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Pruebas en Redes de Fibras Opticas
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Tecnología de Fibras Ópticas
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Tecnología de Fibras Ópticas
⌧Mercado en franca y dramática expansión⌧Fibra en el acceso comienza a volverse interesante
costo de instalación alto, pero:mantenimiento baratosoporte a servicios de banda ancha (TV analógica de 40 a 700 MHz, TV digital y otros servicios en la banda de 700 a 1000 MHz)
⌧Fibra en larga distancia y anillos urbanos creciendoWDM comenzandoNB-WDM / HD-WDM en 1-2 añossistemas comerciales de 10 Gbit/s hoysistemas comerciales de 40 / 80 Gbit/s en 2 años
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Tecnología de Fibras Ópticas (cont.)
⌧HFCtecnología híbrida fibra + coax para el acceso
⌧Tecnología de solitons para larga distanciamínima atenuaciónbajo ruido con slide filters9000 km sin regeneración!
⌧Conmutación óptica transparentetemporal, espacial, por longitud de ondapredominará a partir de 2005area de grandes inversiones en desarrollo hoysuccederá en gran parte la conmutación
electrónica en 15 años
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Capacidad Instalada
⌧Ya hoy, cerca de 2/3 de la fibra instalada en la planta de interconexión se encuentra sin utilizarse
ejemplo: cables submarinos transatlánticoseste hecho está presionando por una disminución
de las tarifas de transporte de bits y creando un empuje por nuevas aplicaciones
⌧La capacidad disponible permitirá que el factor distancia deje cada vez más de reflejarsedrasticamente sobre las tarifas, como ocurre hoy
también permitirá que nuevas empresas entren a competir en el mercado de telefonía
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n nucleo
n recubrimiento
Construcción de la Fibra
envoltura
recubrimiento
nucleo
⌧La fibra está constituída del nucleo y el recubrimiento⌧Esas dos partes son fabricadas en un solo procedimiento:
no es posible separarlas por medios mecánicos⌧El nucleo posee mayor densidad óptica que el recubrimiento
(mediante implementación de impurezas, cambio del índicede refracción)
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La Fibra como Guía de Onda
nrecubrimiento
nnucleoααc
βángulode mediaaceptación
N.A.
envoltura
recubrimiento
nucleo
⌧Apertura Numérica NA = RAIZQ (nnucleo2 - nrecubrimiento
2)⌧Angulo crítico α crítico = arc sin (nrecubrimiento /nnucleo)
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100 µm 250...900 µmn1=1.527
125 µm
250...900 µm n1=1.471n2 =1.457
125 µm9 µm
n1=1.540...1.562n2 =1.540
N.A.
0.1
0.28N.A.
0.21
∅ nucleo
62.5 µm50 µm
250...900 µm
140µm
Los Distintos Tipos de Fibra∅ recubrimiento ∅ buffer
n2 =1.517fibra multimodoíndice escalónSI 100/140
fibra multimodoíndice gradualGI 62.5/125GI 50/125
fibra monomodo(índice escalón)SI 9/125 N.A.
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⌧a) Absorción⌧b) Impurezas ⌧c) Macro-curvatura⌧d) Micro-curvatura
a)
b)
d)
c)
Causas de Pérdidas en la Fibra
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Si
SiO
Si
SiO O
OH
Si
SiO O O
Si
SiO
Si
CuO O
Moléculas de Vidrio
⌧Vidrio puro = Si O2⌧Imperfecciones
estructura molecular incompleta, material extraño, iones OH, etc.⌧Los iones de hidroxila dan origen a las lineas de absorción de agua
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800 1000 1200 1400 1600longitud de onda / nm -->
1a. ventana 2a. ventana 3a. ventana
dispersión de Rayleigh1/λ4
10
1
0.1
coefi
ciente
de at
enua
ción /
dB/km
-->
⌧α = αs + αaαs = 20 %* α coeficiente de atenuación por absorciónαa = 80 %* α coeficiente de atenuación por dispersión de Rayleigh
Coeficiente de Atenuación α
fibramultimodo
fibramonomodo
absorción IR
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1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 17000,0
3,0
2,0
1,0
coefi
ciente
de at
enua
ción /
dB/km
-->
longitud de onda / nm -->
macro-curvatura
micro-curvatura
⌧Una dobladura de la fibra con ∅ < 40 mm ocasiona una macro-curvatura
⌧Micro-curvatura
Efectos de Dobladura
fibra no doblada
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⌧ SF = fibra estándar⌧ DFF = fibra dispersion flattened (de dispersión plana)⌧ DSF = fibra dispersion shifted (de dispersión desplazada)
1300 1400 1500 1600 1700
20
0
-20
longitud de onda / nm -->
Disp
ersió
n /ps
/nm-km
-->
1200
10
-10
DF
DSFDFF
SF
Dispersión
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Sensibilidad del Acople
desplazamiento desalineación angular separación
reflexionesfractura
excentricidad del nucleo forma elíptica del nucleo
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empalme mecánico
ranura V
Conectores y Empalmesconector de espacio de aire
../ conector PC
../ conector APC
8°
empalme mecánico (con gel)
empalme de fusión
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zona muertade atenuación
± 0.5 dB
Atenuación
⌧Zona muerta de atenuación:distancia desde el inicio de una reflexión (-35 dB) hasta un
punto en el cual la señal se aproxima a la curva de retro-esparcimiento en ± 0.5 dB
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1.5 dB
zonamuerta
de evento
Zona Muerta de Evento
⌧Zona muerta de evento:distancia desde el inicio de una reflexión (-35 dB) hasta un punto a 1,5 dB de lo máximoindica la menor distancia entre dos eventos que se puedan distinguir
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Pruebas de la Planta
⌧Durante y trás el término de la construcción de la planta de fibra, se deben realizar pruebas de control de calidad y aceptación para garantizar que las pérdidas en los empalmes y el desempeño del cable están dentro de los parámetros especificados⌧Las pruebas se dividen en 3 categorías:
pruebas de recepciónpruebas de construcciónpruebas de aceptación
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Pruebas de los Equipos
⌧También el equipo se debe someter a pruebas de recepción y de aceptación final⌧La prueba de recepción generalmente consiste en
una sencilla inspección visual⌧En algunos casos, las pruebas de recepción incluyen
sistemas de verificación de los parámetros operacionales y dimensiones, y pruebas de esfuerzo climático⌧Las pruebas de aceptación buscan verificar que
todos los parámetros están dentro de lo especificado y que el sistema opera en campo sin errores
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⌧En aceptación, además de pruebas funcionales y de nivel óptico, se realiza la medición de la tasa de error (BER)
la medición de la BER tiene por objetivo verificar el cumplimiento de los datos de proyecto y especificaciones del suministradorpara la puesta en servicio, se deben utilizar los
límites genéricos de las recomendaciones del UIT-T (Rec. M.2100, M.2110 y M.2120)
Pruebas de los Equipos (cont.)
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⌧Las pruebas de aceptación son, por lo tanto, específicas para cada sistema, mientras que las pruebas de puesta en servicio son genéricas (se trata de verificar si el sistema soporta los servicios)⌧Las pruebas de aceptación deben incluir pruebas de
esfuerzo (stress tests) de los equipos, una vez que de otro modo es difícil detectar deterioro de equipos digitales, los cuales solo manejan estados discretos
El ruido y la distorsión no se detectan a menos de que causen errores de bits
Pruebas de los Equipos (cont.)
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Equipos de Prueba
⌧Los equipos de prueba específicos generalmente consisten en:
un reflectómetro óptico en el dominio del tiempoun conjunto de medición de atenuaciónun medidor de potencia ópticaun atenuador óptico
⌧Para transmisión en velocidades muy altas, podría ser necesario incluir:
un puente para medición de la pérdida de retorno
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Equipos de Prueba (cont.)
⌧Los instrumentos de prueba para mediciones de los equipos adicionalmente incluyen:
conjunto de medición de BERmedidor de jittergenerador de jitter
el medidor y el generador de jitter pueden estar incorporados en el conjunto de medición de BERel medidor de BER debe poseer las facilidades de trama que requieren los nuevos sistemas (SDH/SONET, y mismo PDH) y las interfaces -- ópticas y eléctricas --adecuadas
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Principio de Medición de la Potencia Optica
⌧Las pruebas básicas de potencia óptica son:potencia radiada absoluta de la fuente
tan importante en fibra como mediciones de corriente y tensión en electrónica
pérdida de la fibradepende de la longitud de la fibra y del ángulo de ataquepuede resultar dificil medir
pérdidas de conectores y empalmesla luz acoplada al nucleo de la fibra y la luz acoplada a la cáscara
sensibilidad del receptormedición de la eficiencia de la conversión óptico-eléctrica
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El Medidor de Potencia Optica
⌧Consiste en un fotodetector calibrado dotado de unarea grande para poder capturar toda la luz que ingresa por la apertura⌧Se utiliza para determinar la potencia emitida por un
transmisor ótico, una fuente de prueba o de una fibra desnuda transmisora (pigtail)⌧El elemento fotosensible puede ser de germanio,
silicio o InGaAs
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2014/00.XX
Acoplamiento Fibra-Fotodiodoconector del sistema
OLP-10OLP-15OLP-1OLP-25OLP-90
detector de area ancha(2...5mm)
conector del sistema
2014/00.XXOLP-2
detector com diseño de lente(0,5...1mm)
detector de face de fibramenor area (0,05...0,5mm)
OLP-100OLP-110OLP-120OLP-130
2014/00.XX2014/00.XXexcentricidad< 0,5 µm
conector del sistema conector interno
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Reflectómetro Optico
⌧Un reflectómetro óptico funciona de la siguiente forma:el instrumento emite un impulso por la fibraa la medida que la luz viaja por la fibra, parte de ella es difundida de regreso debido a la difusión normal en el mediobuena parte de la energía del impulso se refleja en el extremo opuesto de la fibra (debido a la diferencia entre los índices de refracción del vidrio y del aire)la luz reflejada y la luz difundida de regreso son absorbidas por otros puntos de la fibra, como empalmes y conectores
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Reflectómetro Optico (cont.)
⌧Funcionamiento del reflectómetro (cont.)midiendo el tiempo entre la emisión del impulso y
las reflexiones en empalmes, conectores y final de la fibra, y calibrando el reflectómetro para el índice de refracción de la fibra, es posible medir la distancia a los puntos de reflexiónel instrumento indica graficamente la distancia y la
atenuación de cada punto de reflexiónmidiendo la reducción de la potencia de la luz
desde la emisión del impulso hasta el regreso de la reflexión final, es posible calcular la atenuación por unidad de longitud
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generador de impulsos
procesadordigital
de señales
LD
acoplador
pantallaOTDR
APD
Principios de Operación del OTDR
⌧Medición de impulsos⌧Medición de la potencia retro-esparcida y reflejada (muestreo)
--> cálculo de la atenuación hacia adelante⌧Medición del tiempo de propagación
--> cálculo de la distancia
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Gama dinámica:
5*log (Ps0 / Pruido)
donde Ps0 es el nivel de retro-esparcimiento en el conector del OTDR yPruido es la NEP (potencia equivalente de ruido)
Dividiendo este valor por el coeficiente de atenuación teórico opráctico de la fibra, se obtiene la longitud correspondiente de la fibra; p. ej.:
teórico: 30 dB, fibra SM,1300 nm, a = 0.4 dB / km --> 75 kmpráctico: 30 dB, fibra SM,1300 nm, a = 0.6 dB / km --> 50 km
(contando con pérdidas en empalmes, conectores, etc.)
gama dinámicaSNR = 1
potencia equivalentede ruido
Gama Dinámicanivel extrapoladode retro-esparcimiento
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Reflectómetro Optico
⌧Desventajas del métodosin embargo sea aceptablemente preciso al medir
la atenuación total y la distancia, el reflectómetropuede inducir a errores en cuanto a las pérdidas de cada empalme y conector
p. ej., un empalme que presenta mucha reflexión en el sentido de transmisión, pero poca pérdida en el sentido opuesto, podría aparecer como uma ganancia en vez de una pérdidala transición entre una fibra de baja pérdida por esparcimiento hacia otra con alta pérdida puede aparecer como un punto de ganancia
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Conjunto de Medición de Atenuación
⌧El conjunto de medición de atenuación contiene:una fuente óptica calibrada y estabilizada
opcionalmente, podría contener fuentes de varias longitudes de onda
un detector óptico calibrado⌧El cable es conectado al conjunto de medición
mediante un cable de prueba de atenuación conocida
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diseño acoplado por lentesOLS-10
diseño acoplado por fibra
OLS-2OLS-90
OLS-25OLS-100
contacto físico
fibra de índice escalón100/140 µm NA = 0,3
fibra de índice gradual62,5/125 µm NA = 0,275
fibra de índice gradual50/125 µm NA = 0,22
fibra de índice escalón50/125 µm NA = 0,1
fibra de índice escalón35/125 µm NA = 0,2
fibra de índice gradual50/125 µm NA = 0,22
fibra de índice gradual50/125 µm NA = 0,22
fibra de índice escalón10/125 µm NA = 0,1
fibra de índice escalón10/125 µm NA = 0,1
-11 dBm
-15 dBm
-20 dBm
-38 dBm
-15 dBmOLS-2
OLS-90
Acoplamiento de Fuente-Fibra
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Atenuador Optico
⌧El atenuador incluye una atenuación el el camino entre el transmisor y el receptor⌧Un atenuador fijo se utiliza para reducir una potencia
excesiva⌧Un atenuador variable se utiliza en pruebas de
aceptación para determinar el margen de operación del equipo
para ello, la atenuación es aumentada hasta que el desempeño se degrade hasta un umbral especificado
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Atenuador Optico (cont.)
⌧Los atenuadores fijos son interpuestos junto a un cross-connect óptico o junto al equipo terminal
su apariencia es similar a la de conectores ópticos⌧Los atenuadores variables poseen un mecanismo
calibrado que permite variar la atenuaciónalgunos poseen un espejo de transmisión parcial
el espejo es rodado hasta que se alcance la atenuación deseada
otros poseen “wafers” que se pueden insertar para variar la atenuación por pasos
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Atenuadores Ópticos
pantalla
AD
AD µCµC
filtro
⌧ Debido al proceso de fabricación, es necesario establecer factores de compensación individuales para cada atenuador
⌧ Además de la compensación, los atenuadores deben ser calibrados en las longitudes de onda estándar
⌧ Son usuales valores de +/- 0,1 dB para la linealidad del atenuador⌧ En el OLA-25, por ejemplo, la indicación en la pantalla es real, y ya toma en cuenta
las pérdidas en los conectoresconector 1 conector 2
señal ópticapantalla
EPROMEPROMpotenciómetro
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Inspección del Cable
⌧Consiste en probar si el cable no presenta quiebras, si la atenuación está dentro de lo especificado y, a veces, en medir el ancho de banda de las fibras
el ancho de banda generalmente solo se mide por muestreo al recibir el cable, y solo para fibramultimodoen fibra monomodo, el ancho de banda es
determinado más por la anchura espectral de la fuente que por tolerancias de fabricación
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Inspección del Cable (cont.)
⌧La inspección del cable consiste en dos partes:1) Inspección de recepción
el objetivo es verificar si el suministrador ha entregado lo que se pidió y si el producto atiende a las especificacionesconsiste en una inspección visual y algunas mediciones por muestreo
atenuación de la fibra y ancho de banda (si necesario) son las pruebas realizadas con instrumentos de precisiónes usual realizar esas pruebas en 10% del material recibido
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Inspección del Cable (cont.)
⌧Dos partes (cont.):2) Pruebas previas a la instalación
realizadas previamente al despacho de las bobinas de cables al sitio en donde se instalaránconsisten en:
inspección visual de la bobina para constatar que las laterales del rollo no han sido dobladas de forma a interferir con la instalaciónprueba con OTDR de todas las fibras para verificar que no hay
fibras partidas ni anomalías de atenuación, que la longitud estácorrecta y que la atenuación se encuentra dentro de lo especificado
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Inspección del Cable (cont.)
⌧Preparación para las pruebas con el OTDR:pelar al menos un extremo del cable para exponer las fibrascortar con una herramienta adecuada cada fibra para garantizar una buena terminación ópticalimpiar cada fibra e insertarla en el OTDRajustar el OTDR para la longitud de onda utilizada en las pruebas de fábrica (para poder comparar los resultados)
cortes aparecerán como longitudes más cortaspuntos de descontinuidad pequeños pueden representar empalmes realizados en fábricaanomalías graves poden representar problemas y deben hacer rechazar todo el rollo si la fibrapequeñas anomalías deben volver a verificarse cuando el cable está estirado o instalado, pués pueden deberse amicrodobladuras cuando el cable está enrollado
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Pruebas de Construcción
⌧Consisten en probar la calidad de los empalmes a la medida que van siendo realizados⌧Generalmente, hay 3 pruebas de calidad:
inspección visualresistenciaatenuación
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Pruebas de Construcción (cont.)
⌧Inspección visualdespués de empalmar, especialmente por fusión,
el empalme terminado es inspecionado con un microscopio antes de ser recubierto
un buen empalme debe ser invisible, o, en el peor de los casos, aparecer como una fina lineasi hubiera ampollas, una linea gruesa de demarcación o variación del grosor de la fibra, el empalme debería rehacerse
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⌧Resistenciaes una prueba opcional y algo subjetiva, pero
ayuda a determinar la calidad del empalmeuna vez realizado el empalme, la fibra es sacada de
la empalmadora y es tirada ligeramente de un lado mientras el otro lado es sostenido con la mano
si hubiera fracturas o si el empalme fuera débil, el empalme se partiría
Pruebas de Construcción (cont.)
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⌧Atenuaciónhay dos maneras de medir la atenuación
la primera sería que la misma empalmadora realizara una medición local con un dispositivo de inyección y detección
la empalmadora acopla luz en una fibra y detecta la luz (sea en el extremo abierto, sea a través de la cáscara y el recubrimiento, doblando la fibra)trás es corte de la fibra, la empalmadora alinea a los nucleos
de las fibras con un fluido de acople para una medición de referenciadespués de empalmar, la empalmadora vuelve a medir; la
diferencia entre los dos resultados es la atenuación del empalme
la segunda sería utilizar un OTDR
Pruebas de Construcción (cont.)
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Pruebas de Aceptación de la Planta Optica
⌧Generalmente, las pruebas consisten en medir la atenuación extremo a extremo del cable empalmado y, por lo general, dotado de conectores
es mejor realizar las pruebas con conectores, pero es posible hacerlo en fibras desnudas con empalmes mecánicos o de fusiónel objetivo es verificar el cumplimiento de un valor especificado de atenuación extremo a extremo
⌧El método usual es medir de repetidor en repetidor con dos conjuntos de medición de atenuación
las pruebas se realizan en un sentido y luego en el otrola pérdida sería el promedio de los dos resultados
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Pruebas de los Equipos
⌧El equipo se prueba según una serie de funciones y parámetros específicos de cada equipo⌧Las pruebas son recomendadas por el suministrador
o por la administración de la empresa operadora⌧Las pruebas incluyen, entre otras:
verificación de continuidad en bucle localprueba de alarmas con estímulo provocadomargen de operación en bucle localmargen de operación extremo a extremotolerancia a jitter (en bucle local o remoto)jitter propio a la salida (con señal limpia a la entrada)tasa de error
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Mantenimiento Preventivo⌧Ejemplo de una rutina adoptada por una administración de
telecomunicaciones
1. mediciones y ajustes de las tensiones de los convertidores DC/DC
periodicidadpruebamensual
2. medición de las corrientes (de polarización y de modulación) del modulador óptico mensual
mensual3. medición da tensión del elemento de Peltier
semestral4. medición de la potencia óptica de transmisión
semestral5. medición da potencia óptica de recepción
trimestral6. prueba del canal de servicio
anual7. verificación visual de los conectores ópticos
semestral8. medición de la tasa de error
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Conclusión
⌧Conviene medir al máximo por ocasión da la aceptación en campo para:
garantizar el cumplimiento de las especificaciones del proyectogarantizar que los equipos no se hayan
deteriorado desde la salida de la fábricagarantizar la corrección las instalacionesobtener datos iniciales para servir como referencia
para futuras búsquedas de fallas⌧Después de instalado el sistema, dificilmente se
pueden efectuar mediciones completas
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