Post on 04-Nov-2015
Introduccin a las Comunicaciones
Tema 1Introduccin a las Comunicaciones
Opticas
Indice
Que son las comunicaciones pticas?
Ubicacin espectral de las comunicaciones pticas
Necesidad de las comunicaciones pticas
Estructura y Ventajas de las fibras pticas
Guiado y Propagacin Guiado y Propagacin
Transmisin
Elementos de un Sistema
Redes y Evolucin
Que son las Comunicaciones pticas?
Son aquellas que emplean las bandas pticas del espectro electromagntico paratransmitir informacin
Pueden ser:
- No guiadas (en espacio libre)- No guiadas (en espacio libre)
- Guiadas (a travs de fibras pticas)
Frecuencia/Longitud de onda
f c cf= =
Las ondas electromagnticas se describen por medio de su frecuencia o su longitud de onda.
Ambas estn relacionadas entre si:
A mayor frecuencia menor longitud de onda y viceversa.
En el SI, las unidades de frecuencia son Hz (seg-1) y las de longitud de onda m.
En Electromagnetismo es costumbre emplear la escala de frecuencias, mientras que en ptica, la costumbre es emplear longitudes de onda.
Frecuencia/Longitud de onda
f
ff = df
d =c
2
f
f = d
dff = c
f 2f
f
f
Nmeros grandes y pequeos
Unidad Factor de Multiplicacin
Kilo x1000
Mega x106
Giga x109
Tera x1012
Peta x1015
Exa x1018
Ejemplos: - Radio del sol 695 Megmetros- Sistema solar 5.9 Termetros
Exa x1018
Unidad Factor de Multiplicacin
mili X0.001
micro X10-6
nano X10-9
pico X10-12
femto x10-15
Ejemplos: - Radio de Bohr 52 picmetros- Radio ncleo 1 femtmetro- Clulas 0.2-300 micrmetros
Segunda Grabacin(Ubicacin Espectral de las Bandas pticas)(Ubicacin Espectral de las Bandas pticas)
Ubicacin Espectral de las Bandas pticas
ondasmilimtricas
1 cm
10 cm
1 m
10 mVHF
UHF
SHF
100 Mhz
1 Ghz
10 Ghz
100 GhzNavegacinComunic. Satelite-SatliteEnlaces de microondasRadar
TV UHF, movilesMoviles, aeronaut
FM y TV VHFRadio movil
Negocios
Guiaondas
Cable
radiomicroondas
OndaCorta
FrecuenciaLongitud de onda
2/28/2014 Grupo de Comunicaciones pticas 8
100 m
1 Km
10 Km
100 KmAudio
VLF
LF
MF
HF
1 Khz
10 Khz
100 Khz
1 Mhz
10 MhzNegociosRadioaficionBanda civil
AMAeronauticacables submNavegacinRadio transoceanica
TelefonaTelgrafa
CableCoaxial
ParTrenzado
OndaLarga
Ubicacin Espectral de las Bandas opticas
Longitud de onda FrecuenciaMedios de Transmisin ServiciosNomenclatura
Infrarrojo
FibrasVisible
Ultravioleta300 nm 800 nm
1600 nmCom. Opticas
10 Hz14
10 Hz15Telefona
DatosVdeoEnlaces Submarinos
HacesLser1550 nm
10 m
9
Banda DescripcinRango Long. Onda
O band original 1260 - 1360 nm
E band extended 1360 - 1460 nm
S band short wavelengths 1460 - 1530 nm
C bandconventional("erbium window")
1530 - 1565 nm
L band long wavelengths 1565 - 1625 nm
U bandultralongwavelengths
1625 - 1675 nm
0.18
( )m0.85 1.3 1.55
)/( KmdB
3 ventana2 ventana
0.5
1 ventana
5
10 m
Tercera Grabacin(Necesidad de las Comunicaciones pticas)(Necesidad de las Comunicaciones pticas)
EVOLUCIN DEL TRFICO
X100 en el periodo 1995-2010
En valor relativo a 1995 X100 en los prximos 15 aos
100K
10K
1K
100de
T
r
f
i
c
o
Porque son necesarias las Comunicaciones Opticas?
Datos e internet (crecimiento 40% anual)
Telefona (crecimiento 5% anual)
X100 en el periodo 1995-2010100
10
1
0.11995 2000 2005 2010 2015 2020 2025
Ao
V
o
l
u
m
e
n
d
e
R
e
l
a
t
i
v
o
Porque son necesarias las Comunicaciones Opticas?
T
r
a
n
s
m
i
s
i
o
n
/
T
h
r
o
u
g
h
p
u
t
b
p
s
10P
1P
100T
10T
1T
100G
CISCO12000M160
Routers
CISCO8600
CISCO CRS-1
M640+TXSCable
40G/100G-Ethernet
2/28/2014 12Ao1990 1995 2000 2005 2010 2015
C
a
p
a
c
i
d
a
d
e
T
r
a
n
s
m
i
s
i
o
n
100G
10G
1G
100M
10M
1M
CISCO7500
FDDI
10M-Ethernet
100M-Ethernet
1G-Ethernet
10G-EthernetCISCO8600
ISDN
Acceso
CATVADSL
FTTH10M
FTTH100M
HSDPA-3.6MIMT-2000
Inalmbricas
HSDPA-14.4M
100
10
r
e
s
p
u
e
s
t
a
(
S
e
g
)
Tele-Work
1995 2000 2005 2010 2015
REQUISITOS DE LOS NUEVOS SERVICIOS
Teleconferencia
Teletrabajo
Transferencia/Backupde datos
Porque son necesarias las Comunicaciones Opticas?
1
100m
10m
R
e
t
a
r
d
o
/
t
i
e
m
p
o
d
e
r
e
s
p
u
e
s
t
a
Tamao de Datos (Bytes)
Tele-Education
GameTVBroadcast
Telfono
Teleconferencia
(alta calidad)
Tele-
educacin
Difusin
TV Juegos
Recuperacin/adquisicin
de la informacin
TECNOLOGAS DE TRANSMISIN
1E+12
1E+15
B
x
L
(
b
i
t
/
s
)
.
K
m
amplificadorespticos
Sistemas pticosWDM
Porque son necesarias las Comunicaciones Opticas?
1
1000
1000000
1E+09
1850 1900 1950 2000
B
x
L
(
b
i
t
/
s
)
.
K
m
Ao
Fibra monomodo
Microondascables coaxiales
TelefonaTelegrafa
Cuarta Grabacin(Estructura y Ventajas de las fibras pticas)(Estructura y Ventajas de las fibras pticas)
Cubierta 2b Nucleo 2a
Estructura de una Fibra ptica
Cubierta 2b
SiO2
Nucleo 2a
SiO2
GeO2
Bajas Prdidas (0.17 dB/Km)
Ventajas de las Fibras pticas
10
100 RG-19/U
P
r
d
i
d
a
s
(
d
B
/
K
m
)
2/28/2014 Grupo de Comunicaciones pticas 17
prcticamente constantes
con la frecuencia
0.18
1
10
1 10 50 100 1000
fibra
par trenzado
f(MHz)
P
r
d
i
d
a
s
(
d
B
/
K
m
)
Gran Capacidad(100 THz.Km/fibra)Transparente al formato deSeal/servicio
Ventajas de las Fibras pticas
2/28/2014 Grupo de Comunicaciones pticas 18
Seal/servicio
Ventajas de las Fibras pticas
2/28/2014 Grupo de Comunicaciones pticas 19
Tamao y peso reducidos
Inmunes a EMI y EMP
Ventajas de las Fibras pticas
2/28/2014 Grupo de Comunicaciones pticas 20
Inmunes a EMI y EMP
Aislantes elctricos
Seguras
Ventajas de las Fibras pticas
2/28/2014 Grupo de Comunicaciones pticas 21
Seguras
(dificilmente pinchables)
Material base muy
SiO2
Ventajas de las Fibras pticas
2/28/2014 Grupo de Comunicaciones pticas 22
Material base muy
abundante
Quinta Grabacin(Guiado y Propagacin)(Guiado y Propagacin)
t
n2
Angulo crtico de incidencia
n1seni =n2sentn1>n2t >i
Ley de Snell
=pi /2
Guiado y Propagacin
r i
n1
i =c=sen1 n2n1
si i >cno hay seal transmitida
Angulo crtico de incidencia
toda la seal se refleja haciael medio original
t =pi /2
c
Guiado y Propagacin
Cada rayo guiado con un ngulo de inclinacin diferente se denomina MODO
r=a
r=b
MultimodoIndice 62.5 m
r=a
r=bMultimodoSalto deIndice
62.5 m
IndiceGradual
62.5 m
r=b
9r=aMonomodo
9 m
ndice de Refraccin
Sexta Grabacin(Transmisin)(Transmisin)
Atenuacin
2/28/2014 Grupo de Comunicaciones pticas 28
0.18
( / )dB Km3 ventana2 ventana
0.5
1 ventana
5
10
100
RG-19/U
par trenzado
Atenuacin
2/28/2014 Grupo de Comunicaciones pticas 29
( )m0.85 1.3 1.55
0.18
1
10
1 10 50 100 1000
fibra
par trenzado
f(MHz)
Dispersin Intermodal
2/28/2014 Grupo de Comunicaciones pticas 30
Cada Modo recorre una distancia diferente a una velocidadprcticamente igual, por tanto sufre un retardo distinto
Modo 2Modo 3
Modo 1
Retardo
Dispersin Cromtica
2/28/2014 Grupo de Comunicaciones pticas 31
Longitud de onda
Retardo
1 0 1 1 11umbraldecision
umbraldecision
ERROR!
t t
Septima Grabacin(Elementos de un sistema)(Elementos de un sistema)
Plaser
Convierten electrones en fotones
I=Io+I(t)
P=Po+P(t)
Fuentes Opticas
2/28/2014 Grupo de Comunicaciones pticas 33
I
LED
LED (10 microW, 500 Mb/s)Laser (1 mW, 40 Gb/s)
pn
Convierten fotonesincidentes en corrienteelctrica
I=Io+I(t)
P=Po+P(t)
Detectores Opticos
2/28/2014 Grupo de Comunicaciones pticas 34
Fotodiodos-pin-Avalancha-BWD>50 GHz
pn
empalme
detector
divisorde potencia
fuenteoptica
Driver
Transmisor optico
PigtailEnlace pto a ptomoduladorexternointegrado
Datosconector
Sistema Punto a Punto
2/28/2014 Grupo de Comunicaciones pticas 35
detectoroptico
electronica
trx optico
amplif.optico
Repetidor
Receptor ptico
seal aotro enlace
Datosdetectoroptico
procesadorde seal
preamplif
filtroptico
conmutadorintegrado
Octava Grabacin(Redes y Evolucin)(Redes y Evolucin)
Red de Transporte Red de Acceso
Central o PoP
Estructura Bsica de la Red
2/28/2014 Introduccin a las Redes pticas 37
De larga distancia(entre centrales)
Metropolitana(entre centrales locales)
TECNOLOGAS PTICAS1 Ebit/s
100 Pbit/s
10 Pbit/s
1 Pbit/s
100 Tbit/s
10 Tbit/s
Tecnologa deteccinCoherente digital
Lmite mxima potencia ptica a la entrada de una fibraLmite ancho de banda amplificacin ptica
Lmite efectos no lineales, Shannon etc
Tecnologas de fibra innovadoras SDM: FO multincleo, multimodo, etc.
C
a
p
a
c
i
d
a
d
d
e
t
r
a
n
s
m
i
s
i
n
p
o
r
f
i
b
r
a
Evolucin de las Tecnologas de Fibra ptica
10 Tbit/s
1 Tbit/s
100 Gbit/s
10 Gbit/s
1 Gbit/s
100 Mbit/s
Tecnologa WDM
Tecnologa amplific ptica
Tecnologa MUXElectrnica en tiempo
M
a
x
i
m
a
C
a
p
a
c
i
d
a
d
d
e
t
r
a
n
s
m
i
s
i
n
p
o
r
f
i
b
r
a
Ao de instalacin
1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040
Avance de 4 rdenes de magnitud en 30 aos