DSCO: Diseño de Sistemas de Comunicaciones Ópticos Resumen de contenidos

1. DSCO: Diseño de Sistemas de Comunicaciones Ópticos Resumen de contenidos Profesores: Noemí Merayo Álvarez Patricia Fernández Reguero Grupo de Comunicaciones ÓpticasUniversidad de ValladolidValladolid, España

2. Índice • Análisis de Sistemas de Comunicaciones Ópticas • Efectos de Atenuación en Sistemas de Comunicaciones Ópticas • Efectos de Dispersión en Sistemas de Comunicaciones ópticas. Compensación

3. Objetivos de la asignatura • Aproximación al diseño de SCO’sguiados 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.

4. Contexto • Avances en ComunicacionesÓpticas: • Fuentes ópticasadecuadas (Láser ~1960) • Medio de transmisión de bajaspérdidas • 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

5. INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES ÓPTICAS GUIADOS

6. 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) Receptor Transmisor Fibra óptica

7. Sistemas de Comunicaciones ÓpticasSistemas MI-DD • MI-DD: Modulación de Intensidad, Detección Directa • (OOK) (No coherente) • Fotodiodo Modulación Directa (del láser) Modulación Externa (del láser CW) PIN APD

8. Sistemas de Comunicaciones ÓpticasSistemas MI-DD • MI-DD: Modulación de Intensidad, Detección Directa • (OOK) (No coherente) • Fotodiodo Modulación Directa (del láser) Modulación Externa (del láser CW) PIN APD Modulación Directa Modulación Directa

9. Sistemas de Comunicaciones ÓpticasSistemas MI-DD • MI-DD: Modulación de Intensidad, Detección Directa • (OOK) (No coherente) • Fotodiodo Modulación Directa (del láser) Modulación Externa (del láser CW) PIN APD Modulación Externa

10. Sistemas de Comunicaciones ÓpticasSistemas MI-DD • MI-DD: Modulación de Intensidad, Detección Directa • (OOK) (No coherente) • Fotodiodo Modulación Directa (del láser) Modulación Externa (del láser CW) PIN APD Receptor

11. Enlace punto a punto en Optsim Fibra óptica: SMF (Standard) DSF (Dispersion Shifted Fiber) Modulación Externa Detección Directa y filtrada

12. Análisis del diagrama de ojos Diagrama de ojos después de la transmisión por la fibra óptica y la detección Diagrama de ojos limpio Diagrama de ojos sucio BER MUY ALTA!!!

13. ATENUACIÓN Y EFECTOS DE LA ATENUACIÓN

14. Atenuación Pérdida de energía en un pulso

15. Mecanismos de Atenuación • Contribucionesa 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

16. Análisis de la Atenuación en Optsim Medidores de Potencia Eléctricos u Ópticos

17. 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) ErbiumdopedFiberAmplifier

18. EFECTOS DE LA DISPERSIÓN

19. 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.

20. 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) Polarizationmodedispersion

21. 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.

22. Análisis de la DispersiónDispersión cromática • Ensanchamiento de los pulsos transmitidos por la fibra limitando la tasa binaria de transmisión.

23. 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)

24. 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

25. 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:

26. 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

27. Análisis de la DispersiónDispersión cromática en pulsos gaussianos Siendo los parámetros: C = factor de chirp β2= constante de dispersión • Si Cβ2>0 ensanchamiento uniforme de los pulsos • Si Cβ2<0 compresión inicial del pulso y ensanchamiento uniforme posterior

28. Análisis del chirp con Optsim: Sin chirp

29. Análisis del chirp con Optsim: Con chirp positivo Pulso inicial Si β2>0 y C>0Cβ2>0 ¿Qué está ocurriendo con el pulso?

30. Pulso inicial Análisis del chirp con Optsim: Con chirp negativo Si β2>0 y C<0Cβ2<0 ¿Qué está ocurriendo con el pulso?

31. 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.

32. 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.

33. Técnicas de Compensación en Optsim: Fibras DCF Amplificadores Salida fija Fibra DCF Fibra SMF 1º Etapa compensadora 2º Etapa compensadora

34. 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).

35. Técnicas de Compensación en Optsim:Gratings de Bragg FBG chirpeado (Fiber Grating) Fiber Grating ideal

36. DSCO: Diseño de Sistemas de Comunicaciones Ópticos Resumen de contenidos Profesores: Noemí Merayo Álvarez Patricia Fernández Reguero Grupo de Comunicaciones ÓpticasUniversidad de ValladolidValladolid, España