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Dispersion cromatica
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1 2015 EXFO Inc. All rights reserved.
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Dispersin en Fibra ptica
Jess Resndiz Applications Engineer, EXFO Contribuciones de: Jean-Sbastien Tass Gwennael Amice Francis Audet Enero 2015
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Gestin interna...
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Dispersin = ensanchamiento difusin del pulso conforme dicho pulso se va propagando en una fibra ptica
En otras palabras, la dispersin incrementa la duracin del pulso.
Que es la dispersin?
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Impacto de la dispersin
La dispersin provoca ensanchamientos de pulsos lo que podra dar lugar a pulsos que se superponen
En casos extremos, provoca interferencia entre smbolos Inter-Symbol Interference (ISI) y un alto Bit Error Rate.
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Dispersin: Consecuencias
Incapacidad para operar a alta velocidad (extremo)
Sanciones en acuerdo de nivel de servicio, o SLA (Service Level Agreement)
Retrasos significativos y mayor gasto en la instalacin y puesta en marcha
Problemas con Bit Errors y BERT
Ensanchamiento del pulso
Dispersin CD/PMD
Nivel Fsico
Nivel de Transmisin
Nivel de Negocio
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Dos tipos principales de dispersin
Dispersin Cromtica (CD):
Diferentes longitudes de onda viajando a diferentes velocidades.
Dispersin por Modo de Polarizacin (PMD):
Dos modos de Polarizacin viajando a diferentes velocidades.
Ensanchamiento del pulso
Ensanchamiento del pulso
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Fundamentos de CD (Dispersin Cromtica)
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Dispersin Cromtica (CD)
z,t
t
Diferentes longitudes de onda viajan a diferentes velocidades en una fibra, provocando el ensanchamiento del pulso
Limita que tan rpido y que tan lejos va a viajar una seal
Velocidades de bits ms altas: son menos robustas.
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Efectos de la Dispersin Cromtica
Poca Dispersin Cromtica Mucha Dispersin Cromtica
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Datos acerca de la dispersin cromtica
La dispersin cromtica es lineal.
Aumenta proporcionalmente con la distancia.
No cambia con el tiempo.
Dado que las propiedades de CD se establecen durante la fabricacin, no hay FALLO en el campo.
Los valores medidos se utilizan para ajustar los mdulos de compensacin de dispersin y para seleccionar el conjunto
ptimo de transmisor / receptor.
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Dispersin Cromtica
Dispersin cromtica total es la suma de
Dispersin de material +
Dispersin de gua de onda
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Causa 1: Dispersin del Material
La luz blanca se compone de todos los colores.
Los diferentes colores viajan a diferentes velocidades en fibra porque el ndice de refraccin depende de la longitud de onda.
Como un prisma, la fibra descompone la luz blanca debido a que el ngulo de refraccin depende del ndice de refraccin, que depende de la longitud
de onda.
Entonces, la Dispersin del material: Es una caracterstica inherente del material,
que no puede ser fcilmente cambiada,
sin alterar la composicin del vidrio y
aumentar la atenuacin.
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Causa 2: Dispersin de Gua de Onda
Diferentes perfiles de ndice de la fibra (es decir, la gua de onda) afectan a las propiedades de la dispersin en la fibra.
La distribucin de la luz entre el ncleo y el
revestimiento cambia con la
longitud de onda.
La dispersin de Gua de Onda: Se origina porque la
propagacin de la luz
depende de la longitud de
onda as como de las
dimensiones de la gua.
ndice Escalonado Dispersin Desplazada
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Causa 2: Dispersin de Guia de Onda
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CD para diferentes tipos de fibra.
Dis
pe
rsio
n C
rom
atic
a
(ps/
nm
-km
)
(nm)
+
+
dispersion desplazada no-nula G.655
dispersion desplazada G.653
dispersion no desplazada G.652
Dispersion no-nula
+7
CD mediciones clave: 1.- CD en 1550 nm Ejemplo: fibra G.652 es de ~ 17 ps / nm / km a 1550 nm. 2.- Longitud de onda con cero dispersin Ejemplo: fibra G.652 tiene dispersin cero en ~ 1310 nm.
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CD compensacin
Si se mide con precisin, La CD se puede compensar con los mdulos de compensacin de la dispersin (DCM).
Distancia
Delay
RX TX
Sin Compensacin
STM-64 (10G) Umbral de retardo
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CD compensacin
Si se mide con precisin, La CD se puede compensar con los mdulos de compensacin de la dispersin (DCM).
Distancia
Delay
RX TX
Con Compensacin
DCM DCM
STM-64 (10G) Umbral de retardo
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Caracterizacin de Fibra y CD
Sin importar si los servicios son para ser desplegados en una nueva construccin o de
la red de fibra existente, se debe realizar una
serie de mediciones para certificar que el
enlace es adecuado para su uso.
La serie de mediciones realizadas se conoce como "caracterizacin de la fibra".
Los requisitos especficos se identifican por el
ITU-T SG15, ref: G.650.3.
CD es una de las medidas especificadas en la presente norma.
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Tolerancia de CD versus Bit Rate
Bit rate Tolerancia de CD Tolerancia de CD
(km of G.652)
2.5Gbits (OC48/STM16) 18468 ps/nm 970 km
10Gbits (OC192/STM64) 1193 ps/nm 63 km
40 Gbits (noncoherent) 75 ps/nm 4 km
100 Gbits (noncoherent) 12 ps/nm 0.6 km
NRZ non-return-to-zero (OOK on-off keying) Penalizacin en potencia 1 dB
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Distancia mxima alcanzable
Distancia alcanzable mxima de pulsos NRZ (on-off keying) sin compensacin de CD como una funcin de tasa de bits y el tipo de fibra
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Fundamentos de PMD
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Definicin de polarizacin
La Luz en una onda Electro-Magnetica compuesta por:
Campo Electrico Vector E
Campo Magnetico Vector H
Ej.Propagandose en Tiempo y espacio en la direccion z
Ej.Oscilando en los planos y-z y x-z.
La polarizacin es una propiedad de una onda electromagntica
que describe la orientacin de su oscilacin.
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Caso 1: PMD = 0
Inicio de Fibra Fin de Fibra
Dos componentes de polarizacin viajan a la misma velocidad.
No hay ensanchamiento de pulsos.
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Caso 2: PMD 0
Los bits se traslapan en el tiempo
DGD DGD DGD
Inicio de Fibra Fin de Fibra
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Caso 2: PMD 0
DGD Interferencia Inter-Symbol
Alta tasa de error (BER)
Penalidades en alta potencia
Aumenta la probabilidad de interrupcin
Disminuye la distancia de transmisin
DGD DGD
PMD definicin: ensanchamiento de
pulsos debido al hecho de que las
diferentes polarizaciones viajan a
diferentes velocidades en la fibra.
Inicio de Fibra Fin de Fibra
Los bits se traslapan en el tiempo
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PMD y DGD
Eje rpido: eje de polarizacin en que el pulso se desplaza ms rpido.
Eje lento: eje de polarizacin en que el pulso se desplaza el ms lento.
Eje rpidos y lentos se llaman estados principales de polarizacin.
Retardo entre ejes rpido y lento se llama Retardo Diferencial de Grupo Diferencial Group Delay (DGD).
DGD DGD
Inicio de Fibra Fin de Fibra
Los bits se traslapan en el tiempo
DGD
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PMD y DGD
DGD es especfico para una longitud de onda y
vara con el tiempo.
PMD: promedio de DGD, para todas las longitudes
de onda.
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PMD y DGD
Funcin de densidad de probabilidad: la distribucin de todos los valores de DGD.
DGD vara con el tiempo, pero PMD es ms estable.
En un momento determinado, 0 ps
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Visualizando PMD
Vamos a visualizar un pulso de luz que viaja en una fibra y el segmento en 9 cuadrantes.
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Visualizando PMD
Seccin de fibra:
Pulso de Luz:
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Si transmitimos 1-0-1:
1 0 1
Con PMD, sto parecera:
1 0 1
El 1 Es tenue, El 0 puede tener luz: BER
Visualizando PMD
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Causas del PMD
Restricciones Ambientales
Geomtricas Stress interno Stress Externo
Curvaturas
Calor
Viento (fibra aerea)
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Fibras ms antiguas presentan peor PMD
Fuente: John Peters, Ariel Dori, and Felix Kapron, Bellcore
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Caracterizacin de Fibra y PMD
Sin importar si los servicios son para ser desplegados en una nueva construccin o de
la red de fibra existente, se debe realizar una
serie de mediciones para certificar que el
enlace es adecuado para su uso.
La serie de mediciones realizadas se conoce como "caracterizacin de la fibra.
Los requisitos especficos se identifican por el ITU-T SG15, ref: G.650.3.
PMD es una de las medidas especificadas en esta norma.
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Umbrales DGDmax y PMD
DGD instantneo (DGDinst): DGD en una tiempo concreto.
DGDmx: Maximo DGD que un sistema puede sufrir sin interrupcin.
Sistemas fallan cuando DGDinst> DGDmx.
Los valores de PMD se calculan asumiendo que el nivel de servicio de 99,999%.
Data rate Modulation format DGDmax PMD
2.5G SDH/SONET NRZ 120 ps 37.5 ps
10G SDH/SONET NRZ or OTN 30 ps 9.3 ps
40G NRZ-DPSK (noncoherent) 8 ps 2.5 ps
40G RZ-QPSK (noncoherent) 9 ps 2.8 ps
40G DP-QPSK (coherent) 75 ps 23.4 ps
100G NRZ (noncoherent) 2.9 ps 0.9 ps
100G DP-QPSK (coherent) 27 ps 8.4 ps
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Pruebas de Dispersin en 40G/100G
Sistemas Coherentes
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Dispersion: Necesario probarla para 40G/100G?
Sistemas coherentes prometen compensar CD / PMD, gracias al procesamiento de seal digital.
Es necesario probar CD-PMD en 40G / 100G?
S! ... Porque:
Valores de CD y PMD son requeridos por los planificadores de redes en sus herramientas de diseo.
Compensacin de PMD puede fallar por varias razones.
Pruebas de CD se pueden utilizar para identificar el tipo de fibra, en caso de despliegues utilizando amplificador Raman.
Pruebas de CD son tiles para asegurar que el CD no es igual a cero, con el fin de reducir los efectos no lineales (un problema importante en las redes 40G / 100G).
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Dispersion: Necesario probarla para 40G/100G?
Sistemas coherentes prometen compensar CD / PMD, gracias al procesamiento de seal digital.
Es necesario probar CD-PMD en 40G / 100G?
S! ... Porque:
Valores de CD y PMD son requeridos por los planificadores de redes en sus herramientas de diseo.
Compensacin de PMD puede fallar por varias razones.
Pruebas de CD se pueden utilizar para identificar el tipo de fibra, en caso de despliegues utilizando amplificador Raman.
Pruebas de CD son tiles para asegurar que el CD no es igual a cero, con el fin de reducir los efectos no lineales (un problema importante en las redes 40G / 100G).
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Definicin: Estado de polarizacin (SOP)
Describe cmo la polarizacin evoluciona a medida que la luz se propaga en la fibra.
Se pueden trazar en una esfera Poincarr.
Normalized
SOP
S1
S2
S3
S1
S2
S3
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Caracteristicas de PMD y SOP
PMD y SOP son aleatorios en las fibras reales: cambian con el tiempo.
PMD SOP
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Caracteristicas ideales de un compensador de PMD (PMDC)
PMD caracterstico Funcin de un compensador de
PMD Ideal
Rango de PMD PMDC debe compensar amplia gama de valores de PMD.
SOP/PMD con rpida
tasa de cambio PMDC debe tener algoritmos de
seguimiento rpidos
SOP/PMD varan con
el tiempo PMDC debe ser dinmico A
(en tiempo real)
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Razones por las que puede fallar la compensacin de PMD
DGD
Pro
ba
bil
ity o
f D
GD
Average
(Mean)
t
Time
Transient
SOP
change
SOP
Abrupto salto SOP
Time
SOP
Time
t SOP
Time
t SOP
Time
t PMD
Time
Rapidos cambios de SOP
DGD
Pro
babili
ty o
f D
GD
Average
(Mean)
Rango de PMD > PMDC
PMD
Time
Rapido cambio de PMD
t PMD
Time
Repentino salto de PMD
Pruebas de PMD ayudan a prevenir fallos de compensacin de PMD.
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Conclusin
CD: diferentes longitudes de onda viajan a diferentes velocidades.
PMD: polarizaciones diferentes dentro de un pulso viajan a diferentes velocidades.
CD y PMD causan ensanchamientos del pulso y pueden conducir a un aumento de BER.
Lmites de dispersin dependen de la velocidad de datos (10G, 40G, 100G ...). Entonces la dispersin se debe probar a 10G, 40G y 100G.
Aunque los sistemas coherentes de 40G / 100G de compensan CD / PMD, estos sistemas no son perfectos y CD / PMD an deben ser probadas.
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Preguntas?
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GRACIAS!
Contacto: [email protected]