comunicacion optica

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archivo sobre la comunicacion optica en espacio libre.

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A. Comunicacin FSO - Una visin generalEn los ltimos aos, un gran crecimiento y avance se ha observado en las tecnologas de la informacin y comunicacin. Con el aumento en el uso de internet de alta velocidad, videoconferencias, streaming en vivo, etc., los requisitos de ancho de banda y capacidad estn aumentando drsticamente. Este creciente aumento en la demanda de datos y servicios multimedia ha dado lugar a la congestin en forma gradual del espectro de frecuencia y surge la necesidad de pasar la portadora de RF a una portadora ptica. A diferencia de portadora RF donde el uso del espectro est restringido, la portadora ptica no requiere ninguna concesin de licencias de espectro y, por lo tanto, es un atractivo prospecto para aplicaciones de alto ancho de banda y capacidad. Comunicacin ptica inalmbrica o Wireless Optical Communication (WOC) es la tecnologa que utiliza portadora ptica para transferir informacin de una punto a otro a travs de un canal sin gua que puede ser una atmsfera o espacio libre. WOC se considera como una prxima frontera para la conexin de banda ancha de alta velocidad, ya que ofrece ancho de banda extremadamente alto, facilidad de despliegue, sin licencia para asignacin de espectro, menor consumo de energa (-1/2 de RF), la reduccin de tamao (-1/10 del dimetro de la antena RF) y mejora de la seguridad del canal. Se puede clasificar en dos grandes categoras a saber, comunicaciones pticas de interior y al aire libre sin hilos. WOC en interiores utiliza IR o luz visible para la comunicacin dentro de un edificio en el que la posibilidad de establecer una conexin por cable fsico es engorroso. WOC en interiores se puede clasificar en cuatro sistemas genricos, lnea de visin dirigidas (LOS), no dirigido, difunde y seguimiento. WOC al aire libre tambin se denomina Comunicacin ptica en el espacio libre (FSO).Los sistemas de comunicacin FSO se clasifican adems en terrestre y los enlaces pticos en el espacio, que incluyen edificio a edificio, tierra-satlite, satlite-tierra, satlite-satlite, satlite-plataformas areas (vehculos areos no tripulados (UVAs) o globos),etc. La figura 1 ilustra la clasificacin de los sistemas WOC.

La comunicacin FSO proporciona comunicacin LOS debido a su estrecha anchura de haz de transmisin y trabaja en visible y el espectro de IR. El principio bsico de la transmisin FSO es similar a la comunicacin de fibra ptica, excepto que a diferencia de la transmisin por fibra, en este caso los datos modulados se transmiten a travs de un canal no guiado en lugar de fibra ptica guiada. El trabajo inicial sobre la comunicacin FSO comenz casi 50 aos atrs para aplicaciones de defensa y espacio, donde los militares estadounidenses la utilizaban para enviar la seal telegrfica de un punto a otro utilizando dispositivos de luz solar accionado. En el ao 1876, Alexander Graham Bell demostr su primer sistema de telefona inalmbrica mediante la conversin de las ondas sonoras en seales elctricas y telefnicas, transmiti la seal de voz unos cuantos pies que usaban la luz solar como portadora. El dispositivo se llama "foto-telfono", ya que fue el primer sistema de telefona inalmbrica ms grande del mundo. A partir de entonces, con el descubrimiento del primer lser de trabajo en Hughes Research Laboratories, Malibu, California en 1960, un gran avance se observ en la tecnologa FSO. Se llevaron a cabo gran nmero de experimentos en laboratorios militares y aeroespaciales que demostraron enlaces tierra-satlite, satlite-tierra, tierra-tierra y por satlite a satlite. Ha dado lugar a diversas experimentaciones de xito como (i) sistema de pruebas de vuelo en el aire (AFTS) -un vnculo entre la aeronave y la estacin terrestre en New Mexico, (ii) sistema de enlace transversal lser (LCS) - full duplex enlace espacio-espacio para sistema geosncrona, (iii) la demostracin Lasercom tierra / orbitador (GOLD) - primer enlace de comunicaciones tierra-espacio de dos vas, (iv) la comunicacin ptica demostrador (TOC) - prototipo de laboratorio para demostrar la transferencia de datos de alta velocidad del satlite-tierra , (v) estratosfrico experimento carga til ptica STROPEX (Capanina Proyecto) - enlace descendente ptico de alta velocidad de bits de la estacin area a transportables estacin terrestre ptica [20], (vi) Marte demostracin comunicaciones lser (MLCD) - proporciona hasta 10 Mbps de transferencia de datos entre Tierra y Marte, y (vii) lser aerotransportado enlace ptico (LOLA) - primera demostracin de un enlace ptico de doble va entre la alta altitud aviones y satlites GEO (ARTEMIS). Otra misin de la NASA es la demostracin de rel de comunicaciones por lser (LCRD) que se lanzar en 2017 que demostrar servicios de transmisin pticos para cerca de la tierra y las misiones de comunicacin el espacio profundo.En los ltimos aos, la expansin masiva de la tecnologa FSO ha observado debido al gran avance en componentes optoelectrnicos y un gran crecimiento en el mercado que ofrecen los dispositivos pticos inalmbricos. Sistema de comunicacin FSO parece ser una de las tecnologa prometedora para abordar el problema de los requisitos de ancho de banda enorme y "cuello de botella ltima milla". Comercialmente equipos FOE disponibles ofrecen velocidades de datos mucho ms altas que van desde 10 Mbps a 10 Gbps. Enlace FSO se ha demostrado en laboratorio hasta 80 Gbps con BER promedio de 10-6 sin correccin de errores hacia delante (FEC) de codificacin. Muchas empresas pticas como LightPointe en San Diego, fSONA en Canad, CableFree Wireless Excellence in UK, AirFiber en California etc., proporcionan amplia gama de routers inalmbricos pticos, puentes inalmbricos pticos, puentes inalmbricos hbridos, interruptores, etc., que pueda soportar conectividad empresarial , acceso de ltima milla, enlace HDTV emisin con una fiabilidad casi el 100% en condiciones meteorolgicas adversas. B. Ventajas de Comunicacin FSO sobre Comunicacin RFSistema de comunicacin FSO ofrece varias ventajas sobre el sistema de RF. La principal diferencia entre FSO y comunicacin RF surge de la gran diferencia en la longitud de onda. Para el sistema FSO, en condiciones meteorolgicas claras (Visibilidad> 10 millas), la ventana de transmisin atmosfrica est en el intervalo de longitud de onda del infrarrojo cercano entre 700 nm a 1600 nm. La ventana de transmisin para el sistema de RF se encuentra entre 30 mm a 3 m. Por lo tanto, la longitud de onda de RF es de mil veces ms grande que la longitud de onda ptica. Esta alta proporcin de longitud de onda conduce a algunas diferencias interesantes entre los dos sistemas como se indica a continuacin:(I) enorme ancho de banda de modulacin: Es un hecho bien conocido que aumentan en frecuencia portadora aumenta la capacidad de transportar informacin de un sistema de comunicacin. En los sistemas de comunicacin de RF y microondas, el ancho de banda admisible puede ser de hasta 20% de la frecuencia portadora. En la comunicacin ptica, incluso si se toma el ancho de banda a ser 1% de la frecuencia portadora ( 1016 Hz), el ancho de banda permisible ser 100 THz. Esto hace que el ancho de banda utilizable a una frecuencia ptica en el orden de THz que es casi 105 veces la de una portadora de RF tpica.(II) Divergencia de haz estrecho: La divergencia del haz es proporcional a /DR, donde es la longitud de onda portadora y DR el dimetro de apertura. Por lo tanto, la dispersin del haz ofrecido por la portadora ptica es ms estrecha que la de la portadora de RF. Esto conduce a aumento de la intensidad de seal en el receptor para una potencia de transmisin dada. Fig. La figura 2 muestra la comparacin de divergencia del haz de seales pticas y RF cuando se envan desde Marte a la Tierra.

(III) Menos necesidad de potencia y masa: Para un nivel de potencia del transmisor dado, la intensidad ptica es ms en el receptor debido a su divergencia de haz estrecho. Por lo tanto, una longitud de onda menor de portadora ptica permite al diseador FSO para llegar a un sistema que tiene la antena ms pequea que el sistema de RF para conseguir la misma ganancia (como ganancia de la antena escalas inversamente proporcional al cuadrado de la longitud de onda de funcionamiento). El tamao tpico para el sistema ptico es 0,3 m vs 1,5 m para la antena de la nave espacial.Tabla I da el poder y la comparacin de masas entre los sistemas de comunicacin ptica y de RF utilizando 10 W y 50 W para los sistemas de banda pticos y Ka, respectivamente, a 2,5 Gbps.

(IV) Alta directividad: Dado que la longitud de onda ptica es muy pequea, una muy alta directividad se obtiene con antena pequea de tamao. La directividad de la antena est estrechamente relacionada con su ganancia. La ventaja de portadora ptica sobre portadora de RF se puede ver a partir de la relacin de directividad de la antena como se indica a continuacin.

(V) Espectro sin licencia: En el sistema de RF, la interferencia de portadora adyacente es el principal problema debido a la congestin del espectro. Esto requiere la necesidad de licencias de espectro por las autoridades reguladoras. Pero por otro lado, el sistema ptico est libre de licencias espectro hasta ahora. Esto reduce la configuracin inicial de costos y tiempo de desarrollo.(VI) Alta seguridad: comunicacin FSO no puede ser detectado por los analizadores de espectro o metros de RF como rayo lser FSO es altamente direccional con divergencia del haz muy estrecho. Por tanto, cualquier tipo de interceptacin es muy difcil. A diferencia de la seal de RF, la seal FSO no puede penetrar paredes que por lo tanto puede prevenir el espionaje.Adems de las ventajas anteriores, la comunicacin FSO ofrece beneficios secundarios como: (i) fcilmente ampliable y reduce el tamao de los segmentos de red, (ii) de peso ligero y compacto, (iii) la capacidad de despliegue fcil y rpido, y (iv) se puede utilizar donde no se pueden utilizar cables de fibra ptica. Sin embargo, a pesar de las muchas ventajas, el sistema de comunicacin FSO tiene sus propios inco