Protocolos

La transmisión y la recepción de información por una fibra óptica siguen métodos de codificación o protocolos similares a los de otro medio de transporte no óptico cuando se establece entre dos puntos determinados. El sistema más sencillo es modular la señal óptica variando la intensidad eléctrica que se aplica al dispositivo generador de la luz. Esto permite enviar una sola señal. En los casos en que se utiliza para transmitir diferentes señales en el mismo canal, la técnica más simple es la de modulación de subportadoras. La señal es superpuesta en subportadoras auxiliares y luego combinadas utilizando la señal eléctrica resultante para modular la portadora óptica (SCM: Sub Carrier Multiplexing). Estas técnicas anteriores son heredadas de los sistemas de comunicaciones de radiofrecuencia. Más propio de la comunicación óptica, para este tipo de enlaces, es la tecnología de combinación de un número de longitudes de onda en la misma fibra (WDM: Wavelength Division Multiplexing). La transmisión de luz por las fibras ópticas presenta diferentes propiedades en función de la longitud de onda del haz que la recorre. La principal característica que se aprovecha para este tipo de transmisión de información es la atenuación que presenta la fibra para las distintas frecuencias de la fuente de luz.

Para ver el potencial de WDM, primero examinaremos las características de una fuente de luz de alta calidad. Como ejemplo, la salida modulada de un láser de tipo DFB (Distributed Feedback Laser) tiene un espectro de frecuencias de 10 a 50 MHz, lo que equivale a un ancho de 1E-3 nm (1 milésima de nanómetro o picómetro). Cuando se usa una fuente como esta se suele establecer una banda de guarda –separación entre canales adyacentes– de 0,4 a 1,6 nm previendo posibles alteraciones con el paso del tiempo o efectos de la temperatura. En la figura anterior podemos ver dos regiones de poca atenuación de una fibra mono-modo. Por un lado el rango de 1270 a 1350 nm (llamado ventana de 1310 nm) y por otro lado el rango de 1480 a 1600 nm (la ventana de 1550 nm). Para encontrar el ancho de banda correspondiente a un ancho espectral en particular, usamos la relación c=λv que relaciona la longitud de onda λ, con la frecuencia portadora v, donde c es la velocidad de la luz. Diferenciando esto tenemos que para Δλ<<λ² |Δv| = (c/λ²) |Δλ|

De la ecuación anterior tenemos que Δv = 14 THz (Tera Hercios) para una banda espectral usable de Δλ = 80 nm en la ventana de 1310 nm. E, igualmente obtenemos que Δv = 15 THz para una banda espectral utilizable de Δλ = 120 nm en la ventana de 1550 nm. Esto da como resultado un ancho de banda total de la fibra de unos 30 THz en las dos ventanas de baja atenuación. Usando diferentes fuentes de luz, cada una emitiendo con una longitud de onda que esté suficientemente espaciada de su vecina, de tal manera que no se interfieran, la integridad de los mensajes independientes de cada fuente se mantiene para una posterior conversión a señales eléctricas en el receptor. La definición de estos canales de comunicación en función de la longitud de onda, se establece según ITU (International Telecommunication Union) en frecuencias. La razón fundamental para seleccionar frecuencias fijas para el espaciado de canales, en lugar de longitudes de onda, radica en que al fijar el modo de funcionamiento de un láser es la frecuencia lo que se selecciona. La recomendación ITU-T G.692 especifica que los canales han de ser seleccionados de unas frecuencias referenciadas a 193,100 THz (1552,524 nm) y espaciarlos 100 GHz (0,8 nm a 1552 nm). Otras alternativas de espaciado son 50 GHz (0,4 nm) y 200 GHz (1,6 nm). La ventaja fundamental de WDM es que las longitudes de onda discretas forman un conjunto de portadoras ortogonal que pueden ser separadas, enrutadas y conmutadas sin interferirse una en la otra.

Con la llegada de las líneas de transmisión de fibra óptica, el siguiente paso en la evolución de TDM (Time Division Multiplexing) fue la creación de un formato estándar de señal llamado SONET (Synchronous Optical Network) para Norte América y SDH (Synchronous Digital Hierarchy) en otras partes del mundo. Los protocolos SONET y SDH especifican formatos para las señales ópticas que pueden ser compartidas entre diferentes redes (europea y americana). Las características más relevantes de estos estándares cubren la normalización de la estructura de los datos (data-frame), las especificaciones del interfaz óptico y las arquitecturas de llamada fundamentales. Aunque hay algunas diferencias en la implementación entre SONET y SDH, todas las especificaciones SONET cumplen con las recomendaciones SDH.

En la figura anterior podemos ver la estructura básica de una trama SONET. Es una estructura bidimensional consistente en 90 columnas de 9 filas de octetos. La trama fundamental tiene 125 µs de duración. Tenemos entonces que, la velocidad de transferencia de una señal básica SONET es: STS-1 = (90 octetos/fila) * (9 filas/trama) * (8 bitios/octeto) / (125 µs/trama) = 51,84 Mb/s Esto es lo que se llama una señal STS-1, donde STS significa Syinchronous Transport Signal. Todas las demás señales SONET son múltiplos enteros de esta tasa de transferencia, así que una señal STS-N tiene un bit-rate (tasa de transferencia) de N veces 51,84 Mb/s. Tras la conversión eléctrica a óptica, la señal óptica de la capa física que resulta es denominada OC-N, donde OC significa Optical Carrier. Es muy corriente referirse a los enlaces SONET como enlaces OC-N.

En SDH la velocidad básica de transferencia que se toma es equivalente a STS-3 que corresponde a 155,22 Mb/s; a la que se llama STM-1 (Synchronous Transport Module – Level 1). A las velocidades más altas se las denomina de la forma STM-M. Los valores de M (en SDH) soportados por las recomendaciones ITU-T son M = 1, 4, 16, y 64. Son equivalentes a SONET OC-N , donde N = 3M. Vemos que, en la práctica para mantener la compatibilidad entre SONET y SDH, N ha de ser un múltiplo de 3.

Tanto SONET como SDH tratan primero la señal antes de su transmisión para prevenir largas secuencias de 1 o de 0 que produciría pérdida de sincronismo.

Distancia de transmisión

Ventana 1310 nm

Ventana 1550 nm

Atenuación a 1310 nm

Atenuación a 1550 nm

< 15 km
< 40 km
< 80 km

1260-1360 nm
1260-1360 nm
1280-1335 nm

1430-1580 nm
1430-1580 nm
1480-1580 nm

3,5 dB/km
0,8 dB/km
0,5 dB/km

No especificada
0,5 dB/km
0,3 dB/km

Fig: Rangos de longitud de onda y atenuación de la fibra según la distancia de la transmisión