementos ópticos y electrónicos, así como del software adecuado que pueda garantizar su correcto funcionamiento. A continuación se realiza una descripción de dichos elementos para redes ópticas de segunda generación, debido a que en la primera generación únicamente se utiliza la fibra como medio de transmisión en sustitución del cobre y se mantiene en el dominio eléctrico la conmutación, enrutamiento y procesamiento de la señal.

Amplificadores Ópticos

Dispositivo óptico avanzado que posibilita la amplificación de señal en el dominio óptico. Utilizado para extender el rango de una comunicación cientos de kilómetros sin necesidad de regeneración de la señal en el dominio eléctrico. El amplificador óptico más usado es el de fibra dopada con erbio (EDFA) [37]. En la figura 3.17 podemos ver los tipos fundamentales de amplificadores ópticos EDFA que se insertan en un enlace por fibra óptica para extender la longitud del enlace.

Figura 3.17. Tipos fundamentales de amplificadores ópticos EDFA que se insertan en un enlace por fibra óptica para extender la longitud del enlace [37].

Compensadores de Dispersión

Dispositivo óptico avanzado utilizado para compensar la dispersión cromática (CD) y la dispersión por modo polarización (PMD) en enlaces ópticos de trayecto largo y que permite transmitir un ancho de banda significativo sobre cientos de kilómetros sin necesidad de regenerar la señal en el dominio eléctrico [37].

Filtros Ópticos

Dispositivo óptico avanzado que permite rechazar (y dejar pasar) determinada longitud de onda óptica o grupo de longitudes de onda ópticas. Utilizados ampliamente, entre otras aplicaciones, en módulos de adición y extracción de canales ópticos (OADM) [37]. Un ejemplo de la estructura de éste tipo de dispositivos se puede observar en la figura 3.18.

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Figura

3.18. Funcionamiento red de difracción de Bragg (FBG) [38].

Módulo de Adición y Extracción de Canales Ópticos (OADM)

Dispositivo óptico avanzado conocido como módulo de adición y extracción de longitudes de onda o canales ópticos (puerto coloreado). Conformado fundamentalmente por algún tipo de filtro óptico. Se inserta en redes ópticas de diferente topología, por ejemplo, punto a punto, anillo, etc., posibilitando la extracción e inserción de canales en el dominio óptico, facilitando así el encaminamiento de la señal en tal dominio (es decir sin convertir está a formato eléctrico) [37]. Una implementación de estos módulos se puede ver en la figura 3.19.

Figura 3.19. OADM implementado a partir de una Red de Difracción de Bragg [39].

Conmutadores Ópticos o Matrices de Conmutación Ópticas (OXC)

Dispositivo óptico avanzado que se encarga de enrutar o encaminar desde sus puertos de entrada a sus puertos de salida las señales directamente en el dominio óptico. Fundamentales en redes ópticas compuestas por decenas de nodos que se comunican entre sí a través de nodos vecinos [37]. Donde el esquema físico de este tipo de conmutadores lo encontramos en la figura 3.20 mostrada a continuación:


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Figura 3.20. Conmutador óptico del tipo Micro Electro Mecánicos (MEMs) [40].

Conversores de Longitud de Onda Ópticos (OC)

Dispositivo óptico avanzado empleado para convertir la longitud de onda de entrada a un puerto de entrada de un conmutador óptico a una longitud de onda diferente en un puerto de salida de dicho conmutador. Con esta facilidad la red óptica disminuye la probabilidad de bloqueo ante nuevas peticiones de conexión mejorando la adaptabilidad de la misma en escenarios de flujos de información y nuevas peticiones de interconexión entre nodos variables en el tiempo [37].

En general éstos son los dispositivos utilizados en una red de fibra óptica de segunda generación sin tener en cuenta el tipo de transmisión (banda base o RoF) y sin contar con los dispositivos ubicados en las estaciones base como los enrutadores y los conversores opto-eléctricos encargados de traducir las señales eléctricas en ópticas para su distribución por la red y posteriormente las señales ópticas en eléctricas para la distribución del servicio al usuario final (como sucede en telefonía móvil y en los sistemas híbridos de internet de banda ancha cuyo último tramo se transmite por medio de una señal eléctrica a través de un cable coaxial).

3.4.2. Radio Sobre Fibra Los sistemas RoF transmiten señales de radio a través de la fibra óptica directamente hasta la BS (Estación Base) Cuando existen varias BS, y el splitter divide la señal a las BS, como se observa en la figura 3.21:

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Figura 3.21. RF sobre fibra [41].

En este tipo de sistemas se observa un gran ancho de banda que proporciona la fibra en el transporte de señales de radiofrecuencia (RF) [42]. Para tener una buena distribución de la cobertura, estos sistemas establecen un sistema de antenas distribuidas (DAS, Distributed Antennas System). Su implementación es un método común para extender la cobertura inalámbrica desde múltiples BS para múltiples ubicaciones. Los sistemas de radio en fibra se crearon para desempeñar funciones de sistemas de radio, agregándole de funciones de transporte y movilidad. Estas funciones contienen modulación de datos, procesamiento de la señal y conversión de frecuencia [43]. 3.4.2.1. Características Generales de RoF De acuerdo con el estado de la tecnología, la forma más eficiente de incrementar la capacidad de las redes radio-móviles consiste en reducir drásticamente el tamaño de cada celda. Enfoque que tiene un fuerte impacto para los operadores radio-móviles. Las técnicas de Radio sobre fibra (RoF) son consideradas como una prometedora solución a este problema. Estas consisten en el desacople físico, mediante el procesamiento de señales de radio, de equipos de los lugares de las antenas de uno a varios sitios remotos en la red de retorno móvil (backhaul) donde pueden ser ubicados los radio controladores [44]. En la figura 3.22 se muestra la arquitectura de estos sistemas.

Figura 3.22. Arquitectura de un sistema Rof [45].

Por medio del uso de la tecnología RoF cualquier tipo de señales de radio pueden ser transmitidas por medio de fibra óptica. Una onda óptica de un diodo laser es modulada directamente por la señal de radio y transmitida a través de la fibra óptica. La onda óptica


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recibida es transformada para la señal de radio a un fotodiodo. La estación base (base station) está compuesta únicamente por el fotodiodo y un modulador óptico [45].

Una de las ventajas más importantes de la tecnología RoF es la habilidad de concentrar lo más costoso del equipo de alta frecuencia en un lugar central u oficina central (CO, Central Office),lo cual permite la instalación del equipo restante en un lugar distante, debido a su sencillez, bajo peso, tamaño reducido y bajo consumo de potencia [46]. Entre otras ventajas adicionales se destaca el gran ancho de banda que proporciona la fibra en el transporte de señales de radiofrecuencia (RF). También el aumento de la flexibilidad operacional y el potencial para reutilizar o compartir entre una cantidad determinada de usuarios los servicios implementados [42]. Con los sistemas de RoF, las BSs solo son utilizadas para realizar la conversión opto-eléctrica, por lo que su configuración es más simple e independiente del protocolo y del formato de modulación [47]. Hoy en día, la implementación y uso de servicios basados en IP se está llevando a cabo con conexiones de forma más inalámbrica, donde los usuarios finales por medio de sus teléfonos inteligentes acceden a internet y usan algún tipo de servicio [48]. En la figura siguiente se muestra una red heterogénea de banda ancha de próxima generación para diversos servicios.

Figura 3.23. Redes de acceso heterogéneas de banda ancha de próxima generación [49].

Para tener uniformidad en la cobertura, los sistemas inalámbricos se configuran en un sistema de antenas distribuidas (DAS, Distributed antennas system). Su implementación es un método común para extender la cobertura inalámbrica desde múltiples BS para múltiples ubicaciones [43]. El esquema de distribución de red de acceso se puede observar en en la figura 3.23. Los sistemas RoF están diseñados para desempeñar funciones de sistemas de radio, además de funciones de transporte y movilidad. Todas estas funciones incluyen modulación de datos, procesamiento de la señal y conversión de frecuencia.

3.4.2.2. Modulación y detección de señales en sistemas RoF La modulación en los sistemas RoF se genera a partir de una modulación eléctrica y una óptica. Primero, se tiene la señal eléctrica modulada en formatos de amplitud, fase o frecuencia como en un sistema eléctrico convencional. La señal eléctrica generada debe

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tener las especificaciones requeridas por las aplicaciones inalámbricas, como GSM, UMTS, WLAN, WiMAX, entre otras (véase la tabla 3.3) [41].

Tabla 3.3. Estándares inalámbricos [41].

En esta arquitectura de RoF, la portadora óptica es modulada por una señal de radio con una portadora de radiofrecuencia (RF), luego transmitida por un enlace de fibra óptica entre una CO y un conjunto de BSs. El proceso de conversión eléctrico-óptica se hace por medio de la modulación del láser, la señal eléctrica permite que el láser module su intensidad óptica de forma "On - Off", y comúnmente se usa un fotodetector en el receptor, donde la señal es convertida del dominio óptico al dominio eléctrico antes de ser


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amplificada y radiada por una antena. Estos sistemas se conocen como IM/DD (Modulación de intensidad/ Detección directa). Los sistemas IM/DD son los más simples y los más implementados, pero para frecuencias mayores que los 10 GHz, modular el láser directamente trae problemas, debido a que el ancho de banda de este dispositivo es limitado. Por tal razón, para frecuencias mayores que los 10 GHz, los sistemas IM/DD usan modulación externa [50]. En este tipo de modulación son ampliamente usados el modulador Mach Zender (MZM) y el modulador de electro-absorción (EAM).

Otro método utilizado para la transmisión y transporte de señales RF por la fibra es la generación óptica remota de forma heterodina. Es un método en el cual más de una señal óptica es generada por la fuente de luz; una de las cuales es modulada por la señal que conlleva la información, luego son mezcladas o heterodinadas por un fotodetector o por un mezclador externo para formar la señal RF de salida [50]. La generación óptica heterodina tiene como ventaja la generación de señales de alta frecuencia y es solo limitada por el ancho de banda del fotodetector. La generación heterodina soporta una detección de más alta potencia (mayor ganancia del enlace) y mayor relación portadora a ruido (CNR, carrier-to-noise ration) [51], ya que bajo ciertas condiciones las potencias ópticas de los dos campos ópticos interfieren, lo cual contribuye al aumento de la potencia de la señal óptica generada.

De otra parte, los enlaces RoF que modulan la fase (PM, phase modulated) de la señal óptica presentan ventajas con respecto a los sistemas IM/DD, además de permitir la implementación de unas BSs más simples [52]. Sin embargo, los enlaces RoF-PM requieren un receptor óptico coherente combinados con módulos de DSP para la detección y la demodulación de señales lineales. La detección coherente en sistemas ópticos ha sido demostrada para realizar la demodulación de señales lineales de MMW, codificada sobre la fase de una portadora óptica [49]. La principales ventajas ofrecida por los sistemas RoF-PM con detección coherente sobre los sistemas RoF IM/DD son: 1) mayor rango dinámico de estímulo libre (SFDR, larger spur-free dynamic range), 2) transmisión óptica de datos con mayor eficiencia espectral en formatos avanzados de modulación, 3) mayor ancho de banda y selectividad del canal y 4) menores requerimientos en la potencia de la señal de transmisión. Los receptores coherentes (como el mostrado en la figura 3.24) basados en DSP reconstruyen la señal microondas transmitida a partir de la fase óptica de la portadora, para luego realizar la demodulación. En la figura siguiente se muestra un esquema de un receptor digital coherente para sistemas RoF-PM.

Figura 3.24. Receptor digital coherente para sistemas RoF-PM [41]

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Las principales ventajas de los receptores digitales coherentes comparado con los receptores tradicionales son: 1) costo efectivo y de tamaño reducido, 2) compensación adaptiva de las imperfecciones del canal en el dominio electrónico usando técnicas de procesamiento de señales, 3) versatilidad en el diseño y robustez en la operación, lo cual permite diferentes formatos usando el mismo hardware en el receptor [49].

Hace casi dos décadas se empezaron a estudiar los sistemas de RoF con MMW, pero estos no modulaban la señal de MMW dentro de la portadora óptica en la fibra, por lo que se necesitaba una BS compleja para la conversión [53]. El uso de señales de radio sobre fibra en sistemas de antenas distribuida (F-DAS) desplaza el procesamiento electrónico de la antena a un punto central (CO), abriendo nuevas oportunidades en la creación de redes híbridas, las cuales aún no han sido plenamente explotadas. Cambiar la ubicación de los equipos significa que la capacidad ahora se puede reasignar a cualquier punto de la red, en lugar de ser fijada por el equipo que se instala en una BS particular.

Otro de los grandes retos que se tienen en el área de la RoF es poder tener unidades de antenas remotas (RAU, remote antenna units) que puedan cubrir múltiples bandas facilitando su distribución. En este escenario se podrían implementar esquemas de asignación dinámica de ancho de banda, con el fin de proporcionar eficientemente el ancho de banda a los usuarios finales, los cuales cambian dinámicamente su demanda de acuerdo con los servicios requeridos en diferentes instantes y lugares. De esta manera, este tipo de redes ofrece una ventaja adicional basada en la posibilidad de cambio de capacidad asignada, la cual puede variar en la red de acuerdo con las densidades de tráfico y las demandas de los usuarios [46].

El enorme ancho de banda ofrecido por la fibra tienen otros beneficios aparte de la alta capacidad para transmitir señales microondas. El gran ancho de banda óptico permite el procesamiento de señales a alta velocidad que podría ser más difícil de hacer en sistemas electrónicos; por ejemplo, el filtrado de señales de MMW se puede lograr convirtiendo la señal eléctrica a óptica y realizar el filtrado usando componente ópticos basados en redes de Bragg en fibra óptica (FBG, Fiber Bragg Gratting) o el interferómetro Mach Zender (MZI, Mach Zender Interferometer). No obstante, el gran problema al transmitir señales de MMW sobre fibra óptica es la degradación de la señal debido a la dispersiónes de la fibra. Una de ellas, la dispersión cromática, es el fenómeno más relevante que afecta estos sistemas, ya que causa la interferencia intersímbolo ISI (intersymbol interference), debido al ensanchamiento temporal de los pulsos en el receptor [54]. Este fenómeno depende de las componentes espectrales de la fuente de luz, de la frecuencia de la portadora y la longitud de la fibra. Los sistemas inalámbricos de MMW con canales de ancho de banda por encima de los 10 GHz podrían fácilmente proveer capacidades multi-Gbps, incluso con formatos de modulación simples como ASK o QPSK. Estos sistemas son sugeridos como una posible alternativa no solo para el acceso óptico sino también para futuras redes de retorno (backhauling) móviles, debido a que evitarían el cuello de botella que presentarían las futuras redes LTE (Long term evolution), que llegarían a velocidades de 1 Gbps [43]. La banda ubicada en el rango de los 75 y 110 GHz, denominada banda W, es de interés particular, debido a que presenta una ventana de transmisión más amplia, con pérdidas mínimas de propagación, y sería más adecuada para aplicaciones multi-servicios con mayor Gbps en exteriores en un futuro cercano [55]. Se espera la introducción del estándar Ethernet inalámbrico de 10 Gbps, que soporte la convergencia de sistemas cableados e inalámbricos en el acceso, y así permita garantizar una adecuada función de backhauling en una red de telefonía móvil en un futuro próximo [44].


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Los principales retos de los sistemas fotónicos basados en MMW son: mejorar el desempeño de los dispositivos que los integran, adaptar estos sistemas a la región espectral de operación, aumentar la eficiencia de conversión de los dispositivos opto-electrónicos e incrementar su rango dinámico, compensar las dispersiones de la fibra, y a su vez, reducir los costos de estos avances tecnológicos [56],[57]. Se espera que la tecnología RoF pueda proveer una arquitectura que soporte múltiples servicios y estándares de radio, que sea flexible y confiable, con estaciones base cada vez más simplificadas

3.4.2.3. Convergencia en Sistemas RoF Las redes de nueva generación (NGN, Next Generation Network) son redes que proveen diferentes servicios en una misma plataforma. Técnicamente, significa que la arquitectura de la red permite la transmisión de diferentes señales, con diferentes formatos, además de proveer diferentes servicios simultáneamente. La tecnología RoF apunta a ser una solución para hacer posible la adopción de las NGN [58], [59].

Por ejemplo, en la referencia [60] proponen un esquema de RoF de buen desempeño hasta los 50 km a 20 GHz, para la transmisión de señales RF moduladas en PSK y señales en BB simultáneamente, con tasas de transmisión de 622 Mbps y 2,5 Gbps respectivamente. La configuración mostrada simplifica las BS y reduce los costos del sistema. En [61] demuestran la transmisión simultánea de señales WiMax (2,5 GHz) y GSM (1,95 GHz) en un formato RF digitalizado sobre 20 km a 48 Mbps y 270 Kbps respectivamente.

Desde hace más de diez años se han realizado varias investigaciones prácticas y teóricas de transmisión simultaneas de señales BB multigigabit y señales RF en las que han usado el modulador EAM para la conversión electro-óptica en la banda de 60GHz [62]. En [62] muestran la primera investigación de una transmisión simultánea RoF y BB con un modulador EAM que alcanza una tasa de error de bit (BER, Bit error rate) menor que

10−9. Para las señales en BB se transmitió a 9.95328Gb/s y a 155.52Mb/s en DPSK. En

otro experimento lograron un BER de 10−9 utilizando una nueva arquitectura para RoF por medio de WDM para una señal en BB de 1.25 Gbps en una transmisión de 23 km; en este caso se generó una señal de MMW de 63 GHz usando el efecto de una portadora óptica suprimida y también enrutamiento de banda lateral; dicho autor expresa que puede ser un buen modelo de WDM-RoF para transmisión simultánea de señales alámbricas e inalámbricas en un futuro cercano [63].

En sistemas de detección heterodina se han hecho experimentos con señales PSK de 2.5 Gbps y señales inalámbricas ASK, ambas a 15 GHz, respecto a lo cual los autores concluyen que se pueden realizar transmisiones usando polarizaciones inalámbricas diversas, asimismo, simplificar ampliamente la estructura de la BS [64].

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74 | C a r a c t e r í s t i c a s d e T r a n s m i s i ó n e n R o F

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4. Características de Transmisión en RoF

Capítulo 4

Características de Transmisión en RoF Como explicamos anteriormente, la transmisión RoF consiste en transportar la señal de información, que se encuentra en banda base, modulada por una señal en RF a través de la fibra para conseguir aprovechar de forma más eficiente el ancho de banda del canal. Con éste propósito nos ocupamos de analizar 3 aspectos principales de la transmisión: Generación, Transporte y Recepción de la señal.

4.1. Generación de la Señal

Para la generación de la señal de radio sobre fibra utilizamos el método más simple, el cual consiste en realizar la combinación directa de la señal de RF multiplexada en subportadora de RF y la señal de información en banda base para después pasar ésta combinación al plano óptico mediante la implementación de un diodo laser generador de luz y un modulador Mach-Zehnder (MZ) como se muestra en la figura 4.1.

Figura 4.1. Esquema de modulación óptica para generación de señales RoF mediante

combinación directa de subportadora RF y banda base [65]

A partir del esquema mostrado anteriormente, tenemos que la expresión de una señal en un sistema de radio sobre fibra se puede definir mediante[65]:

𝑉(𝑅𝐹)(𝑡) = 𝑐(𝑡) + 𝑒(𝑡) ∙ cos (𝜔𝑒 + 𝛼𝑒) ) (4.1)

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Donde 𝑐(𝑡) es cualquier señal en banda base con cierta velocidad binaria transportada en la portadora óptica y 𝑒(𝑡) es la señal de datos que modula la portadora de RF definida por 𝜔𝑒 = 2𝜋𝑓𝑒 más una constante de fase 𝛼𝑒[65].

Por su lado, el modulador Mach-Zehnder actúa como conversor de la señal eléctrica modulada a una señal óptica, es decir, lo que hace es generar una señal óptica cuyas variaciones resulten proporcionales a las de la señal eléctrica de entrada para poder transmitirla a través de la fibra.

Un modulador tipo MZ utiliza una estructura interferométrica implementada sobre un sustrato de Niobato de Litio (LiNbO3), como se muestra en la figura 4.2. En este dispositivo, la luz se divide en partes iguales entre dos guías de ondas paralelas en la superficie del sustrato y se recombina nuevamente en la salida. La variación en el índice de refracción se traduce en un cambio de alguna de las propiedades de la señal óptica: amplitud, frecuencia, fase o polarización, depende de la configuración del dispositivo, en particular, de las corrientes de polarización que controlan el elemento modulador y que tienen incidencia directa en los índices de modulación, relación de extinción y potencia de la señal modulada. El esquema general de éste modulador se observa en la figura 4.2 [66].

Figura 4.2. Modulador MZ de control doble [66].

Un aspecto importante a tener en cuenta al utilizar el modulador MZ es la transferencia de potencia óptica del dispositivo, en función del desfase electroóptico inducido sobre la señal óptica. Debido a que, como se explica en [65].y [66], éste desfase depende de la tensión de polarización aplicada sobre los electrodos, en la región en la que se aplica una tensión que induce un desfase de 𝜋 2⁄ se observa que la función de transferencia tiene un comportamiento lineal por lo que resulta ideal a la hora de realizar la modulación de la señal eléctrica sobre la portadora óptica como se muestra en la figura 4.3.


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Figura 4.3. Curva de transferencia de potencia de un modulador MZ [66].

Las ecuaciones de modelado del modulador MZ tienen como finalidad obtener la expresión del campo eléctrico de la señal óptica a la salida del dispositivo, en función de las diferentes señales de entrada y de algunos parámetros del mismo. Como punto de partida, se formula una primera aproximación que proporciona el campo eléctrico a la salida del dispositivo en función del campo eléctrico a la entrada y de los desfases inducidos por las señales eléctricas aplicadas sobre los electrodos del modulador MZ como consecuencia del efecto electroóptico. La ecuación de campo se establece a partir de la geometría del modulador. En el dispositivo mostrado en la figura 4.1, se aplica una señal eléctrica sobre uno de los dos brazos del interferómetro. Esta señal provoca mediante el efecto electroóptico un cambio de fase sobre la señal óptica que se propaga por dicho brazo (Agrawal, 2002). La función de transferencia se puede expresar en términos del coeficiente de acoplo de la propagación del campo y el desfase producido en la señal en ambas ramas del interferómetro de la siguiente forma [66].

𝐸𝑜𝑢𝑡(𝑡) = (1

√2) 𝐸𝑖𝑛(𝑡) [

𝐴1𝑒(𝑗∆𝜑1)+ 𝐴2𝑒(𝑗∆𝜑2)

𝛼] (4.2)

Dónde:

𝛼 = atenuación de la señal a su paso por el dispositivo

𝐴1 y 𝐴2 = coeficientes de acoplo de las ramas superior e inferior, respectivamente, en el modelo de modulador de control doble mostrado en la figura 4.2.

𝜑1 y 𝜑2 = Desfases en cada una de las ramas debido al efecto electroóptico.

Así mismo, éstas variables pueden expresarse de la siguiente forma:

𝐴1 = 𝑎 = √0.5 + 𝜀

𝐴2 = √1 − 𝛼2

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∆𝜑1 = 𝜋

𝑉𝜋(𝑅𝐹)𝑉1(𝑅𝐹)(𝑡) +

𝜋

𝑉𝜋(𝐷𝐶)𝑉1(𝐷𝐶)

∆𝜑2 = 𝜋

𝑉𝜋(𝑅𝐹)𝑉2(𝑅𝐹)(𝑡) +

𝜋

𝑉𝜋(𝐷𝐶)𝑉2(𝐷𝐶)

El término 𝜺 representa la diferencia entre los coeficientes de acoplo de propagación de

energía de la rama superior e inferior. Para un modulador MZ ideal, ε=0, lo cual indica

que la potencia se divide en partes iguales en las dos ramas.[66]

El índice de modulación se define a través de la relación entre la amplitud de la señal moduladora y la tensión de desplazamiento de fase 𝑉𝜋 [65], (éste parámetro representa la

tensión que genera un desplazamiento de fase de 𝜋).

𝐼𝑀𝑠𝑒ñ𝑎𝑙 =𝑉𝑆𝑒ñ𝑎𝑙

𝑉𝜋 (4.3)

4.2. Transporte de la Señal

En términos generales hay dos aspectos principales a tener en cuenta al momento de transmitir una señal por un cable de fibra óptica los cuales son el presupuesto de potencia y el presupuesto de ancho de banda, por lo tanto a continuación se describirán las consideraciones necesarias referentes a éstos dos aspectos para lograr una propuesta efectiva y eficiente de transporte de datos por fibra óptica.

4.2.1. Presupuesto de Potencia Al momento de diseñar un sistema de transmisión por medio de fibra óptica se debe tener en cuenta una serie de parámetros fundamentales referentes a la potencia con que se va a transmitir y la forma de asegurar que esa potencia sea suficiente durante todo el trayecto y hasta llegar a su destino de tal manera que conserve la información integra hasta llegar al receptor destino.

La presente fórmula es una propuesta muy utilizada con éste fin y se describe de la siguiente forma:

𝑃𝑇(𝑑𝐵𝑚) − 𝐿𝑇(𝑑𝐵) − 𝑀𝐷(𝑑𝐵) + 𝐺(𝑑𝐵) = 𝑆(𝑑𝐵𝑚) (4.4)

𝑷𝑻 → 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑠𝑖ó𝑛

𝑳𝑻 → 𝑃é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑇𝑟𝑎𝑦𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑖𝑎 (𝑃é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑠𝑖ó𝑛)

𝑴𝑫 → 𝑀𝑎𝑟𝑔𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝐷𝑖𝑠𝑒ñ𝑜

𝑮 → 𝐺𝑎𝑛𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎

𝑺 → 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎

Potencia de Transmisión

Se habla de potencia de transmisión cuando nos referimos a la potencia óptica utilizada por el transmisor o fuente de luz para enviar los datos a través de la fibra, es decir, la cantidad de luz necesaria para transmitir información por un medio (en éste caso la fibra


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óptica). La unidad estándar utilizada para referirse a la potencia óptica es el dBm, la cual hace referencia a la proporción logarítmica (dB) respecto a 1 milivatio.

4.2.2. Pérdidas de Trayectoria Éste factor se refiere a la suma de pérdidas a tener en cuenta en la transmisión de datos por medio de fibra óptica. Es muy importante calcular con la mayor precisión posible estas pérdidas debido a que según éste resultado deducimos la cantidad de elementos adicionales a utilizar en el trayecto de la fibra, como el número de amplificadores ópticos y empalmes por ejemplo. Además éste cálculo es el que nos asegura que con determinado número de elementos se pueden transmitir datos a través de la fibra sin riesgo que se pierda información en el trayecto.

La fórmula general utilizada para calcular las pérdidas por trayectoria es la siguiente:

𝐿𝑇 = 𝐿𝐼(𝑑𝐵) + 𝛼𝐹𝑂(𝑑𝐵𝐾𝑚⁄ ) ∙ 𝐿𝐹𝑂(𝐾𝑚) + 𝛼𝐶(𝑑𝐵) ∙ 𝑁𝑐 + 𝛼𝐸(𝑑𝐵) ∙ 𝑁𝑒 (4.5)

𝑳𝑰 → 𝑃é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑠𝑒𝑟𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎 ó𝑝𝑡𝑖𝑐𝑎

𝜶𝑭𝑶 → 𝐴𝑡𝑒𝑛𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎

𝑳𝑭𝑶 → 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎

𝜶𝑪 → 𝐴𝑡𝑒𝑛𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑛𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠

𝑵𝒄 → 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠

𝜶𝑬 → 𝐴𝑡𝑒𝑛𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑒𝑚𝑝𝑎𝑙𝑚𝑒𝑠

𝑵𝒆 → 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑚𝑝𝑎𝑙𝑚𝑒𝑠

Pérdidas de Inserción (𝐿𝐼) Es la relación dada entre la potencia entregada por la fuente óptica y la fibra a la que va dirigida la señal y por la cual se va a transmitir la información. Ésta relación se encuentra

dada por la siguiente ecuación, donde 𝑃𝑖 es la potencia con la que entrega la luz la fuente o el emisor, y 𝑃𝑟 es la potencia con la que recibe el hilo de fibra la luz después de la inserción.

𝐿𝐼 = 10 𝑙𝑜𝑔10 (𝑃𝑖

𝑃𝑟) (4.6)

Sin embargo para términos prácticos ésta atenuación por lo general no se tiene en cuenta debido a que es muy pequeña y actualmente existen dispositivos acopladores que hacen éste factor de pérdidas despreciable.

Atenuación de la Fibra (𝛼𝐹𝑂) Éste es uno de los factores más importantes a considerar a la hora de realizar los cálculos referentes a la transmisión y balance de potencia de la fibra óptica. La Atenuación de la fibra nos dice, como su nombre lo indica, qué tanto se va a atenuar la información o con qué proporción ira disminuyendo la potencia de la señal a medida que se desplaza a través de la fibra.

Debido a que la atenuación de la fibra depende de características de fabricación de la fibra (materiales con los que fue fabricada, nivel de impurezas, entre otros), la forma de

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obtener éste dato es a través del fabricante y la hoja de características de la fibra que va a ser usada para la transmisión de información.

Longitud de la Fibra (𝐿𝐹𝑂) Es la distancia que recorre la fibra desde la fuente óptica hasta el receptor óptico destino a donde se quiere transmitir la información.

Junto a la atenuación de la fibra, estos dos parámetros representan la cifra más significativa a tener en cuenta a la hora de calcular las pérdidas por inserción de la fibra, debido a que mediante el producto de éstos datos se puede saber, según la distancia a la que se quiera transmitir, en qué punto del trayecto la atenuación va a ser tan grande que se pierda la información enviada y así implementar elementos que solucionen éste problema como es el caso de los amplificadores ópticos.

Atenuación de los conectores (𝛼𝐶) Representan las pérdidas generadas por cada uno de los conectores que se encargan de unir el ETL (Equipo Terminal de Línea) al hilo de fibra e igualmente el hilo de fibra al receptor óptico. Es decir, los conectores son los elementos que van en cada extremo de la fibra y se encuentran diseñados para enlazarse con las redes de transmisión y recepción de información.

Debido a que la atenuación causada por estos dispositivos es muy baja a comparación de la atenuación de la fibra en largas distancias, generalmente no se tiene en cuenta éste parámetro o se le da un valor estándar generalmente de 0.5 dB en el peor de los casos.

Atenuación de los Empalmes (𝛼𝐸) Los empalmes son elementos utilizados en el tendido de fibra para interconectar dos hilos de fibra y éste factor de atenuación representa las pérdidas generadas por cada uno de los empalmes que van a ser utilizados a lo largo del hilo de fibra.

Al igual que en el caso de la atenuación de los conectores, éstas pérdidas son muy bajas en comparación con la atenuación de la fibra y por lo general se le da un valor estándar similar al de la atenuación de los conectores (0.5 dB).

Número de Conectores (𝑁𝐶) y Número de Empalmes (𝑁𝐸) Debido a que los conectores, como se explicó anteriormente, van uno en cada extremo de la fibra decimos que por cada hilo de fibra se implementarán 2 conectores. En el caso del número de empalmes, debemos tener en cuenta dos factores principales pues éste parámetro depende de la longitud total de fibra que se requiere para realizar el enlace para la transmisión de datos y de la longitud de los carretes de fibra que se van a usar.

En general, para el cálculo del número de empalmes que se va a utilizar se emplea la siguiente formula:

𝑁𝐸 =𝐿𝐹𝑂

𝐿𝐶𝐹− 1 (4.7)

𝐿𝐹𝑂 → 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎

𝐿𝐶𝐹 → 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑟𝑟𝑒𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎


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4.2.3. Margen de Diseño (MD) El margen de diseño corresponde a un margen estimado de pérdidas referente a diversos factores, en su mayoría ambientales, que puedan generar degradación de los dispositivos respecto al paso del tiempo, el clima y pequeñas curvaturas generadas por el terreno donde se tienda la fibra.

A modo de estándar general se utiliza un estimado de 3dB como valor aceptable a incluir en las posibles pérdidas de transmisión causadas por los factores mencionados anteriormente.

4.2.4. Ganancia La ganancia está determinada por las pérdidas de trayectoria, la potencia de transmisión y la sensibilidad del receptor de tal manera que según estos parámetros se debe calcular el número de amplificadores necesarios para transmitir de forma íntegra y eficiente la información a través de la fibra y a su vez la ganancia o el nivel de amplificación que se requiera usar para dichos amplificadores ópticos.

Debido a que es un parámetro dependiente del resto de datos por lo general es el que se despeja y calcula, después de tener el resto de datos, en el presupuesto de potencia a la hora de realizar un diseño.

4.2.5. Potencia de Salida La potencia de salida es el parámetro resultante al operar el resto de datos según la fórmula empleada para calcular el presupuesto de potencia, sin embargo este dato no puede ser aleatorio pues depende también de la sensibilidad del receptor óptico.

El umbral de sensibilidad del receptor para una tasa de error de bit (BER) es la mínima cantidad de potencia óptica necesaria para que el equipo óptico receptor obtenga el BER deseado dentro del sistema digital. En los sistemas analógicos es la mínima cantidad de potencia de luz necesaria para que el equipo óptico obtenga el nivel de señal a ruido (S/N) deseado [67].

Al ser la sensibilidad de aceptación un parámetro dependiente del receptor óptico, éste depende del fabricante y se busca en la hoja de especificaciones del dispositivo.

4.3. Ancho de Banda y Velocidad de Transmisión

En un artículo publicado por el periódico EL TIEMPO en febrero del 2015, se hablaba sobre la discusión que en ese momento se realizaba en la CRC (Comisión Reguladora de Comunicaciones) sobre la velocidad mínima para que una conexión a internet se considerara como banda ancha la cual en ese momento se encontraba en 1 Mbps (Downstream). Se postularon diversas propuestas en cuanto a éste aspecto tratando de elevar los estándares de comunicaciones acercándonos a los europeos y, aunque hasta el día de hoy no ha variado éste parámetro para la CRC, encontramos que los proveedores de Internet más utilizados en Colombia coinciden en ofrecer un mínimo de 3Mb como servicio de banda ancha. Por lo tanto ese será nuestro estándar mínimo de tasa de transmisión para cálculos y simulación (3Mbps) [68].

En general, el ancho de banda promedio en un hilo de fibra (según el fabricante) es de 100GHz-km [69].

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Algunas consideraciones adicionales respecto al ancho de banda a tener en cuenta corresponden al tiempo de subida (Ts) de la señal al ser transmitida a través de la fibra óptica lo cual se puede calcular de la siguiente forma:

𝑇𝑠 =0.35

𝐵 ≈ 𝑇𝑠𝐹𝑜 (4.8)

𝑠𝐹𝑜 = √𝑇𝑠𝑀𝑜𝑑𝑎𝑙2 + 𝑇𝑠𝐶𝑟𝑜𝑚𝑎𝑡𝑖𝑐𝑎

2 + 𝑇𝑠𝑃𝑀𝐷2 (4.9)

𝑇𝑠𝑀𝑜𝑑𝑎𝑙 = 𝐷𝑐 ∙ 𝛾 ∙ 𝑙𝐹𝑜 (4.10)

𝑇𝑠𝑃𝑀𝐷 = 𝑃𝑀𝐷 = 𝐷𝑃𝑀𝐷 ∙ √𝑙𝐹𝑜 (4.11)

Dónde:

𝐷𝑐 → Dispersión Cromática

𝑙𝐹𝑜 → Longitud de la fibra óptica

𝐷𝑃𝑀𝐷 → Dispersión por modo polarización

4.3.1. Dispersión Cromática Este fenómeno se produce por el cambio de medio del pulso luminoso (generado por el dispositivo opto-electrónico), que descompone el ancho espectral en las longitudes de onda que lo componen. Estas longitudes de onda viajan a velocidades distintas sobre el núcleo de la fibra, llegando al fotodetector en tiempos diferenciados, resultando en una forma de onda distinta a la original, lo que puede redundar en el desconocimiento del receptor de dicho pulso [70].

La dispersión cromática de una fibra se expresa en ps/(nm*km), representando el retraso o incremento de tiempo (en ps), para una fuente con una anchura espectral de 1 nm que viaja en 1 kilómetro de la fibra. Esto depende del tipo de fibra y limita la tasa de bits o la distancia de transmisión para una buena calidad de servicio [70].

4.3.2. Dispersión por Modo Polarización La Dispersión por Modo de Polarización (PMD) en una fibra monomodo, es el resultado de la diferencia de velocidades de grupo de los modos de polarización correspondiente al modo LP01. Este efecto produce una combinación aleatoria de diferentes modos de polarización en la fibra óptica, y empieza a ser importante cuando las velocidades de modulación están cerca o superan los 2.5 Gbps. Este tipo de dispersión debe medirse durante el proceso de fabricación, durante el proceso de cableado y después de la instalación ya que las curvaturas y los puntos de tensión son las causantes principales de este tipo de dispersión [71].

La PMD puede aumentar sí el cable sufrió durante la instalación, esfuerzos no recomendados, lo que significa que no se podrá incrementar en forma simple la velocidad de los enlaces si no se ha calculado o medido este nuevo parámetro, con los consiguientes efectos de disponer de redes de cables de fibra óptica que no se podrán utilizar más allá de un 30% o 40% de la vida útil del cable por no poder aumentar la velocidad de modulación [71].


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4.3.3. Degradación en Señales RF En un enlace analógico RF, las dos causas principales de la degradación de la señal son los diferentes ruidos del sistema y las no linealidades del enlace. Debido a que estos dos aspectos se encuentran relacionados, el Spurious-Free dynamic range (SFDR) presenta una medición que considera ambos efectos, por lo que es considerada la medida principal del comportamiento de este tipo de enlaces. El SDFR es una medida de la variación en el nivel de la señal RF que puede ser transportada por el enlace y se calcula mediante la siguiente formula [72]:

𝑆𝐹𝐷𝑅 = 𝑀𝑎𝑥𝑖𝑚𝑢𝑚 𝑅𝐹 𝑃𝑜𝑤𝑒𝑟

𝑀𝑖𝑛𝑖𝑚𝑢𝑚 𝑅𝐹 𝑃𝑜𝑤𝑒𝑟=

𝑅𝐹 𝑃𝑜𝑤𝑒𝑟|𝐼𝑀𝐷=𝑛𝑜𝑖𝑠𝑒

𝑅𝐹 𝑃𝑜𝑤𝑒𝑟|𝑠𝑖𝑔𝑛𝑎𝑙=𝑛𝑜𝑖𝑠𝑒=

𝑚2|𝐼𝑀𝐷=𝑛𝑜𝑖𝑠𝑒

𝑚2|𝑠𝑖𝑔𝑛𝑎𝑙=𝑛𝑜𝑖𝑠𝑒 (4.12)

Donde 𝑚 es el índice de modulación de RF.

4.4. Recepción de la Señal

Luego que la información es transmitida a través de la fibra modulada sobre una señal de RF, al llegar al “nodo destino” es necesario demodular ésta señal entrante para verificar que la información llegó correctamente. De tal forma que se propuso un sistema de recepción sencillo (como el esquema mostrado en la figura 4.4) en el cual como primera medida se reparte la señal recibida en dos caminos, de tal forma que en uno se recupere la señal en banda base y en el segundo se verifique que los datos a subportadora RF hayan llegado fielmente.

Figura 4.4. Esquema general de recepción de la señal RoF

4.4.1. Recuperación de la Señal Banda Base Para recuperar la señal transmitida en banda base, se convierte la señal óptica recibida en señal eléctrica por medio de un fotodiodo tipo PIN el cual tiende a ser ideal debido a sus características, entre las cuales se encuentran que su ganancia no depende de la temperatura, genera un bajo ruido y es más económico que otros fotodetectores.

4.4.1.1. Fotodetector

C a p í t u l o 4 | 83

Fotodetector PIN Diodo PIN es una estructura de tres capas, siendo la capa intermedia semiconductor intrínseco, y las externas, una de tipo P y la otra tipo N (estructura P-I-N que da nombre al diodo y se observa en la figura 4.5). Sin embargo, en la práctica, la capa intrínseca se

sustituye bien por una capa tipo P de alta resistividad (π) o bien por una capa N de alta

resistividad (ν). La región intrínseca es más amplia en contraste con un diodo PN

ordinario. La región intrínseca con mayor amplitud hace que el diodo PIN un rectificador inferior, pero hace que el diodo PIN adecuado para diferentes aplicaciones, entre ellas fotodetectores [73].

Figura 4.5. Construcción de un Fotodiodo PIN [74].

Una capa dopada muy ligeramente (casi pura o intrínseca) de material semiconductor tipo N se encierra entre la unión de las dos áreas de contacto tipo P y tipo N, muy dopadas. La luz entra al dispositivo a través de una ventana muy pequeña y cae sobre el material intrínseco carente de portadores. El material intrínseco se hace lo suficientemente grueso como para que la mayoría de los fotones que entren al dispositivo queden absorbidos por esta capa. En esencia, el fotodiodo PIN funciona exactamente al contrario que un LED. La mayoría de los fotones quedan absorbidos por electrones de la banda de valencia del material intrínseco. Cuando se absorben los fotones agregan la energía suficiente para generar portadores en la región de agotamiento, y permiten el paso de la corriente por el dispositivo[74].

Fotodetector APD Los fotodiodos de avalancha (Avalanche Photodiodes, APDs) se emplean cuando la potencia recibida puede ser limitada, ya que tienen una responsividad mayor que los fotodiodos PIN. Esto se debe a que todos los fotodiodos requieren una corriente mínima para su correcto funcionamiento, es decir, requieren una potencia óptica mínima. Por ello son preferibles los fotodiodos con una responsividad alta, pues requieren una menor potencia óptica para su buen funcionamiento.

Los APD se basan en el fenómeno de la ionización por impacto como se evidencia en la figura 4.6. Un electrón (al igual que un hueco) generado por la absorción de un fotón con la suficiente energía cinética, puede generar nuevos pares electrón-hueco al dar parte de su energía a otro electrón de forma que éste pase de la banda de valencia a la banda de conducción. Luego la corriente generada por la absorción de los fotones incidentes,se ve incrementada por un factor (ganancia multiplicativa de corriente, esto es el promedio de electrones generados por cada fotón) [75].


84

Figura 4.6. Estructura de fotodiodo de avalancha de InGaAs (Avalanche Photodiodes,

APDs) [75].

4.4.1.2. Filtro LP Posteriormente la señal eléctrica emitida por el fotodiodo pasa por un filtro pasa-bajos (LP por sus siglas en inglés) de forma tal que solo pase la señal que oscila a menor frecuencia (la señal en banda base). Para lo cual utilizamos un filtro Gaussiano el cual, según las especificaciones del simulador VPI, nos proporciona una primera aproximación a un filtro real. Dicho filtro se encuentra modelado en el dominio de la frecuencia como un filtro analógico de “orden gaussiano” N con una frecuencia de corte de 3dB ( 𝑓3𝑑𝐵

), y cuya

función de transferencia es:

𝐴(𝑓) = 𝑒−𝑙𝑛√2(

𝑓

𝑓3𝑑𝐵)

2𝑁

(4.13)

Finalmente usamos un amplificador a la salida del filtro para que la amplitud de la señal en banda base recuperada nos permita identificar claramente la información transmitida y verificar visualmente a grandes rasgos el nivel de integridad con el que finalmente llega el mensaje.

4.4.2. Recuperación de la Señal Datos Sub-Portadora A pesar de requerir un procedimiento diferente al expuesto anteriormente, debido a que en este caso se quiere recuperar la sub-portadora modulada, la recuperación de la señal de datos sub-portadora utiliza los mismos elementos usados en la recuperación de la señal en banda base con algunas variaciones adicionales como se muestra a continuación.

4.4.2.1. Filtro Pasa Banda Luego que la señal óptica pasa por el fotodiodo PIN dejándola en el plano eléctrico como se explicó anteriormente; ésta señal eléctrica pasa por un filtro pasa banda cuya frecuencia central debe coincidir con la frecuencia del oscilador, utilizado en la etapa de transmisión para modular la señal de datos sub portadora, de tal forma que por medio del filtro pasa banda se recupere ésta señal modulada. Para este fin utilizamos un filtro Gaussiano el cual, según las especificaciones del simulador VPI, nos proporciona una primera aproximación a un filtro real. Este filtro se encuentra modelado en el dominio de la frecuencia como un filtro analógico de “orden gaussiano” N con un ancho de banda de 3dB ( ∆3𝑑𝐵

) y una frecuencia central 𝑓𝑐.Su función de transferencia se expresa de la

siguiente forma:

C a p í t u l o 4 | 85

𝐴(𝑓) = 𝑒−𝑙𝑛√2(

2∙(𝑓−𝑓𝑐 ) 𝑓3𝑑𝐵

)

2𝑁

(4.14)

4.4.2.2. Demodulación Una vez filtrada la señal modulada en RF, para recuperar los datos de la sub-portadora se requiere demodular ésta señal y posteriormente, ya estando en banda base, filtrarla nuevamente con un filtro pasa bajos como el utilizado en la recuperación de la señal anterior.

El proceso de demodulación consiste en multiplicar la señal modulada con una señal en RF que oscile a la misma frecuencia que la portadora utilizada para el proceso de modulación, de forma tal que la información vuelva a su estado original en banda base, como se muestra en la figura 4.7.

Figura 4.7. Esquema sencillo del proceso de demodulación de la señal de información

Posterior a esto, tal como se mencionó anteriormente y como se muestra en el esquema de la figura 4.4, se realiza el mismo procedimiento de filtrado para eliminación de ruido y de amplificación para recuperar la señal de datos sub-portadora.

4.5. Transmisión en el Proyecto Nacional de Fibra Óptica Teniendo en cuenta el procedimiento y las especificaciones que se deben tener en cuenta a la hora de transmitir una señal, según lo mencionado anteriormente, a continuación realizaremos el análisis de transmisión correspondiente a las características sobre las cuales se van a generar, transportar y recibir la señal en el plan nacional de fibra óptica.

Las características iniciales a tener en cuenta son las siguientes:

Generación:

Tasa de Transmisión → 10Gb/s

Frecuencia Portadora→ 20 GHz

Frecuencia de Transmisión del láser→ 193.85𝑥1012Hz

Potencia Promedio de transmisión→ 15dBm Transporte:

Atenuación de la fibra→ ~0.275𝑥10−3 dB/m

Señal

Modulada

Señal en Banda

Base

Señal oscilante a la frecuencia de

la portadora


86

Dispersión de la fibra→ 17𝑥10−6 s/𝑚2

Pendiente de dispersión→ 0.092𝑥10−3 s/𝑚3

Área del núcleo→ 80𝑥10−12 𝑚2

Recepción:

Relación de ganancia entrada-salida del fotodiodo (responsivity) → 1 A/W

Ruido térmico→ 80𝑥10−12

En el caso del transporte de la señal en cuanto a potencia se realiza un análisis similar al empleado en el transporte de una señal en banda base, por ejemplo para el caso del tramo que hay entre Torca y Nemocon donde hay una distancia de 63 km y un empalme al que por defecto se le pondrá una atenuación de 0.5 dB utilizando la ecuación (4) tendremos que:

15(𝑑𝐵𝑚) − 0.275𝑥10−3(𝑑𝐵) 𝑥 63𝑘𝑚 − 3(𝑑𝐵) − 0.5(𝑑𝐵) = −5.8(𝑑𝐵𝑚)

(Suponiendo que no se le aplica ninguna ganancia a la transmisión)

Como vemos el presupuesto de potencia se analiza exactamente igual para el caso de transportar la señal en banda base o en RoF, por lo que debemos observar las implicaciones en cuanto a generación y recepción de la señal. En las simulaciones del siguiente capítulo se observaran mediante los resultados y el análisis de resultados las implicaciones de transmitir en RoF en comparación con banda base y como a pesar que al transmitir en RoF se tiene un mayor aprovechamiento de ancho de banda, se compromete la potencia por lo que hay que generar un sistema de generación y recepción adecuados para abordar este problema.

C a p í t u l o 6 | 87

5. Simulaciones

Capítulo 5

Simulaciones Para la implementación de las simulaciones en cada uno de los 10 municipios que comprenden el valle de Ubaté, se tiene en cuenta la estructura implementada por el Plan nacional de Fibra Óptica. Se tomará como guía los diagramas de las Figura 2.26 (Infraestructura Física PNFO Zona 2 Cundinamarca Valle de Ubaté desde ITX Torca (Bogotá) hasta el Nodo de Acceso de Simijaca) y Figura 2.27 (Distribución de Equipos PNFO Zona 2 Cundinamarca Valle de Ubaté) del CAPITULO 2.

El software utilizado para la simulación de este tipo de sistemas ópticos es el VPI Transmission Maker (cuya interfaz se muestra en la figura 5.1)que permite el diseño de sistemas fónicos y subsistemas de corto alcance, acceso, metro y sistemas de larga distancia. Adicionalmente, permite un modelado preciso y eficiente debido a su sistema de simulación robusto y realista, junto con la representación de señales ópticas con diferentes grados de abstracción. Ofrece un modelado de señal muestreada soportando la simulación detallada del campo óptico en dominio del tiempo como lo es tasa de error de bit (BER) y el análisis de diagrama de ojo necesarios para el desarrollo de este trabajo [76].

88 | V a l i d a c i ó n d e R e s u l t a d o s

88

Figura 5.1. Interfaz gráfica VPI Transmission Maker.

Características VPI Transmission Maker:

La simulación de redes ópticas

Modulación única y multiportadora (OFDM, Nyquist WDM)

Constelaciones arbitrarias en 2 y 4 dimensiones, incluyendo MQAM, CmQAM y formatos de configuración de partición 4D

Visualización y análisis de herramientas avanzadas (BER, EVM, ojo-diagrama, espectro, Poincaré, ...)

Sistema WDM rápida evaluación de diseño utilizando las funciones de análisis de rendimiento de enlace y las reglas de diseño de ingeniería

Espacio libre de Transmisión Óptica

Modelos realistas (ficha técnica) modelo de componentes físicos y de comportamiento para varios convertidores E / S como DML, EML y MZM

Extensa biblioteca de algoritmos de ecualización basado en DSP (filtro de MIMO, de retropropagación, Viterbi y Viterbi, MLSE, ...) y la FEC (LDPC, Hamming)

Modelo de la fibra más avanzada de la industria (incluyendo Kerr, Raman, Rayleigh, Brillouin y los efectos de polarización aleatorios)

Kit de herramientas de acoplamiento activo con las bibliotecas DSP laboratorio-probada desarrollada por Fraunhofer HHI

Versátil entorno de simulación para investigar los eventos dinámicos en escalas de tiempo de red lentas (como las respuestas EDFA y esquemas de control) y escalas de tiempo rápido (tales como el impacto de los transitorios, características de señal a nivel de bit).

Soporte de la transmisión de corto alcance de alta velocidad a través de fibra multimodo y la transmisión MIMO más de unos pocos fibras en modo (incluyendo eventos modo de acoplamiento individuales)

Análisis de la radio sobre fibra (ROF) y microondas transmisiones (SNR, CNR, IMD3, IP3, ...) [76].

C a p í t u l o 6 | 89

Las características de la fibra utilizada en la simulación se toman del CAPITULO 2, en la sección 2.1.1.1 establecidas por el PNFO. Los transmisores, receptores y recuperadores de datos están sujetos a diseños.

5.1. Transmisión en Banda Base

5.1.1. Transmisor El transmisor está conformado por un láser emisor, un PRBS (Pseudo Random Binary sequence) generador de secuencia aleatoria, un codificador NRZ (Non Return to Zero) no retorno a cero, un controlador de tiempo de subida (Rise Time) y finalmente un modulador MZM (Mach Zehnder Modulator). Como se observa en la figura 5.2.

Figura 5.2. Configuración de Transmisor Banda base.

Los parámetros de simulación son:

Tasa de muestreo de la señal (SampleRate) con un valor de 320 GHz.

Bits por segundo de los datos (BitRate) de 10 GBits/s.

Frecuencia de emisión del láser (Laser_EmissionFrequency) de 193.85 THz tercera ventana.

Potencia promedio de salida de la onda portadora antes de la modulación (Laser_AveragePower) de 31.623 mW (15 dBm).

Ancho de línea del Laser (Laser_LineWidth) de 0 Hz.

Define el tipo de cadena de bits producido por la fuente (PRBS_Type).


90

Figura 5.3. Diagrama de espectro a la salida del Transmisor Banda Base.

En la figura 5.3 evidenciamos a la salida del transmisor propuesto el diagrama de espectro de la señal transmitida donde la información se encuentra contenida en frecuencia 0, es decir en banda base.

5.1.2. Receptor y Recuperación de Datos Esta es una parte fundamental en cualquier sistema de comunicaciones ópticas, ya que de una correcta recepción de datos se obtendrá un buen funcionamiento. Además, Para lograr retransmitir la información es fundamental un correcto sistema de decisión para identificar cada uno de los bits.

5.1.2.1. Receptor Para el diseño del receptor se usó un detector APD (Avalanche PhotoDiode) o fotodiodo de avalancha. La responsividad de un fotodiodo APD es mayor a la de un fotodiodo PIN. Regularmente se usa PIN para los enlaces de distancia corta y el APD en distancias de transmisión considerablemente largas donde se requiere alta resposividad.

El receptor en su totalidad está conformado por el fotodiodo APD y por un filtro de Bessel para dejar la señal libre de ruido este módulo se conoce como Direct APD. Como se observa en la figura 5.4.

Figura 5.4. Módulo de recepción Direct APD.

Para la toma de medidas en los puntos de interés se adiciona: un recuperador de reloj y los elementos de medidas necesarios como lo es un osciloscopio (Scope), módulo de medición de BER y un potenciómetro. Como se observa en la figura 5.5.

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Figura 5.5. Modelo de recepción y medición en Banda base.

5.1.2.2. Recuperación de Datos Para la recuperación de datos para posteriormente ser transmitidos, se debe tener un circuito de decisión que permita identificar cada uno de los bits recibidos para después de ser regenerados y retransmitidos nuevamente con igual potencia que en transmisor inicial, teniendo en cuenta las mínimas penalizaciones en cuanto a BER. El circuito propuesto se puede observar claramente en la figura 5.6.

Figura 5.6. Modelo para recepción y retransmisión de datos en Banda base.

5.1.3. Trayecto Municipio Tausa Para el trayecto desde el ITX TORCA ubicado en Bogotá al municipio de Tausa se tiene el siguiente diagrama para la transición en Banda base. Teniendo un enlace de 16.06 Km de fibra óptica desde el nodo de agregación de Nemocon al punto de medición, nodo


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adicional de Tausa. Adicionalmente, pasa por el empalme de Tausa. El diagrama de transmisión utilizado para ésta simulación lo podemos observar en la figura 5.7.

Figura 5.7. Diagrama de transmisión en banda base para el municipio de Tausa.

Obteniendo los siguientes resultados:

Tabla 5.1. Resultados municipio Tausa Banda Base

PARAMETROS RESULTADO

Tasa de error de bit (BER) 1,5972E-90

Factor de calidad (Q) 20,1304

Potencia en receptor (PRx) 4,4037 mW 6,44 dBm

Figura 5.8. Diagrama de ojo transmisión en banda base para el municipio de Tausa.

Como resultado de ésta transmisión observamos el diagrama de ojo mostrado en la figura 5.8.

5.1.4. Trayecto Municipio Sutatausa El trayecto desde el ITX TORCA ubicado en Bogotá al municipio de Sutatausa se tiene el siguiente diagrama para la transición en Banda base. Teniendo un enlace de 23.09 Km de fibra óptica desde el Nodo de agregación de Nemocon al punto de medición, Nodo Adicional de Sutatausa. Adicionalmente, pasa por el Empalme de Sutatausa El diagrama de transmisión utilizado para ésta simulación lo podemos observar en la figura 5.9.

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Figura 5.9. Diagrama de transmisión en banda base para el municipio de Sutatausa.

Obteniendo los siguientes resultados:

Tabla 5.2. Resultados municipio Sutatausa Banda Base





Figura 5.10. Diagrama de ojo transmisión en banda base para el municipio de Tausa.


5.1.5. Trayecto Municipio Carmen de Carupa y Reserva Ubaté 1 El trayecto desde el ITX TORCA ubicado en Bogotá al municipio de Carmen de Carupa se tiene el siguiente diagrama para la transición en Banda base. También hay una reserva (Paso por municipio) denominada Ubaté 1. Teniendo un enlace de 7.40 Km de fibra óptica desde el Nodo de agregación de Nemocon al punto de medición, reserva paso por municipio Ubaté 1. Donde después existe un enlace de 14.75 Km de fibra óptica desde Ubaté 1 hasta el punto de medición, Nodo de Acceso Carmen de Carupa. El diagrama de transmisión utilizado para ésta simulación lo podemos observar en la figura 5.11.


94

Figura 5.11. Diagrama de transmisión en banda base para el municipio de Carmen de

Carupa y reserva Ubaté 1.

Resultados para la reserva Ubaté 1:

Tabla 5.3. Resultados Reserva Ubaté 1 Banda Base




Potencia en receptor (PRx) 0,9958 mW -0,02 dBm

Figura 5.12. Diagrama de ojo transmisión en banda base para reserva Ubaté 1.


Resultados para municipio de Carmen de Carupa:

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Tabla 5.4. Resultados municipio Carmen de Carupa Banda Base





Figura 5.13. Diagrama de ojo transmisión en banda base para municipio Carmen de

Carupa.


5.1.6. Trayecto Municipio de Simijaca Para el trayecto desde el ITX TORCA ubicado en Bogotá al municipio de Simijaca se tiene el siguiente diagrama para la transición en Banda base. Teniendo un enlace de 71.52 Km de fibra óptica desde el Nodo de agregación de Nemocon al punto de medición, Nodo Acceso de Simijaca. Posteriormente pasa por el empalme de Simijaca. El diagrama de transmisión utilizado para ésta simulación lo podemos observar en la figura 5.14.

Figura 5.14. Diagrama de transmisión en banda base para municipio Simijaca.

Resultados para municipio de Simijaca:

Tabla 5.5. Resultados municipio Simijaca Banda Base


96





Figura 5.15. Diagrama de ojo transmisión en banda base para municipio Simijaca.


5.1.7. Trayecto Municipio de Susa Para el trayecto desde el ITX TORCA ubicado en Bogotá al municipio de Susa se tiene el siguiente diagrama para la transición en Banda base. Teniendo un enlace de 71.52 Km de fibra óptica desde el Nodo de agregación de Nemocon al empalme de Simijaca. Para Susa existe un enlace de fibra óptica de 8.53 Km pasando por el empalme de Susa1. El diagrama de transmisión utilizado para ésta simulación lo podemos observar en la figura 5.16.

Figura 5.16. Diagrama de transmisión en banda base para municipio Susa.

Resultados para municipio de Susa:

Tabla 5.6. Resultados municipio Susa Banda Base


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Figura 5.17. Diagrama de ojo transmisión en banda base para municipio Susa.


5.1.8. Trayecto Municipio de Fuquene Para el trayecto desde el ITX TORCA ubicado en Bogotá al municipio de Fuquene se tiene el siguiente diagrama para la transición en Banda base. Teniendo un enlace de 45.19 Km de fibra óptica desde el Nodo de agregación de Nemocon al Nodo Acceso de Carmen de Carupa. Desde el Nodo de Acceso de Carmen de Carupa al Nodo Acceso de Fuquene existe un enlace de fibra óptica de 39.72 Km. El diagrama de transmisión utilizado para ésta simulación lo podemos observar en la figura 5.18.

Figura 5.18. Diagrama de transmisión en banda base para municipio Fuquene.

Resultados para municipio de Fuquene:


98

Tabla 5.7. Resultados municipio Fuquene Banda Base





Figura 5.19. Diagrama de ojo transmisión en banda base para municipio Fuquene.


5.1.9. Trayecto Municipio de Cucunuba y Reserva Ubaté 2 Para el trayecto desde el ITX TORCA ubicado en Bogotá al municipio de Cucunuba se tiene el siguiente diagrama para la transición en Banda base. Teniendo un enlace de 45.19 Km de fibra óptica desde el Nodo de agregación de Nemocon al Nodo Acceso de Carmen de Carupa. Desde el Nodo de Acceso de Carmen de Carupa al Nodo Acceso de Fuquene existe un enlace de fibra óptica de 39.72 Km. Posteriormente, al Nodo de Acceso de Fuquene existe un enlace de 14.73 Km en donde se encuentra la reserva de paso por municipio de Ubaté 2, y finalmente, para llegar al punto de medición Nodo de Acceso de Cucunuba se tiene un enlace de 8.53 Km pasando por el empalme de Cucunuba. El diagrama de transmisión utilizado para ésta simulación lo podemos observar en la figura 5.20.

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Figura 5.20. Diagrama de transmisión banda base para el municipio de Cucunuba y

reserva Ubaté 2.

Resultados para Reserva Ubaté 2:

Tabla 5.8. Resultados reserva Ubaté 2 Banda Base






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Figura 5.21. Diagrama de ojo transmisión banda base para reserva Ubaté 2.


Resultados para municipio de Cucunuba:

Tabla 5.9. Resultados municipio de Cucunuba Banda Base





Figura 5.22. Diagrama de ojo transmisión banda base para municipio de Cucunuba.


5.1.10. Trayecto Municipio Guacheta Para el trayecto desde el ITX TORCA ubicado en Bogotá al municipio de Guacheta se tiene el siguiente diagrama para la transición en Banda base. Teniendo un enlace de 50.05 Km de fibra óptica desde el Nodo de agregación de Nemocon al Nodo Acceso de Villapinzon. Posteriormente, al Nodo de Acceso de Villapinzon existe un enlace de 45.19 Km en donde se el punto de medición Nodo de Acceso de Guacheta pasando por el empalme de Guacheta. El diagrama de transmisión utilizado para ésta simulación lo podemos observar en la figura 5.23.

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Figura 5.23. Diagrama de transmisión banda base para municipio de Guacheta.

Resultados para municipio de Guacheta:

Tabla 5.10. Resultados municipio de Guacheta Banda Base





Figura 5.24. Diagrama de ojo transmisión banda base para municipio de Guacheta


5.1.11. Trayecto Municipio Lenguazaque Para el trayecto desde el ITX TORCA ubicado en Bogotá al municipio de Lenguazaque se tiene el siguiente diagrama para la transición en Banda base. Teniendo un enlace de 50.05 Km de fibra óptica desde el Nodo de agregación de Nemocon al Nodo Acceso de Villapinzon. Posteriormente, al Nodo de Acceso de Villapinzon existe un enlace de 45.19 Km al Nodo de Acceso de Guacheta pasando por el empalme de Guacheta. Y finalmente un tramo de fibra de 11.36 Km al Nodo de Acceso de Lenguazaque. El diagrama de transmisión utilizado para ésta simulación lo podemos observar en la figura 5.25.


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Figura 5.25. Diagrama de transmisión banda base para municipio de Lenguazaque.

Resultados para municipio de Lenguazaque:

Tabla 5.11. Resultados municipio de Lenguazaque Banda Base





Figura 5.26. Diagrama de ojo transmisión banda base para municipio de Lenguazaque.

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5.1.12. Resumen Resultados Obtenidos Transmisión Banda Base

Tabla 5.12. Resumen resultados transmisión Banda base por municipio.

MUNICIPIO PRx(mW) PRx(dBm) BER Q

TAUSA 4,4037 6,44 1,5972E-90 20,1304

SUTATAUSA 2,7900 4,46 2,0864E-54 15,4734

UBATE 1 0,9958 -0,02 1,1127E-36 12,5751

CARMEN DE CARUPA 0,3913 -4,07

2,6663E-24 10,0873

SIMIJACA 0,1316 -8,81 1,6308E-9 5,8777

SUSA 0,6755 -1,70 2,9626E-19 8,8433

FUQUENE 1,0278 0,12 9,3025E-9 5,5636

UBATE 2 2,3931 3,79 4,1781E-12 6,7605

CUCUNUBA 1,2754 1,06 5,9228E-8 5,2060

GUACHETA 0,6767 -1,70 2,4697E-8 3,3970

LENGUAZAQUE 0,6218 -2,06 1,9594E-17 8,3649

Los principales características a travez de las cuales evaluamos los resultados de la transmisión fueron el BER, el factor de calidad de la señal recibida y la potencia recibida. Realizamos este análisis para cada municipio como podemos observar en las figuras 5.27, 5.28 y 5.29.


104

Figura 5.27. Potencia de entrada PRx por municipio transmisión Banda base.

Figura 5.28.BER por municipio transmisión Banda base.

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Figura 5.29. Q por municipio transmisión Banda base.

5.1.13. Tasa de Error de bit (BER) en Función de la Potencia de Receptor (PRx)

Para realizar este análisis se tomaran tres municipios con diferentes distancias a el nodo de agregación Nemocon; Corta (Tausa), media (Carmen de Carupa) y larga (Simijaca). Haciendo una variación en la potencia de entrada y comparando los datos obtenidos como se muestra en las tablas 5.13, 5.14 y 5.15.

Distancia Corta (Tausa) Tabla 5.13. Variación de Potencia Distancia corta (Tausa) banda base.

P(dBm)* PRx(mW) PRx(dBm) BER Q

-25 1,3925E-02 -18,56 1,6254E-75 18,3415

-24 1,7521E-02 -17,56 1,0552E-79 18,8576

-23 2,2071E-02 -16,56 8,2353E-83 19,2317

-22 2,7785E-02 -15,56 4,7348E-85 19,4969

-21 3,4980E-02 -14,56 1,2299E-86 19,6825

-20 4,4037E-02 -13,56 9,5198E-88 19,8161

-19 5,5440E-02 -12,56 1,5906E-88 19,9013

-18 6,9795E-02 -11,56 4,5344E-89 19,9641

-17 8,7866E-02 -10,56 1,8685E-89 20,0083

-16 0,1106 -9,56 9,9280E-90 20,0397

-15 0,1393 -8,56 6,2909E-90 20,0624

-14 0,1753 -7,56 4,5078E-90 20,0790

-13 0,2207 -6,56 3,5229E-90 20,0912

-12 0,2779 -5,56 2,9291E-90 20,1004

-11 0,3498 -4,56 2,5467E-90 20,1076

-10 0,4404 -3,56 2,2879E-90 20,1126


106

-9 0,5544 -2,56 2,1059E-90 20,1167

-8 0,6980 -1,56 1,9740E-90 20,1199

-7 0,8787 -0,56 1,8760E-90 20,1252

-6 1,1061 0,44 1,8018E-90 20,1245

-5 1,3925 1,44 1,7480E-90 20,1261

-4 1,7531 2,44 1,7003E-90 20,1273

-3 2,2071 3,44 1,6653E-90 20,1284

-2 2,7785 4,44 1,6375E-90 20,1292

-1 3,4980 5,44 1,6152E-90 20,1299

0 4,4037 6,44 1,5972E-90 20,1304

*Variación de Potencia en la entrada del receptor. Los resultados de BER y el factor de calidad en función de la variación de potencia de entrada realizada para para el municipio de Tausa se muestran a continuación en las figuras 5.30 y 5.31.

Figura 5.30. BER en función de PRx distancia corta (Tausa) banda base.

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Figura 5.31. Q en función de PRx distancia corta (Tausa) banda base.

Distancia Media (Carmen de Carupa)

Tabla 5.14. Variación de Potencia Distancia media (Carmen de Carupa) banda base.


-25 1,2374E-03 -29,07 5,4457E-6 4,3967

-24 1,5579E-03 -28,07 1,1054E-7 5,1777

-23 1,9613E-03 -27,07 1,0920E-9 5,9793

-22 2,4691E-03 -26,07 6,6556E-12 6,7595

-21 3,1084E-03 -25,07 3,5635E-14 7,4781

-20 3,9133E-03 -24,07 2,4567E-16 8,1045

-19 4,9265E-03 -23,07 2,9844E-18 8,6224

-18 6,2021E-03 -22,07 7,6602E-20 9,0303

-17 7,8080E-03 -21,07 4,3207E-21 9,3382

-16 9,8298E-03 -20,07 4,9999E-22 9,5627

-15 1,2374E-02 -19,07 1,0473E-22 9,7223

-14 1,5579E-02 -18,07 3,4623E-23 9,8337

-13 1,9613E-02 -17,07 1,5984E-23 9,9108

-12 2,4691E-02 -16,07 9,3495E-24 9,9640

-11 3,1084E-02 -15,07 6,4457E-24 10,0000

-10 3,9133E-02 -14,07 4,9755E-24 10,0261

-9 4,9265E-02 -13,07 4,1501E-24 10,0439

-8 6,2021E-02 -12,07 3,6506E-24 10,0565

-7 7,8080E-02 -11,07 3,3313E-24 10,0655

-6 9,8298E-02 -10,07 3,1184E-24 10,0720

-5 0,1237 -9,07 2,9717E-24 10,0767

-4 0,1558 -8,07 2,8681E-24 10,0801


108

-3 0,1961 -7,07 2,7933E-24 10,0827

-2 0,2469 -6,07 2,7383E-24 10,0847

-1 0,3108 -5,07 2,6973E-24 10,0862

0 0,3913 -4,07 2,6663E-24 10,0873

*Variación de Potencia en la entrada del receptor.

Los resultados de BER y el factor de calidad en función de la variación de potencia de entrada realizada para para el municipio de Tausa se muestran a continuación en las figuras 5.32 y 5.33.

Figura 5.32. BER en función de PRx distancia media (Carmen de Carupa) banda base.

C a p í t u l o 6 | 109

Figura 5.33. Q en función de PRx distancia media (Carmen de Carupa) banda base.

Distancia Larga (Simijaca)

Tabla 5.15. Variación de Potencia Distancia larga (Simijaca) banda base.


-25 4,1618E-04 -33,81 0,0804 1,4010

-24 5,2394E-04 -32,81 0,0421 1,7251

-23 6,5960E-04 -31,81 0,0176 2,1028

-22 8,3039E-04 -30,81 5,6738E-3 2,5285

-21 1,0454E-03 -29,81 1,3780E-3 2,9885

-20 1,3160E-03 -28,81 2,6052E-4 3,4618

-19 1,6589E-03 -27,80 4,1594E-5 3,9237

-18 2,0858E-03 -26,81 6,3216E-6 4,3508

-17 2,6259E-03 -25,81 1,0413E-6 4,7255

-16 3,3058E-03 -24,81 2,0757E-7 5,0378

-15 4,1618E-03 -23,81 5,3687E-8 5,2857

-14 5,2394E-03 -22,81 1,8474E-8 5,4735

-13 6,5960E-03 -21,81 8,3295E-9 5,6095

-12 8,3039E-03 -20,81 4,7253E-9 5,7043

-11 1,0454E-02 -19,81 3,2069E-9 5,7682

-10 1,3160E-02 -18,81 2,4809E-9 5,8101

-9 1,6568E-02 -17,81 2,10221E-9 5,8369

-8 2,0858E-02 -16,81 1,8934E-9 5,8538

-7 2,6259E-02 -15,81 1,7748E-9 5,8642

-6 3,3058E-02 -14,81 1,7067e-9 5,8705

-5 4,1618E-02 -13,81 1,6681E-9 5,8741

-4 5,2395E-02 -12,81 1,6470E-9 5,8761

-3 6,5960E-02 -11,81 1,6336E-9 5,8771


110

-2 8,3039E-02 -10,81 1,6320E-9 5,8775

-1 0,1045 -9,81 1,6313E-9 5,8776

0 0,1316 -8,81 1,6308E-9 5,8777

*Variación de Potencia en la entrada del receptor. Los resultados de BER y el factor de calidad en función de la variación de potencia de entrada realizada para para el municipio de Tausa se muestran a continuación en las figuras 5.34 y 5.35.

Figura 5.34. BER en función de PRx distancia larga (Simijaca) banda base.

C a p í t u l o 6 | 111

Figura 5.35. Q en función de PRx distancia larga (Simijaca) banda base.

Relación entre Distancias Se realiza una comparación entre los valores de los resultados de los tres municipios anteriormenete mencionados. En la que podemos observar de forma clara el comportamiento de la transmisión tal y como se observa en las figuras 5.36, 5.37 y 5.38.


112

Figura 5.36. Potencia entrada en función de PRx banda base.

Figura 5.37. BER en función de PRx banda base

C a p í t u l o 6 | 113

Figura 5.38. Q en función de PRx banda base

5.2. Transmisión Señal Combinada Banda Base y Radio Frecuencia

Para la transmisión de la señal combinada se hace uso de una modulación en paralelo sumado las señales de Banda Base y Radio Frecuencia.

5.2.1. Transmisor El transmisor está conformado por un láser emisor, dos PRBS (Pseudo Random Binary sequence) generador de secuencia aleatoria, dos codificador NRZ (Non Return to Zero) no retorno a cero, dos controlador de tiempo de subida (Rise Time) Para cada una de las señales. Posteriormente, la señal en banda base se le suprime el nivel DC para que pueda ser sumada con la señal de radio frecuencia. Una de las señales datos es modulada y filtrada conformando la señal de Radio frecuencia. Las señales son sumadas, y se quita los niveles AC para finalmente ser modulada por MZM (Mach Zehnder Modulator). Como se observa en la figura 5.39.


114

Figura 5.39. Configuración de Transmisor señal combinada

Los parámetros de simulación son:

Tasa de muestreo de la señal (SampleRate) con un valor de 320 GHz.

Bits por segundo de los datos (BitRate) de 10 GBits/s para banda base y 1.25 GBits/S para RF.

Frecuencia de emisión del láser (Laser_EmissionFrequency) de 193.85 THz tercera ventana.

Potencia promedio de salida de la onda portadora antes de la modulación (Laser_AveragePower) de 31.6227 mW (15 dBm).

Ancho de línea del Laser (Laser_LineWidth) de 0 Hz.

Define el tipo de cadena de bits producido por la fuente (PRBS_Type).

Frecuencia señal portadora RF 20 GHz.

Figura 5.40. Diagrama de espectro a la salida del Transmisor señal combinada.

En la figura 5.3 evidenciamos a la salida del transmisor propuesto el diagrama de espectro de la señal modulada.

5.2.2. Receptor y Recuperación de Datos En un sistema de señal combinada La recepción de los datos es mucho más importante ya que en están involucrados dos tipos de señales, lo que ocasiona que sea un proceso más complejo que el descrito en la sección anterior.

5.2.2.1. Receptor Para el sistema de recepción de la señal combinada se tomó la misma señal en paralelo, para que su trato sea discriminado según la señal que se quiera recibir (Banda base o

C a p í t u l o 6 | 115

RF). Para su transducción de óptica a eléctrica se usó nuevamente el Fotodiodo APD. Para la captura de información se usó recuperadores de reloj y los elementos de medidas necesarios como lo es unos osciloscopios (Scope), módulos de medición de BER y un potenciómetro. El sistema de recepción se muestra en la siguiente imagen. Como se muestra en la figura 5.41.

Figura 5.41. Modelo de recepción y medición en Señal Combinada.

5.2.2.2. Recuperación de Datos Después de ser identificada cada una las señales, se hace el proceso de recuperación de datos aplicándole a cada una el circuito de decisión para así obtener cada una de las cadenas de bits y ser retransmitidas nuevamente. El esquema de recuperación de datos para la señal modulada se observa claramente en la figura 5.42.

Figura 5.42. Modelo de recepción y retransmisión de datos en Señal Combinada.

5.2.3. Estimaciones Para la Transición en Señal Combinada A continuación, se observaran resultados de las simulaciones de la señal combinada sin cambios con respecto a la transición de banda base en cuanto a características de la fibra se refiere. Esta se realizara para los siguientes municipios:

Tausa (distancia corta) Tabla 5.16. Resultados de prueba Distancia corta (Tausa) Señal Combinada.

PARAMETROS RESULTADO BANDA RESULTADO


116

BASE RF

Tasa de error de bit (BER)

5,0169E-15 0,3318

Factor de calidad (Q)

7,7378 0,3343

Potencia en receptor (PRx)

0,9367 mW -0.2839 dBm

Figura 5.43. Diagrama de ojo transmisión Combinada de prueba para municipio de Tausa a) Banda base. b) RF.

Los resultados de la transmisión de datos de la señal combinada se observan en los diagramas de ojo de la figura 5.43 donde vemos que se recupera la señal en banda base pero no se logra recuperar la señal en RF.

Carmen de Carupa (distancia media) Tabla 5.17. Resultados de prueba Distancia media (Carmen de Carupa) Señal

Combinada.

PARAMETROS RESULTADO BANDA BASE

RESULTADO RF


4,0569E-12 0,3543


6,8354 0,3133


0,3580 mW -4.46 dBm

C a p í t u l o 6 | 117

Figura 5.44. Diagrama de ojo transmisión Combinada de prueba para municipio de Carmen de Carupa a) Banda base. b) RF.

Los resultados de la transmisión de datos de la señal combinada se observan en los diagramas de ojo de la figura 5.44 donde vemos que se recupera la señal en banda base pero no se logra recuperar la señal en RF.

Simijaca (distancia larga) Tabla 5.18. Resultados de prueba Distancia larga (Simijaca) Señal Combinada.


RESULTADO RF


0,0188 0,2906


1,3922 0,5239


0,2800 mW -5.52 dBm

Figura 5.45. Diagrama de ojo transmisión Combinada de prueba para municipio de Simijaca a) Banda base. b) RF.

Los resultados de la transmisión de datos de la señal combinada se observan en los diagramas de ojo de la figura 5.45 donde vemos que no se recupera la señal en banda base ni la señal en RF.

Cucunuba (municipio con más km de fibra óptica)


118

Tabla 5.19. Resultados de prueba municipio de Cucunuba Señal Combinada.


RESULTADO RF


3,6017E-7 0,3629


4,9527 0,3447


0,3107 mW -5.07 dBm

Figura 5.46. Diagrama de ojo transmisión Combinada de prueba para municipio de Cucunuba a) Banda base. b) RF.

Los resultados de la transmisión de datos de la señal combinada se observan en los diagramas de ojo de la figura 5.46 donde vemos que se alcanza a recuperar la señal en banda base pero no se logra recuperar la señal en RF.

Determinaciones Teniendo en cuenta los resultados anteriores, los niveles de potencia son aceptables excepto para el municipio de Simijaca, y los resultados en cuanto a BER para la señal de banda base son datos recuperables, La señal de RF no se ha podido recuperar en ninguna de las anteriores simulaciones de prueba debido al efecto de Supresor de portadora. Se determinó que la fibra a utilizar para la señal combinada, tendrá que el coeficiente de dispersión hacerse 100 veces menor al valor estandarizado.

A continuación, se observaran los resultados de las simulaciones adecuando el coeficiente de dispersión.

C a p í t u l o 6 | 119

5.2.4. Trayecto Municipio Tausa A continuación, se mostrara el esquema para realizar la transmisión de la señal combinada para el municipio de Tausa.

Figura 5.47. Diagrama de transmisión Señal combinada para municipio de Tausa.

Resultados para la señal en Combinada municipio de Tausa:

Tabla 5.20. Resultados municipio de Tausa señal combinaba


RESULTADO RF


1.1435E-21 1.0473E-8

Factor de 9.4910 5.6027


120

calidad (Q)


9.5240E-4 W -0.21 dBm

Figura 5.48. Diagrama de ojo transmisión Combinada para municipio de Tausa a) Banda

base. b) RF.

Los resultados de la transmisión de datos de la señal combinada se observan en los diagramas de ojo de la figura 5.48 donde vemos que se recupera la señal en banda base y adicionalmente se logra recuperar la señal en RF.

5.2.5. Trayecto Municipio Sutatausa

Señal combinada municipio de Sutatausa

C a p í t u l o 6 | 121

Figura 5.49. Diagrama de transmisión Señal combinada para municipio de Sutatausa.

Resultados para la señal en Combinada municipio de Sutatausa:

Tabla 5.21. Resultados municipio de Sutatausa señal combinaba


RESULTADO RF


3.1709E-21 8.4327E-9


9.3841 5.6403


6.0370E-4 W -2.19 dBm


122

Figura 5.50. Diagrama de ojo transmisión Combinada para municipio de Sutatausa a) Banda base. b) RF.

Los resultados de la transmisión de datos de la señal combinada se observan en los diagramas de ojo de la figura 5.50 donde vemos que se recupera la señal en banda base y también se logra recuperar la señal en RF.

5.2.6. Trayecto Carmen de Carupa y Reserva Ubaté 1 Señal combinada municipio de Carmen de Carupa, teniendo en la reserva pasó por municipio Ubaté 1.

C a p í t u l o 6 | 123

Figura 5.51. Diagrama de transmisión Señal combinada para municipio de Carmen de

Carupa y reserva Ubaté 1.

Resultados para la señal en Combinada para Reserva de Ubaté 1:

Tabla 5.22. Resultados Reserva de Ubaté 1 señal combinaba


RESULTADO RF


1.4553E-21 1.1661E-8


9.4658 5.5912


9.2633E-4 W -0.33 dBm


124

Figura 5.52. Diagrama de ojo transmisión Combinada para Reserva Ubaté 1 a) Banda base. b) RF.


Resultados para la señal en Combinada para municipio de Carmen de Carupa:

Tabla 5.23. Resultados municipio de Carmen de Carupa señal combinaba


RESULTADO RF


5.6320E-20 1.3613E-8


9.0759 5.5573


3.6406E-4 W -4.38 dBm

Figura 5.53. Diagrama de ojo transmisión Combinada municipio de Carmen de Carupa a)

Banda base. b) RF.


C a p í t u l o 6 | 125

5.2.7. Trayecto Municipio de Simijaca Señal combinada municipio de Simijaca, adicionalmente, cabe mencionar que la distancia entre el nodo de agregación de Nemocon y el nodo de acceso de Simijaca es la más larga con un enlace de 71.52 Km.

Figura 5.54. Diagrama de transmisión Señal combinada para municipio de Simijaca.

Resultados para la señal en Combinada para municipio de Simijaca:

Tabla 5.24. Resultados municipio de Simijaca señal combinaba


RESULTADO RF


0.01258 0.03215


2.2388 1.8474


2.8477E-5 W -15.45 dBm


126

Figura 5.55. Diagrama de ojo transmisión Combinada municipio de Simijaca a) Banda

base. b) RF.

Los resultados de la transmisión de datos de la señal combinada se observan en los diagramas de ojo de la figura 5.55 donde vemos que no se recupera la señal en banda base ni la señal en RF.

5.2.8. Trayecto Municipio de Susa Señal combinada municipio de Susa

Figura 5.56. Diagrama de transmisión Señal combinada para municipio de Susa.

C a p í t u l o 6 | 127

Resultados para la señal en Combinada para municipio de Susa:

Tabla 5.25. Resultados municipio de Susa señal combinaba


RESULTADO RF


1.3352E-14 2.8308E-5


7.6133 4.0195


1.5271E-3 W 1.83 dBm

Figura 5.57. Diagrama de ojo transmisión Combinada municipio de Susa a) Banda base.

b) RF.



128

5.2.9. Trayecto Municipio de Fuquene Señal combinada municipio de Fuquene

Figura 5.58. Diagrama de transmisión Señal combinada para municipio de Fuquene.

C a p í t u l o 6 | 129

Resultados para la señal en Combinada para municipio de Fuquene:

Tabla 5.26. Resultados municipio de Fuquene señal combinaba


RESULTADO RF


6.3821E-17 9.7819E-8


8.2756 5.2031


2.3931E-4 W -6.21 dBm

Figura 5.59. Diagrama de ojo transmisión Combinada municipio de Fuquene a) Banda base. b) RF.



130

5.2.10. Trayecto Municipio de Cucunuba y Reserva Ubaté 2 Señal combinada municipio de Cucunuba, adicionalmente, la reserva pasó por municipio Ubaté 2.

Figura 5.60. Diagrama de transmisión Señal combinada municipio de Cucunuba y reserva Ubaté 2.

Resultados para la señal en Combinada para Reserva Ubaté 2:

Tabla 5.27. Resultados reserva Ubaté 2 señal combinaba


RESULTADO RF


1.0235E-19 4.5264E-6


9.0102 4.4339


5.8209E-4 W -2.35 dBm

C a p í t u l o 6 | 131

Figura 5.61. Diagrama de ojo transmisión Combinada reserva Ubaté 2 a) Banda base. b)

RF.

Los resultados de la transmisión de datos de la señal combinada se observan en los diagramas de ojo de la figura 5.61 donde vemos que se recupera la señal en banda base y la señal en RF igualmente.

Resultados para la señal en Combinada para municipio de Cucunuba:

Tabla 5.28. Resultados municipio de Cucunuba señal combinaba


RESULTADO RF


3.8772E-18 2.0295E-6


8.6029 4.6014


3.1023E-4 W -5 dBm

Figura 5.62. Diagrama de ojo transmisión Combinada municipio de Cucunuba a) Banda

base. b) RF.

Los resultados de la transmisión de datos de la señal combinada se observan en los diagramas de ojo de la figura 5.62 donde vemos que se recupera la señal en banda base y se alcanza recuperar la señal en RF.


132

5.2.11. Trayecto Municipio de Guacheta Señal combinada municipio de Guacheta

Figura 5.63. Diagrama de transmisión Señal combinada municipio de Guacheta.

Resultados para la señal en Combinada para municipio de Guacheta:

Tabla 5.29. Resultados municipio de Guacheta señal combinaba


RESULTADO RF

Tasa de error 2.3514E-13 7.2082E-8

C a p í t u l o 6 | 133

de bit (BER)


7.2352 5.2598


1.5082E-4 W -8.2 dBm

Figura 5.64. Diagrama de ojo transmisión Combinada municipio de Guacheta a) Banda

base. b) RF.

Los resultados de la transmisión de datos de la señal combinada se observan en los diagramas de ojo de la figura 5.64 donde vemos que se recupera la señal en banda base y la señal en RF.

5.2.12. Municipio de Lenguazaque Señal combinada municipio de Lenguazaque


134

Figura 5.65. Diagrama de transmisión Señal combinada municipio de Lenguazaque.

Resultados para la señal en Combinada para municipio de Lenguazaque:

Tabla 5.30. Resultados municipio de Lenguazaque señal combinaba


RESULTADO RF


1.3714E-17 9.0875E-7


8.4567 4.7673


1.4384E-3 W 1.6 dBm

C a p í t u l o 6 | 135

Figura 5.66. Diagrama de ojo transmisión Combinada municipio de Lenguazaque a)

Banda base. b) RF.

Los resultados de la transmisión de datos de la señal combinada se observan en los diagramas de ojo de la figura 5.43 donde vemos que se recupera la señal en banda base y se alcanza a recuperar la señal en RF.

5.2.13. Resumen Resultados Obtenidos Transmisión Señal Combinada

En la tabla 5.31 observamos los resultados obtenidos en todos los municipios para la recepción de la señal combinada.

Tabla 5.31. Resumen resultados transmisión Señal combinada por municipio.

MUNICIPIO PRx(mW) PRx(dBm)

VER Q

BB RF BB RF

TAUSA 0.95240 -0.21 1.1435E-21 1.0473E-8 9.4910 5.6027

SUTATAUSA 0.60370 -2.19 3.1709E-21 8.4327E-9 9.3841 5.6403

UBATE 1 0.92633 -0.33 1.4553E-21 1.1661E-8 9.4658 5.5912 CARMEN DE

CARUPA 0.36406 -4.38 5.6320E-20 1.3613E-8

9.0759 5.5573

SIMIJACA 2.8477E-2 -15.45 0.01258 0.03215 2.2388 1.8474

SUSA 1.5271 1.83 1.3352E-14 2.8308E-5 7.6133 4.0195

FUQUENE 0.23931 -6.21 6.3821E-17 9.7819E-8 8.2756 5.2031

UBATE 2 0.58209 -2.35 1.0235E-19 4.5264E-6 9.0102 4.4339

CUCUNUBA 0.31023 -5 3.8772E-18 2.0295E-6 8.6029 4.6014

GUACHETA 0.15082 -8.2 2.3514E-13 7.2082E-8 7.2352 5.2598

LENGUAZAQUE 1.4384 1.6 1.3714E-17 9.0875E-7 8.4567 4.7673

De la figura 5.67 a la 5.69 muestran la representación gráfica del comportamiento obtenido en cada uno de los municipios según los resultados mostrados en la tabla 5.31.


136

Figura 5.67. Potencia de entrada PRx por municipio transmisión Señal combinada.

Figura 5.68. BER por municipio transmisión Señal combinada.

C a p í t u l o 6 | 137

Figura 5.69. Q por municipio transmisión Señal combinada.

5.2.14. Tasa de Error de bit (BER) en Función de la Potencia de Receptor (PRx)

Para realizar este análisis se tomaran al igual de en la sección anterior los mismos municipios con diferentes distancias Corta (Tausa), media (Carmen de Carupa) y larga (Simijaca). Haciendo una variación en la potencia de entrada y comparando los datos obtenidos.

Distancia Corta (Tausa)

Los resultados obtenidos para la transmisión en distancia corta se evidencian en la tabla 5.32 que se muestra a continuación:

Tabla 5.32. Variación de Potencia Distancia Corta (Tausa) señal combinada.

P(dBm)* PRx(mW) PRx(dBm)

BER Q

BB RF BB RF

-12 6,0092E-02 -12,2 6,4537E-06 1,8821E-04 4,3615 3,5554

-11 7,5652E-02 -11,2 1,0075E-07 2,5375E-05 5,1885 4,0519

-10 9,5240E-02 -10,2 7,0626E-10 3,8191E-06 6,0539 4,4750

-9 0,1199 -9,2 3,3914E-12 7,4024E-07 6,8621 4,8133

-8 0,1509 -8,2 1,9883E-14 2,1065E-07 7,5620 5,0583

-7 0,1900 -7,2 2,3728E-16 9,0871E-08 8,1178 5,2162

-6 0,2392 -6,2 7,6066E-18 4,4519E-08 8,5255 5,3467

-5 0,3012 -5,2 3,7527E-19 2,4490E-08 8,8671 5,4538

-4 0,3792 -4,2 4,1294E-20 1,6779E-08 9,1097 5,5205

-3 0,4774 -3,2 9,0872E-21 1,3346E-08 9,2725 5,5606

-2 0,6009 -2,2 3,3265E-21 1,1688E-08 9,3791 5,5837


138

-1 0,7565 -1,2 1,7333E-21 1,0867E-08 9,4476 5,5963

0 0,9524 -0,2 1,1435E-21 1,0473E-08 9,4910 5,6027

+1 1,1990 0,8 8,7974E-22 1,0305E-08 9,5183 5,6055

+2 1,5094 1,8 7,4735E-22 1,0259E-08 9,5352 5,6063

+3 1,9003 2,8 6,7571E-22 1,0275E-08 9,5457 5,6060

+4 2,3923 3,8 6,3543E-22 1,0320E-08 9,5520 5,6053

+5 3,0117 4,8 6,1230E-22 1,0376E-08 9,5559 5,6043

+6 3,7916 5,8 5,9914E-22 1,0432E-08 9,5581 5,6034

+7 4,7736 6,8 5,9167E-22 1,0483E-08 9,5594 5,6026

+8 6,0092 7,8 5,8759E-22 1,0528E-08 9,5601 5,6018

+9 7,5652 8,8 5,8551E-22 1,0565E-08 9,5605 5,6012

+10 9,5240 9,8 5,8459E-22 1,0595E-08 9,5607 5,6007

+11 11,9901 10,8 5,8432E-22 1,0619E-08 9,5607 5,6003

+12 15,0946 11,8 5,8441E-22 1,0637E-08 9,5607 5,6001

*Variación de Potencia en la entrada del receptor. En las figuras 5.70 y 5.71 podemos ver la representación gráfica de los resultados mostrados en la tabla 5.32.

Figura 5.70. BER en función de PRx distancia corta (Tausa) señal combinada.

C a p í t u l o 6 | 139

Figura 5.71. Q en función de PRx distancia corta (Tausa) señal combinada.

Distancia Media (Carmen de Carupa) Los resultados obtenidos para la transmisión en distancia media se evidencian en la tabla 5.33 que se muestra a continuación:

Tabla 5.33. Variación de Potencia Distancia media (Carmen de Carupa) señal combinada.


BER Q

BB RF BB RF

-12 2,2969E-02 -16,4 3,4796E-02 4,9660E-02 1,8141 1,6463

-11 2,8916E-02 -15,4 1,1735E-02 2,2340E-02 2,2653 2,0663

-10 3,6403E-02 -14,4 2,4448E-03 7,6900E-03 2,8134 2,4206

-9 4,5829E-02 -13,4 2,6317E-04 1,7300E-03 3,4667 2,9212

-8 5,7695E-02 -12,4 1,2256E-05 2,7949E-04 4,2190 3,4499

-7 7,2634E-02 -11,4 2,2409E-07 3,7000E-05 5,0471 3,9627

-6 9,1441E-02 -10,4 1,7714E-09 5,1245E-06 5,9041 4,4117

-5 0,1151 -9,4 8,7184E-12 8,9258E-07 6,7259 4,7759

-4 0,1449 -8,4 4,6472E-14 2,2190E-07 7,4491 5,0485

-3 0,1824 -7,4 4,7902E-16 8,5211E-08 8,0321 5,2282

-2 0,2297 -6,4 1,2751E-17 4,1312E-08 8,4655 5,3604

-1 0,2892 -5,4 5,9175E-19 2,0992E-08 8,8162 5,4813

0 0,3640 -4,4 5,6320E-20 1,3613E-08 9,0759 5,5573

+1 0,4583 -3,4 1,1091E-20 1,0447E-08 9,2512 5,6033

+2 0,5770 -2,4 3,7521E-21 8,9481E-09 9,3664 5,6301

+3 0,7263 -1,4 1,8523E-21 8,2098E-09 9,4406 5,6449


140

+4 0,9144 -0,4 1,1795E-21 7,8522E-09 9,4878 5,6525

+5 1,1511 0,6 8,8711E-22 7,6951E-09 9,5174 5,6560

+6 1,4992 1,8 7,4215E-22 7,6450E-09 9,5359 5,6571

+7 1,8244 2,6 6,6526E-22 7,6505E-09 9,5473 5,6570

+8 2,2969 3,6 6,2203E-22 7,6827E-09 9,5543 5,6563

+9 2,8916 4,6 5,9734E-22 7,7253E-09 9,5589 5,6554

+10 3,6403 5,6 5,8318E-22 7,7694E-09 9,5609 5,6544

+11 4,5829 6,6 5,7516E-22 7,8105E-09 9,5624 5,6535

+12 5,7695 7,6 5,7075E-22 7,8465E-09 9,5632 5,6527

*Variación de Potencia en la entrada del receptor En las figuras 5.72 y 5.73 podemos ver la representación gráfica de los resultados mostrados en la tabla 5.33.

Figura 5.72.BER en función de PRx distancia media (Carmen de Carupa) señal

combinada.

C a p í t u l o 6 | 141

Figura 5.73. Q en función de PRx distancia media (Carmen de Carupa) señal combinada.

Distancia Larga (Simijaca) Los resultados obtenidos para la transmisión en distancia media se evidencian en la tabla 5.34 que se muestra a continuación:

Tabla 5.34. Variación de Potencia Distancia larga (Simijaca) señal combinada.


BER Q

BB RF BB RF

-12 1,7967E-03 -27,5 0,4158 0,3812 0,2123 0,2965

-11 2,2620E-03 -26,5 0,4018 0,3705 0,2484 0,3250

-10 2,8477E-03 -25,5 0,3843 0,3572 0,2959 0,3610

-9 3,5850E-03 -24,5 0,3627 0,3407 0,3510 0,4062

-8 4,5133E-03 -23,5 0,3362 0,4630 0,3203 0,4630

-7 5,6819E-03 -22,5 0,3040 0,2953 0,5125 0,5345

-6 7,1531E-03 -21,5 0,2659 0,2653 0,6251 0,6242

-5 9,0053E-03 -20,5 0,2219 0,2299 0,7656 0,7367

-4 1,1337E-02 -19,5 0,1716 0,1896 0,9447 0,8782

-3 1,4272E-02 -18,5 0,1200 0,1460 1,1727 1,0520

-2 1,7967E-02 -17,5 7,2494E-02 0,1021 1,4557 1,2680

-1 2,2620E-02 -16,5 3,5452E-02 6,2640E-02 1,8048 1,5320

0 2,8477E-02 -15,5 1,2581E-02 3,2150E-02 2,2388 1,8492

+1 3,5850E-02 -14,5 2,7117E-03 1,1600E-02 2,7799 2,2686

+2 4,5133E-02 -13,5 3,1260E-04 2,9100E-03 3,4203 2,7562

+3 5,6819E-02 -12,5 1,6317E-05 5,0892E-04 4,1542 3,2850

+4 7,1531E-02 -11,5 3,5534E-07 6,6242E-05 4,9584 3,8215


142

+5 9,0053E-02 -10,5 3,5373E-09 5,5196E-06 5,7891 4,3955

+6 0,1134 -9,5 2,2305E-11 4,3115E-07 6,5878 4,9201

+7 0,1427 -8,5 1,4773E-13 4,8474E-08 7,2970 5,3318

+8 0,1797 -7,5 1,6595E-15 9,7242E-09 7,8782 5,6163

+9 0,2262 -6,5 4,3583E-17 3,5297E-09 8,3210 5,7890

+10 0,2848 -5,5 2,8479E-18 1,4737E-09 6,6384 5,9339

+11 0,3585 -4,5 2,6101E-19 8,5435E-10 8,9000 6,0222

+12 0,4513 -3,5 4,1825E-20 6,3269E-10 9,1083 6,0713

*Variación de Potencia en la entrada del receptor. En las figuras 5.74 y 5.75 podemos ver la representación gráfica de los resultados mostrados en la tabla 5.33.

Figura 5.74. BER en función de PRx distancia larga (Simijaca) señal combinada.

C a p í t u l o 6 | 143

Figura 5.75. Q en función de PRx distancia larga (Simijaca) señal combinada.

Relación entre Distancias Para realizarla comparcion entre las distintas distancias, se realiza discriminando las señales en cuanto a banda base y radio frecuencia. Cuyos resultados para las tres distancias se encuentran en las figuras de la 5.76 a la 5.80.


144

Figura 5.76. Potencia de entrada función de PRx Señal combinada (Banda base).

C a p í t u l o 6 | 145

Figura 5.77. BER en función de PRx Señal combinada (Banda base).

Figura 5.78. Q en función de PRx Señal combinada (Banda base).


146

Figura 5.79. BER en función de PRx Señal combinada (Radio frecuencia).

Figura 5.80. Q en función de PRx Señal combinada (Radio frecuencia).

C a p í t u l o 6 | 147

5.3. Distancias Máximas de Enlace

5.3.1. Transmisión Banda Base El Segmento del PNFO establecido para el sector del valle de Ubaté no presenta grandes penalidades en cuanto a tasa de error de bit (BER), teniendo en cuenta los resultados de simulaciones mostradas anteriormente.

Por lo que decidimos encontrar la distancia máxima del enlace de fibra óptica para obtener un BER de E-12 para lo cual encontramos que la distancia máxima que cumple este requerimiento según la simulación realizada mostrada en la figura 5.81 es de 107 Km.

Figura 5.81. Diagrama de distancia máxima de enlace de fibra óptica Banda base.

Resultados para la distancia de 102 Km (distancia máxima) en banda base:

Tabla 5.35. Resultados distancia de 102 Km (distancia máxima) en banda base.



8.2346E-12


6.7341


2.5021E-2 mW

-16 dBm


148

Figura 5.82. Diagrama de ojo distancia máxima de enlace de fibra óptica Banda base.

Los municipios de valle de Ubate según el diagrama de PNFO no superan enlaces de 107 Km de longitud. Por lo tanto, todos cumplen con el BER máximo de E-12. Como observamos en el diagrama de ojo de la figura 5.82.

5.3.2. Transmisión Señal Combinada Banda Base y Radio Frecuencia

La distancia máxima del enlace de fibra óptica para obtener un BER máximo de E-12 en la señal de banda base y E-8 en la señal de radio frecuencia es de 53.5 Km. Como se muestra en la figura 5.83 a continuación.

Figura 5.83. Diagrama de distancia máxima de enlace de fibra óptica Señal Combinada.

Resultados para la distancia de 54Km (distancia máxima) en Señal Combinada.

Tabla 5.36. Resultados distancia de 54 Km (distancia máxima) en Señal Combinada.


RESULTADO RF


3.1245E-12 2.7490E-8

C a p í t u l o 6 | 149


6.8738 5.4338


9.6781E-2 mW -10.14 dBm

Figura 5.84. Diagrama de ojo distancia máxima de enlace de fibra óptica Señal

Combinada Banda base.

Figura 5.85. Diagrama de ojo distancia máxima de enlace de fibra óptica Señal

Combinada Banda base.

En los diagramas de ojo mostrados en la figura 5.84 y 5.85 vemos que para ésta distancia máxima logramos transmitir adecuadamente los datos de la señal combinada.

alidación de Resultados


150

Capítulo 6

Validación de resultados En este capítulo se realizó una comparación con trabajos realizados anteriormente sobre transmisiones de RoF con el fin de darle veracidad a los resultados obtenidos en el actual estudio.

5.4. Una Reseña de Generación de Ondas Milimétricas por Sistemas de Radio Sobre Fibra (RoF) de Gulkaran Bajwa y Satbir Singh [77]

En la investigación realizada por Gulkaran Bajwa y Satbir Singh se busca el modelo más óptimo de generación de señales de generación de ondas milimétricas a partir de dos esquemas como el amplificador semiconductor óptico (SOA) y la dispersión estimulada Brillouin (SBS) los cuales se basan en un modulador externo de sistemas de radio sobre fibra el cual es utilizado para el transporte de señales con una alta tasa de transmisión.

Para el análisis de estos esquemas se utilizó una longitud de la fibra de 50km debido a que las características de propagación permanecen constantes hasta ésta distancia a partir de la cual la señal comienza a cambiar con diferentes parámetros.

En conclusión la investigación arrojo resultados aceptables para la transmisión de una señal generada por ambos esquemas (SOA y SBS) a la distancia propuesta de 50 km en una fibra mono modo con una frecuencia de transmisión de datos de 60GHz. Se observó que en la salida del SOA la onda tiene un efecto de fase de bajo ruido comparado con SBS pero requiere otra fuente óptica para su procesamiento.

5.4.1. Comparación Características Entre la Investigación de Gulkaran y Satbir y el Presente Proyecto de Grado

Tabla 6.1 Comparación características entre la investigación de Gulkaran y Satbir y el

presente proyecto de grado

Características Investigación de Gulkaran y Satbir

Presente proyecto de grado

Longitud máxima de la fibra 50km 71.52 km

Frecuencia señal Portadora 60 GHz 20 GHz

Potencia Óptica del Laser 2 dBm 15 dBm

Tasa de transmisión 9.95328 Gbps 1.25 Gbps

Longitud de onda de la señal óptica

1550 nm 1550 nm

Atenuación de la fibra 0.2 dB/km 0.275 dB/km

C a p í t u l o 6 | 151

A partir de los resultados y la comparación de características mostrada observamos que se logra una transmisión óptima de la señal hasta una longitud máxima de 50 km debido que a pesar que la longitud máxima en la que se transmite en el plan nacional de fibra óptica es de 71.25 Km en los resultados vemos que a ésta distancia no se logra transmitir la información de forma óptima a pesar de tener una potencia considerablemente más alta que la utilizada en la investigación de Gulkaran y Satbir y una tasa de transmisión menor, lo que nos indica que el problema al transmitir a más de 50 km no es cuestión de potencia, sino que puede ser, como lo indican Gulkaran y Satbir, debido a que a partir de ésta distancia los parámetros de la fibra cambian o puede ser causado por un efecto de supresión de portadora para éstas dos frecuencias.

5.5. Análisis y Simulación de un Enlace de Radio Sobre Fibra Óptica (RoF) a 60 GHz de Nancy Amagua y Nelson Mogro [78]

Este proyecto de grado tenía como objetivo principal caracterizar la transmisión de radio sobre fibra óptica a 60GHz mediante el estudio de las técnicas y modelos utilizados para simular los enlaces de RoF, implementando posteriormente dos modelos matemáticos en simuladores evaluando así el desempeño, las ventajas y desventajas que presentan éstos sistemas de comunicaciones.

Uno de los aspectos a tener en cuenta que se presentan en éste proyecto es que, en el caso de la modulación externa (como el realizado en nuestro proyecto por medio del MZM), a pesar de presentar arquitecturas simples se presentan ciertas desventajas como las pérdidas de inserción significativa, la distorsión debido a la no linealidad intrínseca de los moduladores y su elevado consumo de energía (Zhang Y. , 2011). Sin embargo en la actualidad existen varios métodos para solucionar los problemas de pérdidas y distorsión por lo que vale la pena continuar investigando la transmisión de sistemas RoF por medio de la implementación de éstos moduladores debido a su arquitectura sencilla.

Un punto importante de partida para analizar de forma efectiva los resultados es por medio de la tasa de error de bits (BER) lo cual nos da una probabilidad media de identificación de bits correctos a la salida del enlace. En la mayoría de los sistemas de

ondas de luz se especifican un BER de 10−9 como el requisito de funcionamiento en banda base [79].

Para transmisiones RoF, los valores de BER se encuentran comprendidos entre valores

de 10−3 hasta 10−12, con una distancia de transmisión máxima de 50 km, para longitudes de fibra mayores a ésta, el BER se va incrementando, llegando a valores mucho mayores a los especificados.

5.5.1. Comparación Características Entre la Investigación de RoF a 60GHz y el Presente Proyecto de Grado

Tabla 6.2. Comparaciones características entre la investigación de RoF a 60GHz y el

presente proyecto de grado


152

Características Investigación RoF a 60GHz





Tasa de transmisión 2.5 Gbps 1.25 Gbps


1550 nm 1550 nm


A partir de la presente comparación de características y el desarrollo entre los dos proyectos evidenciamos que se transmitió bajo parámetros muy similares lo que nos permite confirmar resultados significativos como lo son los valores de BER en ambos proyectos y que según se explica anteriormente para sistemas de radio sobre fibra es

usual tener un valor de BER de 10−3 hasta 10−12 lo que nos indica que la propuesta realizada en el presente proyecto de grado de transmisión en RoF en el valle de Ubaté a través del proyecto nacional de fibra óptica tiene resultados muy positivos debido a que en la mayoría de tramos, a excepción de uno solo según vemos en la tabla 5.31 Resumen resultados transmisión Señal combinada por municipio, se obtiene un valor por encima del

mínimo, en promedio por el orden de 10−8 que en sistemas RoF es muy bueno.

5.6. Evaluación de Sistemas de Comunicaciones Ópticas y de Radio Sobre Fibra a Través de la Caracterización de sus Diferentes subsistemas y Dispositivos de Pedro Lorenzo Gómez [80]

El principal objetivo de este proyecto es implementar un sistema de comunicaciones digitales funcional mediante el cual se logre simular el comportamiento de la señal en dicho sistema al variar diversos parámetros del mismo y de la propia señal, así como los efectos que tiene el ruido en su transmisión.

Dentro del análisis de las simulaciones realizadas en ésta investigación se hizo una comparación de resultados mediante la utilización de los receptores ópticos más utilizados en el transporte de señales de fibra óptica los cuales son el fotodiodo PIN y APD donde se encontró que el factor de multiplicación y el factor de exceso de ruido sólo aplican cuando se trate de un receptor APD. Por ello, la contrapartida de la ganancia que aplica el receptor APD a la señal la encontramos en que también amplifica el ruido a la entrada del mismo.

También se encontró que la relación señal a ruido del receptor PIN es notablemente menor que la del receptor APD, pese a que su señal de salida se ve afectada por una intensidad de ruido menor. Esto es debido a que la señal de salida del receptor PIN presenta una intensidad media de dos órdenes de magnitud menor.

En cuanto a la transmisión de varios canales sobre el sistema Rof, ésta investigación destaca los buenos resultados obtenidos y el buen funcionamiento del mismo, pudiéndose

C a p í t u l o 6 | 153

transmitir tantos canales como permita el ancho de banda disponible sin que haya interferencias.

5.6.1. Comparación Características Entre la Investigación de Evaluación de Sistemas de Comunicaciones Ópticas y el Presente Proyecto de Grado

Tabla 6.3. Comparación característica entre la investigación de Evaluación de Sistemas de Comunicaciones Ópticas y el presente proyecto de grado

Características Investigación RoF a 60GHz





Tasa de transmisión 1 Gbps 1.25 Gbps


1550 nm 1550 nm


Por medio de la comparación entre nuestro proyecto de grado y el proyecto de investigación mencionado anteriormente se observan varias similitudes que nos ayudan a validar aspectos mencionados y utilizados en nuestro proyecto tal como la utilización de fotoreceptores APD para la recepción de la señal pues, como explica ésta investigación, éste tipo de receptores nos proporcionará un mayor margen de entrada ya que será capaz de amplificar señales de muy baja potencia, a pesar de introducir igualmente un mayor nivel de ruido en el sistema dado que también lo amplifica al igual que la señal. Y mediante el empleo de un receptor PIN a pesar que se reduce el ruido a su salida, también se reducen los posibles niveles de potencia de la señal a la salida del canal.

Adicionalmente la eficiencia que muestran los sistemas RoF para transmitir varios canales sin que se presente interferencia es una ventaja importante para destacar debido a que esto genera un óptimo aprovechamiento del ancho de banda del canal el cual es sabido es uno de los recursos más valiosos para las empresas proveedoras de servicios de telefonía e internet.

154 | C o n c l u s i o n e s y F u t u r a L í n e a d e i n v e s t i g a c i ó n

154

6. Conclusiones y Futura Línea de Investigación

Capítulo 7

Conclusiones y Futura Línea de Investigación

Conclusiones

1. Por medio de los resultados obtenidos en el presente proyecto se evidenció que la fibra implementada en el plan nacional de fibra óptica no cumple las características requeridas para la transmisión de señal combinada (RoF) por lo cual vimos necesaria la implementación de fibra con coeficiente de dispersión desplazado cercano a cero.

2. A partir de la de transmisión realizada mediante simulaciones en las cuales se variaba la distancia, observamos que aproximadamente a partir de 53 km la señal recibida no era lo suficientemente buena para recuperar la información transmitida en la señal combinada RoF.

3. Para esta aplicación en específico evidenciamos la necesidad de utilizar detectores ópticos APD debido a que éste tipo de dispositivo nos proporcionará mayor responsividad que el receptor PIN, lo cual es muy útil en transmisiones de larga distancia donde la señal óptica recibida es muy débil.

4. Debido a que la detección de la señal combinada se hace de manera directa (sin la implementación de filtros ópticos), esto genera deficiencias al momento de recuperar los datos. Por lo tanto evidenciamos la necesidad de implementar filtros ópticos a la entrada para separar las señales de radio frecuencia y banda base.

5. Para evitar el efecto de intermodulación en la señal combinada RoF se eligió una frecuencia portadora de 20 GHz, de tal forma que la señal generada en el espectro de frecuencia se encuentre lo suficientemente separadas para reducir éste efecto. Lo anterior debido a que durante las pruebas realizadas con frecuencias menores se presentó intermodulación de señal.

6. Nuestra propuesta de transmisión de señal combinada (RoF) obtuvo como

resultado un promedio de BER del orden de 10−8 exceptuando el municipio de Simijaca debido a que la longitud del tramo de fibra para este municipio superaba los 53 km, esta distancia se considera como la máxima para lograr una buena recuperación de datos.

C a p í t u l o 7 | 155

Futuros proyectos de investigación

1. Diseño de filtros ópticos para la recepción de la señal combinada 2. Diseño de técnicas o dispositivos para la compensación de la dispersión cromática

en el plan nacional de fibra óptica 3. Modelamiento de sistemas que permitan corregir el efecto de supresión de

portadora en la transmisión de una señal RoF. 4. Analizar la posible implementación de transmisión de la señal combinada en serie. 5. Diseño de técnicas o dispositivos para el módulo de recuperación de datos.

156 | B i b l i o g r a f í a

156

Bibliografía

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