DSCO: Diseño de Sistemas de Comunicaciones Ópticos

Resumen de contenidos

Profesores:Evaristo José Abril Domingo

Rubén M. Lorenzo ToledoPatricia Fernández Reguero

Grupo de Comunicaciones ÓpticasUniversidad de Valladolid

Valladolid, España

ÍndiceÍndice

Componentes de Sistemas de Comunicaciones Ópticas

La Dispersión: Efectos y Compensación

TEMA 1TEMA 1

Componentes de Sistemas de Componentes de Sistemas de Comunicaciones ÓpticasComunicaciones Ópticas

ContenidosContenidos

Introducción a los Sistemas de Comunicaciones Introducción a los Sistemas de Comunicaciones

ÓpticasÓpticas

La fibra ópticaLa fibra óptica

AcopladoresAcopladores

Aisladores y CirculadoresAisladores y Circuladores

Multiplexores y FiltrosMultiplexores y Filtros

Amplificadores ÓpticosAmplificadores Ópticos

ConmutadoresConmutadores

Convertidores de longitud de ondaConvertidores de longitud de onda

AcopladoresAcopladores

1, 3, 4, 5

2

1, 2, 3, 4, 5

Dependiendo de la longitud de acoplamiento pude haber interferencias constructivas y destructivas

AcopladoresAcopladores

DivisoresDivisores

Aisladores y CirculadoresAisladores y Circuladores

Parámetros principales Pérdidas de Inserción: approx. 1 dB Aislamiento: approx. 40-50 dB

Principio de funcionamiento

Aisladores y CirculadoresAisladores y Circuladores

Aisladores y CirculadoresAisladores y Circuladores

Aisladores y CirculadoresAisladores y Circuladores

Multiplexores y filtrosMultiplexores 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

Multiplexores y filtrosMultiplexores y filtros

Multiplexores y filtrosMultiplexores y filtros

Amplificadores ÓpticosAmplificadores Ópticos

Tres tipos de amplificación 1R: Regeneration (Ópticos) 2R: Regeneration + reshaping (Óptica+ 3R: Regeneration + reshaping + recloking Electr.)

1R

2R

3R

• Transparencia

•Gran ancho de banda

Amplificadores ÓpticosAmplificadores Ópticos

Amplificadores ÓpticosAmplificadores Ópticos

Amplificadores ÓpticosAmplificadores Ópticos

ConmutadoresConmutadores

Usos

Parámetros importantes: Ratio de extinción Pérdidas de inserción Crosstalk Dependencia con la polarización

Use Required timeProvisioning 1-10 msProtection switching 1-10 sPacket switching 1 nsExternal modulation 10 ps

Convertidores de longitud de ondaConvertidores de longitud de onda

Cuando queremos cambiar la longitud de onda de la luz, tradicionalmente:

Con nuevos componentes:

Receiver Regenerator TransmitterLuz, 1 Luz, 2

Señal eléctrica

señal 1

probe 2SOA Filter 2

señal 2

Semiconductor Optical Amplifier

Otros dispositivosOtros dispositivos

Dispersión: Efectos y Dispersión: Efectos y CompensaciónCompensación

TEMA 2TEMA 2

Efectos de la DispersiónEfectos 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

Dispersión: ContextoDispersión: 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 ventana1.550 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

Dispersión: TiposDispersión: 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)

Dispersion Intramodal: PMDDispersion Intramodal: PMD

Causa: “Birrefringencia” (βx

01≠ 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

Dispersión Intramodal: PMDDispersión Intramodal: PMD

PMD: Posibles solucionesPMD: Posibles soluciones

Fibra óptica especial PMF (Polarization Maintaining Fiber) que propaga una sóla polarización

Dispersión Intramodal: Dispersión Intramodal:

Dispersión CromáticaDispersión Cromática

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.

Dispersión CromáticaDispersión 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)

Dispersión CromáticaDispersión 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 ·

Parámetro de Fibra

22

2 cD

La Dispersión limita la Capacidad del La Dispersión limita la Capacidad del Sistema de Comunicaciones ÓpticasSistema de Comunicaciones Ópticas

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

Pendiente de la Dispersión, Pendiente de la Dispersión, SS

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

Tipos de F.O. 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 (ZD ~ 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)

ZD ~ 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 (ZD 1550 nm)

Equilibrio dispersión/no linealidades

[Corning LEAF]

Dispersión vs. Tipos de fibraDispersión vs. Tipos de fibra

2º Ventana 3ª Ventana

Dispersión vs. Tipos de fibraDispersión vs. Tipos de fibra

Fibras SMF o Non-DSF, DSF y NZDSF

Compensación de Dispersión Compensación de Dispersión Técnicas de CompensaciónTécnicas 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

Compensación de Dispersión Compensación de Dispersión LCFBGLCFBG

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

Fibra SMF

CirculadorÓptico

LCFBG

Single Mode Fiber

Compensación de Dispersión Compensación de Dispersión DCFsDCFs

Compensación de Dispersión Compensación de Dispersión Alternancia +NZDSF y -NZDSFAlternancia +NZDSF y -NZDSF

Compensación de Dispersión Compensación de Dispersión Modos de órden superiorModos de órden superior

Compensación de Dispersión Compensación de Dispersión VIPAVIPA

Virtual imaging phase array

Compensación de Dispersión Compensación de Dispersión Comparativa de TécnicasComparativa de Técnicas

DCF /e= Dispersion Compensation Fiber / Enhanced HOM = Hight Order Modes VIPA = Virtual Image Phase Array CFBG = Chirped Fiber Bragg Gratting

Compensación de Dispersión Compensación de Dispersión Diagramas de ojoDiagramas de ojo

Compensa la Dispersión

Cromática D

Compensa la Dispersión

Cromática D y la de órden

Superior, S

Inconveniente: Sólo compensa adecuadamente el canal central

en WDM

Óptima para WDM,

compensa todos los canales

Solo un canal Todos los canales