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TRANSMISIÓN Y RECEPCIÓN DE SEÑALES A TRAVÉS DE FIBRA ÓPTICA Tx: transmisor óptico (LED o Diodo Laser) Rx: receptor óptico (Diodo PIN o APD) R: regenerador

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  • TRANSMISIN Y RECEPCIN DE SEALES A TRAVS DE FIBRA PTICATx: transmisor ptico (LED o Diodo Laser)

    Rx: receptor ptico (Diodo PIN o APD)

    R: regenerador

  • VENTAJAS DE LA FIBRABajas prdidas de transmisin

    Amplio Ancho de Banda

    Inmunidad a la interferencias electromagnticas

    Aislamiento conductivo

    Bajo peso y dimensiones reducidas

  • PTICA GEOMTRICAnormal2normalcNormal al plano de separacin de los medios12normal1> c3Ley de Snell:1> 22221< 2ngulo crtico:Reflexin total:h1< c: ndice de refraccin relativo al vaco1> 21> 22

  • CONO DE ACEPTACINc21Tringulo (ficticio) que representa la relacin entre ndices de refraccin y ngulo crtico

    Cono de AceptacinDefinicin de ngulo crtico

  • APERTURA NUMRICASi la zona de inyeccin del haz de luz es aire, entonces 0 = 1 y la AN:DIFERENCIA NORMALIZADA ENTRE LOS NDICES DE REFRACCIN DEL NCLEO Y DEL RECUBRIMIENTO

  • TIPOS DE FIBRAdndndrdrdcdc0123

  • 0mxNDICE ESCALONADO E NDICE GRADUAL

  • MODOS DE PROPAGACIN Frente de ondaFrente de ondan (n entero positivo)ABCDdn = AB cos(2 )

    d = AB sin() cos(2 ) / sin() = n / dPUNTO DE VISTA PTICOSolo los ngulos que determinan valores de n enteros positivos determinarn modos que se propagan en la fibra

  • MODOS DE PROPAGACINPUNTO DE VISTA ELECTROMAGNTICOXYZEt EzHE11TE01TM01Modos transversales (Primeros dos superiores)Modo hbrido (dominante)Et EzEt EzModos Transversales Elctricos (TE): Et , Ht , Hz

    Modos transversales Magnticos (TM): Et , Ez, Hz

    Modos Hbridos (HE o EH): Et , Ez , Ht , HzSeccin de fase constante

  • MODOS DE PROPAGACINPUNTO DE VISTA ELECTROMAGNTICOFRECUENCIA DE CORTE NORMALIZADA V:Nmeros n de modos soportados por la fibra de ndice escalonado (solo V elevados) FIBRA MONOMODO (se propaga slo el modo dominante HE11)V < 2.405 : dimetro del ncleo muy pequeo, AN pequea, l relativamente grande 0mx

    MODO

    FRECUENCIA DE CORTE

    NORMALIZADA

    V

    HE11

    0.00

    TE01, TM01

    2.405

    HE21

    2.42

    HE12, EH11

    3.83

    HE31

    3.86

    EH21

    5.14

    HE41

    5.16

    TE02, TM02

    5.52

    HE22

    5.53

  • PRDIDAS

  • ESPECTRO DE ATENUACIN

  • 2DISPERSIN INTERMODAL0tAt0tA/2A/3A/6m1m2m3t0tp A/2p A/3P A/6m13t0tip AEnviadoRecibidoi = ndice de dispersin intermodal

  • CLCULO DEL NDICE DE DISPERSIN INTERMODALDispersin intermodal para fibra de ndice escalonadoLongitud total de la fibra = z

  • DISPERSIN CROMTICA c = m+wI()

  • DISPERSIN POR MODO DE POLARIZACINPEn las fibras monomodo se propaga solamente el modo HE11 que sin embargo est constituido por dos modos degenerados polarizados ortogonalmente. Estos modos se propagan con la misma velocidad de grupo solo si la fibra es perfectamente circular. Cualquier desviacin de esta condicin (por defectos de fabricacin, esfuerzos mecnicos, envejecimiento etc.) produce una anisotropa del medio, en el sentido que este presentar ndices de refraccin ligeramente diferentes segn el eje tranversal considerado. Los modos constituyentes el HE11 polarizados ortogonalmente entre s segn los ejes transversales, experimentarn ndices de refraccin diferentes y por ende sus velocidades se diferenciarn, producindose dispersin.

  • DISPERSIN POR TIEMPO DE BAJADA DEL TRANSMISOR Y DEL RECEPTORTR RE

  • DISPERSIN TOTALEn general, la dispersin debida a la fibra es:La dispersin total:

  • MXIMA DISPERSIN PERMITIDA: 70% t0r10UP-NRZr mx=0.7 Tbt=Tbt0r10UP-RZr mx=0.7 Tb/2=Tb/2Tbtr mx=0.7/B

    Bmx=0.7/ r r mx=0.35/B

    Bmx=0.35/ r

  • VELOCIDAD DE TRANSMISIN x DISTANCIA (PBD)Es una constante que se considera un factor de mrito de la fibra. DISEO DE UN ENLACE TPICORTxEmpalmeEmpalmeRxRxTxFibraFibraFibraFibraREPETIDORZ Cul es la mxima longitud Z del enlace ? La limitacin puede depender de las prdidas o de la dispersin del pulso (cdigo RZ)PBDBx Z

  • Balance de prdidasBalance de dispersin

    La fibra est disponible en rieles de 1 km. Si llamamos n el nmero de empalmes necesarios (que vienen a coincidir con los km, es decir Z), tenemos:Z = 158 km

  • WDM (Wave Divisin Multiplexing)1980:2 canales1310 nm, 1550 nmWideband WDM

    1990:2-8 canalesVentana 1530-1610 nmEspaciamiento 400 GHZNarrowband WDM2.5 Gb/s por canal

    1996:16-40 canalesVentana 1530-1610 nmEspaciamiento 100-200 GHzDWDM (Dense WDM)2.5-10 Gb/s por canal

    1999:64-160 canalesVentana 1530-1610 nmEspaciamiento 25-50 GHzDWDM (Dense WDM)2.5-10 Gb/s por canal

    200?:128-256 canalesUDWDM (Ultra Dense WDM)10-40 Gb/s por canal

  • ESTNDAR ITU G.692Interfaces pticas para Sistemas Multicanal con Amplificadores pticos Rango: 1530-1565 nm Nmero de canales: 4-8-16-32 Espaciamiento mnimo 0,8 nm ( 100 GHz) Se prohiben espaciamientos desiguales Mxima distancia sin amplificadores: 160 km Mxima distancia con amp. pticos: 640 km de referencia: 1553,5 nm (193,1 THz) Canales de superv.: 1310-1480-1510-1532 nm132Multiplexer32 canales

  • LOS 32 CANALES VISTOS CONTRA EL ESPECTRO DE ATENUACIN DE LA FIBRA

  • Suponiendo que cada canal transporta 2.5 Gb/seg, entonces la fibra en total transporta 2.5x32=80 Gb/s. Cuntas conversaciones telefnicas simultneas representa semejante velocidad de transmisin ? En el sistema PCM AT&T D1D de 24 canales, se transmiten 8 bit por muestra por canal, constituyendse un frame de 8x24+1 bit de identificacin del frame = 193 bit per frame. El teorema de muestreo establece que a un canal telefnico de 4 kHz deben tomrsele 8000 muestras al segundo: esto significa que cada frame debe repetirse 8000 veces al segundo, lo cual representa una velocidad de transmisin de 8000x193=1.544 Mb/s.De manera que el sistema maneja:Lo cual significa:CAPACIDAD DEL SISTEMA

  • ENLACE WDML = Transmisor de Diodo Laser

    Mux, Demux=Multiplexer, Demultiplexer pticos (prismas, rejillas de difraccin, etc.)

    Booster, ILA (Intermediate Line Amplifier), Preamplifier: Amplificadores pticos (Erbium Doped Fiber Amplifier)

    D = Receptor APD (Avalanche Photo Diode)

    Fenmeno de la refraccin: al pasar de un medio de ndice de refraccin mayor a uno de ndice de refraccin menor, el haz de luz refractado se aleja de la normal al plano de separacin entre los dos medios. Viceversa, el haz se acerca.Existe un ngulo crtico de incidencia del haz en la frontera de los dos medios: para ngulos de incidencia mayores del crtico, el rayo se reflejar completamente.Observe que todos los ngulos se miden con relacin a la normal al plano de separacin entre los dos medios.Para que la luz pueda ser guiada a lo largo de la fibra, deben cumplirse dos condiciones:El ndice de refraccin del recubrimiento debe ser ligeramente menor que el del ncleo (de lo contrario no existira ngulo crtico)El ngulo de inyeccin 0 del rayo desde la zona de lanzamiento (usualmente aire) debe ser tal que se produzca reflexin total en la interfase ncleo-recubrimiento, es decir, el ngulo debe ser mayor que el ngulo crtico.Cabe ahora preguntarse: Cul debe ser el valor mximo de 0 para que se produzca reflexin total, sin que parte de la potencia del rayo penetre en recubrimiento ? Es necesario relacionar el ngulo 0 que incide en la cara de la fibra, con el ngulo de incidencia en la interfase ncleo-recubrimiento. La ecuacin 1 muestra la relacin indicadaEl ngulo de aceptacin es el mximo ngulo de incidencia del rayo para que se produzca reflexin total en la interfase ncleo-recubrimiento. El valor de 0 mximo implica que debe ser el ngulo crtico.El valor del cos(c) se obtiene a partir del tringulo construido a partir de la definicin del sin(c).No todos los rayos que entran por el cono de aceptacin logran propagarse por la fibra.Los modos de propagacin de bajo orden estn relacionados con los rayos que inciden la interfase ncleo-recubrimiento con ngulos mucho mayores que el crtico, al lmite el modo dominante HE11 se propaga prcticamente en forma rectilnea (aunque, como todo modo hbrido, avanza en forma de espiral alrededor del eje de la fibra). Los modos de orden elevado por el contrario son aquellos cuyos ngulos de incidencia son cercanos al crtico, por lo tanto tienen recorridos totales en zig-zag ms largos que los de los modos inferiores.Las prdidas, al igual que la dispersin, afectan el mximo tramo de fibra entre repetidoresSe enva una secuencia de 1 y 0, lo cual representa el caso ms desfavorable.Una situacin como la mostrada puede producir inconvenientes, puesto que la cola del primer pulso puede afectar la correcta deteccin de los siguientes bit.La dispersin total se obtiene como raz cuadrada de la suma de los cuadrados de todas las dilataciones de diferentes naturaleza experimentadas por el pulso.El factor de correccin de 1.1 es propuesto por Smith (Freeman pag. )Recordar que es la duracin del smbolo (o pulso) transmitido, de no confundirse con Tb que es la duracin del bit.Para el cdigo NRZ, se permite una dispersin mxima igual al 70% de la duracin del bit, con lo cual se reduce sustancialmente la Interferencia intersimblica (ISI) Para el cdigo RZ, con duracin del pulso igual al 50% de la duracin del bit, la dispersin mxima permitida es del 35% de la duracin del bit. (Freeman)Las frmulas indicadas al lado de las figuras tienen dos diferentes lecturas:si uno de los parmetros irrenunciables de diseo es una velocidad de transmisin B predeterminada, entonces la fibra (el enlace en general) no puede introducir un alargamiento del pulso mayor de 0.7/B o 0.35/B, segn se utilice el cdigo NRZ o RZ respectivamente. En caso que as fuera, debera escogerse una fibra con mejores caractersticas en cuanto a dispersin.si por el contrario, se ha diseado un enlace con una fibra en particular y determinados componentes, de manera que sea posible calcular el mximo alargamiento del pulso