¿Por qué utilizar cables de fibra óptica en sistemas AV?
La combinación de luz y vidrio presenta unas propiedades únicas que proporcionan a los profesionales del AV herramientas potentes en las aplicaciones AV habituales. Un cable de fibra óptica puede utilizarse para enviar señales de alta resolución de vídeo, audio y control a través de una única fibra hasta 30 km (18.75 mi), y evitar el riesgo de pérdidas o degradación, bucles de tierra e interferencias eléctricas. Debido a que la transmisión del contenido es intrínsecamente segura e inmune a interferencias externas, las aplicaciones con fibra óptica son las preferidas en entornos gubernamentales, militares y aplicaciones médicas.
Infraestructura de cableado de fibra óptica
Topología física
En un sistema de fibra óptica, la topología física describe la disposición de fuentes y dispositivos de visualización, y cómo están conectados entre ellos. Las topologías más comunes son de punto a punto, conexión en cadena y en estrella como se muestra en la imagen 1. La configuración de punto a punto se utiliza para la extensión sencilla de la señal a través de cableado de fibra óptica. Las configuraciones de conexión en cadena son útiles para enviar una única fuente a múltiples destinos, como en una aplicación de señalización digital. La configuración en estrella representa la topología más versátil, proporcionando un sistema de conmutación y distribución central que permite que cualquier fuente pueda enviarse a cualquier dispositivo de visualización.
En la práctica, un sistema AV de fibra óptica es con frecuencia de topología híbrida, combinando múltiples configuraciones en un único sistema, como se muestra en la imagen 2. En este sistema, la topología general es una estrella con cuatro subredes. Tres de las subredes tienen además configuraciones en estrella, y la cuarta es de conexión en cadena.
Cableado estructurado TIA/EIA-568
Una infraestructura de cableado de fibra óptica, instalado por el estándar de cableado para instalaciones comerciales TIA/EIA-568, tiene una topología en estrella jerárquica como se muestra en la imagen 3. Una sala de equipos (ER) proporciona conexiones cruzadas para terminar los cables en el equipamiento de conmutación, enrutado y otros. La sala de equipos del nivel más alto dentro de la jerarquía contiene la principal conexión cruzada (MC), lo que proporciona el sistema de conmutación y distribución central para las instalaciones. La sala de equipos de nivel menor contiene una conexión cruzada intermedia (IC), lo que proporciona conexiones a los equipos de conmutación y distribución dentro de las instalaciones. Una sala de telecomunicaciones incluye una conexión cruzada horizontal (HC), un punto práctico para conectar cableado desde la sala de equipos y el equipamiento del usuario final situado en el área de trabajo (WA). Una sala de telecomunicaciones también puede contener equipamiento para la conmutación y distribución local. El cableado entre la sala de equipos y una de telecomunicaciones se llama backbone; el cableado desde una sala de telecomunicaciones a un área de trabajo se conoce como cableado horizontal.
Para limitar la degradación de la señal, no puede existir más de una conexión cruzada intermedia entre una conexión cruzada horizontal y la conexión cruzada principal. Por tanto, cualquier conexión entre dos conexiones cruzadas horizontales no pasa por más de tres instalaciones con conexión cruzada. Limitar el número de conexiones cruzadas es especialmente importante dentro de una infraestructura de fibra óptica para evitar una pérdida óptica excesiva asociada a múltiples conectores de fibra óptica en el recorrido del cable.
Por ejemplo, la imagen 4 muestra un campus con múltiples edificios en los que cada uno tiene una sala de equipos y una instalación de entrada (EF). Una instalación de entrada permite una transición de cables externos a cables internos para el enrutado dentro de un edificio. Una sala de equipos contiene la conexión cruzada principal, y el resto de salas de equipos contienen una conexión cruzada intermedia. El backbone incluye cableado interno para los backbone del edificio y el cableado externo para el backbone del campus entre edificios.
La topología en estrella jerárquica especificada en el estándar TIA/EIA-568 proporciona flexibilidad para una variedad de aplicaciones. Por ejemplo, un sistema de conmutación y distribución centralizado tiene una única sala de equipos con cableado horizontal desde el área de trabajo directamente a la conexión cruzada principal. Alternativamente, un sistema distribuido incluye equipamiento en la sala de telecomunicaciones para la conmutación local dentro de un área de trabajo. También puede soportar una sala de equipos adicional a través de una conexión cruzada intermedia. El estándar TIA/EIA-568 permite cableado entre salas de telecomunicaciones para soportar otras topologías, incluso las que no son de estrella.
Requisitos de cableado en un sistema AV de fibra óptica
El tipo de cableado a utilizar en un sistema AV de fibra óptica depende de una variedad de factores, incluyendo el número de fibras necesarias, las opciones de terminación, dónde se instala el cable y cómo se utiliza dentro de la infraestructura. Por ejemplo, el sistema AV de fibra óptica mostrado en la imagen 5 utiliza un sistema de conmutación y distribución centralizado con una única sala de equipos y múltiples áreas de trabajo. Como la sala de equipos y las áreas de trabajo están situadas en un único nivel, no se requiere una sala de telecomunicaciones. Cada cable de fibra óptica se extiende desde la sala de equipos a un transmisor o receptor en un área de trabajo.
Aplicaciones con múltiples niveles
En instalaciones con múltiples niveles en las que una sala de equipos sirve a áreas de trabajo en más de un nivel, como se muestra en la imagen 6, se requiere una sala de telecomunicaciones en cada planta. Un patch panel o una caja de empalme dentro de la sala de telecomunicaciones permite la reconfiguración de la red en cada planta, y proporciona un punto de transición práctico del cableado horizontal al backbone.
Es posible eliminar un patch panel o una caja de empalme haciendo una conexión de cable local desde el área de trabajo a la sala de equipos. Esto puede reducir costes y pérdida óptica. Para lograrlo, el cable de fibra óptica debe cumplir con todos los códigos nacionales, estatales y locales de construcción y seguridad para el uso en espacios con cableado horizontal y backbone.
Aplicaciones con múltiples edificios
El sistema mostrado en la imagen 7 utiliza una topología en estrella jerárquica e incluye una variedad de componentes AV dentro de la sala de equipos, salas de telecomunicaciones y áreas de trabajo. El equipamiento de conmutación y distribución reside en salas de telecomunicaciones para el enrutado local, y en la sala de equipos para el enrutado de todo el sistema. La sala de equipos es además una instalación de entrada para la conexión a equipos en otros edificios a través del cableado backbone del campus. Este diseño de sistema incorpora una amplia variedad de cables internos y externos.
Cableado horizontal
El equipamiento AV en las áreas de trabajo se encuentra en una variedad de ubicaciones e incluye fuentes de vídeo, dispositivos de visualización, proyectores, ordenadores, teclados y ratones que disponen de tipos diferentes de señales eléctricas, como DisplayPort, HDMI, DVI, SDI multitasa, VGA, por componentes HD, vídeo de definición estándar, audio, USB, RS‑232 y Ethernet. Los transmisores y receptores situados cerca de las fuentes y dispositivos de visualización AV proporcionan conexiones a cables de fibra óptica y de AV para convertir entre formato óptico y eléctrico.
Los cables de fibra óptica proporcionan la conexión de la señal desde las áreas de trabajo a las salas de telecomunicaciones o salas de equipos en el espacio horizontal. Debido a que las fuentes y dispositivos de visualización pueden estar en diferentes áreas de trabajo, se utiliza un cable separado desde cada transmisor o receptor a una sala de telecomunicaciones o de equipos. Los cables deben ser lo suficientemente duraderos como para resistir a la tracción y manipulación, y deben cumplir todos los códigos de construcción y seguridad requeridos. Un patch panel dentro de la sala de telecomunicaciones proporciona un punto de terminación práctico para el cableado horizontal, permitiendo una reconfiguración fácil y expansión futura, como se muestra en la imagen 8. El cableado horizontal puede preterminarse para simplificar la instalación o terminarse in situ.
El número de fibras requerido en cada cable depende del transmisor o receptor que se utilice. Normalmente, se requieren de uno a cuatro cables para cada recorrido entre un transmisor o receptor y la sala de telecomunicaciones. Por ejemplo, los productos de la serie FOX de Extron utilizan una fibra para señales unidireccionales y dos fibras para señales bidireccionales. Sin embargo, se recomienda utilizar siempre cables de fibra óptica dúplex para acomodar tanto la comunicación unidireccional como la bidireccional y para futuras actualizaciones.
Cableado backbone del edificio
El cableado que es parte del backbone del edificio conecta la sala de telecomunicaciones a la sala de equipos. Los paneles de conexión en ambas salas proporcionan prácticos puntos de terminación. Además, el cableado de fibra óptica múltiple simplifica la instalación entre las salas utilizando menos cables. El cableado backbone del edificio debe estar conforme a los códigos de construcción y seguridad nacionales y locales.
Cableado backbone del campus
El cableado backbone de un campus permite el enrutado de señales entre los edificios de grandes instalaciones, como un campus universitario o empresarial. Los cables externos deben resistir a condiciones meteorológicas adversas, humedad, roedores y otras amenazas naturales dentro del entorno. Pueden ser instalados como instalaciones aéreas entre postes, directamente escondidos o a través de conductos.
Los códigos de construcción solo permiten que los cables externos recorran cortas distancias desde la entrada de servicio. Cada fibra del cable externo se empalma en la fibra del correspondiente cable interno, formando una conexión permanente entre cables internos y externos. Los segmentos empalmados se colocan en una caja de empalme, que se aloja dentro de una carcasa de empalme para su protección, como se muestra en la imagen 9. Algunos cables están clasificados tanto para uso exterior como para interior, y pueden terminarse directamente en el patch panel o equipamiento terminal.
Cables de interconexión
Los cables de interconexión son cables simplex o dúplex terminados en fábrica que se utilizan dentro de espacios de cableado horizontal, salas de telecomunicaciones y salas de equipos para hacer conexiones cortas, como las conexiones de equipamiento de montaje en rack a un patch panel. Los cables de interconexión dúplex están disponibles con polaridad invertida (AB/BA) o directa (AB/AB) como se muestra en la imagen 10. El estándar TIA/EIA-568 especifica los cables con polaridad invertida para señales de fibra óptica dúplex, bidireccionales con el fin de asegurar que la salida o transmisor (Tx) en cada extremo está conectado a la entrada o receptor (Rx) del extremo contrario.
Los cables de interconexión deben ser de muy alta calidad con conectores preterminados, como los cables de fibra óptica multimodo 2LC MM P y monomodo 2LC SM P de Extron. Deben ser lo suficientemente largos como para poder hacer una conexión sin tensar el cable, pero no demasiado largo como para que se formen líos de cables. Los cables de fibra óptica 2LC MM P y 2LC SM P de Extron son cables dúplex disponibles en una variedad de longitudes desde 1 m (3.3 ft) a 60 m (197 ft) para una amplia selección de aplicaciones. Están preterminados con conectores LC estándar de la industria pulidos según los estándares UPC. La configuración con polaridad invertida (AB/BA) asegura la asignación adecuada de los puertos de entrada/salida (Tx/Rx) en una infraestructura de fibra óptica conforme a TIA/EIA‑568, o cuando se conecta a un extensor de la serie FOX en una aplicación punto a punto.
Cables simplex y dúplex de interior
Estructura del cable
Un cable de fibra óptica simplex, como el mostrado en la imagen 11, contiene una única fibra de revestimiento ajustado rodeada de elementos de refuerzo de tejido de aramida. En el centro del cable, la fibra de vidrio de 125 μm está rodeada de una cubierta protectora de 250 μm. Se ha añadido una cubierta protectora secundaria de 900 μm para proporcionar protección adicional. El tejido de aramida está hecho de Kevlar®, el mismo material utilizado por los militares y las fuerzas de seguridad en los chalecos antibalas. Proporciona una protección adicional y resistencia a la tensión. Una cubierta exterior de 2 mm a 3 mm rodea el tejido y la fibra revestida como capa final de protección.
Un cable de fibra óptica zip‑cord dúplex, como el mostrado en la imagen 12, está formado por dos fibras simplex ligadas, pero que pueden separarse fácilmente tirando de ellas. Cada fibra de revestimiento está rodeada de elementos de refuerzo de tejido de aramida y una cubierta. Una fina tira del material de la cubierta en el medio mantiene a las dos fibras juntas.
Donde se utilizan
Debido a que la mayoría de señales AV se transmiten a través de una o dos fibras, los cables simplex o dúplex son los cables de fibra óptica más comúnmente utilizados en sistemas AV. Se utilizan como cables de interconexión y se instalan con frecuencia en espacios de cableado horizontal entre las salas de telecomunicaciones o de equipos y las áreas de trabajo. Disponibles tanto clasificados para distribución vertical como plenum, pueden instalarse en paredes, bajo suelos elevados y en espacios de retorno de aire. Su pequeño tamaño y peso ligero hace que estos cables sean fáciles de instalar. Las fibras cubiertas y revestidas individualmente permiten una fácil terminación in situ, y proporcionan durabilidad para el manejo rutinario.
Cables de fibra óptica múltiple de interior
Un cable multiconector de fibra óptica contiene múltiples cables simplex dentro de una cubierta exterior común como se muestra en la imagen 13. Las fibras simplex están agrupadas alrededor de un elemento dieléctrico central para un refuerzo adicional. La cubierta exterior puede pelarse utilizando el cordón de apertura integrado de manera que las fibras simplex quedan expuestas para pelarlas y terminarlas. Una vez terminado, las fibras individuales pueden conectarse directamente al patch panel o equipamiento terminal. El material de la cubierta puede estar clasificado para distribución vertical o plenum, de manera que pueden utilizarse en instalaciones en paredes o en espacios de retorno de aire.
Los cables multiconector se utilizan en cualquier lugar en el que debe haber múltiples fibras de un punto a otro. Como cada fibra está protegida por elementos de refuerzo y una cubierta, los cables multiconector se usan con frecuencia en espacios de cableado horizontal entre las áreas de trabajo y una sala de telecomunicaciones o de equipos. Se utilizan además dentro del cableado backbone de fibra de un edificio para conectar la sala de telecomunicaciones a la sala de equipos en una topología jerárquica. Los cables multiconector se utilizan también entre paneles de interconexión o conectados directamente al equipamiento.
Un cable de distribución está formado por múltiples fibras de revestimiento ajustado agrupadas alrededor de un elemento de refuerzo central, rodeadas por un tejido de aramida y una cubierta exterior como se muestra en la imagen 14. Al no tener cubiertas individuales las fibras con revestimiento ajustado, los cables de distribución tienden a ser más pequeños y ligeros que los cables multiconector con el mismo número de fibras. El material de la cubierta exterior puede estar clasificado para distribución vertical o plenum, de manera que pueden utilizarse en instalaciones en paredes o en espacios de retorno de aire.
Al igual que los cables multiconector, los cables de distribución se utilizan en lugares en los que debe haber múltiples fibras de un punto a otro. Algunos instaladores prefieren los cables de distribución en el cableado backbone del edificio debido a su compacto y ligero tamaño. Sin embargo, debido a que las fibras individuales carecen de la protección añadida de elementos de refuerzo y una cubierta, los cables de distribución requieren una carcasa de protección en cada patch panel como se muestra en la imagen 15. No se recomienda conectar cables de distribución directamente al equipamiento o utilizarlos para conexiones horizontales.
Cables de tubo holgado de exterior
Los cables de tubo holgado de exterior están diseñados para resistir un manejo brusco, tiempo adverso y entornos rigurosos. El cable de exterior común de fibra óptica utiliza una construcción de tubo holgado que se muestra en la imagen 16. Cada grupo de fibras con revestimiento de 250 μm está protegido por un tubo holgado protector. El tubo está relleno de gel de protección antihumedad o un material seco para evitar la intrusión de agua. Varios tubos holgados protectores rodean un elemento de refuerzo dieléctrico central. El tubo protector, el elemento de refuerzo y la cubierta exterior protegen las fibras de daños y evitan una curvatura excesiva. El diseño del tubo holgado permite a los cables expandirse y contraerse en un amplio rango de temperatura sin tensar las fibras.
Al terminar cables de tubo holgado en una caja de empalme o patch panel, se requiere un cuidado especial para evitar dañar las fibras con revestimiento de 250 μm. Un kit de salida en abanico incluye una unidad de división y tubos de revestimiento de 900 μm para separar y cubrir las fibras de 250 μm individuales, proporcionando protección similar a la de un cable de distribución de interior como se muestra en la imagen 17. Una vez instalado, las fibras con revestimiento de 900 μm pueden terminarse utilizando empalmes o conectores, pero aún requieren la protección de una carcasa.
Un kit multiconector es similar a un kit de salida en abanico, pero incluye además tejido de aramida y cubiertas exteriores de 2 mm o 3 mm para imitar la protección de un cable multiconector como se muestra en la imagen 18. La unidad de división separa las fibra individuales y proporciona alivio de tensión. Un tubo de revestimiento de 900 μm cubre la fibra y está rodeado por tejido de aramida y una cubierta exterior. Con un kit multiconector instalado, la fibra puede terminarse en un patch panel o directamente en el equipamiento, como por ejemplo una matriz de conmutación. Utilizar un kit de salida en abanico o un kit multiconector ayuda a evitar dañar las frágiles fibras de 250 μm con el manejo brusco, doblarlas o romperlas.
Cables blindados
Un cable blindado incluye una capa de aluminio bajo la cubierta exterior para proporcionar una protección adicional a las fibras ópticas. Están disponibles como cables de interior con revestimiento ajustado y como cables de exterior de tubo holgado como se muestra en la imagen 19. Una capa de revestimiento proporciona protección adicional para un cable que puede estar expuesto a peligros únicos como pueden ser roedores.
Cables tácticos
Un cable táctico es un cable de fibra óptica con revestimiento ajustado, extremadamente resistente, construido con estándares militares para entornos rigurosos. Los militares utilizan cables de fibra táctica en situaciones de combate para proporcionar un enlace de comunicaciones de gran fiabilidad. Las emisoras utilizan cables de fibra táctica para proporcionar un enlace robusto, de gran ancho de banda, entre las cámaras y el camión de la emisora para eventos deportivos y recopilación de noticias por Internet. Una duradera cubierta exterior y elementos de refuerzo de tejido de aramida proporcionan una resistencia al aplastamiento superior, protegiendo el cable cuando es pisado por vehículos de broadcast y equipamiento de apoyo militar.
Códigos de color para cables de fibra óptica
TIA/EIA-598 define un esquema de códigos de color, como se muestra en la tabla 1, para identificar fácilmente las fibras individualmente o por grupos de fibras dentro de un cable. Para un cable de distribución, como se muestra en la imagen 14, los colores del revestimiento ajustado siguen el esquema identificado por el TIA/EIA-598. Dentro de un cable de tubo holgado, como se muestra en la imagen 16, los códigos de color se aplican a los tubos holgados y a las fibras individuales dentro de cada tubo. Normalmente, los códigos de color no se aplican a las cubiertas del cable.
| Número de posición | Código de color |
|---|---|
| 1 | Azul |
| 2 | Naranja |
| 3 | Verde |
| 4 | Marrón |
| 5 | Pizarra |
| 6 | Blanco |
| 7 | Rojo |
| 8 | Negro |
| 9 | Amarillo |
| 10 | Violeta |
| 11 | Rosa |
| 12 | Azul celeste |
| 13 al 24 | Se repiten los colores del 1 al 12 con un indicador negro |
La cubierta exterior de un cable de fibra óptica de interior ayuda a identificar el tipo de fibra dentro del cable, como se muestra en la tabla 2. Sin embargo, también se pueden utilizar otros colores que no siguen esta convención. Por tanto, utilizar una impresión en la cubierta exterior proporciona información adicional para identificar el tipo de fibra que está dentro del cable. Como las fibras individuales de un cable multiconector tienen cubiertas independientes, el color de las mismas podría seguir el esquema del estándar TIA/EIA-598 de la tabla 1 para identificar fácilmente las fibras individualmente o el esquema de la tabla 2 para identificar el tipo de fibra dentro del cable.
| Color de la cubierta | Tipo de fibra |
|---|---|
| Naranja | OM1 u OM2 multimodo |
| Amarillo | OS1 u OS2 monomodo |
| Azul celeste | OM3 u OM4 multimodo optimizada para láser |
| Rojo | OS1 u OS2 monomodo |
| Azul | Polarización que mantiene la fibra monomodo |
Los códigos de color de los conectores no están especificados en el estándar TIA/EIA-598, pero generalmente la mayoría de fabricantes utiliza un conjunto de colores para indicar el tipo de fibra y pulido del conector, como se muestra en la tabla 3. Entre los pulidos de conectores comunes se incluyen Physical Contact - PC, Super Physical Contact - SPC, Ultra Physical Contact - UPC y Angled Physical Contact - APC. Los conectores PC, SPC y UPC disponen de un extremo algo curvado y utilizan diferentes niveles de precisión, brindando pérdidas de acoplamiento gradualmente menores y mejor pérdida de retorno. Estos tres conectores son compatibles entre sí. El extremo del APC está pulido a un octavo del grado de un ángulo para proporcionar una pérdida de retorno de ≥65 dB para fibra monomodo, lo que mantiene las reflexiones a 0,000032%. Adicionalmente, los conectores APC deben insertarse para asegurar que los extremos están alineados adecuadamente cuando se realiza la conexión. El conector APC no es compatible con un conector PC, SPC o UPC.
Aunque no se siguen estrictamente la mayoría de códigos de color de conectores, casi todos los fabricantes utilizan el verde vivo para identificar los conectores monomodo pulidos APC y asegurar que solo los conectores APC se utilizan con otro conector APC. Utilizar un conector APC con otro que no lo sea puede cause un daño permanente al extremo del conector.
| Color del conector | Conector y tipo de fibra | Tipo de pulido |
|---|---|---|
| Beige o gris | OM1 62,5 μm multimodo | PC, SPC o UPC |
| Negro | OM2 50 μm multimodo | PC, SPC o UPC |
| Azul celeste | OM3/OM4 10 Gbps 50 µm multimodo | PC, SPC o UPC |
| Azul | OS1 u OS2 monomodo con pulido PC, SPC o UPC | PC, SPC o UPC |
| Verde | OS1 u OS2 monomodo con pulido APC | APC |
Conclusiones
Los cables de fibra óptica proporcionan ventajas únicas a un sistema AV, particularmente a aplicaciones de seguridad y larga distancia. Elegir el cable apropiado depende del número de fibras necesarias, el lugar de la instalación, la topología y el diseño general del sistema. Hay disponibles construcciones de cables para aplicaciones de interior y de exterior que proporcionan una solución para casi cualquier sistema AV. Los códigos de color proporcionan un método de identificación fácil para cables de fibra óptica múltiple.
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