Presentacion_70.DSCO - Universidad de Valladolid

Report
DSCO: Diseño de Sistemas de
Comunicaciones Ópticos
Resumen de contenidos
Profesores:
Noemí Merayo Álvarez
Patricia Fernández Reguero
Grupo de Comunicaciones Ópticas
Universidad 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.
3
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:

Dejan de ser factor limitante
Atenuación o pérdidas
Dispersión crómatica gran problema a combatir
 Dispersión
 Efectos No Lineales
4
INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE
COMUNICACIONES ÓPTICAS GUIADOS
Sistemas de Comunicaciones Ópticas
Transmisión Coherente/No coherente
SCO guiado por fibra óptica
Transmisor
Fibra óptica
Receptor
 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)
6
Sistemas de Comunicaciones Ópticas
Sistemas MI-DD
 MI-DD: Modulación de Intensidad, Detección Directa
(OOK)
(No coherente)
Fotodiodo
Modulación
Directa
(del láser)
Modulación
Externa
(del láser CW)
PIN
APD
7
Sistemas de Comunicaciones Ópticas
Sistemas 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
8
Sistemas de Comunicaciones Ópticas
Sistemas 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
9
Sistemas de Comunicaciones Ópticas
Sistemas 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
10
Enlace punto a punto en Optsim
Fibra óptica:
SMF (Standard)
DSF (Dispersion Shifted Fiber)
Modulación Externa
Detección Directa y filtrada
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!!!
ATENUACIÓN Y
EFECTOS DE LA ATENUACIÓN
Atenuación
Pérdida de energía en un pulso
14
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
15
Análisis de la Atenuación en
Optsim
Medidores de Potencia
Eléctricos u Ópticos
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
17
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 Dispersión
Dispersión 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:
T1
T0
2


 2z 
C2z 
1 
  2 
2
T0 

 T0 
2
Análisis de la Dispersión Cromática:
Dispersión cromática en pulsos gaussianos
Generador de pulsos gaussianos
Configurar:
Optical Pulse Generator
- Orden del pulso supergaussiano
- Factor de Chirp
Análisis de la Dispersión
Dispersión 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
Análisis del chirp con Optsim: Sin
chirp
Análisis del chirp con Optsim: Con
chirp positivo
Pulso inicial
Si β2>0 y C>0Cβ2>0
¿Qué está ocurriendo
con el pulso?
Análisis del chirp con Optsim: Con
chirp negativo
Pulso inicial
Si β2>0 y C<0Cβ2<0
¿Qué está ocurriendo
con el pulso?
Análisis de la Dispersión
Técnicas 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
DSCO: Diseño de Sistemas de
Comunicaciones Ópticos
Resumen de contenidos
Profesores:
Noemí Merayo Álvarez
Patricia Fernández Reguero
Grupo de Comunicaciones Ópticas
Universidad de Valladolid
Valladolid, España

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