OTDR

Introducción

En la actualidad, el mundo va avanzando a pasos agigantados en cuanto a transmisión de información ya sea por medios de transmisión guiados (cables) o no guiados (inalámbricos), este avance trae como consecuencia la evolución en la transmisión de datos, la fibra óptica que es un medio de transmisión guiado es lo que más ha avanzado en los últimos años.

La fibra óptica nos permite transmitir a grandes distancias, con un buen ancho de banda y a una muy buena velocidad, para que la fibra pueda transmitir correctamente se tiene que seguir normas y protocolos, también requiere cuidados y mantenimiento. El mantenimiento de enlaces de fibra óptica requiere las herramientas de comprobación adecuadas, conocimientos exhaustivos de los estándares de instalación y de aplicación y capacidad para documentar los resultados de la comprobación, el OTDR por sus siglas en ingles Optical Time Domain Reflectometry (reflectometría en el dominio del tiempo), es la técnica de medición empleada por un instrumento que lleva también el nombre OTDR, se usa con frecuencia para caracterizar y evaluar el estado de enlaces de fibra óptica, basándose en el análisis de señales reflejadas por esta técnica. Este instrumento se usa por sus dos grandes ventajas:

• Es un instrumento que se puede aplicar en enlaces ya instalados y operativos, lo que lo hace práctico para realizar mediciones con facilidad

• Es un instrumento que solo precisa de un acceso a uno de los extremos de la fibra, facilitando la toma de medidas de manera cómoda y sencilla

Fundamentos de Operación

El principio de operación de instrumentos OTDR, es el fenómeno de dispersión Rayleigh, el cual dice que una pequeña fracción de la potencia insertada en la fibra se dispersa y cambia su dirección y sentido de propagación, volviendo una parte hacia el emisor. Los puntos donde generalmente sufren reflejo de potencia son: el extremo final de la fibra, conectores, empalmes.

La señal de luz de retroceso, después de sufrir una atenuación hasta llegar al emisor, es detectada mediante un fotodiodo, a continuación es procesada para luego ser presentada en pantalla. La grafica final consiste en una línea o trazo continuo que corresponde a la potencia recibida en función a la distancia sobre la fibra, esta grafica recibe el nombre de traza de la fibra.

El OTDR calcula las distancias de la forma:

Fig. 1 Formula de OTDR para calcular distancias

Fuente: Guía de laboratorio: Comunicaciones ópticas, curso de OTDR, Ing Remmy Fuentes T., recuperado 2/5/2013

Dónde:

c= Velocidad de la luz en el vacío (2,998 X 108 m/s)

t= Retraso de tiempo desde la emisión del pulso a la recepción del pulso reflejado

n= Índice de refracción de la fibra a prueba (Como especifica el fabricante)

Fig. 2 fenómeno de dispersión Rayleigh

Fuente: www.electron.frba.utn.edu.ar/materias/95.../curso_de_fibras_opticas.ppt‎, electron.frba.utn.edu.ar, curso de fibras ópticas, recuperado 2/5/2013

Las reflexiones de Fresnel también son usados en OTDR, este fenómeno ocurre cuando la luz viaja por la fibra óptica y encuentra cambios brusco en la densidad del material que pueden producirse en conexión o roturas en los que existen espacios con aire. Se refleja gran cantidad de luz, en comparación con la dispersión de Rayleigh.

Software de simulación de reflexión de Fresnel


http://delibes.tel.uva.es/tutorial/Tema_I/Propiedades_Fibra/Uniones/UI_Perdidas.html

Fig. 3 Reflexión de Fresnel

Fuente: Guía de laboratorio: Comunicaciones ópticas, curso de OTDR, Ing Remmy Fuentes T., recuperado 2/5/2013

Eventos

El OTDR se basa en dos fenómenos para mostrarnos que es lo que sucede en la fibra: Reflexión de Fresnel y la dispersión de Rayleigh; aparte de esos dos fenómenos también tiene la capacidad de mostrar eventos que suceden en la fibra óptica dentro de la gráfica, como ser: Empalmes, conectores, curvaturas, continuidad de la fibra, atenuación del enlace dB/Km, longitud de la fibra y perdidas de inserción y retorno de cada uno de los eventos.

Fig. 4 Salida hipotética en pantalla de un OTDR

Fuente: Guía de laboratorio: Comunicaciones ópticas, curso de OTDR, Ing Remmy Fuentes T., recuperado 2/5/2013

Fig.5 Eventos y atenuación en un enlace de fibra óptica

Fuente: Guía de laboratorio: Comunicaciones ópticas, curso de OTDR, Ing Remmy Fuentes T., recuperado 2/5/2013

Las imagenes de los graficos del OTDR realizados en clase son:

Fig. 6 Gráfica resultante al analizar un enlace con OTDR

OTDR: TD 3000

Fecha: 4/18/13

Hora: 12:17 pm

Tipo de Fibra: Mono modo

Perdidas: 0.10 dB

Reflectancia: -60.00 dB

Rango: 32 Km

Resolucion: 4 m

Ancho de Pulso: 2000 ns

Longitud de onda: 1310 (segunda ventana)

Perdida Total: 2.62 dB

Fig. 7 Gráfica resultante al analizar un enlace con OTDR

OTDR: TD 3000

Fecha: 4/18/13

Hora: 12:01 pm

Rango: 32 Km

Resolucion: 4 m

Ancho de Pulso: 2000 ns

Longitud de onda: 1310 (segunda ventana)

Fig. 8 Tabla resumen de eventos al analizar un enlace con OTDR

OTDR: TD 3000

Fecha: 4/18/13

Hora: 12:17 pm

Tipo de Fibra: Mono modo

Perdidas: 0.10 dB

Reflectancia: -60.00 dB

Rango: 32 Km

Resolucion: 4 m

Ancho de Pulso: 2000 ns

Longitud de onda: 1310 (segunda ventana)

Perdida Total: 2.62 dB

Fig. 9 Gráfica resultante al analizar un enlace con OTDR

OTDR: TD 3000

Fecha: 4/18/13

Hora: 12:05 pm

Tipo de Fibra: Mono modo

Perdidas: 0.10 dB

Reflectancia: -60.00 dB

Rango: 32 Km

Resolucion: 4 m

Ancho de Pulso: 2000 ns

Longitud de onda: 1310 (segunda ventana)

Perdida Total: 2.42 dB

Fig. 10 Gráfica resultante al analizar un enlace con OTDR

OTDR: TD 3000

Fecha: 4/18/13

Hora: 12:48 pm

Tipo de Fibra: Mono modo

Rango: 16 Km

Resolucion: 2 m

Ancho de Pulso: 500 ns

Longitud de onda: 1550 (tercera ventana)

A continuación se hará una introducción al simulador de OTDR online: OTDR Emulator and On-Line Training Package


Este simulador está diseñado para emular la operación de un OTDR. El principal propósito del emulador es el de permitir a personas que están estudiando fibra óptica, y así brindar la habilidad de ganar experiencia práctica para el uso de OTDR cuando el hardware y longitudes de fibra para probar no están disponibles.

El software es de fácil manejo, y es de uso intuitivo.

Fig. 11 Vista de las secciones del panel principal del simulador

Fuente: http://www.vanguarddata.com.au/otdrem/VanGuard%20Data%20OTDR%20Emulator%20User%20Guide.pdf, OTDR Emulator 4.0-005 EA User Guide, Vanguard, recuperado 2/5/2013

1) Barra de menú: Proporciona fácil acceso a las opciones de aplicación

2) Barra de herramientas: Al presionar un botón se accede a una vista común del trazado de fibra y sus opciones de manipulación

3) Vista de fibra virtual: nos muestra los trazados de fibras virtuales disponibles separados por el cable virtual

4) Vista de tramo: Muestra las trazas activas que han sido simuladas

5) Panel de información: Muestra la distancia y pérdidas entre los cursores de trazas seleccionadas

6) Panel de botones de software: Parámetro típico de selección de botones para un OTDR

7) Panel de traza: Área donde las trazas seleccionadas son analizadas y visibles

Para empezar simularemos una simulación rápida, para esto usaremos un botón que se encuentra en el panel de botones de software. Procedemos a dar click en el botón “start test” y la simulación ya está hecha, dando como resultado la siguiente imagen

Fig. 12 Primera simulación 

Fuente: Elaboración propia, 2013

A continuación se explicara cómo crear una fibra virtual, existen dos formas de crear una fibra virtual para pruebas:

• Manualmente insertando detalles de eventos en la fibra

• Importando formulario de eventos de un tramo real, al que se tiene acceso

Para crear una fibra virtual en forma manual, empezamos seleccionando en la opción Virtual fiber à Create Virtual Fiber

Fig. 13 Opción de creación de fibra virtual

Fuente: Elaboración propia

Se abrirá una ventana como la siguiente

Fig. 14 Ventana de creación manual de fibra virtual

Fuente: Elaboración propia

Los eventos se agregan haciendo click en los botones de eventos, por ejemplo se quiere agregar una reflexión, se da click en el botón Reflective y así con todos los eventos que se quieran agregar.

Si se desea guardar los cambios en la fibra virtual, se le da click a la opción “save as”, si no se quiere guardar los cambios, solo se cierra la ventana.

Para simulaciones rápidas, solo es necesario elegir una fibra de la vista de fibra virtual, y hacer los cambios de longitud de onda, ancho de pulso, la distancia en kilómetros de la fibra, etc. En el panel de botones de software. Una vez terminada la elección de cable y modificación de esos parámetros solo es necesario iniciar la simulación “Start test”.


Bibliografía

www.electron.frba.utn.edu.ar/materias/95.../curso_de_fibras_opticas.ppt‎, electron.frba.utn.edu.ar, curso de fibras ópticas, recuperado 2/5/2013

Guía de laboratorio: Comunicaciones ópticas, curso de OTDR, Ing. Remmy Fuentes T., recuperado 2/5/2013

España B. M. C. (2005), Comunicaciones ópticas: Conceptos esenciales y resolución de ejercicios, Madrid: España, Ediciones Diaz de Santos S. A.

http://es.flukenetworks.com/expertise/learn-about/otdr, OTDR, FLUKE Networks, recuperado 2/5/2013

http://www.vanguarddata.com.au/otdrem/VanGuard%20Data%20OTDR%20Emulator%20User%20Guide.pdf, OTDR Emulator 4.0-005 EA User Guide, Vanguard, recuperado 2/5/2013

SIMULADOR OPTICO

Hay dos opciones típicas para el formato de modulación de la señal. Estos se muestran en el archivo de proyecto "Modulation_formats.osd" (Fig. 1) y se conocen como el retorno a cero (RZ) y anti-retorno a cero (NRZ).

Fig. 1 

En el formato RZ (Fig. 2), cada pulso que representa el bit 1 es más corta que la ranura de bits, y sus rendimientos de amplitud a cero antes de que la duración del bit ha terminado. En el formato NRZ (Fig. 3), el pulso permanece encendido durante la ranura de bits y su amplitud no cae a cero entre dos o más bits sucesivos. Como resultado de ello, anchura de impulso varía en función de la configuración de bits, mientras que sigue siendo la misma en el caso de formato RZ.

Elementos de Práctica Optisystem

Optisystem

Optisystem es un potente software de diseño innovador, que evoluciona rápidamente permitiendo a los usuarios planificar y simular casi todo tipo de enlace óptico en línea de transmisión de un amplio espectro de redes ópticas como: LAN, SAN, MAN a muy largo recorrido. Este software ofrece líneas de transmisión óptica en sistemas de comunicación, diseñados y planificados de componentes a nivel de sistema, y presenta visualmente análisis y escenarios.


Beneficios Específicos*Proporciona una visión global del rendimiento del sistema

*Evalúa la sensibilidad de parámetros, para ayudar a las especificaciones de tolerancia de diseño

*Ofrece acceso directo a amplias series de datos de caracterización de sistema

*Proporciona barrido automático de parámetros y de optimización


Aplicaciones

Optisystem fue creado para satisfacer las necesidades de los investigadores científicos, ingenieros de telecomunicaciones ópticas, integradores de sistemas estudiantes y una amplia variedad de otros usuarios.

Optisystem permite a los usuarios planificar , probar y simular:

*Diseños de red WDM/TDM o CATV

*Diseño en anillo SONET/SDH

*Diseño de transmisor, canal, amplificador y receptor

*Mapa de diseño de dispersión

*Estimacion de BER y sistemas de sanciones con receptores de diferentes modelos

*Sistema amplificado de BER

A continuación se darán algunas características de los componentes usados en laboratorio

De la librería de componentes


Default --> Transmiters Library --> Optical sources

CW Laser: Continous Wave laser, laser de onda continua, es una fuente óptica común en el simulador, emite línea de transmisión con longitudes de onda entre 334 y 529 nm a partir de argón ionizado. Se caracteriza por ocupar poco ancho de banda y por tener una relación señal/ruido muy alta; todo ello permite la comunicación a larga distancia aun en condiciones desfavorables de la propagación. El haz de luz que emite es constante en el tiempo.


                               

Fig. 1 Potencia de salida constante en CW laser

Fuente: Breck H. C. – Ewing J. J. – Hecht J. (2012), Introduction to laser technology, Nueva Jersey: Estados Unidos, Publicado por John Wiley & Sons Inc.

Default --> Transmitters --> Optical modulators

Match – Zehnder Modulator: Moduladores de Niobato de Litio, son adecuados para su uso en area metropolitana, se los usa en trayectorias largas y muy largas. Operan en segunda y tercera ventana. Generalmente modulan CW laser para generar señales digitales para luego ser transmitidas a través de la fibra. Son componentes muy importantes en aplicaciones con TDM (multiplexación por división del tiempo), y en aplicaciones WDM (Multiplexacion por división de longitud de onda).

Fig. 2 Modulador Match – Zehnder

Fuente: http://www.fiberoptics4sale.com/wordpress/optical-modulators-tutorial-electroabsorption-modulator-eam-and-lithium-niobate-mach-zehnder-modulator-modulator-mz-modulator/, Optical Modulators Tutorial – Electroabsorption Modulator (EAM) and Lithium Niobate Mach-Zehnder Modulator Modulator (MZ Modulator), Fiber Optics for sale Co., recuperado 2/5/2013

Default --> Transmiters Library --> Bit Sequence Generators 

Pseudo-Random Bit Sequence Generator: Es un generador de secuencias de dígitos binarios, en el que por lo menos se cumple un estándar de aleatoriedad. Es usado en telecomunicaciones, encriptación, simulación, técnicas de correlación, etc.

Default --> Transmitters --> Pulse Generators à Electrical

NRZ Pulse Generator: Generador de pulso que crea una secuencia de pulsos no retorno a cero (Non Return to Zero), codificados por una señal digital de entrada.

Fig. 3 Generador de pulso NRZ 

Fuente: http://docs.lumerical.com/en/interconnect/ref_primitive_elements_nrz_pulse_generator.html, INTERCONNECT Knowledge Base NRZ Pulse Generator, Lumerical, recuperado 2/5/2013

Default --> Visualizer Library --> Electrical

Oscilloscope Visualizer: Es un osciloscopio, es uno de los instrumentos electrónicos mas usados, generalmente se lo usa como voltímetro aunque también se le ha dado diferentes usos. Los osciloscopios se encuentran limitados por el ancho de banda en el que trabajan, fuera de este rango no pueden mostrar ningún tipo de señal.

Fig. 4 Osciloscopio

Fuente: http://salutip.blogspot.com/2012/07/que-es-un-osciloscopio.html, Qué es un osciloscopio, salutip, recuperado 2/5/2013

Default --> Visualizer Library --> Optical

Optical Spectrum Analizer: El analizador de espectros permite realizar medidas de señales de radiofrecuencia , separando sus componentes de su espectro. Generalmente nos muestra señales de potencia pico, y expresadas en dBm.

Fig. 5 Grafica de salida de un analizador de espectro óptico

Fuente: Pastor A. D. – Ramos P. F. – Capmany F. J. (2007), Sistemas de comunicaciones ópticas, Valencia: España, Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia

Optical Time Domain Visualizer: OTDR, reflectómetro en el dominio del tiempo, utilizado para evaluar las propiedades de una fibra o de un enlace completo; Es un instrumento que envía pulsos de luz a una longitud de onda deseada, para luego medir las reflexiones producidas a lo largo de la fibra óptica.

Fig. 6 OTDR

Fuente: http://www.directindustry.es/prod/jdsu/modulos-otdr-para-prueba-de-fibras-opticas-21029-415576.html, Modulo OTDR para prueba de fibra optica, JDSU, recuperado 2/5/2013

WDM Analizer: Analizador de multiplexación por longitud de onda, de comportamiento muy similar al analizador de espectro.

Default --> WDM Multiplexers library --> Multiplexers

WDM Mux 8x1: Como su nombre lo indica es en multiplexor para WDM con ocho entradas y una única salida

Fig. 7 Mux 8x1 

Fuente: http://www.electronicsmaker.com/em/admin/pdf/free/INTRODUCTION.pdf, Introduction to OSA/ WDM analyzer, electronicsmaker, recuperado 2/5/2013

Default --> Optical Fiber library

FO optical fiber: Es un sistema de transmisión para sistemas ópticos. Entre sus características podemos mencionar que tiene una gran capacidad de transmisión, reducida atenuación, inmunidad a interferencias por electromagnetismo, fabricados de oxido de silicio.

Fig. 8 Fibra Óptica

Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Fibra_%C3%B3ptica, fibra óptica, wikipedia, recuperado 2/5/2013

Default --> Amplifiers Library --> Optical à EDFA

Optical Amplifier: Son usados para aumentar la potencia de la señal óptica sin convertirla en señal eléctrica como lo hacen los regeneradores, gracias a los amplificadores y su bajo costo se pueden extender enlaces de fibra óptica a grandes distancias.

Fig. 9 Diagrama de conexión de un amplificador óptico

Fuente: http://nemesis.tel.uva.es/images/tCO/contenidos/tema2/tema2_8_2.htm, Tutorial de comunicaciones ópticas, GCO, recuperado 2/5/2013

Default --> Receivers library --> photodetectors

Photodetector pin: Convierte el flujo de los fotones incidentes en un flujo de electrones. Después esta corriente es amplificada y procesada. Trabaja con longitudes de onda entre 600 y 900 nm para los fotodetectores fabricados con silicio, trabajan en primera ventana.

Fig. 10 Estructura interna de Fotoreceptor PIN

Fuente: Fuente: http://nemesis.tel.uva.es/images/tCO/contenidos/tema2/tema2_8_2.htm, Tutorial de comunicaciones ópticas, GCO, recuperado 2/5/2013

Default --> Filters library --> Electrical

Low pass Bessel Filter: Los filtros de Bessel son un tipo de filtro electrónico los cuales son usados en aplicaciones de audio debido a su linealidad.
Este filtro esta diseñado para filtrar señales de onda cuadrada, lo que los hace especiales.

Default --> Visualizer library --> electrical

BER Analizer: Es el analizador del fenómeno VER (Bit Error Rate), taza de bits erróneos



Bibliografía
http://www.optiwave.com/pdf/brochure/OptiSystem_2009.pdf, Optisystem: Optical Communication System and Amplifier Design Software, Optiwave, recuperado 2/5/2013

http://es.wikipedia.org/wiki/CW, CW, wikipedia, recuperado 2/5/2013

Costa J. M. (2005), Diccionario de química física, Barcelona: España, Ediciones Universitat de Barcelona

Breck H. C. – Ewing J. J. – Hecht J. (2012), Introduction to laser technology, Nueva Jersey: Estados Unidos, Publicado por John Wiley & Sons Inc.

http://www.fiberoptics4sale.com/wordpress/optical-modulators-tutorial-electroabsorption-modulator-eam-and-lithium-niobate-mach-zehnder-modulator-modulator-mz-modulator/, Optical Modulators Tutorial – Electroabsorption Modulator (EAM) and Lithium Niobate Mach-Zehnder Modulator Modulator (MZ Modulator), Fiber Optics for sale Co., recuperado 2/5/2013

http://en.wikipedia.org/wiki/Pseudorandom_binary_sequence, Pseudorandom binary sequence, wikipedia, recuperado 2/5/2013

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http://docs.lumerical.com/en/interconnect/ref_primitive_elements_nrz_pulse_generator.html, INTERCONNECT Knowledge Base NRZ Pulse Generator, Lumerical, recuperado 2/5/2013

Bolton W. (1995), Mediciones y pruebas Electricas y electrónicas, Barcelona: España, Marcombo Boixareu editores

Pastor A. D. – Ramos P. F. – Capmany F. J. (2007), Sistemas de comunicaciones ópticas, Valencia: España, Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia

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España B. M. C. (2005), Comunicaciones Opticas: Concepto esenciales y resolución de ejercicios¸ Madrid: España, Ediciones Diaz de Santos S. A.

http://comunicacionesopticas.files.wordpress.com/2007/10/presentacion_fibrafinal11.ppt, receptores ópticos, Alvaro Mollinedo - Cristhian Daniel Pinti - Luis Enrrique Molina, recuperado 2/5/2013