cap i redes de fibra optica 1038
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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRS
CARRERA: INGENIERA ELECTRNICA
ETN 1038ETN 1038TECNOLOGIAS DE TELECOMUNICACIONES
Sistemas deComunicacinComunicacinpor Fibra ptica
Docente: Jos Camperop
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INTRODUCCIN
L i d FO d ili d l d Los sistemas de FO cada vez ms utilizados estn remplazando a los medios fsicos tradicionales de comunicacin.
Radio digital larga distancia nacional. Satlite larga distancia internacional. Cables (coaxiales o trenzados).( ).
Las ventajas que presenta este medio de transmisin:
Gran ancho de banda. Inmunidad al ruido. Bajo costo (materia prima silicio) Bajo costo (materia prima silicio) Seguridad (no interferencia) Livianos, facilita la planta externa e interna.
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INTRODUCCIN
Desventajas.
Es ms vulnerable a los cortes, especialmente en LDN.
Se necesita equipo sofisticado para su Se necesita equipo sofisticado para su mantenimiento.
La planta externa es mas cara, respecto a los sistema de radio digitala los sistema de radio digital
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INTRODUCCININTRODUCCIN
Las comunicaciones pticas utilizan rayos infrarrojos utilizan rayos infrarrojos debido a sus cualidades para su propagacin por el medio cristalino de la fibra ptica
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Sistema bsico de transmisin
Seal de Entrada
Empalme
Mux Amplificador Fuentede Luz OLT
Seal de Salida
Demux Amplificador Receptor OLT
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HISTORIAHISTORIA
1962 Se desarrollan materiales semiconductores para laser. 1966 Charles R. Kao y George A. Hockman proponene fibra de
vidrio como conductor del laser con una prdida de 20 dB/Kmvidrio como conductor del laser con una prdida de 20 dB/Km. 1973 primeros conductores de fibra ptica para telefona en la
armada de Estados Unidos.1976 i W t El t i (2 5 k ) 1976 primeros ensayos en Western Electric (2,5 km.).
A partir de 1977 La Siemens instala ms de un milln de kms. De fibra en 24 paises con prdidas razonables (0.7 dB/Km).
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ESPECTRO DE COMUNICACIONES COMUNICACIONES PTICAS
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ESPECTRO DE COMUNICACIONES PTICASESPECTRO DE COMUNICACIONES PTICAS
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ESPECTRO DE COMUNICACIONES PTICASESPECTRO DE COMUNICACIONES PTICAS
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RAYOS INFRARROJOS
Descubridor: Frederick Herschel (1738-1822).En el ao 1800, hizo pasar luz solar a travs de un prisma de cristal para generar un espectro: el arco irisiris.Luego midi la temperatura de cada color, not que la temperatura de los colores del espectro q p paumentaba al ir del violeta al rojo. Despus decidi medir la temperatura en una zona bi d ll d l l j d l ubicada un poco ms all de la luz roja del
espectro, al parecer desprovista de luz y descubri que esta regin tena la temperatura ms alta de todas.Herschel hizo otros experimentos con lo que llam rayos calorficos que existan ms all de la rayos calorficos , que existan ms all de la regin roja del espectro.
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ESPECTRO
Dentro del espectro electromagntico, la radiacin infrarroja se encuentra comprendida entre el espectro visible y las microondas. El infrarrojo cercano se refiere a la parte del espectro infrarrojo que se encuentra ms prxima a la luz visible; el t i i f j l j d i l i l trmino infrarrojo lejano denomina la seccin ms cercana a la regin de las microondas.
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APLICACIONESAPLICACIONESAPLICACIONESAPLICACIONES
En el campo de la astronoma infrarroja se estn realizando d b i i t b l inuevos descubrimientos sobre el universo.
En medicina, la radiacin infrarroja es una herramienta de diagnstico muy tilg y
Las cmaras fotogrficas infrarrojas son utilizadas en actividades policiales y de seguridad, as como en aplicaciones militares y de lucha contra incendiosmilitares y de lucha contra incendios.
Las imgenes infrarrojas se emplean para detectar prdidas de calor en edificios y probar sistemas electrnicos.
Los satlites infrarrojos monitorean el clima terrestre, estudian modelos de vegetacin, llevan a cabo en estudios geolgicos y miden las temperaturas ocenicas. g g y p
Control remoto e interconexin de redes inalmbricas Comunicaciones digitales que usan impulsos lumnicos
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PROPAGACIN DE LA LUZLA LUZ
CONFINAMIENTO CONFINAMIENTO DENTRO DE LA FIBRA PTICA
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PROPAGACIN DE LA LUZ
f t
PROPAGACIN DE LA LUZ
EB
frentede onda
Z
X
Y
La luz puede entenderse como una composicin de campo elctrico y magntico, que se propaga en forma ondulatoria.
Para propsitos de anlisis en comunicaciones pticas se tomar el frente de onda, considerando que se propaga como un rayo lumnico sin curvaturalumnico, sin curvatura.
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Reflexin.-
Es un fenmeno ptico por el cual un rayo lumnico incidente en una superficie reflexiva desva su incidente en una superficie reflexiva desva su trayectoria con ciertas propiedades.El ngulo de incidencia con la normal es igual al de El ngulo de nc denc a con la normal es gual al de reflexin con la misma.
superficiereflectiva
rayo
incidenterayo
reflejadoincidente reflejado
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Refraccin.-
Es un fenmeno ptico, por el cual la luz al pasar por una
l medioi t li 2estructura cristalina a otra
de diferente densidad, experimenta una desviacin rayo2
cristalino 2
pde su trayectoria o refraccin.
refractado
2
ndice de Refraccin ().-Es el parmetro asociado a un medio cristalino que rayo
1 mediocristalino 1
un medio cristalino, que condiciona el comportamiento direccional de la luz al ser atravesado
rayoincidente
de la luz al ser atravesado. N1 > n2
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PRINCIPIOS DE CONFINAMIENTO DE LA LUZ EN LA FIBRA PTICADE LA LUZ EN LA FIBRA PTICA.
22 2
2
11 11 11 1
La ley de Snell relaciona1 sen1 = 2 sen21 sen1 2 sen2
Para un valor determinado de 1= C (ngulo crtico)La refraccin paralela a la interfazLa refraccin paralela a la interfaz.
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PRINCIPIOS DE CONFINAMIENTO DE LA LUZ EN LA FIBRA PTICA
P n ul s m s xist t t l fl xin int n
DE LA LUZ EN LA FIBRA PTICA.
Para ngulos mayores c existe total reflexin interna.1 > 2La ley de Snell para c
901 senc = 2 sen 90como sen 90 = 1
1 senc = 21 c 2senc = 2 /1
Con las anteriores consideraciones, la luz se propaga por rebotes sucesivos confinado al medio 1(ncleo).
21
2
n1 = ndice de refraccin del ncleo n2 = ndice de refraccin de la envoltura
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Propagacin de la luzp g
La luz inyectada en el ncleo se va reflejando en la interfaz, formadapor el ncleo y el recubrimiento, siempre que n1>n2.Si el ngulo de incidencia es mayor que el crtico, la luz se propagapor el interior del ncleo. Si por el contrario es menor, atraviesa elCladd y se pierde.
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Apertura NumricaApertura Numrica
Es el mximo cono de aceptancia para la introduccin de la luz, dentro del ncleo de fibra ptica, desde una i t f t ( i )interfaz externa (aire)
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Apertura Numrica p
Ley de Snelly1 cosc = 2 cos
0 i h fl i i t= 0 si no hay reflexin interna.1 cosc = 2cosc = 2/ 1
C C 1 ncleo
1aire eje
A2 envoltura
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Apertura Numrica
A li l l d S ll t l i t f i l
Apertura Numrica
Aplicamos la ley de Snell entre la interfaz aire ncleo
1 sen = ASen A = AN1 senc = ASen A = ANDonde:
AN = Apertura numricaA = Indice de refraccin del aire = 1c = Angulo crtico de incidencia entre el ncleo y la envoltura
Al ser el ndice de refraccin del aire menor al del ncleo el rayo se refractar de una manera perjudicial ncleo, el rayo se refractar de una manera perjudicial hacia la envoltura
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Apertura Numrica Apertura Numrica
Por relaciones trigonomtricas:
senc = (1 cos2c)1/2AN = senA = 1 (1 cos2c)1/2
l Adicionalmente: cosc = 2/ 1=> AN = [1 ( )2 ] => AN = 1 [1 (2 /1)2 ]
AN = ( 2 2)1/2AN = (12 - 22)1/2
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Constitucin de una fibraConstitucin de una fibra
Core: Ncleo.- Parte mas interna de la fibrainterna de la fibra,
Cladding: Cubierta.- Capa intermedia Sirve para intermedia. Sirve para confinar la luz en el ncleoncleo.
Buffer: Revestimiento.-Capa ms externa que Capa ms externa que sirve para proteger la fibrafibra.
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TIPOS DE FIBRA OPTICA SEGN SU MODO DE PROPAGACIN
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M d d iModo de propagacin
E d d l Es cada una de las posibilidades de propagacin de la luz en propagacin de la luz en el interior de una gua de onda (fibra )L dif Las diferentes velocidades y direcciones asociadas a direcciones asociadas a todas las longitudes de onda hacen que la radiacin de propagacin radiacin de propagacin se ordene de cierta manera (multimodo).( )
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TIPOS DE FIBRA OPTICA SEGN SU MODO DE PROPAGACIN
Fibra Monomodo Fibra Monomodo Fibra Multimodo de ndice gradiente gradual Fibra Multimodo de ndice escalonado Fibra Multimodo de ndice escalonado
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Fibra Multimodo de indice escalonado
En este tipo de fibra viajan varios rayos pticos reflejndose a diferentes ngulos.
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M lti d d di E l dMultimodo de ndice Escalonado
Fabricadas a base de vidrio con atenuacin de 30 dB/Km, o plstico con atenuacin de 100 dB/Km.B d d h 40Mh Banda de paso hasta 40Mhz.
Ncleo constituido por material uniforme cuyo ndic d f ccin s sup i l d l ndice de refraccin es superior al de la cubierta.
Paso de ncleo hasta cubierta => variacin del Paso de ncleo hasta cubierta => variacin del ndice.
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Fibra multimodo de ndice gradiente ggradual
Su ndice de refraccin en el interior del ncleo no es nico y decrece cuando se desplaza del ncleo hacia la cubierta decrece cuando se desplaza del ncleo hacia la cubierta.
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Fibra Indice Gradiente GradualFibra Indice Gradiente Gradual
Banda de paso que llega hasta los 500 Mhz Rayos luminosos enfocados hacia el eje de la fibra.y j Permiten reducir la dispersin entre los diferentes
modos de propagacin a travs del ncleo de la fibfibra.
Tamao es de 62.5/125 mm (diam nucleo/diam cubierta)(diam.nucleo/diam.cubierta).
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Fibra MonomodoFibra Monomodo
Sl d t itid l ti Slo pueden ser transmitidos los rayos que tienen una trayectoria nica. Se considera que el dimetro pequeo evita la dispersin en varios modos.
Banda de paso de 100Ghz.
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CARACTERSTICAS
Multimodo Ncleo 50 o 62.5 micras Fuente de luz: LEDs con longitud de onda de 850
o 1300 nm (1 o 2 ventana)U d l l (LAN ) Uso en redes locales (LANs)
Mono modo Ncleo 9 micras Ncleo 9 micras Fuente de luz: Lser con longitud de onda de 1300
o 1550 nm (2 o 3 ventana)o 1550 nm (2 o 3 ventana) Uso en telefona y CATV
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DISTORSIN DEL PULSO LUMNICO TRANSMITIDO
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ATENUACIN EN FIBRAS EN FIBRAS PTICAS
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ATENUACIN POR PROPAGACINATENUACIN POR PROPAGACIN
El medio cristalino, atena la seal lumnica de un modo proporcional a la dureza del material y a sus p p yimpurezas.
En general, la atenuacin por propagacin constituye el factor limitante en el alcance del enlace.
A lo largo de la evolucin de los sistemas de fibra, se ha logrado reducir considerablemente ste factor.g
Los valores comerciales disponibles al momento t i t d 0 23 dB/Ktpicamente son de 0,23 dB/Km.
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Atenuacin por Propagacin1 ventana3,0
2 v Banda O
3 v Banda C (Conventional)
4 v Banda
Banda E
(Extended)
Banda S
2,5 Fibra multimodo (Original) L (Long)(Short)
Absorcin producida por el in hidroxilo, OH-
(Pico de agua)
(
d
B
/
K
m
) 2,0
1 5
Fibra monomodo
e
n
u
a
c
i
n
(
1,0
1,5
Prdida debida a la di i i t
A
t
e
0,5 LserCD-ROM
dispersin intrnseca
700 1000900800 1400130012001100 1700160015000
C O
Luz visible Longitud de onda, (nm)Luz infrarroja
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Ventanas de transmisin de d l t n inacuerdo a la atenuacin
Las longitudes de onda tpicas en transmisin ptica son:
850 850 nm 1310 nm 1550 nm 550 nm
La ventana es el rango de longitudes de onda en que la fibra tiene el mejor jdesempeo (opera mejor)
Ventana [nm]Longitud de Ondade Operacin [nm]
800 - 900 8501250 - 1350 13101500 1600 15501500 - 1600 1550
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Prdidas por Prdidas por Curvatura
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Prdidas por Microcurvatura-MicrobendingPrdidas por Microcurvatura Microbending
Fuerzas laterales localizadas a lo largo de la fibra la fibra Causas:
Esfuerz s durante Esfuerzos durante la manufactura e instalacin
i i variaciones dimensionales de los materiales di t d l l
La irregularidad producida por el microbending presenta un dimetros del ncleo
y del revestimientoel microbending, presenta un ngulo de incidencia del rayo lumnico inferior al crtico.
En la prctica hasta 20% de la En la prctica hasta 20% de la luz puede variar o perderse en la envoltura.
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Prdidas por Macrocurvatura MacrobendingPrdidas por Macrocurvatura - Macrobending
Causas: Manufactura del cableManufactura del cable Dobleces durante la instalacin Variacin en los materiales
Esfuerzos que provoca torcedura Esfuerzo transversal Esfuerzo longitudinal
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PRDIDAS POR EMPALMES Y EMPALMES Y CONECTORIZACIN
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PRDIDAS POR EMPALMESPRDIDAS POR EMPALMES
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PRDIDAS POR EMPALMESPRDIDAS POR EMPALMES
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PRDIDAS POR EMPALMESPRDIDAS POR EMPALMES
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FUSIONES DE FOFUSIONES DE FO.
Conexiones permanentes Conexiones permanentes. Se dan por la longitud limitada de los cables de FO
especialmente en redes de larga distancia.especialmente en redes de larga distancia. Longitud tpica 4 Km. Actualmente las fusiones son realizadas por mquinas
en forma automtica.
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FUSIONES DE FOFUSIONES DE FO
Las prdidas tpicas por fusin de fibras varan entre 0.02 y 0.1 dB.y
En las pruebas de aceptacin existen rangos debido a irregularidades de la fibra (en su fabricacin), por j l L i id dejemplo. La excentricidad.
Un 70% de los empalmes o fusiones deben tener como tpico o mximo: 0 02 dB prdidatpico o mximo: 0.02 dB prdida.
Un 20% de los empalmes puede tener una prdida de 0.05 dB.
Un 10% de los empalmes una prdida mxima de 0.1dB.
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PERDIDAS POR CONECTORIZACINPERDIDAS POR CONECTORIZACIN
Normalmente las prdidas por prdidas por conectorizacin, alcanzan a 1,5 dB / a canzan a ,5 / Empalme.
En un enlace tpico, l por lo menos se
presentan 2 empalmes (1 en cada empalmes (1 en cada extremo), sumando 3 dB de prdida total.p
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Existe una gran variedad de conectores que se diferencian por sus aplicaciones o simplemente por su diseo:
ST y STII+
SC
FC
Euro2000Simplex DuplexPoseen una tapita para proteger la ffibra de rayones y suciedad, con un gatillo para abrirla.
DIN
LC
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FABRICACIN DE FIBRAS PTICAS
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FABRICACIN DE FIBRAS PTICAS
El mtodo mas usado es el de Doble Crisol.
Dispone de dos crisoles concntricos con los materiales del ncleo y la envoltura, que se afinan para formar una preforma de estructura de fibra que posteriormente es alargada hasta de fibra, que posteriormente es alargada hasta lograr el dimetro deseado.
En st mt d s f nt l d f t d En este mtodo es frecuente el defecto de microbending por vibraciones externas o tamao inadecuado de las impurezastamao inadecuado de las impurezas.
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MTODO DEL DOBLE CRISOLMTODO DEL DOBLE CRISOL
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CABLES DE FIBRAS PTICAS
CLASIFICACIN
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CABLES DE FIBRAS PTICAS
CLASIFICACIN
Se pueden clasificar por el tipo de instalacin (planta t )externa):
i. Cables enterradosii. Cables areos.ii. Cables areos.iii. Cables submarinos.
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CLASIFICACN POR LA ESTRUCTURA DEL CABLE
Cables de construccin ajustada (tight buffered).Fib d 250 i bi t d 900 i Fibra de 250 micras con cubierta de 900 micras.
Aplicaciones de interior o exterior en distancias cortas y suficientemente protegida.cortas y suf c entemente proteg da.
Cables de construccin holgada (loose tube).F b d 250 d b Fibra de 250 micras directamente en tubos, con o sin relleno de gel.
Aplicaciones de exterior ambientes hostiles cables Aplicaciones de exterior, ambientes hostiles, cables areos, etc.
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CABLES DE FIBRAS PTICASCABLES DE FIBRAS PTICAS
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CABLES DE FIBRAS PTICASCABLES DE FIBRAS PTICAS
Patchcord doble CPD/CIP Patchcord simple CPS
Cable interior exteriorCable de distribucin interior CDI
Cable interior-exteriorarmado dielctrico CDAD
Cable interior-exterior armado Cable de Distribucin interiorCable nter or exter or armadometlico CDAM reforzado CDIR
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Estructura del cable de Fibra pticaEstructura del cable de Fibra ptica
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Estructura del cable de Fibra pticap
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GENERACIN FOTNICAFOTNICA
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PRINCIPIOS DE GENERACIN PRINCIPIOS DE GENERACIN FOTNICA
P l i f i l P i i i d Para la generacin fotnica se usa el Principio de Recombinacin de Portadores en un semiconductor con liberacin de energa en forma semiconductor con liberacin de energa en forma de fotones.
No cualquier material puede generar fotones.
P t it l d b i ti Para que ste propsito se cumpla deben existir portadores elctricos libres en la banda de conduccin de los materialesconduccin de los materiales.
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GENERACIN FOTNICABandas de Energa
METALES SEMICONDUCTORES TIPO NB.c.Semilleno
IMPUREZASQUE DONANELECTRONESA LA BANDADE
E EEg
E E
B.v.
DECONDUCCION
llena
AISLANTES SEMICONDUCTORES TIPO
B.cvacia
E E
IMPUREZASQUE GENERANHUECOS EN LABANDA DEVALENCIA
E E
B.v.llena
E E VALENCIAPARA ACEPTARELECTRONES
B
E. E.: energa de electrones
llena B.v.casillena
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PRINCIPIOS DE GENERACIN FOTNICA
En la prctica se necesita una juntura de material semiconductor tipo n y p. El material tipo n-p sem conductor t po n y p. El mater al t po n p debe ser polarizado directamente.
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PRINCIPIOS DE GENERACIN FOTNICAPRINCIPIOS DE GENERACIN FOTNICA
Se denomina eficiencia cuntica a la capacidad de produccin / absorcin fotnica a partir de la p precombinacin de portadores.
La eficiencia cuntica puede ser interna, externa o t t ltotal
n l f ni es la eficiencia cuntica internane es la eficiencia cuntica externae fnt es la eficiencia cuntica total
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PRINCIPIOS DE GENERACIN FOTNICAPRINCIPIOS DE GENERACIN FOTNICA
bi dl t it ddNgeneradosfotonesNmeroi __
osrecombinadelctriportadoresdeNmero cos____
generadosfotonesdeNmerosalidalaancontribuyequefotonesNmeroe
_________
osrecombinadelctriportadoresdeNmerosalidalaancontribuyequefotonesNmerot
cos__________
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FUENTES DE LUZ
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FUENTES DE LUZFUENTES DE LUZ
Existen dos tipos de fuentes de luz:
Incoherente LED Incoherente = LED
Coherente = LASERCoherente LASER
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GENERACIN FOTNICA LED
Bc
GENE N F N LED
--- - -
+ + + +
n pBc
- - -- - -
+ + + +
Fotn producido por recombinacin de portadores
( + ) Bv
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ENERGA RADIADA
Por desprendimiento fotnico.
Eph = h * f = h * c/ (m) = 1.24 / EphEc = Energa de la banda de conduccin.Ev = Energa de la banda de valencia gh = constante de Planckf = frecuencia del potencial desprendido.
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GENERACIN LEDGENE N LED
osrecombinadelctriportadoresdeNmerosalidalaancontribuyequefotonesNmero
cos______
MEDIOFSICO
p ____
WmI
echIPo
24.1 me
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ESPECTRO GENERACIN LEDESPECTRO GENERACIN LED
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CARACTERSTICAS LED (LED: Light Emitting Diode)
Mayor ancho de espectro de pulso Generacin fotnica incoherente en fase y
frecuencia Menor alcance No requiere medidas de seguridad industrial
til en enlaces de baja velocidad Bajo costo Sensible a cambios de temperatura
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COMPORTAMIENTO LED EN FUNCIN COMPORTAMIENTO LED EN FUNCIN DE LA TEMPERATURA
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ESTRUCTURA FSICA DEL LEDESTRUCTURA FSICA DEL LED
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DIODO LASER.L SE .
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DIODO LASER.
Caractersticas:
l f Usan realimentacin fotnica para conseguir emisin de fotones coherentes (misma fase y frecuencia)frecuencia).
Tienen gran capacidad de modulacin y ancho de g p ybanda sin degenerar la potencia.
U ili di d d l h (APD) f Utiliza diodos de avalancha (APD) como foto detectores.
Actualmente son los ms usados.
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GENERACIN LASERcavidad de
recombinacinBC
e-hf2
hf2foton incidente
espejoespejo
BC
moduladorespejo
+ BV
polarizacin directaespejo
via realimentacinfotnica
La accin del laser se debe a tres procesos:
I. Absorcin fotnica realimentacin.II. Emisin espontnea similar al LED.II. Emisin espontnea similar al LED.III. Emisin estimulada fotn incidente.
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REALIMENTACIN FOTNICA
Existen 2 mtodos para generar la realimentacin fotnica.
a) Cavidad Fabry Perrotb) Mtodo DBF (Distributed Feed Back Laser)
En la prctica el mtodo Fabry Perrot es el ms usado.
espejoespejo espejoespejo
R1 R2
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Oscilador laser Fabry Perrot
Un grupo fotnico queda confinado en la regin de produccin laser, limitada por dos espejos semireflectivos.
La luz que atraviesa los espejos sirve para alimentar a la fibra. La luz que rebota o se refleja, sirve para estimular a los
dems en fase y frecuencia.dems en fase y frecuencia. Lo anterior se conoce como oscilacin laser
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Oscilador laser Fabry Perrot
Tomando la condicin de ganancia necesaria para un ciclo completa de ida y vuelta, se establece que la condicin de
RRR 1l11l1
p y qganancia debe ser:
RRRparaRL
goRRL
g cavitycavity
21
21
lnln2
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REGIONES DE GENERACION LASERREGIONES DE GENERACION LASER
Regin C: Se cumple la condicin de ganancia de forma segura. La 1ln1g cavity g gproduccin laser es estable. Esta zona se utiliza para polarizar el laser
212 RRLg cavity
Regin B: Se cumple la condicin de g pganancia en forma estricta. La produccin laser es inestable. Esta zona tambin recibe el nombre de
Regin A: No se cumple la condicin
sper luminiscencia
de ganancia. La produccin laser es incoherente como la del LED Ith: Corriente
de disparo
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REGIONES DE GENERACION LASERREGIONES DE GENERACION LASER
s
e
r
a
l
i
d
a
l
a
s
i
a
d
e
s
a
p
o
t
e
n
c
i
t
r
o
d
e
11
E
s
p
e
c
t
21
1ln21
RRLg cavity
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POTENCIA LASER EN FUNCIN DE LA POTENCIA LASER EN FUNCIN DE LA TEMPERATURA
La eficiencia laser disminuye disminuye dramticamente con la temperatura.con a t mp ratura.
Un incremento de temperatura,
b l tambin implica un incremento de la corriente de corriente de disparo
Ith
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POTENCIA LASER EN FUNCIN DE LA POTENCIA LASER EN FUNCIN DE LA TEMPERATURA
La variacin de la corriente de disparo tiene una subida exponencial en funcin de la ptemperatura
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COMPORTAMIENTO TRMICO LASERCOMPORTAMIENTO TRMICO LASER
Otro efecto adicional de la temperatura es de la temperatura es el de provocar variaciones de la longitud de onda de radiacin.
M p j di i l n Muy perjudicial en DWDM.
Lambda puede Lambda puede modificarse en decenas de nanometros.
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COMPORTAMIENTO TRMICO LASERCOMPORTAMIENTO TRMICO LASER
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ESTRUCTURA LASERESTRUCTURA LASER
E ist i s ti s d st t s l s d dif t s Existen varios tipos de estructuras laser, que producen diferentes respuestas de potencia en funcin de su arquitectura y del material de los semiconductores.
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MODULACIN LASERMODULACIN LASER
La modulacin lser se puede realizar en amplitud fase o frecuencia en amplitud, fase o frecuencia (coherente).
En la prctica debido a las altas l id d s t smisi di it l velocidades, para transmisin digital,
se usa modulacin por intensidad con codificacin CMI, RZ o NRZ
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DETECCIN DETECCIN FOTNICA
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DETECCIN FOTNICADETECCIN FOTNICA
Convierten energa fotonica en energa elctrica . Tambin usan una estructura de semiconductores
l i d i t polarizada inversamente . La zona activa se conoce como zona de
vaciamiento vaciamiento .
- - - - - - - - - - -
hf21E Zona de incidencia f
+++++++ ++++ medi do r
fotnica o vaciamiento
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DETECCIN FOTNICA LED
Bc
DE E N F N LED
--- - -
+ ++ ++ +
n pBc
No existerecombinacin Absorcin
- - -- - -
+ ++ + Fotn INCIDENTE
( + ) Bv
La polarizacin inversa evita que haya generacin f t i s tfotnica espontnea
Crea un dficit de energa entre los materiales np. El dficit se compensa con la absorcin de cualquier p q
fotn incidente en la zona de vaciamiento
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DETECCIN FOTNICA
En condiciones normales las portadoras de la regin n estarn atrados en el borne + de la batera y los estarn atrados en el borne + de la batera , y los portadores de p estarn atrados por el borne de la batera .
Si s b l n d i mi nt in id n f tn l n d Si sobre la zona de vaciamiento incide un fotn la energa de este ser absorbido inmediatamente por los semiconductores .
b f l f d La absorcin fotonica convierte a los fotones en portadores elctricos .
En la medida de incremento de portadores elctricos por p pabsorcin fotonica , varia la diferencia de potencial entre los extremos del semiconductor .
Producindose el proceso inverso a la produccin fotonica . Producindose el proceso inverso a la produccin fotonica .
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FOTODETECTORESFOTODETECTORES
Existen bsicamente 2 tipos:a) Diodo PINb) Diodo APD (Avalancha)b) Diodo APD (Avalancha) Funcionan con polarizacin inversa convirtiendo los fotones
incidentes en energa elctrica.
-La eficiencia de conversin es 1 para eldiodo APD.
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EFICIENCIA FOTONICA EN RECEPCIN
e = carga del electrn = eficiencia cuntica i idfdN
ectadospotadoresdeNmero det = eficiencia cunticac = velocidad de la luz
La medida de eficiencia de un fotodetector es y esta dada por:
incidentesfotonesdeNmero
La medida de eficiencia de un fotodetector es y esta dada por:
incidentepticapotencia
fotodiodoundesalidadecorriente
WA
241)m(n
chen
PI
incidentepticapotencia
p W24.1chPi
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FOTODIODO PIN
Los fotones incidentes son capturados y dirigidos Los fotones incidentes son capturados y dirigidos hacia la regin intrnseca donde su energa es absorbida gracias a la polarizacin inversa del g psemiconductor.
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FOTODIODO DE AVALANCHA
Los portadores son generados por efecto de ionizacin por impacto en la zona de transicin n+ p
L li i l i li l i Las colisiones se multiplican con una relacin exponencial hasta agotar los electrones huecos libres el proceso resultante se conoce como libres, el proceso resultante se conoce como avalancha.
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COMPARACIN ENTRE DIODOS APD Y PIN COMPARACIN ENTRE DIODOS APD Y PIN
Diodo Ventajas Desventajas
PIN Barato . Alta dependencia de la temperaturaF il t i B j ibilid dFcil construccin Baja sensibilidad .No necesitan mucha corriente de Bajo rango dinmico .polarizacin . Respuesta lenta .
APD Gran rango dinmico Estructura compleja .Alta sensibilidad Dependencia de la temperatura .Respuesta rpida . Necesita mas corriente de polari -p p pEfecto de amplificacin fotonica . zacion
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RUIDO EN FOTODIODOSRUIDO EN FOTODIODOS
Podemos mencionar como fuentes de ruido:
Ruido de disparo o ruido cuntico. Asociado al nivel mnimo de disparo.p
Ruido de corriente asociado a oscuridad. La luz por inercia generada despus del pulsogenerada despus del pulso.
Ruido externo asociado a la estructura, a la instalacin y a la estructura modular influenciada por equipos vecinosestructura modular influenciada por equipos vecinos.
2222jd iiii jdgn iiii
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RUIDO EN FOTODIODOS
i = Corriente de ruido 2in = Corriente de ruido.iq = Corriente de ruido cuntico.id = Corriente de oscuridad.
2SiS id Corriente de oscuridad.
ij = Corriente de ruido externo. 2niN
is = corriente eficaz de la seal til.
En la prctica el ruido en los fotodetectores puede lc nz r ( 3 dB) picalcanzar (+3 dB) pico.
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TECNOLOGAWDM
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WDMWDM
WDM (Wavelength Division Multiplexing, multiplexacin por divisin en longitudes de onda) p p g )consiste en:Enviar varias seales a diferentes longitudes de onda (diferentes ) por una misma fibra (luz de varios colores)
WDM puede ser: Densa (DWDM, Dense WDM): se utilizan 16 o
ms Ligera (CWDM Coarse WDM): se utilizan 2 4
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Funcionamiento de WDMFuncionamiento de WDM
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Evolucin de WDMEvolucin de WDM
Generacin Ventana Nmero de
Denominacin Separacin Aos
1 (WDM) 2 y 3 2 Wideband WDM
240 nm Finales de los 80
2 (WDM) 3 2-8 Narrowband o 400 GHz Principios de los 2 (WDM) 3 2 8 Narrowband o Coarse WDM
400 GHz(3,2 nm)
Principios de los 90
3 (DWDM) 3 16-40 Dense WDM 100-200 GHz(0 8 1 6 nm)
Mediados de los 90(0,8-1,6 nm) 90
4 (DWDM) 3 64-160 Dense WDM 25-50 GHz(0,2-0,4 nm)
Finales de los 90
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Evolucin prevista de WDMp
WDM en WDM en CampusCampus
WDM en reaWDM en reaWDM en rea WDM en rea MetropolitanaMetropolitana
WDM en LargaWDM en LargaWDM en Larga WDM en Larga DistanciaDistancia
1995 2000 2005
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CWDM (Coarse WDM)CWDM (Coarse WDM)
DWDM se utiliza en enlaces de largo alcance y gran capacidad (ms rentable)gran capacidad (ms rentable).
En pequeas distancias el ahorro en fibras no compensa el costo de los equipos, pero se pueden p q p p pusar otros de menos (4-8) que tienen costos muy inferiores.
La CWDM (de 4 8 ) es interesante en enlaces La CWDM (de 4-8 ) es interesante en enlaces metropolitanos.
CWDM no usa amplificadores pticos. Para CWDM no usa ampl f cadores pt cos. Para distancias superiores a 50 Km se usan repetidores.
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Aplicaciones de CWDMpAumento de capacidad:
4 Gb/s1000BASE-SX 1000BASE-SX
Soporte de mltiples servicios:
OC-3cmultimodo
1000BASE-SX
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Esquema funcional de una conexin WDMq01
15321536 0
r
p
t
i
c
o
1
23
1540
1544
1548
M
123
C
o
m
b
i
n
a
d
o
r45
6
15481552
1556 Fi
l
t
r
o
D
W
D
M
Amplificadores456
C
7 156067
Rx
u
l
a
d
o
r
e
r
n
o
1310 nm 15xx nmRx Tx
AmplificaDa formaSincroniza
15xx nm 1310 nm
M
o
d
u
E
x
t
e
Lser 3
vent.
Sincroniza
TransponderF O 2 tTransponder
Elctrico
F.O. 3 vent.
F.O. 2 vent.
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Transmisin en fibra ptica a larga dist i WDMdistancia con WDM
Con WDM es preciso que el amplificador t t i t l li l ibl tenga un comportamiento lo ms lineal posible en todo el rango de . De lo contrario habra que poner repetidores ms a menudo (ms qu p n r r p t r m a m nu (m costo)
En 3 ventana se pueden usar amplificadores que tienen fibra ptica dopada con erbio (metal usado en algunas aleaciones) llamados (metal usado en algunas aleaciones) llamados EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier)
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Diseo de un amplificador EDFADiseo de un amplificador EDFA
Fibra dopada con erbio (10-50 m)
Acoplador WDM
Acoplador WDM
Luz de 3 o 4 ventana
Luz de 3 o WDMWDM Filtro
ptico Aislanteptico
4 ventana 4 ventanaAislanteptico
Lser debombeoa 980 nm
Lser debombeo
a 1480 nm
Ganancia 30 dB
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Ganancia de un EDFA en 3 Ganancia de un EDFA en 3 ventana
Ganancia (dB)
Perfil de ganancia EDFA
Lambdas individualesindividuales
30
(nm)
Rejilla ITU TRejilla ITU-T
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WDMWDM
Los EDFA permiten amplificar la seal ptica en ruta sin tener que convertirla al dominio elctrico. E t d h l t d WDM (l Esto reduce mucho el costo de WDM. (los repetidores requieren separar todas las antes y juntarlas despus)juntarlas despus)
Las dificultades tcnicas de WDM (dispersin) son Las dificultades tcnicas de WDM (dispersin) son proporcionales al cuadrado de la velocidad; por esto es mas normal usar WDM con enlaces OC-48 (2,5 Gb/s) que con OC-192 (10 Gb/s)
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Rejilla WDM de la ITU-T
Frecuencia(THz)
Long. onda (nm)
Frecuencia(THz)
Long. onda (nm)
Frecuencia(THz)
Long. onda (nm)
j
(THz) (nm) (THz) (nm) (THz) (nm)
196,1 1528,77 194,6 1540,56 193,1 1552,52
196,0 1529,55 194,5 1541,35 193,0 1553,33
195,9 1530,33 194,4 1542,14 192,9 1554,13195,9 1530,33 194,4 1542,14 192,9 1554,13
195,8 1531,12 194,3 1542,94 192,8 1554,94
195,7 1531,9 194,2 1543,73 192,7 1555,75
195,6 1532,68 194,1 1544,53 192,6 1556,56
195,5 1533,47 194,0 1545,32 192,5 1557,36
195,4 1534,25 193,9 1546,12 192,4 1558,17
195,3 1535,04 193,8 1546,92 192,3 1558,98
195,2 1535,82 193,7 1547,72 192,2 1559,79
195,1 1536,61 193,6 1548,51 192,1 1560,61
195,0 1537,40 193,5 1549,32 192,0 1561,42
194,9 1538,19 193,4 1550,12 191,9 1562,23
194,8 1538,98 193,3 1550,92 191,8 1563,05
194,7 1539,77 193,2 1551,72 191,7 1563,86
Conversin: c = * (c: velocidad luz en vaco, : frecuencia, : long. onda
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Servicios de oscura
El operador alquila al usuario una longitud de onda determinada dentro de la fibra
Los equipos DWDM de las grandes redes tienen Los equipos DWDM de las grandes redes tienen muchos canales sin utilizar
La rentabilidad aumenta con la distancia Es similar a los servicios de fibra oscura, pero
permite la reutilizacin de una misma fibra Normalmente el transporte debe ser Normalmente el transporte debe ser
SONET/SDH, 10Gigabit Ethernet tiene una especificacin WAN
tibl OC 192 E d i 10 que es compatible con OC-192c. En vez de ir a 10 Gb/s va a 9,58 Gb/s (carga til de OC-192c)
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Topologas Topologas de redes r s DWDM
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Topologas de redes DWDMTopologas de redes DWDM
A ( )Punto a punto: A (1)B (2)C (3)D (4)
A (1)B (2)C (3)D (4)D (4)
Punto a multipunto:OADM: Optical Add-Drop
Multiplexor
ADMADMA (1)B (2)C (3)D ( )
A (1)B (2)C (3)E (4)
D (4) E (4)1 (2 t )
D (4) E (4)
1 (2 ventana)4 (3 ventana)
-
Anillo WDM
BSimilar a los anillos SONET/SDH
1 2ADMADM
Similar a los anillos SONET/SDH
Anillo WDM
AC
Anillo WDM 4 con
proteccinADMADMADMADM
AB: 1B C:
34 ADMADMOC-48c f.d. (2 vent.)
D
BC: 2CD: 3DA: 44 * OC-48c (4 3 vent.)
4 * OC 48c (4 3 vent.) reserva4 OC 48c (4 3 vent.) reserva
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Topologas malladas con cross-connects
Optical Cross Connect (OXC)
p g
p ( )
41310 nm
ADMADM ADMADM
25
71310 nm
ADMADM
32 1 32 Circuito OC-48 (2,5 Gb/s)
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Routers por longitud de ondaRouters por longitud de onda
Con WDM se puede enrutar el circuito del usuario eligiendo la por separado en cada lnea (parte del trayecto)
Los routers por longitud de onda (wavelength routers) eligen una libre para cada lnea y convierten el flujo de datos a la nueva en caso necesarionueva en caso necesario
Se trata realmente de un servicio de conmutacin de circuitoscircuitos
La seleccin se puede hacer de forma manual (routing ) d l d esttico) o automtica, mediante un protocolo de routing
De momento el nico protocolo de routing que hay en el De momento el nico protocolo de routing que hay en el mercado es el WaRP (Wavelength Routing Protocol) que es propietario (Cisco).
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Enrutamiento por conmutacin de Wavelength Router
Enrutamiento por conmutacin de g
41310 nm
11
171310 nm
32 1 32 Circuito OC-48 (2,5 Gb/s)
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Caractersticas de WaRPCaractersticas de WaRP
WaRP elige la ruta ptima La asignacin de se hace de forma muy similar a La asignacin de se hace de forma muy similar a
la asignacin de VPI/VCI en ATM Una vez elegida una ruta la utilizada en cada Una vez eleg da una ruta la ut l zada en cada
parte del trayecto queda reservada WaRP equivale a un PNNI que establece circuitos
i t l t d ATM CBRvirtuales conmutados ATM CBR En caso de fallo se busca un camino alternativo con
tiempos de recuperacin similares a SONET/SDH tiempos de recuperacin similares a SONET/SDH (50 ms), mucho menores que los de PNNI
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Evolucin de las infraestructuras de transporte
-
Alternativas de transporte IP sobre pDWDM
IP
AAL5/ATM
IP IP
IP IP
SONET/SDH SONET/SDH
AAL5/ATMPPP
AAL5/ATM
IP
PPP
IP
10GB ETH.SONET/SDH SONET/SDH
SONET/SDHSONET/SDH
DWDM DWDM DWDM DWDM DWDM
SONET/SDH
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Redes Totalmente pticasRedes Totalmente pticas
El siguiente paso en la WDM es la conmutacin ptica de paquetes, sin convertirlos en seales elctricas. (f )(futuro cercano)
Actualmente ya es posible hacer buffering de paquetes a nivel ptico Los bits se pueden mantener paquetes a nivel ptico. Los bits se pueden mantener rodando en una bobina de fibra. Para almacenar 512 byes a 10 Gb/s hacen falta unos 150 m de fibra.
De momento no hay productos comerciales, solo prototipos de laboratorioEj l t KEOPS (K t O ti l Ejemplo: proyecto europeo KEOPS (Keys to Optical Packet Switching)
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SISTEMAS DE COMUNICACIN
POR FIBRA PTICA
-
SISTEMA BSICO DE COMUNICACIN PTICA
fibra
SISTEMA BSICO DE COMUNICACIN PTICA
MUXSDH
OLTCONVERSOR
ELECTROOPTICO
+12dB(TIPICO)
AMPLIFICADOR
ODFDISTRIBUIDOR
OPTICO
ODF(A)
fibra
empalme ofusin
Conectorptico
TRANSMISOR
ODFR T
REGENERADOR
ODFFIBRA
(A) Rx Tx (A)
splitterpticoODF
OLTMUX
DERIVACION
(A)AMPLIFICADOR
SDH
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PLANIFICACIN DE LOS SISTEMAS DE COMUNICACIN POR FO.
En el diseo de un sistema de comunicacin por FO deben tomarse en cuenta:
Planificacin de la capacidad.
Definicin topolgica de la red.
Survey (inspeccin es sitio)
l d d d Canalizacin y Tendido de FO.
Interconexin y pruebas Interconexin y pruebas.
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ANLISIS DE PRDIDA DE UN ENLACE TPICO
Ecuacin de presupuesto de potencia para un enlace de fib tifibra ptica
Sx = Pot. Tx - Pa - Pe - Pc - Mr Pa = Prdidas por atenuacin en el cable
Pe = Prdidas por empalme
Pc = Prdidas por conectorizacin
Mr = Margen de reserva en dB
Sx = Sensibilidad del receptor
Los trminos de la ecuacin deben estar en decibelios
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VALORES TPICOSVALORES TPICOS
Perdidas de propagacin en fibra: 0.23 dB/Km Promedio de distancia de empalme: c/3Km. Prdida promedio de empalme: 0.05 dB por empalme. Perdida por conectorizacin: 1.5 dB/conector. Sensibilidad tpica del receptor: -30 dBm a -33 dBm Sensibilidad tpica del receptor: 30 dBm a 33 dBm Potencias de transmisin: 0 dBm: +3 dBm; +13 dBm M d s d l l : 6 dB Margen de reserva del enlace: 6 dB
-
EJEMPLO DE UN ENLACE TPICO
Calcular la distancia mxima entre regeneradores usando los valores tpicos. Use como potencia de transmisin + 3 dBm
S P P P P Sx = Pot. Tx - Pa - Pe - Pc - Mr
-33 dBm = + 3 dBm - 0.23 dB/Km D - 2x1.5 dB - 0.05x D/3 -6 dB
En la ecuacin slo D es la incgnita. Despejando D:
D = 109.5 Km
-
RED NACIONAL DE FIBRA OPTICA
VILLA ESPERANZA SAMAIPATA O O O PALIZA O QUEWIAPAMPA
CAMARA O PONGO
DESAGUADEROPERU
DESAGUADERO
CBBASTACRUZ
CAMARA O PONGO MULTIACOPLADORA
PATACAMAYA ABAPO CARACOLLO
L A PAZ O
CURAHUARA
CAMIRI
TAMBOQUEMAD
CHUNGARA CHILE
ORURO
CHALLAPATA CAMIRI
VILLA NUEVA BETANZOS
MACHARELLI
YOCALLA
POTOSISUCRE
CAMARGO
EL PUENTE ENTRERIOS VILLA MONTES
TARIJA
YACUIBAYACUIBA
TARTAGALARGENTIN
= CENTROS DE CONMUTACION
= REGENERADORES
-
La PazDesaguadero
La Paz
Patacamaya
Pongo
CochabambaSanta Cruz
La Palizada
PERU
Rio Seco
105 km
DesvoViacha
5 km
2 km
86 km
ZonaFranca
13 km
93.6 km
102 km
9
131 km
5 km
86 km
90 km
Samaipata
GG
GG24 Hrs
24 Hrs
CurahuaraTambo Quemado
O
Pongo
VillaEsperanza
CHILE
100 km
90km
77 km
40 km
99 km Quewiapampa
93 km 131 km
77 km
Abapo
133
Km
Caracollo
G
G
G G
G
G
GG
G
G19 a 24 PM
24 Hrs 24 Hrs24 Hrs
Oruro
Challapata Sucre
123 km
20 km
156 km
Camiri
150
Km
G
GG
G
G
G
Paneles Solares
Grupo Generador
Energa Comercial MT/BT
220Energa Comercial 220 VAC
24 Hrs
24 Hrs24 Hrs
24 Hrs
Yocalla
Potos
Betanzos45 k
m
120 k
ESTACION STM -16
Tramo Larga DistanciaInternacional Instalado
Tramo Larga DistanciaNacional Instalado
47 km
Villanueva
88 km
96 km
Machareti
107
Km
GG
GG
G
220
24 Hrs
24 Hrs
STM-1
Camargo
El Puente
68 km
111 km
Entre Ros
Palos
Regenerador
Machareti
46 K
m
GG
G
G
ESTACION CON SUPERVISONDE ALARMAS EN ENERGIA
24 Hrs
16 a 24 Hrs
24 Hrs24 Hrs
El cable de Fibra Optica tiene 24 hilos
Tarija
Yacuiba
Villamontes
RED DE FIBRA PTICALARGA DISTANCIA NACIONALLARGA DISTANCIA INTERNACIONAL
106 km 75 km
PalosBlancos
88 km
95 k
m
G
G
G
G24 Hrs
El cable de Fibra Optica tiene 24 hilos
ARGENTINA
LARGA DISTANCIA INTERNACIONAL
-
La Paz SMASMA4
21x2Mbps63x2 Mpbs 2x34 Mbps
63x2 MbpsLa Paz
Patacamaya Pongo
Cochabamba
VillaEsperanza
La Palizada48 F.O.4.46Km
ZonaFranca
72 F.O
.
12.17
Km
O24 F.O.110 0
Quewiapampa24 F.O.126.43
24 F.O.
86.98 km
24 F.O.
102.98 km
Samaipata
Santa CruzSLD
SLRSLR
SLD
SMAc
SLD SMA4
SLD
SMA4
SMA4SMAc
Desvo Viacha2x34 Mbps
63x2Mbps
Patacamaya
Caracollo
Oruro
g
24 F.O.
134.62 km
24 F.O
.
100.95
km
24 F.O.
98.63 km
110.06km24 F.O.95.06 km
24 F.O.
93.16 km
6.43km
24 F.O.
94.83 km
1
21x2Mbps
Abapo24
F.O
.15
4.07
Km
21x2Mbps
SLD
SLRSLR
SLD SMAcSMAc
SLDSMAc
SLR
21x2Mbps
2x34 Mbps
Challapata Sucre
24 F.O.
122.49 km
24 F.O.
m
24 F159
Camiri
24 F
.O.
162.
43 K
m
21x2Mbps SLD SMAcSLD SMAcSMAc SLD
SLDSMAc
21x2Mbps
63x2Mbps
2x34 Mbps
63x2 Mbps
Yocalla
Betanzos
24 F.O.
50.64 km
24 F.
115.87 k
m
F.O.
9.42 km
24 F.O.
43.28 km
Machareti
24 F
.0:
112.
38 K
m
63x2Mbps
SLD SMAcSLDSMAc
SLR
SLD
SLD SMAc
21x2Mbps
21x2Mbps
2x34 Mbps
2x34 MbpsPotos
VillamontesVillanueva
24 F.O.
93.63 km
24 F.O.
99.84 km
24 F.O78 4 O.
m24
F.O
.63
.5 K
m
21 2Mb
SLD SMAcSMAc SLD
SLR
21x2MbpsSLR Regenerador STM 16
SMAc
2x34 Mbps
Camargo
ElPuente
.O.78.43 km
24 F.O.110.34 km
24 F.O.106.13 km
24 F.O.80.69 km
EntreRos
PalosBlancos
24F.O.
97.84 km
24 F
.O.
98.1
km21x2Mbps
Tarija SLD SMAc
SLR
SLD
SMAc
SLD
SMA
SLD
21x2Mbps
SLD
SMA
ADM STM16
ADM STM 1
ARGENTINA
Yacuiba
21x2Mbps21x2Mbps
ANILLO NACIONAL SDHSMAc
SMAcSMAc
63x2Mbps 2x34 Mbps
SLD
-
Proyecto NAUTILUS Proyecto NAUTILUS
Anillo de Fibra ptica alrededor de Amrica
Latina Proyecto de Telecom
Italia y sus compaas Italia y sus compaas asociadas:
Conectar Estados Unidos con las principales ciudades de Sudamrica: Lima Sudamrica: Lima, Buenos Aires, Santiago, Caracas, Bogot, Rio de Janeiro y La Paz.
-
FIN DE LA PRESENTACINFIN DE LA PRESENTACIN.