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PROYECTO FINAL DE GRADO

TÍTULO DEL TFG: Diseño de la red FTTH para una población. TITULACIÓN: Grado en Ingeniería de Sistemas de Telecomunicación AUTOR: Ibai Ramírez García DIRECTOR: SPADARO, Salvatore FECHA: 7 de febrero del 2020

Título: Diseño de la red FTTH para una población Autor: Ibai Ramírez García Director: SPADARO, Salvatore Fecha: 7 de febrero del 2020

Resumen El Trabajo de Fin de Grado que se presenta a continuación tiene el objetivo de mostrar el proceso de diseño de la red FTTH (Fiber To The Home). En este caso se verá el diseño de un clúster ubicado en Esparraguera, Barcelona. Durante el paso de estos años de crecimiento tecnológico, los usuarios han demandado unas mejoras de servicio, cosa que ha llevado a realizar un despliegue a nivel nacional de fibra óptica para dejar atrás el ADSL. Las operadoras más grandes como Telefónica, Orange, Jazztel, Vodafone y MásMóvil llevan muchos años mejorando sus redes antiguas de cobre instalando las de fibra. El avance en calidad de conexión a nivel usuario ha sido exponencialmente grande en los últimos tiempos, no solo por cable, también en frecuencia, como estamos viendo con el 3G, 4G y 5G. Aunque en el sector de la fibra hay mucho menos trabajo que hace años, aún se siguen desplegando redes FTTH en zonas donde todavía no ha llegado la tecnología por causas como por ejemplo, aislamiento en montaña, falta de infraestructuras o inviabilidad de proyecto. La red que se diseñará al final del proyecto es una red pasiva, con conexiones punto a multipunto y utiliza la multiplexación WDM para poder transmitir sobre una misma fibra varios servicios de banda ancha. Antes de llegar al objetivo final, que es ver el diseño de red, se habla de la familia de tecnologías FTTX, centrándose en el FTTH y profundizando en el funcionamiento de la tecnología. También se presentarán los criterios que se utilizan a la hora de diseñar. Por último se ponen en práctica los criterios de diseño y vemos el diseño propuesto, acompañado de los planos, los diseños de interior y presupuesto. Por último se exponen las conclusiones generales.

Overview The project presented below aims to show the design process of the FTTH network. In this case we will see the design of a cluster located in Esparraguera, Barcelona. During these years of technological growth, users have demanded service improvements, which has led to a deployment of fiber optics to leave ADSL behind. The biggest operators such as Telefónica, Orange, Jazztel, Vodafone and MásMóvil have been improving their old copper networks by installing fibre for many years. The advance in quality of connection for the final user has been exponentially great in recent times, not only by cable, but also in frequency, as we are seeing with the 3G, 4G and 5G. Although in the fiber sector there is much less work than years ago, FTTH networks are still being deployed in areas where the technology has not yet reached for reasons such as isolation in mountains, lack of infrastructure or project unfeasibility. The network that will be designed at the end of the project is a passive network, with point-to-multipoint connections and uses WDM multiplexing to be able to transmit on the same fibre several broadband services. Before reaching the final objective, which is to see the network design, we talk about the FTTX family of technologies, focusing on FTTH and going deeper into the operation of the technology. The criteria used when designing will also be presented. Finally, the design criteria are put into practice and we see the proposed design, accompanied by the plans, interior designs and budget. Finally, the general conclusions are presented.

ÍNDICE CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN ........................................................................ 1 1.1

Red de acceso vía cobre ................................................................................................... 2

1.2

Red de acceso vía radio .................................................................................................... 2

1.3

Red de acceso vía fibra óptica ......................................................................................... 2

CAPÍTULO 2. FAMILIAS DE TECNOLOGÍA FTTX .......................................... 4 2.1.

Sistema FTTx ..................................................................................................................... 4

2.2.

Arquitectura general ......................................................................................................... 5 2.2.1 Configuración punto a multipunto ........................................................................... 6

2.3

Transmisión: canales de downstream y upstream ........................................................ 8

2.4

Topología de red .............................................................................................................. 10

2.5

Elementos de una red FTTH ........................................................................................... 12 2.5.1 OLT (Optical Line Terminal) ................................................................................. 12 2.5.2 Divisor óptico (Splitter) ......................................................................................... 13 2.5.3 ONT (Optical Network Terminal) .......................................................................... 15 2.5.4 Caja Terminal Óptica (CTO) ................................................................................. 16 2.5.5 CD (Caja de Derivación) ....................................................................................... 17 2.5.6 CE (Caja de Empalme)......................................................................................... 18 2.5.7 Tipos de cables .................................................................................................... 19 2.5.8 Canalizaciones y arquetas ................................................................................... 19

CAPÍTULO 3. CRITERIOS DE DISEÑO EN LA RED FTTH ............................ 21 3.1.

Preparación de la zona a desplegar .............................................................................. 21

3.2.

Criterios de diseño .......................................................................................................... 21 3.2.1 Área de actuación planificada .............................................................................. 22 3.2.2 Área de influencia de la CTO ............................................................................... 22 3.2.3 Asignación de CTO .............................................................................................. 24 3.2.4 Agrupación de áreas de influencia en clústers ..................................................... 27 3.2.5 Red de distribución ............................................................................................... 28 3.2.6 Red de Alimentación ............................................................................................ 31 3.2.7 Instalación de CTO en interior .............................................................................. 34

CAPÍTULO 4. DISEÑO DE RED FTTH ............................................................ 36 4.1

Diseño de la Red de Distribución .................................................................................. 36

4.2

Área de influencia ............................................................................................................ 36

4.3

Planos para el diseño de interior ................................................................................... 38

4.4

Presupuesto para la construcción del diseño .............................................................. 39

CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES ..................................................................... 41

CAPÍTULO 6. BIBLIOGRAFÍA ........................................................................ 42

Introducción

1

CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN La finalidad de realizar este proyecto es hacer un estudio extenso de la evolución de las redes ópticas FTTH (Fiber To The Home)., ver cuáles son sus utilidades, cómo funciona la tecnología y así al final poder ver un caso práctico de diseño de red para una población. Las redes FTTH han supuesto unas mejoras muy buenas a nivel usuario respecto al ADSL y también ha tenido un papel importante en muchas otras situaciones para diferentes aplicaciones de ingeniería. Actualmente forma parte del core de las grandes redes de comunicación. La gran cantidad de usuarios que hay conectados a la red desde los 90 ha hecho que durante estos más de 25 años se haya estado desplegando la fibra (aún continúa en expansión) para disponer de una mayor capacidad en el canal y así aumentar la velocidad de transferencia de los datos. Hasta antes de la aparición de la fibra toda la red de acceso se basaba en el par trenzado de cobre. La red de cobre unía millones y millones de usuarios a lo largo del territorio nacional. Esta red de cobre está bien para la transmisión de voz pero, cuando se trata de ancho de banda, no está en la mejor de las tesituras. Por ejemplo, un cable de cobre CAT6 UTP transmite a una velocidad de 1Gb a una distancia de 90m, mientras que una fibra óptica multimodo OM3 transmite a 10Gb a la distancia de 300m. Al tener tanta cantidad de usuarios puede ocurrir que la red esté saturada y al final, la velocidad que llega al usuario final real está tan dividida, que es muy pobre. También hay que decir que el cobre tiene un límite de ancho de banda que pueda soportar.

Fig. 1.1 Red de acceso con diferentes tecnologías conectadas. [1]

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Diseño de la red FTTH para una población

Las diferentes redes de acceso que podemos encontrar son las siguientes:  Las redes de acceso vía cobre.  Las redes de acceso vía radio.  Las redes de acceso vía fibra óptica.

1.1

Red de acceso vía cobre

Durante años se ha especulado sobre las limitaciones de las redes telefónicas y, en particular, si se podría superar los 14,4 kbit/s primero, y los 28,8 kbit/s después, utilizando pares de cobre. En los siguientes años vimos cómo los nuevos módems xDSL se aproximaron a velocidades de 10 Mbit/s. Y es que potenciales alternativas al bucle de abonado como las redes de cable o los sistemas inalámbricos de tercera generación, pasan por la instalación de nuevos medios de transmisión de fibra en el primer caso y de notables infraestructuras de antenas y estaciones base en el segundo, ambas empresas muy costosas y nunca exentas de dificultades. Dos acontecimientos importantes han impulsado a las tradicionales compañías operadoras telefónicas a investigar una tecnología que permitiera el acceso al servicio de banda ancha sobre sus tradicionales pares trenzados de cobre: Las nuevas aplicaciones multimedia y el acceso rápido a contenidos de Internet.

1.2

Red de acceso vía radio

Los sistemas vía radio presentan una alternativa clara a las redes de cable. La ventaja clara de este tipo de sistemas es la reducción de los costes de infraestructura, además del pequeño margen de tiempo necesario para su funcionamiento, puesto que en el momento en que se dispone de la antena, se llega inmediatamente a miles de usuarios.

1.3

Red de acceso vía fibra óptica

Una red de acceso HFC (Híbridas genéricamente, por tres partes principales:

Fibra-Coaxial)

está

constituida,

 Elementos de red: dispositivos específicos para cada servicio que el operador conecta tanto en los puntos de origen de servicio como en los puntos de acceso al servicio.

Introducción

3

 Infraestructura HFC: incluye la fibra óptica y el cable coaxial, los transmisores ópticos, los nodos ópticos, los amplificadores de radiofrecuencia, taps y elementos pasivos.  Terminal de usuario: cable, modems y unidades para integrar el servicio telefónico. Con mayor ancho de banda, los operadores disponen de mayor espectro en el que ofrecer servicios que generen beneficio. El ancho de banda de la red HFC es la clave en la que se fundamentan las ventajas de este tipo de redes, entre las que se incluyen: - Posibilidad de ofrecer una amplia gama de servicios tanto analógicos como digitales. - Soporte de servicios conmutados y de difusión. Capacidad de adaptación dinámica a los cambios de la demanda y del mercado, debida, en gran parte, a la gran flexibilidad y modularidad de que están dotadas este tipo de redes. Existen también las Redes Ópticas Pasivas (PON) que se basan en el estándar G-PON (Gigabit Capable Passive Optical Network). Las redes pasivas carecen de elementos activos entre el servidor y los clientes. Para el tráfico downstream se realiza un broadcast óptico. Para el tráfico upstream los protocolos basados en TDMA (Time Division Multiple Acces) aseguran la transmisión sin colisiones. Además, mediante TDMA sólo se transmite cuando sea necesario. En una red G-PON se asigna una longitud de onda para el tráfico de datos (Internet, VoIP, etc.) downstream y otra para el tráfico upstream. Aunque a través del uso de WDM (Wavelenght Division Multiplexing), se asigna una tercera longitud de onda que está dedicada para el broadcast de vídeo RF (broadcast analógico, broadcast digital y HDTV y vídeo bajo demanda).

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Diseño de la red FTTH para una población

CAPÍTULO 2. FAMILIAS DE TECNOLOGÍA FTTX De todas las tecnologías FTTx la más famosa es la FTTH (Fiber To The Home). Es la que tenemos presente en la mayoría de hogares actualmente. En esta tecnología se basará el diseño que se propone en este proyecto más adelante.

2.1.

Sistema FTTx

Las redes FTTx son rede de banda ancha capaces de transmitir grandes volúmenes de datos a velocidades binarias elevadas. Estas redes están basadas en fibra óptica. Existen diferentes niveles de enlace, en función del grado de acercamiento de la fibra óptica hasta el usuario final. Los diferentes tipos de redes FTTx se muestran en la Figura 2.1. Cabe indicar que existen otro tipo de tecnologías como FTTO (Fiber To The Office), FTTP (Fiber To The Premises), FTTA (Fiber To The Antenna)

Fig. 2.1 Tecnologías de la familia FTTx. [5]

Familias de tecnología FTTX

5

 FTTN (Fiber To The Node). Esta solución presenta fibra desde la central de telefonía hasta un nodo, que se encuentra a distancias de más de 300 metros del edificio (y a menos de 3 Km). Desde el nodo se tiende cable coaxial hasta el edificio del cliente. El diseño de la red de acceso utilizando esta tecnología permite conectar entre 200 y 500 hogares por fibra, proporcionando servicios de 30 Mbps.  FTTC (Fiber To The Curb). En este caso el tendido de fibra se lleva a cabo desde la central hasta una distancia menor de 300 metros del edificio (Pero siempre fuera del mismo). Desde este punto se llega al edificio por trenzado de cobre. En este caso se pueden serviciar entre 10 y 100 hogares por fibra y conseguir prestar servicios de 50 Mbps.  FTTN (Fiber To The Building). En este caso el tendido de fibra desde la central llega hasta el cuarto de comunicaciones (RITI) del edificio. Desde el RITI, el tendido por interior es por cobre. De esta forma se puede dar servicio a 32 usuarios por fibra y a velocidades superiores a las dos tecnologías antes mencionadas (100 Mbps).  FTTH (Fiber To The Home). En este caso la red de acceso es enteramente de fibra óptica. Se tiende fibra desde la central hasta los hogares de los usuarios. De esta forma se proporciona servicio a 1 hogar por fibra, es decir, a cada hogar de cada usuario le llegará un cable de fibra que será enteramente suyo. Con esta solución se consigue dar servicios de hasta 1 Gbps. Vistas las tecnologías anteriores, la que más se adapta al usuario y ofrece mejores prestaciones es el FTTH. Esta tecnología ofrece velocidades superiores que las demás, debido a que la red de acceso se diseña sobre fibra óptica. El cable coaxial y trenzado de cobre que utilizan el resto de tecnologías, suponen una clara limitación desde el punto de vista de la atenuación y calidad de señal (para el usuario final peor servicio).

2.2. Arquitectura general En este punto se va a estudiar la arquitectura de las redes FTTH, haciendo un estudio más profundo sobre PON (Pasive Optical Network), la tecnología más utilizada en hogares de la actualidad proporcionando servicios como Telefonía, internet de banda ancha, TV, etc. Esto se implementa utilizando una topología de estrella o árbol y realizando conexiones punto a multipunto (desde la central a múltiples clientes).

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Diseño de la red FTTH para una población

2.2.1 Configuración punto a multipunto La configuración punto a multipunto, en el que se basan las redes FTTH, hace referencia a que se ofrece servicio desde un único punto (la central de telefonía) a varios usuarios de forma simultánea, es decir desde un único punto se da servicio a múltiples puntos que forman parte de la red de acceso. A este tipo de redes se las conoce también como redes ópticas pasivas (PON Passive Optical Network). Las redes pasivas, carecen de elementos activos entre el servidor y los clientes. Por tanto, estas redes están formadas únicamente por elementos pasivos que se encargan de guiar el tráfico a través de la red . Se basan en el estándar G-PON aprobado en 2003-2004 por ITU-T en las recomendaciones G.984.1, G.984.2, G.984.3, G.984.4 y G.984.5. Se trata de las estandarizaciones de las redes PON a velocidades superiores a 1 Gbit/s. Posteriormente se han editado dos nuevas recomendaciones: G.984.6 (Extensión del alcance) y G.984.7 (Largo alcance). Las redes FTTH consisten en un Terminal de Línea Óptica (OLT- Optical Line Terminator), situado en la central de telefonía, que conecta mediante cables de fibra óptica y dispositivos pasivos (que dividen la señal óptica) con los distintos Terminales de Red Ópticos situados en los domicilios de los abonados. Los diferentes elementos pasivos y más importantes son:  Terminal de Línea Óptica (OLT- Optical Line Terminator): Consiste en un elemento óptico pasivo, ubicado en las centrales GPON con cabecera FTTH. En la OLT se ubican unas tarjetas G-PON que se conectan a los repartidores ópticos.  Repartidor óptico (ODF): Se instalarán repartidores ópticos como punto intermedio para las conexiones entre los puertos de las tarjetas G-PON y los cables de salida de la central GPON. El ODF permite flexibilizar las conexiones mediante el uso de latiguillos.  Terminales de Red Ópticos (ONT-Optical Network Terminal): Son dispositivos ópticos pasivos que se ubican en las dependencias de los usuarios finales. Estos dispositivos convierten la señal óptica que llega procedente de la red de acceso en señales eléctricas.  Divisores ópticos (splitters): Los divisores ópticos son los encargados de direccionar las señales desde el equipo activo de la red (láser) hasta los distintos ONT de los usuarios finales. Los divisores presentan una única entrada y múltiples salidas, por lo que dividen la potencia óptica de entrada en función del número de salidas que tengan. Se consideran pasivos, ya que no necesitan de ninguna fuente de energía externa salvo, claro está, el haz de luz incidente. A continuación se presenta una imagen con un esquema general de redes GPON:

Familias de tecnología FTTX

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Fig. 2.2 Arquitectura de red GPON. [3]

En el esquema anterior se puede observar perfectamente como las redes FTTH presentan conexiones punto a multipunto. Se aprecia muy claramente como desde cada puerto de la OLT situada en la central de telefonía se puede llegar a multitud de viviendas. El número de hogares a los que es posible llegar desde un único puerto de la OLT ...