Comunicaciones por medio

de Fibra óptica

Sistemas de Fibra Óptica

Lecona Nieto Edgar A.Mosco Aguado IvánNegrete Gutiérrez RenéRamírez Martínez Norberto Javier

Sistemas de Fibra Óptica

Los tres bloques principales que lo forman son el transmisor, el receptor y la guía de fibra.

TRANSMISOR: consiste de una interface analógica o digital, unconvertidor de voltaje a corriente, una fuente de luz y unadaptador de fuente de luz a fibra.

GUÍA DE FIBRA: es un vidrio ultra puro o un cable plástico.

RECEPTOR: incluye un dispositivo conector detector de fibra aluz, un foto detector, un convertidor de corriente a voltaje unamplificador de voltaje y una interface analógica o digital.

En un transmisor de fibra óptica la fuente de luz se puede modular por unaseñal análoga o digital, acoplando impedancias y limitando la amplitud de laseñal. El convertidor de voltaje a corriente sirve como interface eléctrica entrelos circuitos de entrada y la fuente de luz.

La fuente de luz puede ser un diodo emisor de luz LED o un diodo deinyección láser; la cantidad de luz emitida es proporcional a la corriente deexcitación, por lo tanto el convertidor voltaje a corriente convierte el voltaje dela señal de entrada en una corriente que se usa para dirigir la fuente de luz.

El detector de luz generalmente es un diodo PIN o un APD (fotodiodo deavalancha). Ambos convierten la energía de luz en corriente. Enconsecuencia, se requiere un convertidor corriente a voltaje que transforme loscambios en la corriente del detector a cambios de voltaje en la señal de salida.

Diagrama a Bloques de un

Sistema de Fibra Óptica

Ventajas y Desventajas de la

Tecnología por Fibra Óptica

Las comunicaciones a través de fibra óptica tiene varias ventajas abrumadoras sobre las comunicaciones de cable metálico o coaxial.

Ventajas Desventajas

1.- Mayor capacidad de información.2.- Inmunidad a la diafonía.3.- Inmunidad a la interferencia por estática.4.- Inmunidad al ambiente.5.- Inmunidad Electromagnética6.- Seguridad.7.- Durabilidad.8.- Economía.

1.- Costos de Interconexión.2.- Resistencia.3.- Potencia eléctrica remota.4.- Desconfiabilidad.5.- Herramientas, equipo y adiestramientos especializado.

Comparación en Especificaciones de

Tecnología Coaxial y Fibra Óptica

Características Fibra Óptica Coaxial

Longitud de la Bobina (mts) 2000 230

Peso (kgs/km) 190 7900

Diámetro (mm) 14 58

Radio de Curvatura (cms) 14 55

Distancia entre repetidores (Kms) 40 1.5

Atenuación (dB / km) para un Sistema de 56 Mbps 0.4 40

Modelos y Elementos de Sistemas Ópticos

El sistema de fibras ópticas funciona enviando información por medio derayos de luz. Para esto se compone de un Dispositivo Fotoemisor queconvierte los impulsos eléctricos en rayos de luz , un canal óptico pordonde la luz transita y un Dispositivo Fotodetector que vuelve atransformar la señal luminosa en pulsos eléctricos.

Conexión en Anillo

La conexión en anillo de las fibras ópticaspermite mantener la comunicación entre losnodos ante cualquier eventualidad, esto por unasegunda línea de fibra óptica.

Falla en la línea

Fallas en un Nodo

Fallos Múltiples

Requerimientos de Emisores Ópticos

*Potencia lumínica grande

*Baja corriente del diodo

*Propia longitud de onda

*Estrecho ancho espectral

*Estrecha distribución espacial de la irradiación

*Frecuencia grande de modulación

*Posibilidad de modulación de corriente del diodo

*Altura pequeña

Requerimientos de Receptores Ópticos

*Sensibilidad grande

*Linealidad (sólo para sistemas analógicos)

*Ruido bajo

*Recepción con velocidad grande

Parámetros Opto Electrónicos

Absorción y Emisión

LED• Mayor estabilidad térmica• Mayor tiempo de vida• Más lineal• Menos susceptible a

transitorios• Más robusto• Más económico• Circuito de excitación más

simple

Fotodiodo emisor de luz (LED): Se utiliza en

fibras multimodo.

•Potencia de salida: 1 mW.

•Frecuencia de modulación: Hasta 50 MHz.

•Anchura espectral: 50 nm.

Láser• Mayor potencia de emisión• Mejor acoplo de luz• Menor anchura espectral• Mayor velocidad de

modulación• decenas de GHz frente a unos

200 MH|

Laser de inyección o diodo laser (LD): Se utiliza

para alimentar fibras monomodo, debido a su gran

monocromaticidad (anchura espectral reducida), y a

que su frecuencia de modulación puede ser muy

elevada.

•Potencia de salida: 20 mW.

•Frecuencia de modulación: Hasta 10 GHz.

•Anchura espectral: 0.7 nm.

Comparativa LED - Láser

Ancho Espectral de LED y Láser

Fotodetectores

Un fotodiodo es una unión p-n, en la que se diferencian tres

regiones: La zona de deplexión, que es la región de la unión, en

la que ya no quedan portadores de carga y que se comporta

como una barrera aislante. Y las regiones p, y n, que quedan

cargadas negativa y positivamente, produciéndose entre las dos

regiones un campo eléctrico E en el sentido np.

Fotodiodos PIN: El fotodiodo p-i-n, consta de tres regiones:

p, n, y una región “i” no dopada. La situación es la misma que

en el caso de un fotodiodo normal, salvo que la zona de

deplexión aquí, se estiende a lo largo de toda la región i, por lo

que la superficie de sensible a la luz es mucho más ancha, y

puede producir mayor cantidad de corriente.

•Fotodiodos de avalancha (APD): Son

detectores p-n que se alimentan en sentido

inverso a altos voltajes (entre 40 y 400 V, frente a

los 8 o 10 V con que se alimentan los PIN), y

producen un efecto multiplicador, debido a que los

electrones producidos, sufren una fuerte

aceleración devida a la tensión, y producen

debido a los choques con el material nuevos

electrones libres, que a su vez multiplican el

efecto.

Fototransistores:

Funcionan igual que un transistor normal, la diferencia es que la corriente de base es generada por la luz.

La corriente que ingresa en la unión base-emisor es amplificada, dando capacidad de respuesta mucho más alta que un simple fotodiodo. Sin embargo, este incremente reduce el tiempo de respuesta y la linealidad, y en algunos casos, genera ruido.

Detectores Fotodarlington:

Son amplificadores tipo darlington integrados, en los que a la salida de un fototransistor es alimentada a la base de un segundo transistor para amplificar la señal.

Al añadirse el segundo transistor se incrementa la sensibilidad, pero disminuye la velocidad y aumenta el ruido.

Parámetros de Transmisión Analógica

Atenuación en la Fibra Óptica

Es la pérdida de potencia óptica en una fibra, y se mide en dB y dB/Km. Una pérdidadel 50% de la potencia de entrada equivale a -3dB.

Las pérdidas pueden ser intrínsecas o extrínsecas.

Intrínsecas: dependen de la composición del vidrio, impurezas, etc., y no las podemos eliminar. Las ondas de luz en el vacío no sufren ninguna perturbación. Pero si se propagan por un medio no vacío, interactúan con la materia produciéndose un fenómeno de dispersión debida a dos factores:

Dispersión por absorción: la luz es absorbida por el material transformándose en calor. Dispersión por difusión: la energía se dispersa en todas las direcciones.

Esto significa que parte de la luz se irá perdiendo en el trayecto, y por lo tanto resultará estar atenuada al final de un tramo de fibra.

Extrínsecas: son debidas al mal cableado y empalme. Las pérdidas por curvaturas se producen cuando le damos a la fibra una curvatura excesivamente pequeña (radio menor a 4 o 5 cm) la cual hace que los haces de luz logren escapar del núcleo, por superar el ángulo máximo de incidencia admitido para la reflexión total interna.

También se dan cuando, al aumentar la temperatura y debido a ladiferencia entre los coeficientes de dilatación térmica entre fibras ybuffer, las fibras se curvan dentro del tubo.

Atenuación por Tramo

Atenuación por Empalme

Es debida a las características de fabricación propia de cada fibra (naturaleza del vidrio, impurezas, etc.) y se mide en dB/Km, lo cual nos indica cuántos dB se perderán en un kilómetro.

Parámetros de medición:

l= 1556 nm

Indice= 1.465

Ancho de pulso= 1000 ns

Span (rango) = 0 a 6 km

Promedios = 15

Cursor A = 3.976 km

Cursor B = 2.529 km

Resultado de la medición:

A-B = 1.447 km

LSA Attn = 0.185 dB/km

Cuando empalmamos una fibra con otra, en la unión se produce una variación delíndice de refracción lo cual genera reflexiones y refracciones, y sumandose lapresencia de impurezas, todo esto resulta en una atenuación.

Se mide en ambos sentidos tomándose el promedio. La medición en uno de lossentidos puede dar un valor negativo, lo cual parecería indicar una amplificación depotencia, lo cual no es posible en un empalme, pero el promedio debe ser positivo,para resultar una atenuación.

Por inserción: es la atenuación que agrega a un enlace la presencia deun conector o un empalme.

De retorno o reflactancia: es la pérdida debida a la energíareflejada, se mide como la difrencia entre el nivel de señal reflejada y laseñal incidente, es un valor negativo y debe ser menor a -30 dB (típico -40dB). En ocasiones se indica obviando el signo menos.

Pérdidas

En algunos casos, la atenuación de un tramo de FO es tan baja que en el final del mismo la señal óptica es demasiado alta y puede saturar o dañar el receptor. Entonces es necesario provocar una atenuación controlada y esto se hace con la misma empalmadora, con la función de empalme atenuado.

En este dibujo se pueden ver todos los causales de atenuación geométrica

Gracias a que la fibra óptica es totalmente dieléctrica, es inmune a las interferencias de radiofrecuencia. Asimismo no genera interferencias ni genera diafonía en otros equipos de comunicación y por lo tanto no son necesarios apantallamientos especiales

Gracias a esta propiedad se logran mayores distancias de repetición (eventualmente puede no ser necesario incorporar repetidores), reduciendo así los costos del sistema, de su mantenimiento y aumentando la fiabilidad del mismo.

Menores Pérdidas de Potencia

Inmunidad al Ruido

Metodología del Diseño de Sistemas

El diseño de una red de fibra óptica está determinado por los requerimientos de los servicios que se implantaran en la red, estos pueden ser: video, voz, datos y multimedia.

Al momento de diseñar una red, se debe tener en cuenta las siguientes tendencias:Multiservicio, calidad de servicio, administración y monitoreo, escalabilidad, disponibilidad y relación costo-beneficio.

Los objetivos del diseño de una red son maximizar rendimiento al menor costo.En la metodología planteada de diseño de redes de fibra óptica, el análisis es la primera etapa a seguir; lo que se realiza aquí es un estudio de la situación actual de la empresa, que requerimientos tiene para implementar una nueva red o mejorar la ya existente.

Análisis de flujo de la Metodología para el diseño de sistemas de fibra óptica