La fibra óptica ha revolucionado la forma en que las redes transmiten datos a largas distancias, ofreciendo velocidades y capacidades sin precedentes. Utilizada ampliamente en telecomunicaciones, infraestructura de redes, e internet de alta velocidad, la fibra óptica es hoy en día una de las tecnologías más avanzadas para la transmisión de información.
Introducción a las redes de fibra óptica ⚡️ Curso de redes desde 0 | Cap 17 |
Técnicamente, la fibra óptica es un filamento de material dieléctrico, como el vidrio o los polímeros acrílicos, capaz de conducir y transmitir impulsos luminosos de uno a otro de sus extremos. Estos hilos pueden llegar a ser tan finos como un pelo y son el medio de transmisión de la señal. Por estos cables se transfiere una señal luminosa desde un extremo del cable hasta el otro. Esta luz puede ser generada mediante un láser o un LED, y su uso más extendido es el de transportar datos a grandes distancias, ya que este medio tiene un ancho de banda mucho mayor que los cables metálicos, menores pérdidas y a mayores velocidades de transmisión. Además, es inmune a las interferencias electromagnéticas. Gracias a esta cualidad, la fibra óptica se utiliza para la transmisión de comunicaciones telefónicas, de televisión, etc., a gran velocidad y distancia, sin necesidad de utilizar señales eléctricas, solamente por señales de luz.
Componentes Fundamentales de un Cable de Fibra Óptica
El cable de fibra óptica tiene tres componentes principales: núcleo o core, revestimiento o cladding y recubrimiento o coating. La luz viaja a través del núcleo, el cual está envuelto por un revestimiento que evita la dispersión de la luz. El recubrimiento actúa de protección contra el deterioro y la humedad.
Núcleo o Core: Es la parte central por donde el rayo de luz es guiado. Está hecha de cristal de sílice fundido y es ópticamente transparente. Su diámetro máximo suele ser de 62.5 µm según el estándar ANSI, aunque en la fibra monomodo este diámetro es significativamente menor, entre 8 y 10 micrones. Para contextualizar esta cifra, un cabello humano puede oscilar entre los 15 micrones (los muy finos) y los 170 (los extremadamente gruesos), siendo lo más habitual entre 60 y 110.
Revestimiento o Cladding: La también denominada cubierta recubre el núcleo y evita que la luz salga de este último. Es fabricada también en vidrio, pero con un índice de refracción menor que el del núcleo. Su diámetro es de 125 µm para la mayoría de los tipos de fibra.
Recubrimiento o Coating: Se trata de un plástico con una anchura de 250 µm que rodea a los componentes de la fibra anteriores con el objetivo de protegerlos y aumentar su resistencia mecánica.
A estos tres componentes se pueden añadir un revestimiento secundario, elementos estructurales y de refuerzo, funda exterior y protecciones contra el agua.
Tipos de Fibra Óptica Según la Propagación de la Luz
Dependiendo de las trayectorias que siguen los haces de luz en el interior de una fibra, es decir, su modo de propagación, podemos encontrar dos tipos de fibra óptica: monomodo y multimodo.
Fibra Monomodo (SMF)
La fibra óptica monomodo se caracteriza por contar con una tasa de transmisión más alta y por poder alcanzar hasta 50 veces más distancia que la multimodo. Sin embargo, es más costosa. Entre sus ventajas destaca el ancho de banda casi ilimitado y el bajo nivel de atenuación, por lo que se utiliza en escenarios de largas distancias. Un cable monomodo es un solo puesto de fibra de vidrio con un diámetro de 8,3 a 10 micrones que tiene un modo de transmisión. El núcleo es muy pequeño (~8-10 µm) y lleva una única trayectoria de luz (modo). Este diseño minimiza la dispersión y admite distancias muy largas y velocidades muy altas. La fibra monomodo está diseñada para aplicaciones de larga distancia y alto ancho de banda. Su atenuación es muy baja (≈0.2 dB/km a 1550 nm), ideal para largas distancias. Las clasificaciones de fibra monomodo incluyen OS1 y OS2. OS1 tiene un diseño de búfer ajustado para uso en interiores, con una atenuación ≤1.0 dB/km. La tecnología SMF suele utilizar longitudes de onda de 1310 nm y 1550 nm para largas distancias.
Fibra Multimodo (MMF)
Por su parte, la fibra óptica multimodo dispone de un diámetro de núcleo mayor que la monomodo, con un rango que abarca entre los 50 y los 100 micrones. Mayoritariamente, en las aplicaciones en las que se utiliza el cable multimodo se requieren dos fibras. La fibra multimodo otorga banda ancha alta con velocidades altas, de 10 a 100 MB, si bien en cableados largos (más de 914 metros) muchos caminos de luz pueden encontrarse con problemas de distorsión, por lo que se tiende a utilizar fibra monomodo en aplicaciones que usen un Gigabit o más. El núcleo es más grande (50 µm o 62.5 µm) y lleva una variedad de modos de luz, que pueden causar dispersión modal y limitar la distancia. La fibra multimodo es ideal para aplicaciones de corta distancia, generalmente inferiores a 1 km, como redes de área local (LAN) o dentro de un campus. Los enlaces multimodo típicos tienen una velocidad de datos desde los 10 Mbit/s a los 10 Gbit/s en distancias de hasta 600 metros.
Según el índice de refracción del núcleo, hay dos tipos de fibra multimodo: escalonado y graduado. Las fibras multimodo se clasifican como OM1 a OM5.
- OM1: Tienen un diámetro de núcleo de 62.5 micras y un ancho de banda de 200 MHz·km a 850 nm. Se consideran heredadas.
- OM2: Reducen el núcleo a 50 micras y aumentan el ancho de banda a 500 MHz·km a 850 nm. Se consideran heredadas.
- OM3: Introdujeron la tecnología de núcleo de 50 micras optimizada por láser, alcanzando un ancho de banda de 2000 MHz·km a 850 nm. Soporta 10 GbE hasta 300m.
- OM4: Estandarizadas en 2009, ofrecen un rendimiento mejorado con mayor ancho de banda que OM3. Soporta 10 GbE hasta 550m.
- OM5: Introducidas en 2017, incorporan tecnología multimodo de banda ancha que admite múltiples longitudes de onda de 850 a 950 nm. OM5 admite transmisión dúplex a 100 Gbps con dos a cuatro longitudes de onda.
Tipos de Fibra Óptica Según el Material
Por otro lado, y dependiendo del material, podemos encontrarnos dos tipos diferentes de fibra: de vidrio o de plástico.
Fibra Óptica de Vidrio
Como su nombre indica, la fibra de vidrio está construida por pequeñas hebras de vidrio.
Ventajas:
- Aguanta mejor las temperaturas extremas, ya sean de calor o de frío.
- Permiten más altas velocidades de transmisión.
- Al ser cables delgados y livianos, se encuentran optimizados para lugares pequeños.
Desventajas:
- Al ser instalaciones complicadas, se necesitan tanto técnicos con alta capacitación como herramientas y equipos más costosos.
- Al contar con el núcleo de la fibra muy pequeño, los requisitos tecnológicos necesarios son más altos.
- En caso de no ser manejadas de manera adecuada, las fibras de vidrio pueden llegar a romperse debido a su fragilidad.
Fibra Óptica de Plástico (POF)
La fibra óptica plástica, también conocida como POF por sus siglas en inglés: plastic optical fiber, cuenta con un núcleo y un revestimiento hechos de plástico o materiales poliméricos.
Ventajas:
- Las instalaciones suelen ser más baratas al tratarse de materiales menos costosos.
- Puede doblarse sin problema al ser flexible y sólido.
- El personal que deba encargarse de la instalación puede disponer de un grado de capacitación no tan elevado como en el caso de la de vidrio.
Desventajas:
- Debido a que la dispersión y la atenuación de la señal es alta, se utiliza en distancias cortas.
- A diferencia de la de vidrio, no está preparada para afrontar temperaturas extremas.
Fibra Coaxial y Fibra Óptica hasta el Hogar: Diferencias Clave
Otro concepto que sería interesante explicar es el de fibra coaxial (HFC) y el de fibra óptica hasta el hogar (FTTH). Como idea principal, la gran diferencia es que la FTTH lleva la fibra óptica hasta nuestro propio hogar mientras que en la HFC la tecnología de fibra óptica llega hasta un nodo y de ahí a nuestro hogar llega un cable coaxial que permite la conexión.
HFC (Hybrid Fiber-Coaxial)
La fibra HFC (Hybrid Fiber-Coaxial) podría traducirse como fibra coaxial híbrida. En su momento fue utilizada por las compañías de televisión por cable para hacer llegar a los hogares sus contenidos y con el tiempo se ha utilizado para ofrecer conexión a Internet aprovechando que la infraestructura ya estaba montada. La razón por la que se combinan fibra óptica y cable coaxial es económica, puesto que, como hemos visto a lo largo del artículo, la fibra de vidrio es más delicada y costosa.
En su modalidad híbrida, la fibra llega hasta nodos intermedios y de ahí se distribuye a través de cables coaxiales. Dada esta conectividad o Internet híbrido, este modelo necesita un divisor de señal o splitter. Este método transporta los datos por señales eléctricas lo que le hace vulnerable a interferencias electromagnéticas y empeoramientos de la señal en el cable. Todo ello debido a la longitud de los cables, lo que implica, en muchas ocasiones, que haya que emplear amplificadores o regeneradores. Su gran ventaja es el precio. Se trata de una alternativa más económica. Asimismo, para realizar un despliegue de este tipo se puede usar una instalación previa de cable coaxial, lo que facilita el cambio de operadora. Junto a ello hay que mencionar que siempre que haya sido instalada con precisión, ofrecerá una conexión más estable.
FTTH (Fiber to the Home)
A diferencia de los cables coaxiales (de cobre), la fibra utiliza vidrio, como hemos visto anteriormente. El concepto FTTH (Fiber to the Home, fibra hasta el hogar) implica que toda la red es de fibra óptica. Anteriormente fueron frecuentes otro tipo de redes FTTx (FTTB, FTTN, FTTC o FTTA) que, en esencia, llevaban la fibra, respectivamente, hasta el edificio (building), el nodo (node), una cabina similar al nodo (cabinet) o una antena (antenna). Por ello, estas redes FTTx serían similares al HFC puesto que no llevan la fibra estrictamente hasta el hogar.
FTTH ofrece mayor velocidad y llega a casa sin pérdidas. Como redes puras de fibra permiten una baja atenuación y alta capacidad para transportar datos de forma que pueden soportar gigabits y servicios simétricos de alta velocidad. Además, como hemos mencionado antes, son inmunes a las interferencias electromagnéticas. Como desventaja, esta modalidad puede ser más delicada o costosa si se compara con otros métodos como el cable coaxial.
Conexiones a Internet de Fibra Óptica: FTTH o HFC en España
España es uno de los países de Europa mejor conectados en lo que a banda ancha se refiere. Las operadoras ofrecen infinidad de ofertas y tarifas de conexiones de fibra óptica, pero hay que tener en cuenta qué tipo de red es la que nos instalan para asegurarnos que sea fibra óptica pura. En este sentido, las conexiones a Internet de fibra óptica pueden ser de dos tipos: fibra óptica hasta el hogar (FTTH) o fibra óptica híbrida (HFC).
A lo largo del artículo hemos analizado diferentes tipos de fibra óptica que pueden existir, según el material del que está hecha, cómo se transmiten los haces de luz o si es realmente la fibra o no lo que llega hasta nuestro hogar. La fibra óptica ya forma parte de nuestras vidas pues, a día de hoy, se ha convertido en la tecnología de banda ancha más utilizada en España para la transmisión de comunicaciones telefónicas y televisivas. Nuestro país puede presumir de su masiva adopción, ocupando las primeras posiciones en el ranking de despliegue en el viejo continente por delante de grandes potencias de nuestro entorno; y lo que es mejor, no sólo "ilumina" las ciudades, también la fibra rural avanza a marchas agigantadas.
Velocidad y Rendimiento de la Fibra Óptica
A escala general, la velocidad máxima del cable de fibra óptica puede llegar hasta los 100 Gbps (gigabits por segundo). Mientras que la velocidad máxima de los cables de cobre se queda en los 300 Mbps (megabits por segundo). En el ámbito de consumo, de nuestro día a día, las operadoras ofrecen 100, 300 y 600 megas, aunque algunas han llegado ya a los 1.000 megas (es decir, el giga) o los 10 Gigas -gracias a la tecnología XGSPON-, e incluso están probando los 50 Gbps. En el ámbito teórico, cada vez hay más proyectos en los que las velocidades que se están alcanzando a través de la fibra óptica superan los Terabits por segundo.
La fibra óptica ofrece mayor ancho de banda, menor latencia y menor pérdida de señal a distancia en comparación con el cobre. La atenuación mide la pérdida de señal con la distancia. Una menor atenuación implica un mejor rendimiento. La fibra monomodo presenta una atenuación muy baja (~0.2 dB/km a 1550 nm), ideal para largas distancias.
Tipos de Conectores de Fibra Óptica
Las siglas SC, LC, FC y ST corresponden a los tipos de conector óptico más comunes en aplicaciones FTTH y en redes de datos. Esta terminología no se debe confundir con la nomenclatura PC/UPC/APC, siglas que se refieren al tipo de pulido del terminal óptico (ferrule) que hace posible el paso de pulsos de luz láser entre dos fibras ópticas. Así, por ejemplo, un típico latiguillo de FTTH terminado en SC/APC se refiere a un conector SC que tiene un pulido APC. ✅ Usá conectores APC (pulido angular) en enlaces monomodo para evitar reflexiones.
Conector FC (Ferrule Connector)
Fue el primer conector óptico con ferrule cerámico, desarrollado por Nippon Telephone and Telegraph. Su uso está cayendo en favor de los conectores SC y LC. Se trata de un conector roscado con una fijación muy resistente a vibraciones, por ello se utiliza en aplicaciones sometidas a movimiento. También se emplea en los instrumentos de precisión (como los OTDR) y es muy popular en CATV. Características ópticas: Para fibras monomodo. Sus pérdidas de inserción alcanzan los 0,3 dB.
Conector ST (Straight Tip)
Fue desarrollado en EE.UU. por AT&T y utilizado en entornos profesionales como redes corporativas, así como en el ámbito militar. Es similar en forma al conector japonés FC, pero su ajuste es similar al de un conector BNC (montura en bayoneta). Características ópticas: Se utiliza en fibras multimodo. Sus pérdidas de inserción rondan los 0,25 dB.
Conector LC (Lucent Connector / Little Connector)
Es un desarrollo de Lucent Technologies. En cuanto a características tiene un ajuste similar a un RJ45 (tipo push and pull). Más seguro y compacto que el SC, así que permite incluso mayores densidades de conectores en racks, paneles y FTTH. Características ópticas: Para fibras monomodo y multimodo. Pérdidas de 0,10 dB.
Conector SC (Subscriber Connector / Square Connector)
También fue desarrollado por Nipón Telegraph and Telephone y su menor coste de fabricación lo ha convertido en el más popular. Como cualidades destacables figuran un ajuste rápido a presión. Además es compacto, permitiendo integrar gran densidad de conectores por instrumento. Se utiliza en FTTH, telefonía, televisión por cable, etc. Características ópticas: Para fibras monomodo y multimodo. Pérdidas de 0,25 dB.
Redes de Acceso FTTH Basadas en PON
Una red de acceso FTTH basada en PON (Passive Optical Network) es un conjunto de elementos pasivos que permiten la conexión de clientes a través de fibra óptica de extremo a extremo, es decir, hasta el domicilio (Fiber To The Home). Este tipo de red FTTH tiene 3 componentes principales: el terminal de línea óptica, los divisores ópticos y el terminal de red.
OLT (Optical Line Terminal)
El terminal de fibra óptica (OLT) es el ‘endpoint’ de una red óptica pasiva. Tiene dos funciones principales: hacer la conversión entre las señales eléctricas de los equipos del proveedor y las señales de fibra usadas por la red óptica pasiva, y coordinar la unión entre los dispositivos de conversión y los demás dispositivos de la red.
Splitter
Estos dispositivos dividen la señal óptica en dos o más salidas y, al dividirlas, también se divide la potencia óptica. Para realizar esta tarea, el splitter divide el haz luminoso incidente en dos o más haces. Con esto permitimos que una sola interfaz PON sea compartida por muchos abonados. Para un rendimiento óptimo, un splitter de calidad necesita cumplir una serie de características: Pérdida de inserción: Cuanto menor sea el valor de la pérdida de inserción, mayor será el rendimiento.
La fibra óptica ofrece una solución inigualable para la transmisión de datos a alta velocidad, especialmente en largas distancias y entornos que requieren alta capacidad de ancho de banda. Si estás considerando una actualización o implementación de infraestructura de red, la fibra óptica es, sin duda, una opción a considerar si el presupuesto y las necesidades lo permiten. La fibra óptica es la columna vertebral de las redes modernas, desde la red troncal de internet que conecta las ciudades hasta los enlaces cortos dentro de los centros de datos. La tecnología de fibra óptica ha revolucionado el mundo de las comunicaciones, proporcionando una infraestructura robusta y eficiente para la transmisión de datos a través de largas distancias.