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DSCO: Diseño de Sistemas de Comunicaciones Ópticos Resumen de contenidos

DSCO: Diseño de Sistemas de Comunicaciones Ópticos Resumen de contenidos. Profesores: Evaristo José Abril Domingo Rubén M. Lorenzo Toledo Patricia Fernández Reguero. Grupo de Comunicaciones Ópticas Universidad de Valladolid Valladolid, España. Índice.

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  1. DSCO: Diseño de Sistemas de Comunicaciones Ópticos Resumen de contenidos Profesores: Evaristo José Abril Domingo Rubén M. Lorenzo Toledo Patricia Fernández Reguero Grupo de Comunicaciones ÓpticasUniversidad de ValladolidValladolid, España

  2. Índice • Componentes de Sistemas de Comunicaciones Ópticas • La Dispersión: Efectos y Compensación

  3. TEMA 1 Componentes de Sistemas de Comunicaciones Ópticas

  4. Contenidos Introducción a los Sistemas de ComunicacionesÓpticas La fibraóptica Acopladores Aisladores y Circuladores Multiplexores y Filtros AmplificadoresÓpticos Conmutadores Convertidores de longitud de onda

  5. Acopladores 1, 3, 4, 5 1, 2, 3, 4, 5 Dependiendo de la longitud de acoplamiento pude haber interferencias constructivas y destructivas 2     

  6. Acopladores

  7. Divisores

  8. Aisladores y Circuladores • Parámetros principales • Pérdidas de Inserción: approx. 1 dB • Aislamiento: approx. 40-50 dB • Principio de funcionamiento

  9. Aisladores y Circuladores

  10. Aisladores y Circuladores

  11. Aisladores y Circuladores

  12. Multiplexores y filtros • Aplicaciones: • Ecualización de ganancia de amplificadores ópticos • Filtrado del ruido • Conseguir única frecuencia de operación en láseres • Filtrados de longitudes de onda (canales WDM) • Multiplexado de longitudes de onda • Enrutamientos de longitudes de onda Ganancia Filtrado Filtrado  

  13. Multiplexores y filtros

  14. Multiplexores y filtros

  15. 1R 2R 3R AmplificadoresÓpticos • Trestipos de amplificación • 1R: Regeneration (Ópticos) • 2R: Regeneration + reshaping (Óptica+ • 3R: Regeneration + reshaping + reclokingElectr.) • Transparencia • Gran ancho de banda

  16. AmplificadoresÓpticos

  17. AmplificadoresÓpticos

  18. AmplificadoresÓpticos

  19. Conmutadores • Usos • Parámetros importantes: • Ratio de extinción • Pérdidas de inserción • Crosstalk • Dependencia con la polarización

  20. Convertidores de longitud de onda • Cuandoqueremoscambiar la longitud de onda de la luz, tradicionalmente: • Con nuevoscomponentes: Receiver Regenerator Transmitter Luz, 1 Luz, 2 Señal eléctrica señal 1 señal 2 SOA Filter 2 probe2 Semiconductor OpticalAmplifier

  21. Otros dispositivos

  22. TEMA 2 Dispersión: Efectos y Compensación

  23. Efectos de la Dispersión • Contexto • Descripción y Clasificación • Dispersión por Modo de Polarización (PMD) • Causas/Efectos • Posibles soluciones • Dispersión Cromática y Pendiente de Dispersión • Causas/Efectos • Posibles soluciones • Tipos de Fibra Óptica según su Dispersión • Compensación de Dispersión • Gestión de la Dispersión

  24. Dispersión: Contexto • Avances decisivos en Comunicaciones Ópticas: • Fuentes ópticas adecuadas (Láser ~1960) • Medio de transmisión de bajas pérdidas • f.o. monomodo (0.2 dB/km en 3ª ventana1.550 nm) ~1980 • E.D.F.A (finales años 80) Erbium Doped Fiber Amplifier • La absorción deja de ser el factor limitante: La Dispersión Cromática es el nuevo problema a combatir

  25. Dispersión: Tipos • Dispersión Modal, Intermodal o Multipath • Los diferentes modos recorren diferentes “caminos ópticos” por lo que llegan en diferentes instantes de tiempo al destino • Dominante en sistemas multimodo (baja capacidad, corta distancia) • Dispersión Intramodal • Dispersión Cromática ( o “Dispersión” a secas) • Dominante en sistemas monomodo • Dispersión por Modo de Polarización (PMD)

  26. Dispersion Intramodal: PMD • Causa: • “Birrefringencia” (βx01≠ βy01) Constantes de propagación • Asimetrías en la geometría circular del núcleo de la f.o. • Efecto dinámico que varía con el entorno, temperatura, etc. • Efecto: • Las dos polarizaciones del modo fundamental LP01 viajan a velocidades diferentes, llegando a destino con un desfase • Los pulsos transmitidos se ensanchan y deforman

  27. DispersiónIntramodal: PMD

  28. PMD: Posibles soluciones • Fibra óptica especial PMF (Polarization Maintaining Fiber) que propaga una sóla polarización

  29. DispersiónIntramodal: DispersiónCromática • Origen: Contribución de dos fenómenos (Dispersión del Material y de Guiado de Onda) • Consecuencias • Cada componente frecuencial viaja a una velocidad ligeramente diferente, experimentando un retardo distinto. • Los pulsos transmitidos pueden llegar a solaparse, provocando ISI (Interferencia Inter-Símbolo, incrementando la tasa de error de bit o BER.

  30. Dispersión Cromática • ¿Por qué tenemos diferentes componentes espectrales en la señal transmitida si el laser trabaja a una determinada portadora ω0? ω0=2πf=2πc/0 (Ej: 0 =1.55 μm) • Razones: • Láser no monocromático puro • Transmisión de señal modulada (directa o externamente)

  31. Dispersión Cromática • Parámetros (En longitud de onda) • Tasa de dispersión : (ps/nm.km) • Este parámetro D [ps/nm·km] determina cuánto se ensancha un pulso cuando recorre una distancia en la fibra de L(km) si su anchura espectral inicial es de  (nm) T= D·Lf ·  b Parámetro de Fibra

  32. La Dispersiónlimita la Capacidad del Sistema de ComunicacionesÓpticas • Criterio estandarizado de calidad T < Tb T < 1/B T * B < 1 • Sustituyendo el valor de T causado por la dispersión D : (B*Lf)·|D |·  < 1

  33. Pendiente de la Dispersión, S • Existe una Dispersión de órden superior a la Dispersión Cromática, pero de su misma “familia”, llamada “Dispersion Slope”, • parámetro S (ps/nm2·km) : • Aunque la Dispersión sea nula en una longitud de onda concreta (β2 = 0) , puede existir β 3≠0, de forma que exista Pendiente de la dispersión S. • Es una dispersión cromática subyacente, en caso de minimizar D, puede quedar una S que habría que minimizar

  34. Tipos de F.O. • La tasa de dispersión (Df) varía según el tipo de fibra: • Fibra monomodo estándar SMF (single-mode fiber) • Diseñada para 2ª ventana (lZD ~ 1310 nm) • Df(1550 nm)~ 17 ps/nm·km  En 3ª ventana requiere compensación • Es la más desplegada en las redes ópticas existente • [Corning SMF-28] • Fibra con dispersión nula desplazada DSF (dispersion shifted fiber) • lZD ~ 1550 nm • Aumento de no-linealidades (FWM, XPM), no apta WDM. • Fibra con dispersión no nula desplazada NZDSF (non-zero dispersion shifted fiber) • Nivel tolerable (no cero) de dispersión en 1550 nm (lZD 1550 nm) • Equilibrio dispersión/no linealidades • [Corning LEAF]

  35. Dispersión vs. Tipos de fibra 2º Ventana 3ª Ventana

  36. Dispersión vs. Tipos de fibra • Fibras SMF o Non-DSF, DSF y NZDSF

  37. Compensación de Dispersión Técnicas de Compensación • Fibras Compensadora de Dispersión (DCF): • Fibra con tasa dispersión negativa estándar (-70, -90 ps/nm·km) constante en la banda C (Colocación de carretes de DCF a intervalos fijos) • Sólo compensara adecuadamente 1 canal óptico. Influencia no-linealidades. • Modos de Orden Superior • Utilizar fibras multimodo que transmiten modos superiores al fundamental • Corrige la dispersión y la pendiente de dispersión • No se puede aplicar sobre los enlaces ya desplegados • Arrays de Fase (VIPA) • Lentes y espejos: varían la distancia de propagación para corregir los retardos (técnica interferencias) • Banda de paso muy estrecha. Coste elevado. Altas pérdidas inserción. • Redes de difracción de Bragg en fibra con chirp lineal • Directamente compatibles con la fibra, pasivas, bajo coste (fabricación en serie) • Ancho de compensación ajustable (limitación en longitud/máscaras de fase) • Funcionamiento en reflexión Circulador Óptico (Pérdidas de Inserción

  38. t t LCFBG l l Fibra SMF Circulador Óptico Compensación de Dispersión LCFBG • Capacidad de las redes de Bragg con chirp lineal para compensar la dispersión cromática de un enlace óptico: • Introducen un retardo en función de la longitud de onda opuesto al acumulado por el pulso • Extracción del pulso comprimido mediante circulador óptico Single Mode Fiber

  39. Compensación de Dispersión DCFs

  40. Compensación de Dispersión Alternancia +NZDSF y -NZDSF

  41. Compensación de Dispersión Modos de órden superior

  42. Compensación de Dispersión VIPA Virtual imaging phase array

  43. Compensación de Dispersión Comparativa de Técnicas DCF /e= Dispersion Compensation Fiber / Enhanced HOM = Hight Order Modes VIPA = Virtual Image Phase Array CFBG = Chirped Fiber Bragg Gratting

  44. Compensación de Dispersión Diagramas de ojo Compensa la Dispersión Cromática D y la de órden Superior, S Compensa la Dispersión Cromática D Inconveniente: Sólo compensa adecuadamente el canal central en WDM Óptima para WDM, compensa todos los canales Solo un canal Todos los canales

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