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DSCO: Diseño de Sistemas de Comunicaciones Ópticos
Resumen de contenidos
Profesores:Noemí Merayo ÁlvarezPatricia Fernández Reguero
Grupo de Comunicaciones ÓpticasUniversidad de Valladolid
Valladolid, España
Índice
Análisis de Sistemas de Comunicaciones Ópticas
Efectos de Atenuación en Sistemas de Comunicaciones Ópticas
Efectos de Dispersión en Sistemas de Comunicaciones ópticas. Compensación
Objetivos de la asignatura
Aproximación al diseño de SCO’s guiados por fibra, en esquemas IM-DD, en contextos monocanal y WDM. SCO’s guiados, WDM, IM-DD. Conocemos su esquema de funcionamiento, y dispositivos
clave.
Estudiar problemas o limitaciones de estos sistemas para entender los requerimientos de diseño.
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Contexto
Avances en Comunicaciones Ópticas: Fuentes ópticas adecuadas (Láser ~1960) Medio de transmisión de bajas pérdidas
f.o. monomodo (0.2 dB/km en 3ª ventana) ~1980 E.D.F.A (finales años 80)
Problemas a resolver en enlaces ópticos: Atenuación o pérdidas Dispersión Efectos No Lineales
Dejan de ser factor limitante
Dispersión crómatica gran problema a combatir
INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES ÓPTICAS GUIADOS
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Sistemas de Comunicaciones ÓpticasTransmisión Coherente/No coherente
SCO guiado por fibra óptica
Transmisión Coherente : Modulación Amplitud, Frecuencia o Fase, pero
requiere osciladores locales, compleja sincronización, etc.
Transmisión No Coherente : Modulación en Amplitud
Analógica Digital (ASK, OOK) (Sistemas IM-DD)
Transmisor ReceptorFibra óptica
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Sistemas de Comunicaciones ÓpticasSistemas MI-DD
MI-DD: Modulación de Intensidad, Detección Directa
(OOK) (No coherente)
FotodiodoModulación
Directa (del láser)
Modulación Externa
(del láser CW)
PIN APD
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Sistemas de Comunicaciones ÓpticasSistemas MI-DD
MI-DD: Modulación de Intensidad, Detección Directa
(OOK) (No coherente)
FotodiodoModulación
Directa (del láser)
Modulación Externa
(del láser CW)
PIN APD
Modulación Directa
Modulación Directa
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Sistemas de Comunicaciones ÓpticasSistemas MI-DD
MI-DD: Modulación de Intensidad, Detección Directa
(OOK) (No coherente)
FotodiodoModulación
Directa (del láser)
Modulación Externa
(del láser CW)
PIN APD
Modulación Externa
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Sistemas de Comunicaciones ÓpticasSistemas MI-DD
MI-DD: Modulación de Intensidad, Detección Directa
(OOK) (No coherente)
FotodiodoModulación
Directa (del láser)
Modulación Externa
(del láser CW)
PIN APD
Receptor
Enlace punto a punto en Optsim
Modulación Externa Detección Directa y filtrada
Fibra óptica:
SMF (Standard)
DSF (Dispersion Shifted Fiber)
Análisis del diagrama de ojos
Diagrama de ojos limpio Diagrama de ojos sucio
BER MUY ALTA!!!
Diagrama de ojos después de la transmisión por la fibra óptica y la detección
ATENUACIÓN Y
EFECTOS DE LA ATENUACIÓN
Atenuación
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Pérdida de energía en un pulso
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Mecanismos de Atenuación
Contribuciones a la atenuación:
Intrínsecas: dependen de la composición del vidrio y no pueden eliminarse (límite teórico):
Absorción ultravioleta Absorción infrarroja Dispersión intrínseca
Extrínsecas: Dependen de impurezas, defectos en geometría de la fibra/cableado, curvaturas.
Por contaminación del vidrio. Por curvado de la fibra. Por irregularidades periódicas en la geometría de la fibra
Análisis de la Atenuación en Optsim
Medidores de Potencia
Eléctricos u Ópticos
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Mecanismos de eliminación de la Atenuación
Utilizar fibras con menor parámetro de atenuación (σ), pero, ya estamos en el límite teórico.
Transmitir a mayor potencia, pero, existen límites.
Receptores de mayor sensibilidad, pero, existen límites.
Regenerar la señal: Regeneradores optoelectrónicos, pero, coste alto y cuello de botella
Amplificar la señal: Amplificadores ópticos (EDFA) Erbium doped Fiber Amplifier
EFECTOS DE LA DISPERSIÓN
Análisis de la Dispersión
Canal de transmisión limita la capacidad del sistema ya que la señal transmitida se degrada a causa de la atenuación y la dispersión.
Dispersión: efecto por el que distintas componentes de una señal se propagan con distintas velocidades y llegan en distintos instantes de tiempo al receptor.
Análisis de la Dispersión:Tipos de dispersión
Tipos de dispersión:
Dispersión intermodal (sólo en fibras multimodo)
Dispersión cromática Debida al material Debida al efecto de la guía de onda
Dispersión por polarización (PMD) Polarization mode dispersion
Análisis de la Dispersión:Dispersión cromática
Origen: fuentes de luz no emiten en una sola frecuencia sino con un ancho de banda (Δω).
Incluso si una fuente emitiera una sola frecuencia, al modular aumenta su anchura espectral.
Diferentes componentes espectrales de la señal viajan a diferente velocidad dentro del mismo modo.
Dispersión dominante en fibras monomodo.
Análisis de la DispersiónDispersión cromática
Ensanchamiento de los pulsos transmitidos por la fibra limitando la tasa binaria de transmisión.
Análisis de la Dispersión:Dispersión cromática
Dos causas: Dcrom= Dmat + Dwg
Dispersión material: Variación del índice de refracción del material con la longitud de onda
Dmat: n =n(λ)
Dispersión por efecto guiaonda (waveguide): Energía viaja a distinta velocidad por el núcleo y por el revestimiento de la fibra
Dwg: Vg=f(a/λ)
Análisis de la Dispersión Cromática:Dispersión cromática en pulsos gaussianos
Análisis de la Dispersión Cromática
Transmisión de Pulsos Gaussianos en un enlace óptico: Sencillo Visual
ANÁLISIS MEDIANTE OPTSIM
Análisis de la Dispersión Cromática:Dispersión cromática en pulsos gaussianos
Tras recorrer una distancia z, un pulso gaussiano de anchura T0 adquirirá otra T1, tal que:
2 2
1 2 22 2
0 0 0
1T C z z
T T T
Análisis de la Dispersión Cromática:Dispersión cromática en pulsos gaussianos
Configurar:
- Orden del pulso supergaussiano
- Factor de Chirp
Generador de pulsos gaussianos
Optical Pulse Generator
Análisis de la DispersiónDispersión cromática en pulsos gaussianos
Siendo los parámetros:C = factor de chirpβ2= constante de dispersión
Si Cβ2>0 ensanchamiento uniforme de los pulsos
Si Cβ2<0 compresión inicial del pulso y ensanchamiento uniforme posterior
Análisis del chirp con Optsim: Sin chirp
Análisis del chirp con Optsim: Con chirp positivo
Pulso inicial
Si β2
>0 y C>0Cβ2
>0
¿Qué está ocurriendo con el pulso?
Análisis del chirp con Optsim: Con chirp negativo
Pulso inicial
Si β2
>0 y C<0Cβ2
<0
¿Qué está ocurriendo con el pulso?
Análisis de la DispersiónTécnicas de compensación de la dispersión
Métodos de compensación más importantes:
Fibras de dispersión desplazada (DSF)
Fibras de dispersión modificada no nula (NZDSF)
Fibras de dispersión negativa o compensadoras de la dispersión (DCF)
Mediante gratings de Bragg.
Compensación de la Dispersión: Fibras DCF
Fibras DCF tienen un coeficiente de dispersión cromático negativo y muy grande en λ=1550 nm (D≈ -60ps/km nm).
Alternar tramos de fibra DCF de longitud adecuada entre la fibra convencional para compensar la dispersión.
Técnicas de Compensación en Optsim: Fibras DCF
Amplificadores
Salida fija
Fibra DCF Fibra SMF
1º Etapa compensadora
2º Etapa compensadora
Compensación de la Dispersión:Gratings de Bragg
Presentan un chirp lineal cuyo periodo varía linealmente con la posición.
Provoca reflexión de distintas longitudes de onda en puntos distintos dentro del dispositivo y cada componente frecuencial sufre un retardo diferente.
Habitualmente la dispersión cromática motiva retardos mayores para las componentes de baja frecuencia, podrá diseñarse un grating que introduzca retardos mayores en las componentes de alta frecuencia (compresión de los pulsos).
Técnicas de Compensación en Optsim:Gratings de Bragg
FBG chirpeado (Fiber Grating)
Fiber Grating ideal
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Profesores:Noemí Merayo ÁlvarezPatricia Fernández Reguero
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