Redes de Fibra Óptica: El efecto de combinar diferentes fibras MM en una misma red

La fibra multimodo (MMF, multimode fiber) es un tipo de fibra óptica que se utiliza para redes de comunicación de corta distancia (<2 km). Dispone de un núcleo de 50 o 62.5 micras en el que se propagan los múltiples modos de luz que soportan la transmisión de información.

La fibra multimodo es una opción habitual para conseguir altas tasas de datos a la distancia requerida por las aplicaciones LAN empresariales y centros de datos. Hay varios tipos de fibra multimodo disponibles para la instalación de redes de alta velocidad, cada tipo tiene un alcance y una velocidad máxima de datos diferentes.

La distancia referente para transmisión en una fibra MMF es de unos 550 m a una velocidad de 10 Gbps. Pero, sin embargo, se puede transmitir a distancias más largas con tasas de datos más bajas (2 km a 100 Mbps) y también se puede transmitir con tasas de datos más altas a distancias más cortas (150 m a 40 Gbps).

La norma ISO 11801 clasifica la fibra óptica multimodo en OM1, OM2, OM3, OM4 y OM5.

Cuadro resumen de diferencias:

Consideraciones para combinar diferentes tipos de fibra multimodo (MMF)

Es importante definir el tipo de fibra en la fase de diseño de la red, ya que es muy recomendable mantener la misma fibra en todo el canal para evitar posibles problemas de rendimiento.

Pero, aunque el diseño de la red se haya ejecutado correctamente eligiendo el tipo de fibra adecuada, sabemos que la realidad en la construcción de la red y en su mantenimiento dista del mundo ideal del diseño, ya que las redes de comunicaciones se ven afectadas por muchas variables a las que se debe dar una respuesta rápida. Llegados a este punto, ¿qué ocurre si necesito instalar o combinar una fibra MMF diferente a la originaria en la red?

Las fibras OM3 y OM4 se pueden combinar sin ningún problema debido al mismo tamaño de núcleo que poseen. De hecho, la fibra OM4 está considerada como una evolución de la OM3 manteniendo totalmente la retrocompatibilidad. La fibra OM4 posee una menor atenuación y mayor ancho de banda modal que la fibra OM3, esto se traduce en velocidades de 40 -100Gbps a distancias de 150 metros, mientras que la fibra OM3 solo puede mantener estas velocidades a una distancia máxima de 100m. Por tanto, debe conocer que, si combina estos tipos de fibra OM3 y OM4, su canal de fibra se verá afectado por las especificaciones de la fibra OM3.

Si está instalando un canal de más de 100m de fibra OM4 a 40Gbps, asegúrese de que su fibra es realmente OM4 porque puede que el color aguamarina corresponda a una fibra OM3 con mayor atenuación y menor alcance en distancia, consulte también la leyenda de los cables para salir de dudas.
Dependiendo de la longitud del canal, puentear canales OM4 con latiguillos OM3 también puede tener un impacto importante en la atenuación total del canal de fibra, particularmente si el canal necesita un presupuesto de potencia óptica superior a la inicial. Es decir, si tiene dos tramos de 70m de fibra OM4 soportando aplicaciones de 40Gbps y necesita puentearlos con un latiguillo OM3 de 10m, tenga cuidado porque los 150m resultantes es igual al límite teórico establecido para un sistema de fibra OM4 a 40Gbps y consecuentemente el sistema puede resultar inestable. Sin embargo, si el puente lo realiza con un latiguillo OM4 de 10m no va a tener problemas.

Ahora póngase en el caso de que tiene dos tramos de 45m de fibra OM4 soportando aplicaciones de 40Gbps y necesita puentearlos con un latiguillo OM3 de 10m. Aquí no hay ningún problema porque los 100m resultantes es igual al límite teórico establecido para un sistema de fibra OM3 a 40Gbps.
Realmente esta es una aproximación práctica al verdadero componente físico que subyace en los cálculos, y que trata realmente las limitaciones que sufre el sistema en cuanto a ancho de banda y atenuación.

La misma aproximación podemos considerar al combinar fibras OM2 con fibras OM3 u OM4, no hay problema físico aparente al combinarlas más allá de la mezcla visual de colores naranja y aguamarina, todas ellas poseen un núcleo de 50µm que puede fusionarse o conectarse perfectamente entre todas ellas. Sin embargo, seguirá existiendo un componente limitante por el que su canal de fibra se verá afectado por las especificaciones de la fibra OM2.

Las fibras OM3 y OM4 están optimizadas para láser VCSEL que permite obtener enlaces con altas velocidades. Las fibras OM2 no están optimizadas para VCSEL y por tanto su comportamiento será incierto o no deseado al usar esta tecnología de transceptor. Sin embargo, a velocidades menores como las conseguidas con transceptores LED a 1300nm, el comportamiento de las fibras OM2, OM3 y OM4 es prácticamente idéntico.

En el caso de la fibra OM5, se puede usar con fibras OM4, OM3 y OM2, pero su elevado coste lo desaconseja. Las prestaciones de la fibra OM5 son similares a la OM4, incluso inferiores en determinados casos. La verdadera ventaja que aporta es la reducción de fibras necesarias para crear enlaces de fibra a altas velocidades con tecnologías WDM, pero esta ventaja no es aplicable o no tiene ningún sentido cuando insertamos la fibra OM5 en canales de fibra OM4, OM3 u OM2 ya construidos. Entonces, ¿para qué voy a gastar más dinero sin obtener ninguna ventaja? La respuesta es que solo vale la pena en el caso de que queramos migrar a tecnologías WDM en el futuro, creando un canal de fibra OM5 de extremo a extremo.

El caso más preocupante es la mezcla de componentes OM2, OM3, OM4 u OM5 de 50µm de núcleo con la fibra heredada OM1 que tiene un tamaño de núcleo de 62.5µm. Aquí diferenciaremos dos casos según el sentido de la transmisión de luz, el primer caso: donde la luz proveniente de una fibra multimodo de 50µm entra en una fibra multimodo de 62.5µm, el segundo caso: donde la luz proveniente de una fibra multimodo de 62.5µm entra en una fibra multimodo de 50µm.

En el primer caso, la fibra multimodo de 50µm tiene un diámetro de núcleo más pequeño y se puede acoplar a la fibra multimodo de 62.5µm sin gran impacto en la transmisión. Sin embargo­­, cuando la luz de una fibra multimodo de 62.5µm se inyecta en una fibra multimodo de 50µm, parte de la luz incidente se refracta y se dispersa produciéndose una alta atenuación y un perjuicio importante en el rendimiento del canal de fibra. Siendo más crítico cuanto mayor es la longitud del canal de fibra. 

De hecho, la pérdida de acoplamiento tradicional para fibras MMF se especifica aceptable en el rango de 0,9 dB a 1,6 dB. Si la pérdida en el canal de fibra mixto está más allá de este rango, se recomienda no mezclar fibra multimodo de 62.5µm con fibra multimodo de 50µm.

Uso de latiguillos multimodo en las comprobaciones del canal de fibra

Para evitar tanta incertidumbre, afortunadamente cada tipo de fibra MMF lleva su código de color que la identifica. El color naranja para OM1 y OM2, mientras que OM3 y OM4 son típicamente de color aguamarina. Pero determinar la diferencia entre aguamarina OM3 y aguamarina OM4 no es tan simple, la recomendación es leer la leyenda del cable para aclarar la identidad de la fibra.

El uso de violeta para los componentes OM4 se va adoptando paulatinamente, consiguiendo así diferenciarse visualmente del aguamarina OM3.

Y en caso de que no pueda leer la leyenda del cable, todavía le queda un as en la manga. Trate de encontrar el color de los conectores montados sobre esas fibras. Típicamente beige en OM1, negro en OM2, aguamarina en OM3 y OM4, violeta en OM4 y verde lima en OM5.

Si está comprobando un canal de fibra OM4, OM3 u OM2 no necesita preocuparse por el hecho de que los cables de referencia de prueba estén fabricados con cualquiera de estos tres tipos de fibra MMF. La fibra utilizada en estos cables de referencia presenta las mismas características físicas en su núcleo, por lo que puede usar cualquier latiguillo MMF de 50µm para comprobar la atenuación de cualquier canal de fibra MMF 50µm, puesto que no estamos comprobando el ancho de banda modal del sistema sino su atenuación. Pero si está comprobando un canal de fibra OM1 de 62.5µm, deberá asegurarse de tener un tamaño de núcleo coincidente en sus cables de referencia de prueba ya que, de otra forma, estaríamos introduciendo pérdidas no deseadas al mezclar tamaños de núcleo diferentes.

En el caso de la fibra OM5, se puede usar para comprobar las atenuaciones de los canales de fibra OM4, OM3 y OM2. Y aunque es posible usar la fibra OM4, OM3 u OM2 para comprobar la atenuación de un canal de fibra OM5, no es recomendable el cambio de fibra ya que la fibra multimodo OM5 está diseñada para tecnologías WDM, con al menos cuatro canales en la ventana de 850-953nm donde suele ser necesario caracterizar el comportamiento de la fibra con mediciones más allá de la simple comprobación de atenuación.

Conclusión

Aunque la impresión general sea que la combinación de fibras MMF no es excesivamente preocupante o limitante, la incertidumbre que genera en el comportamiento del sistema de fibra nos obliga a recomendar que no se realicen este tipo de combinaciones entre diferentes tipos de fibra MMF.

Más allá de la incertidumbre que podemos evaluar a nivel teórico, existen otro tipo de componentes que no hacen sino aumentar el grado de incertidumbre. Tenga en cuenta que una red de fibra MMF real dista ligeramente de los cálculos sobre el papel. Se trabaja con fuentes láser o LED de diferentes fabricantes y características técnicas, las condiciones ambientales son diversas, las fibras ópticas se fabrican bajo estándares de calidad con diferentes tolerancias, los anchos de banda reales en las fibras MMF son diferentes entre distintos fabricantes, las atenuaciones del enlace se ven afectadas por condiciones externas o por operaciones de mantenimiento descuidadas, incluso los metrajes de fibra teóricos cambian a la hora de construir la red por causas inesperadas y no siempre quedan documentados estos cambios o modificaciones.

Muchas variantes entran en juego como para además andar mezclando tipos de fibra MMF. Esto incrementa la incertidumbre de un sistema de fibra, donde necesitamos obtener altas tasas de velocidad garantizadas a unas distancias de enlace determinadas.

Autor: Gtlan