El futuro es HOY – Redes FTTH y POL

Por Martín A. Moretón
martinmoreton@gmail.com

Hemos llegado al futuro de la mano de la fibra óptica. Hasta hace un tiempo el futuro era la fibra óptica, pero sin darnos cuenta ese futuro es HOY.

Con los adelantos tanto en los elementos pasivos que componen una red, como en los activos que la iluminan, las tecnologías que utilizan la fibra se han vuelto totalmente accesibles para cualquier ambiente, tanto desde el punto de vista técnico como económico.

Con la tecnología PON (Passive Optical Network) hemos podido acercarnos más al futuro. Gracias a esta tecnología se logran distancias de 20 kilómetros sin ningún elemento activo entre el equipo central OLT (Optical Line Termination) y la  terminal ONU (Optical Network Unit)

Esto les permitió a los operadores poner al servicio de sus clientes una mejor oferta de ancho de banda y sobre todo sumar prestaciones como Video, Telefonía, sistemas de video-vigilancia, y por supuesto interconexión de datos utilizando  el mismo medio.

Esta tecnología logro el equilibrio exacto entre ancho de banda, distancia, costo y capilaridad necesaria para poder brindar un servicio de alta calidad.

 

PON-POL1

No solo mejoró la calidad del los servicios para  usuarios residenciales. También ha llegado al nivel empresarial  y e incluso se ha adoptado dentro de las oficinas.

Gracias al avance en los cables de fibra óptica Monomodo con el estándar G657 se han logrado cables que puede ser instalado en ductos de oficina y con curvas mucho más cerradas que antes.

En la actualidad se están estudiando varios proyectos en nuestro país, y en Latinoamérica  ya existen varios edificios que tienen redes de datos 100 % cableadas en fibra.

En ambientes de oficinas y edificios comerciales, este nuevo concepto de llegar al escritorio con fibra óptica se llama POL (Passive Optical LAN)

PON-POL2

El  nuevo concepto FTTD (Fiber to the Desk) no es muy distinto al que se disponía en el medio del operador FTTH (Fiber to the Home), pero dentro de un ambiente de oficinas. Esto permite llegar a cada escritorio con un cable de fibra óptica.

La tecnología PON/POL se caracteriza por que las comunicaciones son punto multipunto y además cuenta con los dispositivos pasivos llamados Splitter que dividen una misma fibra óptica en distintas fibras, sin la necesidad de conectar equipos activos.

PON-POL3

De esta forma, con una simple fibra óptica en el backbone podemos llegar a cada piso y hacer la distribución de piso  con conectores splitter.

Esto no solo facilita el cableado, sino que también nos permite ahorrar espacio en los ductos. Se estima 90% menos de ocupación en bandejas, 33% menos de ocupación de Racks  y un 70% de reducción de  consumo eléctrico sin olvidar que la fibra óptica se la considera un elemento ecológico.

El material que se utiliza abunda en el mundo y en equivalencia con el cobre para transmitir el mismo ancho de banda, este utiliza menos plástico. Esto se traduce en una significativa reducción en el consumo de petróleo, conseguido por una reducción del 87% en el consumo de plásticos.

Observación: Para confeccionar este artículo se han tomado fotos, cálculos y conceptos de la Web de distintas publicaciones de física y manuales teóricos y prácticos de instalación de antenas. Este artículo no tiene valor comercial y es utilizado para divulgar conocimientos.
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Teoría y Cálculo de Antenas (parte 1)

Por Martín A. Moretón
martinmoreton@gmail.com

Contenido

Introducción ……………………………………………….…………………….…….…..1
¿Qué son las antenas? …………………………………..………………………………1
¿Qué es el medio de propagación? …………………………..………………….….2
¿Qué es una onda de radio? ……………………………..……………………………2
¿Que es el dbi Decibel isotropito? …………………………………………………..3
Factores que afectan la propagación …………….…………………………………4
Comportamiento de las ondas de radio ………………….………………………..5

Introducción

En general, de lo primero que se habla en un enlace es de la potencia que se necesita para
realizar la conexión. Sin embargo vamos a ver que uno de los factores primordiales en un
enlace es la etapa pasiva, la que irradia y emite la señal al medio ambiente.
Antes de comenzar con los cálculos de antenas voy a explicar algunos conceptos muy
importantes al momento de elaborar un proyecto o calcular un enlace, estos son conceptos
teóricos muy importantes y básicos que debemos tener en cuenta cada vez que tengamos que realizar una instalación.

¿Que son las antenas?

Las antenas son un componente muy importante en una comunicación inalámbrica. La antena es un dispositivo que emite y recepciona una señal de RF (Radio frecuencia) que viaja por un conductor y lo transforma en una onda electromagnética en el espacio abierto. Las antenas no generan potencia, solo pueden direccionarla. La unidad en que se expresa la ganancia es en dBi. Las antenas deben cumplir con la propiedad de reciprocidad. La misma antena debe tener la propiedad de transmitir como de recibir. Son elementos pasivos a diferencia de los equipos que producen una potencia y se denominan elementos activos.
La forma de graficar la distribución de la onda en el espacio es a través del diagrama de
radiación.
El diagrama mas representativo y fácil de ver la representación de la onda es el
Diagrama Polar.


¿Qué es el medio de propagación?

El medio ambiente, el espacio, el aire son todas definiciones del medio de propagación. Las
señales de radio viajan por el medio en forma de ondas electromagnéticas. Al medio de
propagación se lo llama espectro electromagnético.
Las ondas electromagnéticas abarcan un rango de frecuencias muy extenso y estas son
determinadas por la longitud de onda y frecuencia de los ciclos de cada señal.
Para WI-FI nos vamos a concentrar en las Bandas ISM que son las asignadas para el uso de la comunicación inalámbrica.

La Banda ISM significa Industrial, Científica y Médica.
Estas fueron asignadas por la FCC – Federal Communications Comission – con bandas de
frecuencias de 902-928Mhz, 2,4MHz-2,484 y 5150-5850MHz.
Estas bandas fueron designadas para uso comercial y sin licencia por ejemplo hornos de
microondas, teléfonos inalámbricos, etc.

Las frecuencias mas importantes para nosotros ya que son las establecidas en los estándares IEEE 802.11 para la transmisión de información inalámbrica están en los rangos de 2400-2484MHz utilizada en los estándares IEEE 802.11b e IEEE 802.11g, y 5150-5850 Mhz correspondiente al estándar IEEE 802.11a.

¿Que es una onda de radio?

Una onda de radio es una oscilación que se propaga en el espacio.
Ejemplo: cuando una persona habla las cuerdas vocales crean oscilaciones, estas producen
una compresión y descompresión del aire y viajando a la velocidad del sonido y propagándose en el espacio.

Lo mismo pasa en el agua.
Una onda tiene una cierta velocidad, frecuencia y Longitud de onda.
Velocidad = Frecuencia * Longitud de onda

Longitud de onda: Es la distancia medida desde un punto en una onda hasta la parte
equivalente de la siguiente, por ejemplo desde la cima de un pico hasta el otro.
Frecuencia: Es la cantidad de ondas enteras que pasan por un punto fijo en un segundo.
Velocidad, se mide en Metros/segundos, la frecuencia en ciclos por segundos o Hz y la longitud de onda en metros.

Por ejemplo: Si tiramos una piedra en el agua y la onda viaja a un metro por segundo y oscila 5 veces por segundo, tenemos que cada onda tiene 20cm.
1metro/segundo= 5 ciclos/segundos * lambda
L=1/5 metros — L=0,2 metros — 20cm

Para una frecuencia de 2,4Ghz es de 12,5 cm y para 5,8GHz es de 5,1cm.

Las ondas también tienen una propiedad denominada amplitud que es la distancia desde el
medio de la onda hasta su pico.

¿Que es el dbi Decibel isotropito?

La ganancia de una antena no es una unidad de medida fija, es una relación con un modelo
ideal contra el real. Las dos referencias más comunes son la antena Isotropica y la antena
dipolo resonante de media longitud de onda.
La antena isotropica irradia en todas direcciones con la misma intensidad.
La unidad de medida es el dBi.

Decibelio es la unidad relativa empleada para expresar la relación entre dos magnitudes,
acústicas o eléctricas, o entre la magnitud que se estudia y una magnitud de referencia.

dB= 10 LOG (Ps/Pe)

Ps potencia de salida del dispositivo
Pe potencia de entrada en el dispositivo

Factores que afectan la propagación

Absorción: Este fenómeno surge cuando una onda atraviesa un material el cual absorbe y hace disminuir la señal. Los dos materiales que más afectan a las comunicaciones inalámbricas son el Metal y el Agua. Los demás materiales dependen de la cantidad de agua que contengan por ejemplo los árboles.
Reflexión: Las ondas al igual que la luz son reflejadas. Los dos materiales que más afectan a las ondas son el metal y los espejos de agua. El Angulo de entrada y el ángulo de salida de
una onda reflejada es el mismo. Para la frecuencia de 2.4Ghz una reja de metal con una
separación de 1cm es igual que una chapa de metal. En una oficina nos encontramos con el
fenómeno llamado efecto multitrayectoria (multipath)
Difracción: Es el comportamiento de las ondas cuando inciden en un objeto y dan la impresión de doblarse. Principio de Huygens y usado por Fresnel. Esto se hace mas evidente cunado vemos las ondas que produce una piedra en el agua. La onda se va desplazando por el agua hasta encontrar un obstáculo, veremos que de inmediato desde ese obstáculo sale una nueva onda.
Interferencia: Existen 2 clases de interferencia la constructiva que “amplifica o suma” y la destructiva que “disminuye o anula” Si tenemos dos señales sinusoidales y estas coinciden sus picos estas se suman pero si un pico coincide con un valle estas se anulan.

Teoría de Fresnel
Teoría de Fresnel: Esta es muy importante al momento de calcular un enlace en exterior. La teoría de Fresnel describe distintas Zonas, la que nos interesa para hacer calculo de enlace es la primera zona que es la inmediata a nuestro enlace.
Esta zona esta comprendida entre A y B, y un radio tanto para arriba como hacia abajo “r” que no debe haber ningún objeto.
Como ya hemos visto cunado una onda golpea a un obstáculo, esta se descompone en varias
ondas y esto produce distintas distorsiones o factores que hacen que la comunicación se vea
afectada. Las señales pueden ser absorbidas, crear multitrayectorias, crear interferencia y así anular las señales.
El cálculo de Fresnel de la primera zona nos da la altura que debe estar colocado nuestro
equipo por encima de cualquier obstáculo. Una de las claves más importantes en esta
tecnología es que la línea visual tiene que estar totalmente despajada.

En Resumen:

Comportamiento de las ondas de radio

Cuanto más larga la longitud de onda, mas lejos llega
A niveles de potencia iguales, las ondas con longitud de onda mas largas viajan mas lejos por lo tanto las comunicaciones en 2,4Ghz son mejores que las de 5,8Mhz.

Cuanto mas larga la longitud de onda, mejor viaja a través y alrededor de
obstáculos.

Por ejemplo una onda en el agua de 5cm va poder atravesar un palito de madera de 5mm, pero si tenemos un barco la onda se detiene contra el obstáculo. De esto surge una relación entre la longitud de onda y el obstáculo a traspasar.

Cuanto mas corta la longitud de onda, puede transportar más datos.

Cuanto más rápida sea la oscilación o ciclo de la onda, mayor cantidad de información puede
transportar. Cada oscilación o ciclo puede ser usado para enviar un bit.

Observación: Para confeccionar este artículo se han tomado fotos, cálculos y conceptos de la Web de distintas publicaciones de física y manuales teóricos y prácticos de instalación de antenas. Este artículo no tiene valor comercial y es utilizado para divulgar conocimientos.

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Teoría y Cálculo de Antenas (parte 2)

Por Martín A. Moretón

martinmoreton@gmail.com
Contenido

Introducción ………………………………………………………………………………1
Calculo de Enlace (esquema) ………………………………………………………..1
Datos necesarios para realizar el calculo ………………………………………..2
Formulas …………………………………………………………………………..……….2
Ejemplo para 2,4Ghz a 2 kilómetros ……………………………………………..3
Comentario del calculo ………………………………………………………….…….3
Ejemplo para 5,8Ghz a 2 kilómetros ……………………………………………..4

 

Introducción

En esta segunda parte vamos a realizar el cálculo de enlace paso a paso explicando
detalladamente las ecuaciones.
Vamos a desarrollar un ejemplo de un calculo de enlace para una frecuenta de 2,4Ghz a 2
kilómetros de distancia, también se dejara planteado un enlace de 5,8Ghz para 2 kilómetros.
Calculo de Enlace (esquema)

Entonces, que necesitamos para realizar el cálculo …..
A.- Datos necesarios para realizar el cálculo teórico
1.- En que banda vamos a trabajar
2.- A que distancia tenemos el otro punto
A.1 Datos necesarios modificables
1.- Potencia del emisor
2.- Perdida en cables
3.- Antenas
4.- Sensibilidad del receptor (se encuentra en las hojas de datos de los equipos)

B.- Cálculos necesarios
1.- Calculo de perdida en el espacio FSL
2.- Caculo del PIRE – Potencia Irradiada Isotropica Efectiva
3.- Calculo del margen
4.- Radio de Fresnel

Formulas

Ejemplo de un cálculo para una frecuencia de 2,4Ghz para 2 kmts.

Comentario sobre la ejecución del cálculo
Ante todo debemos ver que no haya ningún obstáculo entre los puntos a instalar. Recuerden que esta tecnología y por los motivos previamente descriptos es muy sensible a los obstáculos, todo elemento que la señal atraviese nos atenúa o directamente nos anula la comunicación.
El paso siguiente es conocer la distancia entre los puntos a conectar, en el ejemplo serán 2
Km., y luego decidir con que frecuencia vamos hacer el enlace.
Con estos dos datos podremos calcular el FSL (Free Space Loss en español Perdida en el
Espacio Libre). Este valor nos estará indicando el valor en dB que perdemos por atravesar el medio ambiente, es decir cuanta señal vamos a perder solo por la atenuación del medio
ambiente.

FSL= 20 log ((4x(2400/300)) x PI x 2000) = 106,06 dB
Donde PI es 3,14 y 2000 es la distancia en metros.
Luego, tenemos que tener la información de la potencia de transmisión (Potencia TX) del
equipo que vamos a utilizar, esta información se obtiene de la hoja de datos del equipo en este ejemplo es de 20dBm.
Ahora, se estima o se obtiene de la hoja de datos del cable coaxial el valor de la perdida en el cable que va desde la antena al equipo (Perdida en Cable TX) en este ejemplo tomamos  -1dB por tener menos de un metro de cable.
Por ultimo se coloca en el cálculo la antena que vamos a utilizar desde el transmisor, en este
caso la ganancia de la antena es de 12dBi.
Con estos datos ya podemos calcular el PIRE Potencia Irradiada Isotropica Efectiva

PIRE= 20 + (-1) + 12 = 31db

El PIRE en algunos países está regulada

A continuación, teniendo el valor del PIRE y de FSL, lo ultimo que nos queda por averiguar
para completar el calculo de enlace son los valores de la antena de recepción (Ganancia de la antena RX) en este caso es igual a la de transmisión 12dBi y la perdida del cable coaxial
(Perdida del cable RX) entre la antena y el receptor que también es de -1dB.

La ecuación quedaría

PIRE + FSL + Ganancia de la antena RX + Perdida del cable RX = C de E

31 + (-106)+ 12 +(-1) = – 64dB
El proximo paso es averiguar el margen que tenemos entre la señal recibida y la sensibilidad del equipo, para esto debemos buscar en la hoja de datos del equipo la sensibilidad del equipo instalado, en general se representa de la siguiente manera
“Reciver Sensitivity 802.11b Min (dBm) 11Mbps -88”
C de E – (-88) = Margen entre lo recibido y la sensibilidad del equipo
-64–(-88) = 24dB de Margen
Medidas de referencia: 20dB muy bueno, 15dB Bueno, 10dB Límite
Por último para lograr un buen enlace necesitaremos saber a que distancia del obstaculo mas alto debemos colocar nuestros equipos, para esto debemos calcular el Radio de Fresnel

r= 8 metros

Es aceptable tener hasta un 60% de visibilidad, al tener menos porcentaje mas debilita la
señal.
Ejemplo de cálculo para una frecuencia de 5.8Ghz para 2 Km.


Observación: Para confeccionar este artículo se han tomado fotos, cálculos y conceptos de la Web de distintas publicaciones de física y manuales teóricos y prácticos de instalación de antenas. Este artículo no tiene valor comercial y es utilizado para divulgar conocimientos.

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Tabla de equivalencia entre dBm y mW

Martin A. Moreton
martinmoreton@gmail.com
Enero 2010

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FTTC la mejor solución a todos nuestros problemas

Hoy en día nadie puede negar que internet y las comunicaciones en general son un bien indispensable en la vida de cada uno, día a día vemos que pasamos más tiempo conectados, utilizando el chat, Facebook, twitter, y todo lo que la nube nos pueda proveer. La nube como le dicen a Internet cada vez nos provee más contenido e interconexión, pasamos de bajar música o información valiosa a nuestras maquinas a subir nuestra información para disponerla en todo momento y en todo lugar. Pasamos de bajar películas a verlas online a trabajar online con un procesador de texto o hojas de cálculo en línea, hasta hay sistemas operativos que necesitan estar conectados para poder utilizar su poderío al 100%. Ni hablar sobre el BUM de los celulares inteligentes bien conocidos como Smartphone o las tabletas cada vez más populares que nos exigen mejores y más rápidas conexiones.

Nadie duda de lo anteriormente expuesto, es más cada día sale más y más reportes que nos muestran estadísticas que abalan esta aseveración, ahora bien, cuando empezamos a ver cuáles son los mejores medios para este fuerte requerimiento de más MEGAS o Ancho de Banda para satisfacer a los usuarios, la cosa ya no esta tan clara.
En el mercado y en el mundo se habla de distintas velocidades y anchos de banda, distintas tecnologías, como xDSL o PON, FTTH o FTTC es donde todos nos encontramos con distintos escenarios y propuestas.
Cuál de todas es la mejor? Que tecnología es la mejor para mí? El cable de cobre es lo viejo y la fibra es el futuro? FTTH es lo mejor o podemos plantear un escenario FTTC?
Yo siempre digo que no hay mejor tecnología que la que nos brinda un equilibrio entre el costo y el beneficio que vamos a obtener.
Para esto hay que conocer cada tecnología y luego ver cual nos conviene elegir.
Tecnología ADSL2+
Esta tecnología es la más común y más utilizada del mercado, sin embargo pocos recuerdan que el estándar dice que puede brindar 24Mbps de ancho de banda de bajada en la ITU-T G 992.5. Utilizando un plantel de cobre tanto aéreo como por ductos.

Tecnología VDSL2
VDSL2 quiere decir Very High Bit Rate Digital Subscriber Line 2 o sea Línea digital de abonado de muy alta tasa de transferencia, enmarcada en la ITU-T G.993.2. Esta tecnología está dentro de la familia xDSL, por lo tanto usa el mismo medio que nuestra ya muy conocida tecnología ADSL2+, el plantel de cobre es el mismo. VDSL2 es un estándar del 2006 y que fue diseñada preferencialmente para proveer Triple Play (Telefonía + Datos + Video)

VDSL2 usa distintos perfiles que determinan distintas frecuencias y anchos de banda dentro del cobre y por esto permiten obtener distintas velocidades. Los prefiles 17 a puede brindar un ancho de banda de 100Mbps de bajada y 45Mbps de subida y el 30 A es simétrico con una velocidad de 100Mbps.
Un tema muy importante a tener en cuenta son las distancias, para alcanzar estas velocidades el plantel de cobre no debe superar los 500 metros para conseguir una bajada de 100Mbps y el kilómetro para conseguir una bajada de 50Mbps entre el abonado y el IPDSLAM. Superando 1,6 km el VDSL2 baja a las mismas velocidades que el ADSL.

Para aprovechar en su totalidad la tecnología xDSL tanto la ADSL2+ como el VDSL2 hay que poner atención en las distancias. No hay que superar los máximos de lo contrario vamos a ir perdiendo ancho de banda por el ruido que se obtiene producto del largo del cable.

Tecnología PON
Por último la Tecnología PON que a diferencia de las conexiones xDSL el medio de transmisión es la Fibra Óptica.
PON: Passive Optical Network
Son redes de fibra óptica que no utilizan ningún otro dispositivo activo entre la central y el terminal. Permite compartir una misma fibra entre múltiples usuarios con múltiples servicios.
Composición de las redes PON
Un terminal de línea óptica – OLT (Optical Line Terminal)
Varios dispositivos de división óptica pasivos – Splitter
Varias terminales de red óptica – ONU (Optical Network unit)

La tecnología PON cuenta con dos normas la GPON ITU-T G.984 y la GEPON IEEE 802.3ah.
• GPON (Gigabit-capable PON):
+Está basada en BPON en cuanto a arquitectura pero, además ofrece:
+Soporte global multiservicio: voz, Ethernet 10/100, ATM,…
+Cobertura hasta 20 Km.
+Seguridad a nivel de protocolo.
+Soporte de tasas de transferencia:
Simétrico: 622 Mbps y 1.25 Gbps.
Asimétrico: descendente-> 2.5 Gbps // ascendente -> 1.25 Gbps

• GEPON (Giga Ethernet PON):
+Especificación realizada por el grupo de trabajo EFM (Ethernet in the First Mile – Ethernet en la última milla) constituido por la IEEE] para aprovechar las características de la tecnología de fibra óptica y aplicarlas a Ethernet.
+La arquitectura de una red EPON se basa en el transporte de tráfico Ethernet manteniendo las características de la especificación 802.3.
+Soporte de tasas de transferencia:
Simétrico: 1,25Gbps tanto de bajada como de subida.
.
Ya han desarrollado en base al estándar GEPON la 10GEPON descripta en la norma IEEE802.3av la cual fue aprobada en septiembre del 2009 con un ancho de banda de 10Gbps simétrico o asimétrico de 10G de bajada y 1,25Gbps de subida con compatibilidad a la GEPON de 1,25Gbps.

Esta tecnología trabaja con distintas longitudes de ondas para el envío de datos desde la OLT a las ONUs, comunicación descendente en 1490nm y desde la ONU al OLT comunicación ascendente en 1310nm.
Algo muy importante que cuenta esta tecnología es la posibilidad de aceptar una tercera longitud de onda de 1550nm para una eventual conexión de video si tuviéramos un cabezal analógico.

Definición de Fiber to the x
Con un conocimiento más cabal de cada tecnología podemos abarcar la definición FTTx.
• FTTH (Fiber-to-the-Home): Enlace completo de Fibra hasta la residencia.
• FTTB (Fiber-to-the-Building): Enlace de Fibra hasta el edificio y terminación con xDSL hasta la residencia.
• FTTC (Fiber-to-the-Curb): Enlace de Fibra hasta un gabinete y la terminación con xDSL hasta la residencia.
• FTTN (Fiber-to-the-Node): Enlace hasta un nodo y la terminación con xDSL hasta la residencia.

La solución más recomendada a mi entender es la FTTC – Fibra hasta el gabinete y terminar la última milla con tecnología ADSL2+ o VDSL2 cuando ya tenemos plantel de cobre instalado pudiendo así brindar Triple Play sumando un servidor de video IPTV o VOD. El FTTH es una excelente solución para cundo no tenemos ninguna infraestructura previa o cuando tenemos un cabezal de video analógico y queremos brindar Triple Play.
Hoy en día PON es una tecnología mucho más costosa que la xDSL y con una mejora y reacomodamiento del plantel actual vamos a llegar con mayor ancho de banda sin tener que hacer grandes inversiones.
Diagrama de interconexión entre la tecnología PON + VDSL2/ADSL2+

Escrito por Martin A. Moreton

martin.moreton@zyxel.com.tw

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