Monitoreo remoto para redes de acceso ópticas pasivas
Las redes ópticas pasivas (PON, Passive Optical Networks) son una clase de red de acceso de telecomunicaciones que involucran la conexión entre el proveedor de servicios y los usuarios finales a través de una infraestructura de fibra óptica ramificada mediante el uso de dispositivos pasivos. Con...
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| Autor principal: | |
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| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2020
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/931/1/1Fernandez_M.pdf |
| Aporte de: |
| Sumario: | Las redes ópticas pasivas (PON, Passive Optical Networks) son una clase de red
de acceso de telecomunicaciones que involucran la conexión entre el proveedor de servicios
y los usuarios finales a través de una infraestructura de fibra óptica ramificada
mediante el uso de dispositivos pasivos. Con el despliegue masivo de este tipo de redes
en los últimos años, surgió la necesidad de realizar un monitoreo remoto de su infraestructura,
con el fin de detectar, localizar y caracterizar eventuales fallas que interfieran
en la correcta prestación de los servicios. Al mismo tiempo, topologías de red ramificadas
similares a las PON pueden encontrarse en sistemas de sensores cuasidistribuidos.
En este sentido existen esfuerzos permanentes por parte de la comunidad científica
para desarrollar sistemas de monitoreo remoto de sensores que permitan mejorar el
desempeño de las técnicas hasta ahora reportadas.
En esta tesis se estudiaron y desarrollaron técnicas para realizar monitoreo remoto
de redes PON de telecomunicaciones y de sensores ópticos cuasidistribuidos. Las
mismas se basaron en procesamiento digital y estadístico de señales y procesamiento
fotónico de señales. En particular, se hizo especial foco en tecnologías de reflectometría
óptica en el dominio del tiempo (OTDR, Optical Time-Domain Reflectometry) y variantes
de la misma, operando en conjunto con redes de difracción en fibra (FBG, del
inglés Fiber Bragg Grating) diseñadas con características particulares y distribuidas en
una infraestructura de red óptica ramificada.
Se propuso e implementó una metodología de análisis de eventos o fallas en una
PON utilizando procesamiento digital y estadístico de señales aplicado sobre mediciones
de un instrumento OTDR convencional en conjunto con mediciones de referencia.
Se desarrolló un marco teórico que permite seleccionar los parámetros de adquisición
óptimos del OTDR en función de la topología de la PON y de la magnitud de los eventos
a ser detectados. Además, se derivó un método de estimación de los parámetros
característicos del evento. Este método soluciona el inconveniente que presentan las
técnicas convencionales de análisis de eventos en OTDRs comerciales, donde para un
evento que ocurre en una fibra de distribución, sus pérdidas de inserción y pérdidas de
retorno no son correctamente estimadas.
Para monitorear individualmente las diferentes ramas de una PON se pueden disponer
codificadores ópticos pasivos basados en FBGs distribuidos en la red con el objetivo
de complementar la funcionalidad de un OTDR mediante un esquema de multiplexado
por división de código óptico (OCDM, Optical Code-Division Multiplexing). En este
sentido, se propuso un sistema de monitoreo basado en OCDM y se evaluó su desempeño
a partir de la derivación de una expresión analítica para el número medio de falsas
detecciones. Esta expresión es de suma relevancia durante la etapa de diseño de un sistema
de este tipo, ya que permite optimizar los parámetros del sistema de monitoreo
de acuerdo a la topología de la PON.
Se propuso y estudió una estructura de OTDR que usa el principio de la Transformada
de Fourier Dispersiva (DFT, Dispersive Fourier Transform), a la que se denominó
DFT-OTDR. Mediante esta técnica es posible obtener información espectral del enlace
óptico monitoreado, la cual se encuentra convertida a una forma de onda temporal en
la medición del DFT-OTDR. Se planteó un sistema de monitoreo de PONs usando
el DFT-OTDR propuesto en conjunto con codificadores ópticos constituidos por una
única FBG. Esta resulta ser una estructura de codificador mas compacta y económica
que las anteriormente propuestas. La factibilidad del sistema se demostró mediante
la implementación de un prototipo de DFT-OTDR en el laboratorio en conjunto con
diferentes codificadores diseñados con un ancho de banda de reflexión único.
Finalmente, se propuso y demostró un sistema de monitoreo de sensores basados
en FBGs usando una estructura modificada de DFT-OTDR que incorpora una pareja
de filtros Gaussianos en el receptor para determinar la longitud de onda de Bragg de
los sensores a partir de la medición de amplitudes. Esta nueva configuración presenta
importantes ventajas respecto de las técnicas de monitoreo de sensores reportadas
en la literatura. Por un lado, permite extender considerablemente el rango lineal de
operación, ya que se evitan distorsiones debidas a energía proveniente de los lóbulos
laterales de la reflectividad de la FBG. Por otro lado, se tiene una mayor flexibilidad,
ya que el ancho espectral del sensor FBG –parámetro necesario para determinar la
longitud de onda de Bragg– puede ser derivado directamente a partir de las señales en
el dominio del tiempo. Al modelo matemático desarrollado para FBGs con un ancho
espectral arbitrario se lo complementa con experimentos en laboratorio, en donde se usó
el sistema propuesto para interrogar un sensor FBG con velocidades de interrogación
superiores a 200 MHz y resoluciones de 20 pm. Estos valores obtenidos representan
una mejora considerable en el desempeño cuando se los compara con otras soluciones
propuestas hasta el momento. |
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