introducción

Introduccin a las Comunicaciones

Tema 1Introduccin a las Comunicaciones

Opticas

Indice

Que son las comunicaciones pticas?

Ubicacin espectral de las comunicaciones pticas

Necesidad de las comunicaciones pticas

Estructura y Ventajas de las fibras pticas

Guiado y Propagacin Guiado y Propagacin

Transmisin

Elementos de un Sistema

Redes y Evolucin

Que son las Comunicaciones pticas?

Son aquellas que emplean las bandas pticas del espectro electromagntico paratransmitir informacin

Pueden ser:

- No guiadas (en espacio libre)- No guiadas (en espacio libre)

- Guiadas (a travs de fibras pticas)

Frecuencia/Longitud de onda

f c cf= =

Las ondas electromagnticas se describen por medio de su frecuencia o su longitud de onda.

Ambas estn relacionadas entre si:

A mayor frecuencia menor longitud de onda y viceversa.

En el SI, las unidades de frecuencia son Hz (seg-1) y las de longitud de onda m.

En Electromagnetismo es costumbre emplear la escala de frecuencias, mientras que en ptica, la costumbre es emplear longitudes de onda.

Frecuencia/Longitud de onda

f

ff = df

d =c

2

f

f = d

dff = c

f 2f

f

f

Nmeros grandes y pequeos

Unidad Factor de Multiplicacin

Kilo x1000

Mega x106

Giga x109

Tera x1012

Peta x1015

Exa x1018

Ejemplos: - Radio del sol 695 Megmetros- Sistema solar 5.9 Termetros

Exa x1018

Unidad Factor de Multiplicacin

mili X0.001

micro X10-6

nano X10-9

pico X10-12

femto x10-15

Ejemplos: - Radio de Bohr 52 picmetros- Radio ncleo 1 femtmetro- Clulas 0.2-300 micrmetros

Segunda Grabacin(Ubicacin Espectral de las Bandas pticas)(Ubicacin Espectral de las Bandas pticas)

Ubicacin Espectral de las Bandas pticas

ondasmilimtricas

1 cm

10 cm

1 m

10 mVHF

UHF

SHF

100 Mhz

1 Ghz

10 Ghz

100 GhzNavegacinComunic. Satelite-SatliteEnlaces de microondasRadar

TV UHF, movilesMoviles, aeronaut

FM y TV VHFRadio movil

Negocios

Guiaondas

Cable

radiomicroondas

OndaCorta

FrecuenciaLongitud de onda

2/28/2014 Grupo de Comunicaciones pticas 8

100 m

1 Km

10 Km

100 KmAudio

VLF

LF

MF

HF

1 Khz

10 Khz

100 Khz

1 Mhz

10 MhzNegociosRadioaficionBanda civil

AMAeronauticacables submNavegacinRadio transoceanica

TelefonaTelgrafa

CableCoaxial

ParTrenzado

OndaLarga

Ubicacin Espectral de las Bandas opticas

Longitud de onda FrecuenciaMedios de Transmisin ServiciosNomenclatura

Infrarrojo

FibrasVisible

Ultravioleta300 nm 800 nm

1600 nmCom. Opticas

10 Hz14

10 Hz15Telefona

DatosVdeoEnlaces Submarinos

HacesLser1550 nm

10 m

9

Banda DescripcinRango Long. Onda

O band original 1260 - 1360 nm

E band extended 1360 - 1460 nm

S band short wavelengths 1460 - 1530 nm

C bandconventional("erbium window")

1530 - 1565 nm

L band long wavelengths 1565 - 1625 nm

U bandultralongwavelengths

1625 - 1675 nm

0.18

( )m0.85 1.3 1.55

)/( KmdB

3 ventana2 ventana

0.5

1 ventana

5

10 m

Tercera Grabacin(Necesidad de las Comunicaciones pticas)(Necesidad de las Comunicaciones pticas)

EVOLUCIN DEL TRFICO

X100 en el periodo 1995-2010

En valor relativo a 1995 X100 en los prximos 15 aos

100K

10K

1K

100de

T

r

f

i

c

o

Porque son necesarias las Comunicaciones Opticas?

Datos e internet (crecimiento 40% anual)

Telefona (crecimiento 5% anual)

X100 en el periodo 1995-2010100

10

1

0.11995 2000 2005 2010 2015 2020 2025

Ao

V

o

l

u

m

e

n

d

e

R

e

l

a

t

i

v

o


T

r

a

n

s

m

i

s

i

o

n

/

T

h

r

o

u

g

h

p

u

t

b

p

s

10P

1P

100T

10T

1T

100G

CISCO12000M160

Routers

CISCO8600

CISCO CRS-1

M640+TXSCable

40G/100G-Ethernet

2/28/2014 12Ao1990 1995 2000 2005 2010 2015

C

a

p

a

c

i

d

a

d

e

T

r

a

n

s

m

i

s

i

o

n

100G

10G

1G

100M

10M

1M

CISCO7500

FDDI

10M-Ethernet

100M-Ethernet

1G-Ethernet

10G-EthernetCISCO8600

ISDN

Acceso

CATVADSL

FTTH10M

FTTH100M

HSDPA-3.6MIMT-2000

Inalmbricas

HSDPA-14.4M

100

10

r

e

s

p

u

e

s

t

a

(

S

e

g

)

Tele-Work

1995 2000 2005 2010 2015

REQUISITOS DE LOS NUEVOS SERVICIOS

Teleconferencia

Teletrabajo

Transferencia/Backupde datos


1

100m

10m

R

e

t

a

r

d

o

/

t

i

e

m

p

o

d

e

r

e

s

p

u

e

s

t

a

Tamao de Datos (Bytes)

Tele-Education

GameTVBroadcast

Telfono

Teleconferencia

(alta calidad)

Tele-

educacin

Difusin

TV Juegos

Recuperacin/adquisicin

de la informacin

TECNOLOGAS DE TRANSMISIN

1E+12

1E+15

B

x

L

(

b

i

t

/

s

)

.

K

m

amplificadorespticos

Sistemas pticosWDM


1

1000

1000000

1E+09

1850 1900 1950 2000

B

x

L

(

b

i

t

/

s

)

.

K

m

Ao

Fibra monomodo

Microondascables coaxiales

TelefonaTelegrafa

Cuarta Grabacin(Estructura y Ventajas de las fibras pticas)(Estructura y Ventajas de las fibras pticas)

Cubierta 2b Nucleo 2a

Estructura de una Fibra ptica

Cubierta 2b

SiO2

Nucleo 2a

SiO2

GeO2

Bajas Prdidas (0.17 dB/Km)

Ventajas de las Fibras pticas

10

100 RG-19/U

P

r

d

i

d

a

s

(

d

B

/

K

m

)


prcticamente constantes

con la frecuencia

0.18

1

10

1 10 50 100 1000

fibra

par trenzado

f(MHz)

P

r

d

i

d

a

s

(

d

B

/

K

m

)

Gran Capacidad(100 THz.Km/fibra)Transparente al formato deSeal/servicio



Seal/servicio



Tamao y peso reducidos

Inmunes a EMI y EMP



Inmunes a EMI y EMP

Aislantes elctricos

Seguras



Seguras

(dificilmente pinchables)

Material base muy

SiO2



Material base muy

abundante

Quinta Grabacin(Guiado y Propagacin)(Guiado y Propagacin)

t

n2

Angulo crtico de incidencia

n1seni =n2sentn1>n2t >i

Ley de Snell

=pi /2

Guiado y Propagacin

r i

n1

i =c=sen1 n2n1

si i >cno hay seal transmitida

Angulo crtico de incidencia

toda la seal se refleja haciael medio original

t =pi /2

c

Guiado y Propagacin

Cada rayo guiado con un ngulo de inclinacin diferente se denomina MODO

r=a

r=b

MultimodoIndice 62.5 m

r=a

r=bMultimodoSalto deIndice

62.5 m

IndiceGradual

62.5 m

r=b

9r=aMonomodo

9 m

ndice de Refraccin

Sexta Grabacin(Transmisin)(Transmisin)

Atenuacin


0.18

( / )dB Km3 ventana2 ventana

0.5

1 ventana

5

10

100

RG-19/U

par trenzado

Atenuacin


( )m0.85 1.3 1.55

0.18

1

10

1 10 50 100 1000

fibra

par trenzado

f(MHz)

Dispersin Intermodal


Cada Modo recorre una distancia diferente a una velocidadprcticamente igual, por tanto sufre un retardo distinto

Modo 2Modo 3

Modo 1

Retardo

Dispersin Cromtica


Longitud de onda

Retardo

1 0 1 1 11umbraldecision

umbraldecision

ERROR!

t t

Septima Grabacin(Elementos de un sistema)(Elementos de un sistema)

Plaser

Convierten electrones en fotones

I=Io+I(t)

P=Po+P(t)

Fuentes Opticas


I

LED

LED (10 microW, 500 Mb/s)Laser (1 mW, 40 Gb/s)

pn

Convierten fotonesincidentes en corrienteelctrica

I=Io+I(t)

P=Po+P(t)

Detectores Opticos


Fotodiodos-pin-Avalancha-BWD>50 GHz

pn

empalme

detector

divisorde potencia

fuenteoptica

Driver

Transmisor optico

PigtailEnlace pto a ptomoduladorexternointegrado

Datosconector

Sistema Punto a Punto


detectoroptico

electronica

trx optico

amplif.optico

Repetidor

Receptor ptico

seal aotro enlace

Datosdetectoroptico

procesadorde seal

preamplif

filtroptico

conmutadorintegrado

Octava Grabacin(Redes y Evolucin)(Redes y Evolucin)

Red de Transporte Red de Acceso

Central o PoP

Estructura Bsica de la Red

2/28/2014 Introduccin a las Redes pticas 37

De larga distancia(entre centrales)

Metropolitana(entre centrales locales)

TECNOLOGAS PTICAS1 Ebit/s

100 Pbit/s

10 Pbit/s

1 Pbit/s

100 Tbit/s

10 Tbit/s

Tecnologa deteccinCoherente digital

Lmite mxima potencia ptica a la entrada de una fibraLmite ancho de banda amplificacin ptica

Lmite efectos no lineales, Shannon etc

Tecnologas de fibra innovadoras SDM: FO multincleo, multimodo, etc.

C

a

p

a

c

i

d

a

d

d

e

t

r

a

n

s

m

i

s

i

n

p

o

r

f

i

b

r

a

Evolucin de las Tecnologas de Fibra ptica

10 Tbit/s

1 Tbit/s

100 Gbit/s

10 Gbit/s

1 Gbit/s

100 Mbit/s

Tecnologa WDM

Tecnologa amplific ptica

Tecnologa MUXElectrnica en tiempo

M

a

x

i

m

a

C

a

p

a

c

i

d

a

d

d

e

t

r

a

n

s

m

i

s

i

n

p

o

r

f

i

b

r

a

Ao de instalacin

1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040

Avance de 4 rdenes de magnitud en 30 aos

introducción

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