Detrás de una red móvil o de una red de datos hay, en la mayoría de los casos, fibra óptica llevando mucho más tráfico del que una sola señal podría transportar. Dos tecnologías lo hacen posible: DWDM, que multiplica la capacidad de cada fibra enviando muchas longitudes de onda a la vez, y OTN, que define cómo se empaqueta, se protege y se supervisa cada una de esas señales. En este artículo se explican ambas, cómo se calcula un enlace óptico y cómo se diagnostican sus fallos. La base TDM del transporte se describe en PDH, SDH y DWDM.
WDM: varias señales en una fibra
La multiplexación por división en longitud de onda (WDM) consiste en transmitir cada señal con un láser de color distinto, y juntarlas todas en una única fibra. Se distinguen dos variantes:
| Característica | CWDM | DWDM |
|---|---|---|
| Separación entre canales | 20 nm | 0,8 nm (100 GHz), 0,4 nm (50 GHz) o menos |
| Canales | Hasta 18 | 40 a 96, o más con rejilla flexible |
| Banda | 1270 a 1610 nm | Banda C (1530 a 1565 nm), y a veces L |
| Amplificación | No es posible con EDFA | Sí, con EDFA o Raman |
| Alcance | Decenas de km | Cientos o miles de km |
| Coste | Menor | Mayor |
| Uso típico | Metro, acceso y fronthaul | Transporte, metro de alta capacidad y larga distancia |
Los canales DWDM siguen una rejilla definida por la UIT-T G.694.1, con referencia en 193,1 THz. Cuanto más junta está la rejilla, más canales caben, pero los filtros deben ser más precisos.
Elementos de un sistema DWDM
| Elemento | Función |
|---|---|
| Transpondedor o muxponder | Convierte la señal del cliente en una longitud de onda concreta del sistema; el muxponder agrupa varios clientes en uno |
| Multiplexor y demultiplexor | Combinan y separan las longitudes de onda de la fibra (AWG o filtros) |
| Amplificador EDFA | Amplifica todos los canales a la vez en la banda C; añade ruido (ASE) |
| Amplificador Raman | Amplifica dentro de la propia fibra, con menos ruido; se usa en tramos largos |
| ROADM | Permite derivar, insertar o dejar pasar canales concretos, de forma remota y reconfigurable |
| Canal de supervisión óptico (OSC) | Canal aparte, hacia 1510 nm, para gestión y alarmas entre nodos |
La topología puede ser punto a punto, en anillo o en malla con ROADM. En los dos últimos casos el sistema puede desviar y reconfigurar canales sin intervención en campo.
El presupuesto del enlace y el OSNR
Cada tramo de fibra, de unos 60 a 100 km, atenúa la señal y se compensa con un amplificador EDFA. Estos amplificadores añaden ruido, llamado ASE, que se acumula. La medida clave es el OSNR, la relación entre la potencia de la señal y la del ruido, referida a un ancho de banda de 0,1 nm.
OSNR (dB) ≈ 58 + Pcanal − Ptramo − NF − 10·log10(N)
- Pcanal = potencia por canal a la entrada del tramo (dBm)
- Ptramo = pérdida del tramo (dB)
- NF = figura de ruido del amplificador (dB)
- N = número de tramos amplificados iguales
Ejemplo: con 0 dBm por canal, tramos de 20 dB y amplificadores de 5 dB, un solo tramo da 33 dB de OSNR. Cada vez que se duplica el número de tramos, el OSNR baja 3 dB: con 64 tramos queda en unos 15 dB, y por debajo del umbral del receptor el enlace deja de funcionar.
La pérdida de cada tramo se calcula como en el artículo Presupuesto óptico, y el estado de conectores y empalmes marca la diferencia entre un tramo bueno y uno problemático.
Otros efectos que limitan la distancia
| Efecto | Qué provoca | Cómo se resuelve |
|---|---|---|
| Atenuación | Pérdida de potencia (unos 0,2 a 0,25 dB/km a 1550 nm) | Amplificadores y buen estado de conectores y empalmes |
| Ruido de los amplificadores (ASE) | Reduce el OSNR con cada amplificador | Limitar la cascada, usar Raman o regenerar |
| Dispersión cromática | Ensancha los pulsos con la distancia | Compensación o procesado digital coherente |
| PMD | Distorsión por la polarización, importante a alta velocidad | Fibra de calidad y receptores coherentes |
| No linealidades | Interacción entre canales con potencias altas | Ajustar la potencia por canal |
Los transceptores coherentes actuales compensan por procesado digital la dispersión cromática y la PMD, lo que permite velocidades de 100, 400 Gbit/s o más sobre distancias largas. En 5G, el fronthaul también utiliza WDM, normalmente pasivo, para ahorrar fibra entre antenas y centros de proceso.
OTN: la «envoltura digital» de las señales
OTN (Optical Transport Network, UIT-T G.709) es el estándar que define cómo se transporta cada señal sobre un canal óptico. Funciona como una envoltura digital que se añade al cliente, de forma muy parecida a la de SDH, pero mucho más flexible.
- OPU: contiene la señal del cliente y la adapta.
- ODU: añade la supervisión del camino de extremo a extremo y de las conexiones en tándem (TCM). Es la unidad que se multiplexa y se conmuta.
- OTU: añade la supervisión de la sección y el código de corrección de errores (FEC).
| Unidad | Velocidad aproximada | Cliente típico |
|---|---|---|
| ODU0 | 1,25 Gbit/s | Gigabit Ethernet |
| ODU1 | 2,5 Gbit/s | STM-16 |
| ODU2 | 10 Gbit/s | STM-64 y 10 Gigabit Ethernet |
| ODU3 | 40 Gbit/s | STM-256 y 40 Gigabit Ethernet |
| ODU4 | 100 Gbit/s | 100 Gigabit Ethernet |
| ODUflex | Variable | Cualquier velocidad que no encaje en las anteriores |
| Trama | Velocidad de línea (con FEC) |
|---|---|
| OTU1 | ≈ 2,67 Gbit/s |
| OTU2 | ≈ 10,71 Gbit/s |
| OTU3 | ≈ 43,02 Gbit/s |
| OTU4 | ≈ 111,81 Gbit/s |
La FEC corrige errores en el receptor, de modo que un enlace puede tolerar un BER antes de la corrección relativamente alto sin que el cliente note nada. Pero tiene un lado oculto: el servicio se degrada de golpe cuando el BER antes de FEC supera el límite del código. Por eso conviene vigilar el BER antes de FEC, que avisa de la degradación con tiempo.
OTN frente a SDH
| Aspecto | SDH | OTN |
|---|---|---|
| Contenido típico | Circuitos TDM y algo de Ethernet | Cualquier cliente: Ethernet, SDH, SAN, vídeo |
| Capacidad | Hasta STM-256 | Hasta 100 Gbit/s por canal y más con ODUCn |
| Corrección de errores | No dispone | FEC integrada |
| Supervisión | Por sección y camino | Por sección, camino y conexiones en tándem (TCM) |
| Conmutación | Por contenedores VC | Por contenedores ODU |
OTN hereda de SDH la idea de la supervisión y las alarmas por capas, de modo que quien conoce Alarmas SDH reconoce enseguida los conceptos.
Alarmas y supervisión
| Alarma | Qué indica | Qué comprobar |
|---|---|---|
| LOS | Sin señal óptica en el puerto | Transceptor, latiguillo, canal apagado y fibra |
| LOF u OOF | Pérdida de trama | Velocidad configurada, calidad de señal y OSNR |
| BDI | El extremo remoto detecta un fallo | El sentido contrario del enlace |
| AIS | Señal de indicación de alarma aguas abajo | El primer nodo con fallo propio |
| TIM | La traza esperada no coincide con la recibida | Cruces de fibra y configuración de trazas |
| DEG o EXC | Tasa de error alta | BER antes de FEC, OSNR y conectores |
| Potencia de entrada baja o alta | Fuera del rango del amplificador o receptor | Atenuación del tramo o falta de atenuador |
Como en SDH, las alarmas de capa inferior provocan alarmas consecuentes en las superiores, y el diagnóstico debe empezar por la causa raíz: normalmente, la potencia óptica y el estado del canal.
Medidas y diagnóstico
| Medida | Equipo | Para qué sirve |
|---|---|---|
| Potencia por canal y espectro | Analizador de espectro óptico (OSA) | Ver los canales, su nivel y su ecualización |
| OSNR | OSA o medidor de OSNR | Comprobar la calidad real del canal |
| Pérdida de los tramos | Medidor de potencia y fuente, u OTDR en fibra oscura o con puerto de monitorización | Localizar tramos con exceso de atenuación |
| BER antes y después de la FEC | Gestión del equipo | Detectar degradaciones antes de que haya errores |
| Estado de los conectores | Microscopio de inspección | Eliminar suciedad y daños, principales causas de pérdidas y reflexiones |
| Dispersión cromática y PMD | Medidores específicos | Validar fibras para altas velocidades |
Problemas frecuentes
| Síntoma | Causa probable | Qué comprobar |
|---|---|---|
| LOS en un canal | Transpondedor apagado, latiguillo o conector | El puerto, el nivel de recepción y el estado del transpondedor remoto |
| OSNR bajo en todos los canales | Un tramo con pérdida excesiva o un amplificador degradado | La pérdida de cada tramo y la ganancia de los EDFA |
| Errores en un solo canal | Longitud de onda desviada, potencia del canal baja o filtro | Posición y nivel del canal en el OSA |
| El BER antes de FEC sube poco a poco | Degradación progresiva de un conector o de la fibra | Limpieza de conectores y evolución de las medidas |
| Errores tras un cambio de ruta en un ROADM | Mala ecualización de canales | Potencias de cada canal y atenuadores del ROADM |
| Potencia de entrada alta en un amplificador | Falta un atenuador o un tramo corto | La pérdida del tramo y el rango del amplificador |
Seguridad
Las líneas DWDM transportan potencias ópticas muy superiores a las de un enlace normal: la salida de un amplificador puede superar los +20 dBm, es decir, 100 mW o más, suficiente para dañar la vista. No mires nunca a un conector o a una fibra de un sistema DWDM en servicio, no desconectes ni inspecciones puertos activos sin el procedimiento correspondiente y usa los equipos de protección y los medidores de potencia adecuados. Consulta el artículo Seguridad con láser.
Errores frecuentes
- Inspeccionar o desconectar un puerto de línea con el amplificador activo.
- No limpiar ni inspeccionar los conectores antes de conectar, la causa más frecuente de pérdidas y reflexiones.
- No guardar las medidas de puesta en servicio (potencias por canal y OSNR).
- Ignorar el BER antes de FEC y reaccionar solo cuando aparecen errores.
- Añadir canales o tramos sin recalcular el OSNR y las potencias.
- Olvidar el atenuador de entrada en un tramo corto.
- Medir con OTDR una fibra en servicio sin el equipo o el puerto adecuados.
Preguntas frecuentes
¿Qué diferencia hay entre DWDM y OTN?
DWDM es la capa óptica, que multiplica los canales de una fibra. OTN es el formato digital de cada canal: cómo se empaqueta, se supervisa y se corrige. Se usan juntos, pero se pueden utilizar por separado.
¿Por qué se mide el OSNR en 0,1 nm?
Es un ancho de banda de referencia estándar. Permite comparar medidas y valores entre distintos equipos y fabricantes.
¿Se puede medir con OTDR una línea DWDM en servicio?
Con precaución. El OTDR emite luz a una longitud de onda propia que puede interferir, así que se usa en fibra oscura, en el canal de supervisión o a través de un puerto de monitorización previsto para ello.
Siguientes pasos
- PDH, SDH y DWDM: la base TDM del transporte.
- Backhaul IP/MPLS y Carrier Ethernet: la capa de paquetes que viaja sobre esta capa óptica.
- Alarmas SDH: el análisis de alarmas por capas, con el que OTN comparte lógica.
- OTDR y Microscopio de inspección: los equipos de medida de la fibra.
Los contenidos tienen carácter técnico e informativo. Las cifras de alcance, velocidad y umbrales de OSNR son orientativas y dependen del equipo y de la fibra; usa las especificaciones del fabricante y los procedimientos de tu operadora, con especial cuidado en la seguridad frente a la luz láser de alta potencia.