04 Dispersion Modal

8
 UNIVERSIDAD AQUINO BOLIVIA FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA CARRERA DE INGENIERÍA EN TELECOMUNICACIONES SISTEMAS DE COMUNICACIÓN POR FIBRA OPTICA  DIPERSION MODAL  ESTUDIANTE: GONZALES CABRERA BRAYAN OMAR  SEMESTRE : OCTAVO MATERIA : FIBRA ÓPTICA FECHA : LA PAZ 21, DE NOVIEMBRE DE 2013 LA PAZ  BOLIVIA

Transcript of 04 Dispersion Modal

Page 1: 04 Dispersion Modal

7/21/2019 04 Dispersion Modal

http://slidepdf.com/reader/full/04-dispersion-modal 1/8

 

UNIVERSIDAD AQUINO BOLIVIAFACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA

CARRERA DE INGENIERÍA ENTELECOMUNICACIONES

SISTEMAS DE COMUNICACIÓNPOR FIBRA OPTICA 

DIPERSION MODAL 

ESTUDIANTE: GONZALES CABRERA BRAYAN OMAR 

SEMESTRE: OCTAVO

MATERIA: FIBRA ÓPTICA

FECHA: LA PAZ 21, DE NOVIEMBRE DE 2013

LA PAZ – BOLIVIA

Page 2: 04 Dispersion Modal

7/21/2019 04 Dispersion Modal

http://slidepdf.com/reader/full/04-dispersion-modal 2/8

Contenido 

1 DEFINICIÓN:  .................................................................................................................................... 1

2 CAUSAS:  ........................................................................................................................................... 1

3 CALCULO DE MÁXIMA TRANSMISIÓN DE DATOS  ........................................................................ 4

4 POSIBLES SOLUCIONES  .................................................................................................................. 5

5 BIBLIOGRAFÍA  ................................................................................................................................. 5

DISPERSIÓN MODAL

Page 3: 04 Dispersion Modal

7/21/2019 04 Dispersion Modal

http://slidepdf.com/reader/full/04-dispersion-modal 3/8

Universidad De Aquino Bolivia Fibra ÓpticaFacultad De Ciencia Y Tecnología Dispersión Modal

1 | P á g i n a  

1 DEFINICIÓN:La dispersión modal, o ensanchamiento del pulso se debe a la diferencia en los tiemposde propagación de rayos de luz que van por diferentes trayectorias en una fibra. Es obvioque la dispersión modal solo puede presentarse en las fibras multimodo. Se puede

reducir en forma considerable usando fibras de índice graduado, y se puede eliminar casicon el uso de fibras unimodales de índice escalonado.

2 CAUSAS:La dispersión modal puede causar que un pulso de energía de luz se disperse conformese propaga por una fibra. Si el pulso que está esparciéndose es lo suficientemente severo,un pulso pude caer arriba dela próximo pulso (este es una un ejemplo de la interferenciade intersimbolo). En una fibra de índice de escalón multimodo, un rayo de luz que sepropaga por el eje de la fibra requiere de la menor cantidad de tiempo para viajar a lolargo de la fibra. Un rayo de luz que llega a la interfaz núcleo-revestimiento, en ángulocrítico, sufrirá la cantidad máxima de reflexiones internas y, por consiguiente, tardara el

mayor tiempo en recorrer la fibra.

Para la propagación multimodal, la dispersión se expresa con frecuencia como unproducto de abertura de banda por longitud (BLP, de bandwidth length product) o comoproducto de abertura de banda por distancia (BDP, de bandwidth length product). BLPindica que frecuencias de señal se pueden propagar a una determinada distancia de cablede fibra, y se expresa matemáticamente como el producto de la abertura de banda (que aveces, con frecuencias ópticas, se llama ancho de raya) por la distancia. Los productos deamplitud de banda por longitud se expresan con frecuencia en unidades de MHz-Km.

Figura 0.1 Propagación de la luz por una fibra multimodal de Índice escalonado

La figura 0.1. Muestra tres rayos de luz que se propagan por una fibra multimodal deíndice escalonado. El modo de oren mínimo (rayo 1) recorre una trayectoria paralela aleje de la fibra. El modo de orden intermedio (rayo 2) rebota varias veces en la interfazpara

Page 4: 04 Dispersion Modal

7/21/2019 04 Dispersion Modal

http://slidepdf.com/reader/full/04-dispersion-modal 4/8

Universidad De Aquino Bolivia Fibra ÓpticaFacultad De Ciencia Y Tecnología Dispersión Modal

2 | P á g i n a  

recorrer la longitud de la fibra. El modo de orden máximo (rayo 3) hace muchos crucesde la fibra la propagarse por toda la distancia. Se puede ver que el rayo 3 recorre unadistancia bastante mayor que el rayo 1 al propagarse por la fibra. En consecuencia, si seemitieran tres rayos de luz hacia la fibra, al mismo tiempo, y representaran un pulso deenergía luminosa, los tres llegarían al otro extremo de la fibra en tiempos distintos, y

causarían una repartición de energía luminosa a través del tiempo. A esto se le llamadispersión modal, y causa que un pulso se estire y también se reduzca su amplitud en lasalida de la fibra. Los tres rayos de luz se propagan a través del mismo material y a lamisma velocidad, pero el rayo 3 debe recorrer mayor distancia y, en consecuencia, tardamás tiempo en propagarse por la fibra.

La Figura 0.2. Muestra los rayos de luz propagándose por una fibra unimodal de índiceescalonado. Como la dimensión radial de la fibra es suficientemente pequeña, solo hayuna trayectoria que puede seguir cada uno de los rayos al recorrer la longitud de la fibra.En consecuencia, cada rayo de luz viaja la misma distancia en determinado tiempo, y losrayos tienen exactamente la misma relación en el otro extremo que la que tenían cuando

entraron al cable. El resultado es que hay dispersión modal o ensanchamiento del pulso.

Figura 0.2. Propagación de la luz por una fibra unimodal de índice escalonado

La Figura 0.3. Representa la luz propagándose por una fibra multimodal de índicegraduado. Se muestran tres rayos que viajan en tres modos distintos. Cada uno viaja poruna trayectoria diferente, pero todos tardan aproximadamente el mismo tiempo enrecorrer la longitud de la fibra. Esto se debe a que el índice de refracción de la fibradisminuye en función de la distancia al centro, y la velocidad a la que viaja un rayo esinversamente proporcional al índice de refracción. Así, cuanto más se apartan los rayos 2y 3 del centro de la fibra, se propagan con más rapidez.

Figura 0.3. Dispersión del ancho del pulso en un cable de fibra óptica.

Page 5: 04 Dispersion Modal

7/21/2019 04 Dispersion Modal

http://slidepdf.com/reader/full/04-dispersion-modal 5/8

Universidad De Aquino Bolivia Fibra ÓpticaFacultad De Ciencia Y Tecnología Dispersión Modal

3 | P á g i n a  

La Figura 0.4. Muestra la relación entre tiempo y energía de un pulso de luz alpropagarse por un cable de fibra. Se aprecia que al propagarse el pulso por la fibra, losrayos de luz que forman el pulso se reparten en el tiempo, y eso causa una reduccióncorrespondiente de la amplitud del pulso y un estiramiento de su ancho. A esto se lellama ensanchamiento de pulso o dispersión de ancho de pulso, y causa errores en la

transmisión digital.

Figura 0.4 dispersión del ancho del pulso en un cable de fibra Óptica

La Figura 0.5a es de una transmisión digital unipolar de retorno a cero UPRZ. Es estatransmisión, suponiendo que el pulso es muy angosto, si la energía luminosa del pulso Ase retrasara o ensanchara, un bit de tiempo (), interferiría con el pulso B, y cambiaria

lo que será un 0 lógico a un 1 lógico.

La Figura 0.5b muestra una transmisión digital unipolar de no retorno a cero UPNRZ, endonde cada pulso es igual al bit de tiempo. Con la transmisión UPNRZ, si la energía delpulso A se retrasa la mitad de un bit de tiempo, interferiría con el pulso B. en

Page 6: 04 Dispersion Modal

7/21/2019 04 Dispersion Modal

http://slidepdf.com/reader/full/04-dispersion-modal 6/8

Universidad De Aquino Bolivia Fibra ÓpticaFacultad De Ciencia Y Tecnología Dispersión Modal

4 | P á g i n a  

consecuencia, las transmisiones UPRZ pueden tolerar el doble de la demora, oensanchamiento, que las transmisiones UPNRZ

3 CALCULO DE MÁXIMA TRANSMISIÓN DE DATOS

Para las transmisiones UPRZ, la rapidez máxima de transmisión de datos, en bits porsegundo (bps), se expresa como sigue:

 ()  

y para las transmisiones UPNRZ, la rapidez máxima de transmisión es:

 ()  

EJEMPLO:Determinar la rapidez máxima de transmisión digital, con una fibra óptica de 10km delongitud y constante de ensanchamiento de pulso de 5 ns/km, para:

(a) Transmisión con regreso a cero(b) Transmisión sin regreso a cero.

Solución:

(a) Al sustituir en la ecuación para UPRZ, se tiene.

 ()

 

(b) Al sustituir en la ecuación para UPNRZ, se tiene.

 ()

 

Page 7: 04 Dispersion Modal

7/21/2019 04 Dispersion Modal

http://slidepdf.com/reader/full/04-dispersion-modal 7/8

Universidad De Aquino Bolivia Fibra ÓpticaFacultad De Ciencia Y Tecnología Dispersión Modal

5 | P á g i n a  

Estos resultados indican que la rapidez posible de transmisión digital para esta fibraóptica es el doble (20 Mbps contra 10 Mbps) para la transmisión UPRZ en comparacióncon la UPNRZ.

4 POSIBLES SOLUCIONES

En fibra óptica multimodo con muchas longitudes de onda de propagación, a veces esdifícil identificar la longitud de onda de dispersión de todas las longitudes de onda queestán presentes, si aún no existe un problema de la degradación del servicio. Uno puedecomparar la actual potencia óptica de cada longitud de onda de los valores diseñados ybuscar las diferencias.Después de eso, la fibra óptica se prueba de extremo a extremo. Si no se encuentraninguna pérdida, lo más probable es que hay dispersión con esa longitud de ondaparticular. Normalmente los ingenieros comienzan probando la sección de fibra desección hasta llegar al tramo afectado, todas las longitudes de onda son probadas y lalongitud de onda afectada produce una pérdida en el otro extremo de la fibra. Se puedecalcular fácilmente la cantidad de la fibra se ve afectada y sustituir esa parte de la fibra

con una nueva. La sustitución de la fibra óptica sólo se requiere cuando hay unadispersión intensa y el servicio está siendo afectado, de lo contrario diversos métodos sepueden utilizar para compensar la dispersión.

Existen dos formas de reducir la dispersión modal para incrementar el ancho de bandadisponible de la fibra óptica: produciendo una variación gradual del perfil del índice derefracción y permitiendo la propagación de un solo modo. De esta forma, se lograclasificar las fibras ópticas.

  Según el perfil del índice de refracción: abruptas (o salto de índice) y graduales.  Según el número de modos de propagación: multimodo (más de un modo) y

monomodo.

Se analiza inicialmente la solución que recurre a la variación gradual del índice derefracción. Se obtiene la siguiente cadena de acontecimientos:  La dispersión modal se produce porque los distintos modos de propagación recorren

distintos caminos en distinto tiempo.  La velocidad de propagación del modo en el medio dieléctrico es c/n (c la velocidad

de la luz en el vacío 3.105 Km/s).  De esta forma los rayos que recorren mayor camino lo hacen por la periferia del

núcleo.  Lo hacen allí donde el índice de refracción es menor que en el centro y donde la

velocidad también es mayor.  Luego: la mayor longitud de recorrido se compensa con la mayor velocidad de

propagación.

5 BIBLIOGRAFÍA

  SISTEMAS DE COMUNICACIONES ELECTRÓNICAS

Page 8: 04 Dispersion Modal

7/21/2019 04 Dispersion Modal

http://slidepdf.com/reader/full/04-dispersion-modal 8/8

Universidad De Aquino Bolivia Fibra ÓpticaFacultad De Ciencia Y Tecnología Dispersión Modal

6 | P á g i n a  

Tomasi, W. (2003). Sistemas de Comunicaciones Electrónicas (Cuarta Edición).México. Página 446 - 449. 

  FACTORES QUE LIMITAN LA TRANSMISIÓN EN REDES DE FIBRA ÓPTICAhttp://site.ebrary.com/lib/unidsp/docDetail.action?docID=10063657