Comprender las pérdidas en los enlaces de fibra óptica

Las pruebas, las mediciones y la supervisión de las instalaciones de fibra son fundamentales para garantizar la salud y el rendimiento generales de la red. Una transmisión poco fiable o una pérdida total de la comunicación pueden surgir como manifestación de pérdidas significativas en la fibra. La pregunta es: "¿Podemos calcular el valor de las pérdidas en un enlace de fibra?" Por suerte, la respuesta a esta pregunta es "Sí, podemos". A continuación, en este post, vamos a proporcionarle amplia información de calidad, y utilizando esa información usted será capaz de calcular las pérdidas a través de un enlace de fibra óptica seleccionado fácilmente.

Pues bien, las pérdidas de fibra son una realidad y no podemos librarnos de ellas por completo. Incluso los sistemas más eficaces suelen funcionar con algunas pérdidas. Esto se debe a que la transmisión de luz a través de una hebra de fibra o un cable de fibra óptica no puede alcanzar el 100% de eficiencia. Por tanto, no podemos eliminar este problema, pero podemos controlarlo utilizando mejores equipos, mejores técnicas de cableado y con la ayuda de una topología de red bien planificada.

Pérdida de atenuación o atenuación de fibra óptica son dos términos ampliamente utilizados en el mercado para representar un tipo diferente de pérdida de fibra. Por definición, la pérdida de fibra o pérdida por atenuación es la pérdida de luz entre un enlace o cable basado en fibra óptica. Existen varios factores a los que se pueden atribuir pérdidas ópticas superiores a las rutinarias o superiores a las habituales como, por ejemplo, la pérdida del conector, la pérdida por flexión, la desalineación, etc. Por clasificación, existen dos tipos de pérdidas en la fibra óptica;

• pérdidas extrínsecas
• pérdidas intrínsecas

Las pérdidas intrínsecas de la fibra están relacionadas con la estructura del cable de fibra óptica e incluyen la pérdida por dispersión, la pérdida por absorción y la pérdida por dispersión. Por su parte, el término "pérdidas extrínsecas de la fibra" define las pérdidas relacionadas con factores externos, como la pérdida por flexión, la pérdida del conector y la pérdida por empalme.

A este respecto, es importante entender que la mayoría de los tipos intrínsecos de pérdidas de fibra están fuera de nuestro control, pero las pérdidas de fibra extrínsecas o externas pueden controlarse en general. Podemos obtener mejores resultados en la red y reducir las pérdidas de fibra si nos ceñimos a las buenas prácticas industriales.

Las pérdidas de fibra son un problema en las redes. Estas pérdidas pueden resultar muy graves para las entidades que dependen de servicios basados en Internet o que se dedican a prestar servicios de telecomunicaciones o digitales. Por lo tanto, la atenuación o las pérdidas de fibra no pueden dejarse sin abordar. Un valor de atenuación creciente en un enlace de fibra óptica en su asunto debe tomarse muy en serio como indicador de un problema de hardware subyacente. Puede minimizar el riesgo de una avería completa abordando las pérdidas de fibra en un nivel inicial.

La TIA (Telecommunications Industry Association) es un organismo regulador que especifica los requisitos de rendimiento de los conectores y cables utilizados en la construcción de enlaces de fibra óptica. Todos los proveedores de cables y conectores deben seguir los valores de referencia proporcionados en las normas de la TIA.

Por lo general, la documentación que acompaña a los cables o conectores de fibra óptica contiene información completa sobre las especificaciones técnicas y las pérdidas previstas. La atenuación o pérdida de fibra se mide en dB por kilómetro (dB/km). Si el fabricante del cable no le ha proporcionado la documentación necesaria, puede utilizar los valores de referencia de pérdida de fibra definidos por la TIA.

El cálculo de la fibra óptica puede realizarse fácilmente mediante sencillos cálculos matemáticos, siempre que se disponga del equipo adecuado. Como hemos mencionado anteriormente, cada componente de fibra óptica y los cables se suministran con características detalladas. Para calcular las pérdidas a través de un enlace de fibra óptica se utilizan las siguientes fórmulas sencillas;

• Pérdida total del enlace = Pérdida del conector + Atenuación del cable + Pérdida del empalme
• Atenuación del cable (dB) = Longitud (km) x Coeficiente de atenuación ( dB/km)
• Pérdida de conector (dB) = Nº de pares de conectores x Pérdida permitida por conector (dB)
• Pérdida por empalme (dB) = Nº de empalmes x Pérdida permitida por empalme (dB)

Tenga en cuenta que la pérdida total del enlace no es más que la suma de varias pérdidas notables dentro de un enlace de fibra. Debe entenderse que la pérdida total del enlace que calculamos por medios matemáticos no puede considerarse más que una estimación. Por lo tanto, la pérdida real podría ser inferior o superior en función de diversos factores, como (entre otros) las temperaturas de funcionamiento, la integridad del hardware, el tipo de fibra, el número de vueltas, etc.

Ejemplo trabajado:

Consideremos que tenemos un enlace de fibra óptica formado por una SMF que mide 8k m y utiliza una banda de 1310nm para la transmisión óptica. El enlace supuesto tiene 2 x pares de conectores ST y 1 x empalme. Procedamos con los cálculos utilizando las fórmulas mencionadas;

- Cálculo de la pérdida de atenuación de la fibra;

De acuerdo con la referencia estándar, los valores de la atenuación de la luz del cable óptico monomodo de 1310 nm es de 0,5 dB/km. Por lo tanto, la atenuación total del cable según la fórmula es; 0,5 dB/km x 8 km = 4 dB.

- Cálculo de la pérdida total del conector;

Utilizando los valores máximos definidos por la TIA/EIA, la pérdida por par es de 0,75. Por lo tanto, la pérdida total del conector en este caso según la fórmula es; 0,75dB x 2 = 1,5dB. En el cálculo práctico, deben utilizarse los valores definidos por el fabricante del conector.

- Cálculo de la pérdida total por empalme;

Para este cálculo, utilizaremos los valores máximos de pérdida por empalme definidos por la TIA/EIA, es decir, 0,3 por empalme. Por lo tanto, para este enlace que tiene un empalme, la pérdida total por empalme según la fórmula mencionada anteriormente será; 1 x 0,3 dB = 0,3 dB.

- Cálculo de la pérdida total de enlaces;

Como se ha descrito anteriormente, la pérdida total en un enlace de fibra óptica puede obtenerse sumando la atenuación del cable, la pérdida del empalme y la pérdida del conector. Para este enlace, la pérdida total es de 4 dB + 1,5 dB + 0,3 dB = 5,8 dB.

Tenga en cuenta que el trazado OTDR de un enlace de fibra óptica establecido es el método más preciso y sencillo disponible para el cálculo de la pérdida total del enlace.

Cálculo del presupuesto de energía

Ahora que ya hemos aprendido a calcular las pérdidas de enlace, vamos a proceder a calcular el presupuesto de potencia. El valor de la pérdida de enlace está estrechamente relacionado con el presupuesto de potencia. La comparación entre la pérdida total del enlace y el presupuesto de potencia indica la fiabilidad de un enlace de fibra óptica. El enlace funcionará como se desea sólo si su pérdida de enlace está dentro del presupuesto de pérdidas. El balance de potencia (PB) es la diferencia entre la sensibilidad del receptor (PR) y la salida del transmisor (PT). Para calcular el balance de potencia tenemos una fórmula sencilla;

P_B = P_T – P_R

Considerando que la potencia de salida del transmisor es - 12dBm y la sensibilidad del receptor es -25dBm, el presupuesto de potencia va a ser; -12dBm - (-25dBm) = 13dBm.

Tras calcular la pérdida de enlace y determinar el presupuesto de potencia, podemos calcular también el margen de potencia. El margen de potencia suele considerarse también un margen de seguridad y representa la cantidad de potencia efectiva disponible tras compensar o restar la pérdida total del enlace del presupuesto de potencia disponible. Podemos calcular fácilmente el margen de potencia utilizando esta expresión.

Tomemos como ejemplo el caso de SMF de 8 km mencionado anteriormente. La pérdida de enlace que hemos calculado para ese caso es de 5,8 dB y el presupuesto de potencia es de 12 dB. Por lo tanto, el margen de seguridad o el margen de potencia para ese enlace de fibra óptica concreto (hipotético) es de 13 dB - 5,8 dB = 7,2 dB.

En términos generales, se considera que un valor positivo del presupuesto de potencia o del margen de seguridad de un enlace de fibra óptica indica que dispone de la potencia necesaria para la transmisión. Por tanto, en este caso, nuestro enlace tiene un margen de seguridad de 7,2 dB y va a funcionar como deseamos.

Es imposible construir y operar un sistema de fibra óptica ideal con cero pérdidas. La pérdida neta a través de un enlace basado en fibra óptica puede determinarse fácilmente con la ayuda de un equipo denominado OTDR. Sin embargo, también es posible realizar una estimación aproximada de la pérdida del enlace de fibra mediante cálculos aritméticos sencillos. Estos cálculos implican ciertos parámetros como la atenuación máxima del cable y del conector. Una vez determinada la pérdida de potencia a través de un enlace, podemos calcular también su presupuesto de potencia y su margen de seguridad. Para garantizar la transmisión segura de datos a través de un enlace óptico, su margen de potencia debe ser siempre superior a la potencia disponible.