La Fibra Optica y sus ventajas en las telecomunicaciones!..

La fibra óptica es actualmente el medio guiado más usado en el mundo de las telecomunicaciones debido a que permiten enviar grandes volúmenes de información a largas distancias alrededor del mundo con mayor velocidad que cualquier otro método guiado conocido anteriormente, aparte de sus características de transmisión en cuanto de distancia e información presenta menos atenuaciones y perdidas de la señal.

Está compuesta principalmente por un núcleo de vidrio (óxido de silicio y germanio) o plástico por donde viaja la luz, este tiene un alto índice de refracción; luego está rodeada por un revestimiento de material óptico similar que rodea al núcleo y tiene un menor ángulo de refracción que reflecta la luz de vuelta al núcleo y por ultimo está cubierta de plástico que protege la fibra de posibles daños y de la humedad.Su funcionamiento se basa en la transmisión de haces de luz que son refractados entre el núcleo y el revestimiento permitiéndole mayor rapidez en su desplazamiento por la fibra; Se basan en las teorías de las leyes de la óptica geométrica, principio de reflexión total y la ley de Snell sobre los medios en que inciden los haces de luz.

Ventajas de la fibra óptica
La fibra óptica no permite que nadie pueda acceder a la información transmitida en el proceso comunicativo sin que el usuario pueda detectarlo. La información que se transmite viaja a la velocidad de la luz, lo que permite comunicaciones de todo tipo en tiempo real y con cualquier punto del planeta. El inmenso ancho de banda (de gigaherzios) nos da la posibilidad de establecer comunicaciones múltiples tales como videoconferencias, Internet a altas velocidades, redes de área local (como las redes LAN). La atenuación es bajísima, por los que las pérdidas de información suelen ser inapreciables. El precio de la fibra, debido a la gran cantidad de materia prima que existe en el planeta para fabricarla, cada vez es más barato.

Uso más flexible: que permite poder transmitir y recibir luz de una forma flexible, se le pueden dar distintos usos con variedad de elementos, como cámaras digitales, medicina ingeniería mecánica, seguridad, entre otros. Por todo esto, en muchos casos la fibra óptica está desplazando a otro tipo de cables en muchas industrias, principalmente en las telecomunicaciones y en las redes de ordenadores.


La fibra óptica permite acceder a una infinidad de servicios referente a las telecomunicaciones tales como: Televisión, banco en casa, telecompra, telemedida, web TV., y radio digital.

Mecanismos de propagacion!...

Las transmisiones de datos ya sean por radio o televisión se hacen a través de las ondas electromagnéticas, estas se caracterizan porque están formadas, por la conjunción de un campo eléctrico y magnético; en donde La unión de estos campos es la que permite que se pueda transmitir por el espacio. Este tipo de onda tiene la particularidad de viajar en el espacio a la velocidad de la luz. Se caracterizan por los siguientes parámetros: La frecuencia, la velocidad y la longitud de onda.
La razón principal por la que se emplean ondas electromagnéticas para comunicarnos es que no es necesario el uso de medios guiados(alambres o dispositivos especiales)para su transmisión, resultando de esta manera la técnica más viable cuando resulte imposible establecer circuitos o redes de comunicación ya sea por obstáculos naturales y artificiales o elevados costos por distancia. La propagación de las ondas dependerá del ambiente por el que viajan, pero también dependerá de su longitud de onda; pueden atravesar diferentes medios y chocar con obstáculos, hay que tener en cuenta que estos choques le producirán importantes cambios de dirección e intensidad de la señal.

Existen diferentes mecanismos de propagación de estas ondas entre ellos:
Propagación en superficie: Las ondas electromagnéticas se desplazan a través de la tierra y la atmosfera a frecuencias muy bajas, sufren un efecto de difracción debido a la curvatura de la tierra. La distancia que cubren va a depender de la potencia con la sea radiada y utiliza los medios físico y naturales (físicos, líquidos y gaseosos) para poder llegar a su destino.

Propagación troposférica. Este mecanismo utiliza dos métodos el primero dirige la señal en línea recta de antena a antena y el segundo se puede radiar con un cierto ángulo hasta los niveles superiores de la troposfera donde se refleja hacia la superficie de la tierra. Cada método requiere que el receptor y el transmisor estén dentro de la misma zona y tengan línea de vista directa, está limitado por la curvatura de la tierra en relación a la altura de las antenas. El segundo método permite cubrir distancias mayores.

Propagación Ionosférica. Las ondas electromagnéticas de más alta frecuencia se radian hacia la ionosfera donde se reflejan de nuevo hacia la tierra. La densidad entre la troposfera y la ionosfera hace que cada onda de radio se acelere y cambie de dirección, curvándose de nuevo hacia la tierra. Este tipo de transmisión permite cubrir grandes distancias con menor potencia de salida.

Estos mecanismos son usados para distintas cosas dependiendo de la necesidad:

Propagación superficial: se usan para enlaces de radio a gran distancia, ayuda a la navegación aérea y marítima.

Propagación Troposferica: para enlaces de radio a corta distancia, televisión, frecuencia modulada.

Propagación ionosferica: radiodifución y comunicaciones de todo tipo a media y larga distancia.

La Fibra Óptica

Las Fibras Ópticas se utilizan en las telecomunicaciones como un medio de trasmisión, por el simple hecho de que por medio de el se pueden enviar grandes cantidades de datos e información a largas distancias.
La Fibra Óptica en comparación a otros medios de transmisión como lo son, el cable coaxial, el par trenzado, etc.; posee mayor ventaja ya que en el ahí menos perdidas, poseen un mayor ancho de banda, los retardos son menores que en los enlaces satelitales, permite multiplexar mas señales, y cabe destacar que la Fibra Óptica sirve para enviar datos e información mas no potencia.
Propagación de la luz: la propagación de la luz en la fibra óptica consiste en la reflexión interna total, en el cual la luz viaja por el núcleo de la fibra e incide sobre la superficie externa, de manera que toda la luz se refleja en el interior de la fibra sin pérdidas. Por lo tanto la luz se puede transmitir a grandes distancias reflejándose muchas veces.
Modos de Propagación: Si el diámetro es grande puede soportar varios modos de propagación (también soporta varias trayectorias en el cable); si el diámetro es estrecho soporta solo un modo de propagación y una sola trayectoria en el cable.
Las perdidas de la fibra óptica pueden ser por diferentes causas entre ellas tenemos; dispersión cromática o de longitudes de onda, esta se produce cuando los rayos de luz que se forman en el extremo de la fibra no llega al mismo tiempo; dispersión modal o de ensanchamiento de pulso, esta se produce por la propagación de la luz que va en distintas trayectorias y en tiempos diferentes; pérdidas por acoplamiento, defectos de alineamientos de las fibras ópticas.
Fuentes Ópticas
LED (diodos emisores de luz): poseen un ancho espectral de 30 a 50nm, comúnmente se utiliza en transmisión de pulsos aunque también se puede en AM.
ILD (diodos laser de inyección): poseen un ancho espectral de 1 a 3nm, debe controlarse con sumo cuidado y la corriente puede subir junto con la temperatura.
La fibra óptica es muy ventajosa ya que su capacidad de transmisión en cuanto al ancho de banda es muy grande, este permite transmitir datos, video y voz en tiempo real, poseen alta resistencia a condiciones ambientales extremas, y son fáciles de instalar; pero como todo también tiene una contraparte una de ellas es que son difíciles de reparar, su costo es elevado, su duración es menor por que trabajan a altas potencias y dependen de las temperaturas.

RESUMEN MESA DE TRABAJO FIBRA ÓPTICA...!

QUÉ ES LA FIBRA ÓPTICA

La fibra óptica está compuesta por filamentos de vidrio o plástico, de espesor entre 10 y 300 micrones.

PROPAGACIÓN DE LA LUZ

El principio en que se basa la transmisión de luz por la fibra es la reflexión interna total; la luz que viaja por el centro o núcleo de la fibra incide sobre la superficie externa con un ángulo mayor que el ángulo crítico, de forma que toda la luz se refleja sin pérdidas hacia el interior de la fibra. Así, la luz puede transmitirse a larga distancia reflejándose miles de veces. Para evitar pérdidas por dispersión de luz debida a impurezas de la superficie de la fibra, el núcleo de la fibra óptica está recubierto por una capa de vidrio con un índice de refracción mucho menor; las reflexiones se producen en la superficie que separa la fibra de vidrio y el recubrimiento.

MATERIALES Y CONSTRUCCIÓN

La mayoría de las fibras ópticas se hacen de arena o sílice, materia prima abundante en comparación con el cobre, con unos kilogramos de vidrio pueden fabricarse aproximadamente 43 kilómetros de fibra óptica. Los dos constituyentes esenciales de las fibras ópticas son el núcleo y el revestimiento. El núcleo es la parte más interna de la fibra y es la que guía la luz.

MODOS Y CONFIGURACIÓN

Fibra Monomodo:

Potencialmente, esta es la fibra que ofrece la mayor capacidad de transporte de información. Tiene una banda de paso del orden de los 100 GHz/km. Los mayores flujos se consiguen con esta fibra, pero también es la más compleja de implementar. En estas la trayectoria sigue el eje de la fibra, es decir posee un modo de propagación único; son fibras en la cual diámetro del núcleo esta en el mismo orden de magnitud que la longitud de onda de las señales ópticas que transmiten, es decir, de unos 5 a 8 mm. Si el núcleo está constituido de un material cuyo índice de refracción es muy diferente al de la cubierta, entonces se habla de fibras monomodo de índice escalonado. Los elevados flujos que se pueden alcanzar constituyen la principal ventaja de las fibras monomodo.

Fibra Multimodo de Índice Gradiante Gradual:

Las fibras multimodo de índice de gradiente gradual tienen una banda de paso que llega hasta los 500MHz por kilómetro. Su principio se basa en que el índice de refracción en el interior del núcleo no es único y decrece cuando se desplaza del núcleo hacia la cubierta. Los rayos luminosos se encuentran enfocados hacia el eje de la fibra. Estas fibras permiten reducir la dispersión entre los diferentes modos de propagación a través del núcleo de la fibra.

Fibra Multimodo de índice escalonado:

Las fibras multimodo de índice escalonado están fabricadas a base de vidrio, con una atenuación de 30 dB/km, o plástico, con una atenuación de 100 dB/km. Tienen una banda de paso que llega hasta los 40 MHz por kilómetro. En estas fibras, el núcleo está constituido por un material uniforme cuyo índice de refracción es claramente superior al de la cubierta que lo rodea. El paso desde el núcleo hasta la cubierta conlleva por tanto una variación del índice.

CON LA FIBRA ÓPTICA SE PUEDEN USAR EMPALMES Y CONECTORES:

Empalmes:

Se utilizan para conexiones permanentes y cuando se requiere de tramos más largos al que proporciona el carrete ó bobina de cable, pérdidas menores que los conectores alrededor de 0,02dB.

Los empalmes pueden ser mecánicos estos son previamente fabricados por compañias como 3M, influyen directamente sobre el costo y la atenuacion, y empalmes por fusion estos son realizados en el horno de fusion tienen menos atenuación pero su fabricacion es costosa.

Conectores:

Se utilizan para conexiones removibles, poseen pérdidas de 0,2dB ya que existe aire entre la superficie pulida de la fibra óptica y el conector. Generalmente son usados entre fuentes, detectores y el cable de fibra óptica.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA FIBRA ÓPTICA

Ventajas:

Poseen mayor capacidad para transmitir debido al ancho de banda, permiten transmitir video y voz en tiempo real, son inmunes a las transmisiones cruzadas entre cables causadas por inducción magnética, poseen alta resistencia a condiciones ambientales extremas, son fáciles de instalar.

Desventajas:

Son difíciles de reparar, su costo es elevado, fragilidad de las fibras, en ocasiones la disponibilidad de conectores es limitada.

PÉRDIDAS EN LA FIBRA ÓPTICA

Dispersión cromática o de longitudes de onda: Ocurre cuando los rayos de luz que se producen en un extremo de la fibra no llegan al mismo tiempo provocando una distorsión en la señal, esto ocurre solamente en la fibra óptica monomodo.

Dispersión modal o de ensanchamiento de pulso: Se debe a la diferencia de tiempos de propagación de rayos de luz que van por diferentes trayectorias en una fibra óptica, se presenta solo en la fibra multimodo se puede reducir en multimodo de índice gradual y se elimina totalmente en monomodo de índice escalonado.

Pérdidas por acoplamiento: Son defectos de alineamientos de las fibras. Entre ellos axial, entrehierro, angular, acabado superficial y entre fibras con diferentes conos de aceptación.

Enlaces de fibra

Los bloques principales de un enlace de comunicaciones de fibra óptica son: transmisor, receptor y guía de fibra. El transmisor consiste de una interfaz analógica o digital, un convertidor de voltaje a corriente, una fuente de luz y un adaptador de fuente de luz a fibra. La guía de fibra es un vidrio ultra puro o un cable plástico.

El receptor incluye un dispositivo conector detector de fibra a luz, un fotodetector, un convertidor de corriente a voltaje un amplificador de voltaje y una interfaz analógica o digital. En un transmisor de fibra óptica la fuente de luz se puede modular por una señal analógica o digital.

Ensayo Sobre La Telemedicina y su Comunicación Satelital

Hoy día la medicina venezolana ha decidido evolucionar tecnológicamente implementando lo que se conoce como Telemedicina, esto se inicio luego de la inclusión del Satélite Simón Bolívar; el objetivo de este proyecto es realizar una red de segunda opinión médica; se espera que la Telemedicina se efectúe en todo el país en poco tiempo con la implementación de una plataforma tecnológica que asista al sistema público de salud.

Cuando hablamos de Telemedicina nos referimos a, la medicina o médico a distancia, simplemente es como una comunicación por teléfono, donde se puede discutir casos, realizar consultas, facilitar tanto diagnósticos como tratamientos, y hasta realizar cirugías a distancia en tiempo real; no solo se utiliza para las consultas médicas sino también para que los estudiantes de medicina reciban su capacitación a distancia y puedan observar operaciones en vivo. Esta información será recibida a través de monitores y cámaras que se localizan en el lugar, la misma podrá ser guardada en formato DVD como soporte.

Con la implementación de este proyecto se desea transmitir los datos e información de los pacientes, los mismos serán enviados por medio vía satelital de diferentes puntos sin importar la distancia; este recurso tecnológico facilita la optimización de los servicios de atención en materia de salud, en el que se ahorra tiempo y se recuden los costos; proporcionando a zonas distantes la atención de especialistas sin la necesidad de movilizar al paciente.

El Hospital Central “Antonio María Pineda”, es la primera institución en el que se aplica esta tecnología de Telemedicina, siendo el primero en Venezuela y en toda Latinoamérica. Este proyecto consta de un pabellón de tecnología Alemana, con un equipamiento de alta tecnología que facilita el ahorro de energía e insumos médicos, es un novedoso sistema que permite grabar y transmitir vía red LAN o WAN las imágenes de las operaciones realizadas.

APLICACION DE LA TECNOLOGÍA SATELITAL CON LA TELEMATICA

Los satélites son medios aptos para la emisión y recepción de señales cuentan con la tecnología apropiada para radiar espacios determinados, orbitan alrededor de la tierra y están capacitados para prestar servicios, recoger información y retransmitirla desde y a distintas partes del planeta en aéreas que tienen problemas de acceso terrestre o visión directa.

Existen infinidad de servicios que ofrecen los satélites aprovechados en su mayoría por los gobiernos de las grandes naciones para mantener la comunicación, control y automatización de sus organismos (públicos y privados), también las grandes industrias que cuentan con instalaciones en zonas de difícil acceso en muchos casos, y requieren el control de sistemas sofisticados para el monitoreo de sus instalaciones.

En Venezuela aun existen zonas remotas de difícil acceso lo que impide que los habitantes de estas disfruten de comodidad en cuanto a servicios eléctricos y de comunicación (voz, video y data); por esta razón se tuvo la necesidad de fusionar herramientas de telemática y telecomunicaciones que permitan controlar las subestaciones eléctricas en algunas de estas zonas foráneas del país; para lo que se utiliza el sistemas SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) en español Supervisión, Control y Adquisición de Datos, Esta es una aplicación de software especialmente diseñada para funcionar sobre ordenadores de control de producción, que a su vez proporcionan comunicación con los dispositivos de campo (controladores autónomos) y se encargan de controlar el proceso de forma automática desde la pantalla del ordenador, también provee de toda la información que se genera en el proceso productivo a diversos usuarios, tanto del mismo nivel como de otros usuarios supervisores dentro de la empresa (supervisión, control calidad, control de producción, almacenamiento de datos).

Toda esta información del controlador autómata de la subestación es enviado por una antena VSAT que envía las señal al satélite y luego este la emite a la estación principal permitiendo así monitorear el buen funcionamiento de la misma. En este sistemas de SCADA con antenas VSAT se utilizan el protocolo de comunicación IEC-104 con una topología estrella bajo un servicio TDM/TDMA.

Es importante destacar que este mismo sistema es utilizado en las empresas petroleras para el monitoreo, recolección de datos remotos, control de válvulas, switches, control sobre tuberías en gasoductos, monitoreo y control de flujos entre otros.

Medios de propagación de ondas electromagnéticas

Para realizar un análisis de la propagación de las ondas se debe tomar en cuanta la naturaleza de la misma, es decir, si son mecánicas o electromagnéticas.

Cuando se habla de ondas mecánicas, se hace referencias a aquellas que necesariamente utilizan un medio para su transmisión. Cuando se refieren a ondas electromagnéticas (OEM) son aquellas que se basan en un campo eléctrico y uno magnético, y estas no utilizan un medio para su trasmisión.

Se puede decir entonces que cuando una onda se propaga en el espacio libre esta no sufren perdidas de energía, no obstante, estas se degradan por factores como lo son; la atenuación cuando la densidad de la potencia disminuye; la absorción establece que la atmosfera contienen partículas que absorben le energía electromagnética debido a los componentes de la misma y estas reducen la densidad de la potencia; la interferencia es aquella perturbación de una señal en su recepción.

El criterio de RAYLEIGH establece el comportamiento de una onda cuando esta choca con una superficie. Esta puede ser lisa si dicha superficie presenta pequeñas irregularidades con respecto a λ y rugosa cuando la superficie presentan mayores irregularidades con respecto a λ.

Existen dos tipos fenómenos con respecto a la propagación de la onda en la superficie:

Superficies Lisas:

Reflexión especular: es cuando la propagación de la onda no pasa a un segundo medio o se reflejan

Reflexión interna total: es cuando la onda se regresa al primer medio o se refracta al más de 90º.

Refracción: es cuando una onda cambia de dirección de un medio a otro con distinta velocidad como sucede con la luz.

Superficies Rugosas:

Difracción: son aquellas ondas que rellenan la zona de sombras de radio

Dispersión: cuando la onda se divide y su resultante se propaga en diferentes direcciones.

Propagación por onda superficial “ondas terrestres”

Este tipo de onda viaja por la superficie de la tierra. Para realizar su polarización debe ser verticalmente, ya que se realiza de manera horizontal se produce un corto con la conductividad del suelo; por lo tanto se utilizan antenas verticales de baja altura y con una banda de frecuencia de VLF, LF, MF, que a su vez es una desventaja. Se debe tener en consideración que el suelo proporciona perdidas por resistencia y por dieléctrico, pero están también varían dependiendo de la composición del suelo.

La propagación de ondas superficiales o terrestres son mas efectivas en el mar, utilizando bandas ya se MF ó HF sin depender en que altura se encuentre la antena; todo esto se debe a que el agua salada es buena conductora, en cambio las superficies desérticas no lo son. Se debe tomar en consideración que el rango de frecuencia de 15 KHZ-2MHZ no se atenúa en la superficie.

Este tipo de propagación se utiliza para la comunicación entre barcos, barco-tierra, radionavegaciones, radio difusión AM, estación del tiempo, transmisores militares, etc.

En cuanto a sus ventajas tenemos que las condiciones atmosféricas afectan muy poco la propagación y que para realizar una trasmisión a cualquier parte del mundo se puede lograr con una potencia suficiente. En las desventajas tenemos una alta potencia de trasmisión.

Propagación troposférica “ondas espaciales”

Este tipo de ondas viajan varios kilómetros inferiores de la atmosfera; se incluyen las ondas directa y reflejada en el suelo. Es una trasmisión por línea de vista. Se debe considerar que este tipo de propagación esta limitada a la curvatura de la tierra.

Cuando una onda se refleja en el suelo, la misma adquiere las características del suelo. En la antena receptora la intensidad de campo dependerá de la distancia entre ellas. Esta propagación trabaja con frecuencia mayores a las 30 ó 40 MHZ, y su propagación es por conductos atmosféricos.

Propagación sobre tierra plana: las ondas directas y reflejadas son ondas radiadas en tierra plana.

Efecto de la curvatura de la tierra: se puede decir que el horizonte de radio es igual a la 4/3 horizonte óptico, este horizonte de radio se puede prolongar con elevar las antenas TX Y RX.

Propagación Ionosférica “ondas celestes”

Esta propagación trabaja en rango de frecuencia de 1.5 MHZ -30 MHZ. Se pueden realizar enlaces en HF para poder lograr un servicio continuo se necesita de 2 frecuenta de operación ya que la ionosfera varia tanto en el día como en la noche. Se le llama zona de silencio, aquella área que no es alcanzada por la onda Ionosférica, la frecuencia óptima utilizable es de 85% de MUF.