miércoles, 17 de noviembre de 2010
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Transmisión de Vídeo Profesional con calidad Broadcast a través de fibra óptica con Communications Specialties, Inc.
Solamente la fibra Monomodo ofrece un ancho de banda prácticamente infinito, una dispersión mínima de la señal óptica y la atenuación más baja requerida hoy día en el sector del Video Profesional y Broadcast.
La necesidad de mayores anchos de banda en los sistemas de distribución de señales ha generado tensión tanto técnica como económica sobre la infraestructura de cable de cobre tradicional. No es una sorpresa, por lo tanto, que la industria del Vídeo Profesional y Broadcast esté girando hacia tecnologías basadas en fibra óptica para la distribución de señales en una amplia serie de usos. ¿Pero, que tipo de fibra? Hay dos tipos principales de fibra de vidrio: Multimodo y Monomodo. La palabra “modo” hace referencia los haces o rayos de luz que viajan dentro de la fibra. La fibra multimodo transporta luz en múltiples rayos, de una forma similar a la emitida por un faro en un coche. La fibra monomodo transporta un solo rayo de luz, de una forma similar a la luz de un láser usado en presentaciones. La diferencia fundamental entre los dos tipos de fibra es el ancho de banda.
Limitaciones de la Fibra Multimodo La tecnología de Fibra Multimodo ha evolucionado a lo largo de los años. El diámetro de la fibra núcleo, parte del vidrio por donde viaja la luz, ha disminuido y hoy en día los diámetros más comunes son 50 micras, aunque también se sigue utilizando 62.5 micras. La única ventaja de la fibra multimodo es que el emisor que lanza la luz a la fibra puede ser relativamente económico. Dispositivos de emisión del tipo VCSELs son más económicos que los tradicionales láseres y posibilita la compatibilidad de transmisores y transceptores de fibra más económicos siempre que todos los factores coincidan. Pero como veremos, esta es probablemente la única ventaja que ofrece la fibra multimodo a la distribución de Vídeo Profesional y Broadcast. Es claro que la mayor desventaja de la fibra multimodo para el Vídeo Profesional y Broadcast es la falta de ancho de banda. Actualmente hay principalmente 3 tipos de fibra de vidrio multimodo en el Mercado: • 62.5 micras o OM1 • 50 micras o OM2 • Optimizada para Láser- en 850nm de 50 micras o OM3 Cada uno de estos tipos de fibra tiene su propio ancho de banda medido en MHz/km para una longitud de onda dada. Esto implica que el ancho de banda utilizable está en función de la distancia que la luz recorre en el cable. Si se dobla la distancia del cable se divide el ancho de banda útil a la mitad. Si se divide la distancia del cable a la mitad se multiplica por 2 el ancho de banda útil. El ancho de banda necesario para una aplicación dada depende de la señal a transmitir. En las especificaciones de una fibra multimodo típica, se pueden obtener los siguientes anchos de banda cuando se utiliza una fuente de luz de 850nm: • 62.5u: 220MHz/km • 50u: 950 MHz/km • 50u optimizada láser OM3: 2.000 MHz/km Esto se puede ver en el gráfico inferior: Como se puede ver, la distancia utilizable de la fibra multimodo se deteriora rápidamente según se incrementa la cantidad de datos a transmitir. Actualmente, la televisión, el video y audio por ordenador en formato digital se transmiten por fibra y la cantidad de “1” y “0” transmitidos aumentan conforme se incrementa la resolución de vídeo o el número de canales de audio y su calidad. Transmisiones de datos en el rango de los 3 Gbps y 5 Gbps son normales hoy día en vídeo profesional y A/V y la tendencia va en aumento.
El ancho de banda de cualquier medio de transmisión determina su capacidad de enviar información en un periodo dado de tiempo. En la transmisión de señales de video y audio digitales por fibra óptica, esto se expresa en Megahercios por Kilómetro (MHz/km). Este ancho de banda determina cuantos bits por segundo pueden transmitirse de una forma fiable a través de la fibra con un bit error rate aceptable. Dada la enorme cantidad de datos representada por esas señales, se usan de forma más común los ratios de transmisión en Mbps y Gbps. Cuanto mayor el ancho de banda, mayor el número de bits que pueden transmitirse por unidad de tiempo. Cuando se trata de ancho de banda, la fibra monomodo tiene la ventaja de ser prácticamente ilimitada. Si bien hay un límite teórico, en la práctica es sólo limitada por la velocidad y la tecnología de la electrónica empleada en las “cajas” en cada extremo de la fibra. En el diseño con fibra monomodo para Broadcast y video profesional, el ancho de banda no se considera un factor limitante del diseño del sistema.
Una de las características de transmisión de fibra óptica es la capacidad de utilizar más de una longitud de onda en una fibra para transmitir múltiples corrientes de datos al mismo tiempo. Wave Division Multiplexing (WDM), tal como se conoce esta técnica, puede ampliar la capacidad de información de la fibra proporcional al número de longitudes de onda utilizadas. En la actualidad, hasta 160 longitudes de onda diferentes se pueden colocar en fibra monomodo utilizando una técnica denominada Dense Wave Division Multiplexing (DWDM). Esta es una técnica costosa y en la práctica se usa una menos costosa, Curse Wave Division Multiplexing (CWDM), que se usa comúnmente en Broadcast y sistemas profesionales A /V. CWDM permite el multiplexado de hasta 18 longitudes de onda, aunque 16 es lo más común. Las longitudes de onda específicas utilizadas son definidas por estándares internacionales. Como resultado, los productos de multiplexado y demultiplexado pueden usarse de diferentes fabricantes que cumplen con estas normas y existen una amplia gama de productos y componentes. Es muy raro encontrar sistemas multiplexados ópticamente usando fibra multimodo. En la actualidad, hay pocos sistemas propietarios en el mercado que permiten hasta seis longitudes multiplexados, pero requieren dispositivos de multiplexación y demultiplexación del mismo fabricante. Además, su nivel más alto velocidades de datos que soportan son menores que los que podemos encontrar en los sistemas multimodo.
En los primeros tiempos de las comunicaciones con fibra, la fibra multimodo era más barata que la Monomodo. Hoy en día, es todo lo contrario. Debido a la mejora en técnicas de fabricación y mayores volúmenes de producción, la fibra monomodo es 10 - 15% más barata que la fibra multimodo estándar de 62.5u. Y en comparación con los tipos más avanzados de fibra multimodo como la Optimizada láser-50U, la diferencia de coste es más dramática. Teniendo en cuenta los muchos miles de metros del núcleo de la fibra óptica que se utiliza en una instalación típica, los ahorros pueden ser muy importantes.
Al examinar las especificaciones para fibra monomodo, se dará cuenta de que sólo hay un tipo diámetro de núcleo. Generalmente, este se encuentra en un rango de 8u – 9u, siendo muy común 8.2u. Contrasta esto con la fibra multimodo con diferentes diámetros de núcleo central y diferentes características de atenuación. Por el contrario, la interconexión con fibra monomodo es mucho más fácil para el diseñador del sistema. En la práctica, el diámetro del núcleo de la fibra monomodo no es una preocupación para el diseñador del sistema y nunca se utiliza como calificador al especificar fibra monomodo de una instalación. Por ejemplo, si un transmisor lanza su señal en la fibra multimodo 62.5u que luego interconecta con una fibra de 50u, se pueden perder hasta 4 dB de la potencia óptica simplemente por la diferencia de apertura en el punto de interconexión.
Hay dos factores importantes que afectan a la distancia de transmisión en un sistema de fibra óptica: El Ancho de banda y la atenuación. La cuestión del ancho de banda en Monomodo frente a la fibra Multimodo se ha discutido previamente, pero en aplicaciones donde el ancho de banda necesario es bajo, la atenuación de la fibra óptica se convierte en un factor importante. En 850 nm., la longitud de onda utilizada normalmente por VCSEL en fibra multimodo, la atenuación óptica puede ser de hasta 3 dB / km para fibra de 62.5u y menos de 2,3 dB / km para fibra de 50u. En 1300 nm, estas fibras multimodo mismo tienen una atenuación de 0,6 dB / km. Ahora comparemos esto con fibra Monomodo en el que la atenuación típica en 1310 es de 0,35 dB o menos y en 1550 es inferior a 0,2 dB. La atenuación más baja, junto con un ancho de banda prácticamente infinito, da a la fibra Monomodo distancias utilizables desde 20 a 100 veces mayores que las fibras multimodo.
La comunidad TI es un usuario importante de fibra multimodo de todo tipo. Basada en transmisiones de datos bidireccionales con una sobrecarga en los flujos de datos para soportar la corrección de errores y el uso de protocolos de retransmisión, los errores de transmisión resultantes por un ancho de banda pobre y la dispersión óptica prevalente en fibra multimodo puede ser tratado en las capas superiores de protocolo. La ventaja de un menor costo del VCSEL utilizado en los transmisores-receptores de datos para fibra multimodo puede ser importante cuando los transceptores de fibra óptica para Ethernet son normalmente de bajo costo. Pero hoy día las señales Broadcast y Pro Vídeo se transmiten de una manera simple, sin protocolos de corrección de errores en la secuencia de datos. Cualquier error en la transmisión de datos inmediatamente se manifiesta en el video o el audio y no puede corregirse. Para reducir al mínimo la probabilidad de que esto suceda, y para dar al diseñador una completa flexibilidad de instalación para aplicaciones futuras, se debe de dotar de tanto ancho de banda en el cable de fibra óptica como sea posible. Sólo la fibra Monomodo ofrece un ancho de banda prácticamente infinito, mínima dispersión de la señal óptica y una atenuación muy baja para garantizar la integridad necesaria y la más alta calidad de la señal para cumplir los requerimientos de los sistemas Broadcast y Video Profesional actuales.
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