Voz sobre fibra óptica con PIC

IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DIDÁCTICO DE TRANSMISIÓN DE VOZ POR FIBRA ÓPTICA USANDO WDM

DIANA MARIA CADAVID MONSALVE LAURA SOFÍA RODRÍGUEZ PULECIO

UNIVERSIDAD DEL VALLE FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA PLAN DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

SANTIAGO DE CALI 2004

IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DIDÁCTICO DE TRANSMISIÓN DE VOZ POR FIBRA ÓPTICA USANDO WDM

DIANA MARIA CADAVID MONSALVE CÓDIGO 9709567 LAURA SOFÍA RODRÍGUEZ PULECIO CÓDIGO 9709571

Trabajo de grado para optar al título de Ingeniero Electrónico

Director FABIO GUERRERO

Área de Telecomunicaciones

UNIVERSIDAD DEL VALLE FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA PLAN DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

SANTIAGO DE CALI 2004

Nota de Aceptación

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

Director Ingeniero Fabio Guerrero

___________________________________

Jurado

___________________________________

Jurado

Santiago de Cali, Marzo de 2004

CONTENIDO

pág.

INTRODUCCIÓN 16

1 TRANSMISIÓN DE SEÑALES SOBRE FIBRA ÓPTICA 18 1.1 FIBRA ÓPTICA 18

1.1.1 Ventajas y desventajas de la fibra óptica 22

1.1.2 Tipos de fibra 24

1.1.3 Sistemas de comunicación por fibra óptica 28

1.2 WDM 29

1.2.1 Por qué usar WDM? 30

1.2.2 Evolución de WDM 31

1.3 SEÑAL DE VOZ 32

2 ARQUITECTURA HARDWARE DEL SISTEMA 38 2.1 DESCRIPCIÓN GENERAL 38

2.2 CAPTURA DE LA SEÑAL DE VOZ 38

2.3 ADECUACIÓN DE LA SEÑAL DE VOZ 39

2.3.1 Filtro de entrada 40

2.3.1.1 Filtro pasa alto 41

2.3.1.2 Filtro pasa bajo 43

2.3.2 Control automático de ganancia 45

2.3.3 Adecuación de voltajes entregados al microcontrolador 48

2.4 PARÁMETROS DE ELECCIÓN DEL MICROCONTROLADOR 48

2.5 CARACTERÍSTICAS DEL PIC16F873 51

2.6 MULTIPLEXACIÓN EN EL TIEMPO 54

2.6.1 Funciones del microcontrolador en la multiplexación en el tiempo 56

2.7 CONVERSOR ELECTRO ÓPTICO 58

2.8 DIODOS LEDS COMO FUENTES ÓPTICAS 60

2.8.1 Características de la fuente seleccionada 61

2.9 ACOPLADOR WDM 63

2.9.1 Características del acoplador seleccionado 67

2.10 CARACTERÍSTICAS DE LA FIBRA SELECCIONADA 70

2.11 DETECTORES ÓPTICOS 72

2.11.1 Características del detector seleccionado 73

2.12 ADECUACIÓN DE LA SEÑAL ENTREGADA POR EL FOTODETECTOR77

2.13 DEMULTIPLEXACIÓN EN EL TIEMPO 77

2.14 INTERFAZ DE SALIDA 78

2.15 TRANSMISIÓN DE DATOS 81

3 ARQUITECTURA SOFTWARE DEL SISTEMA 84 3.1 FIRMWARE PARA LA TRANSMISIÓN DE VOZ 84

3.2 FIRMWARE PARA LA RECEPCIÓN DE VOZ 86

3.3 SOFTWARE DEL PC PARA LA TRANSMISIÓN DE DATOS 88

3.4 FIRMWARE PARA LA TRANSMISIÓN DE DATOS 90

4 DESEMPEÑO DEL SISTEMA 92 4.1 RESULTADOS OBTENIDOS 92

4.1.1 Filtro pasa alto 92

4.1.2 Filtro pasa bajo 95

4.1.3 Control automático de ganancia 96

4.1.4 Tareas del microcontrolador 97

4.1.5 Fuentes de luz y detectores ópticos 98

4.1.6 Dispositivo WDM 99

4.1.7 Conversor digital análogo 106

4.1.8 Transmisión de datos 107

4.1.9 Funcionamiento general del sistema 108

5 PRÁCTICAS DE LABORATORIO WDM SUGERIDAS 110 5.1 PRÁCTICA 1 MUESTREO 111

5.2 PRÁCTICA 2 MULTIPLEXACIÓN EN EL TIEMPO 113

5.3 PRÁCTICA 3 INTERFAZ ELECTRO ÓPTICA 115

5.4 PRÁCTICA 4 TRANSMISIÓN POR FIBRA ÓPTICA 118

5.5 PRÁCTICA 5 TRANSMISIÓN WDM 120

CONCLUSIONES 150 RECOMENDACIONES PARA TRABAJOS FUTUROS EN ESTA LÍNEA 155 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 158 ANEXOS

LISTA DE TABLAS

pág.

Tabla 1.1 Datos técnicos de la fibra óptica 19

Tabla 1.2 Características de los tipos de fibra óptica 25

Tabla 1.3 Evolución WDM 32

Tabla 2.1 Datos característicos PIC16F873 54

Tabla 2.2 Tiempos de conversión del microcontrolador 58

Tabla 2.3 Características de los LEDs 63

Tabla 2.4 Características de la fibra óptica 71

Tabla 2.5 Información pines conector DB9 83

Tabla 4.1 Tabulación desfase vs. frecuencia filtro pasa alto 93

Tabla 4.2 Tabulación desfase vs. frecuencia filtro pasa bajo 95

LISTA DE FIGURAS

pág.

Capítulo 1: Transmisión de señales sobre fibra óptica

• Figura 1.1 Cable de fibra óptica 20

• Figura 1.2 Partes de la fibra óptica 21

• Figura 1.3 Propagación en una fibra óptica de índice abrupto 26

• Figura 1.4 Propagación en una fibra óptica de índice gradual 27

• Figura 1.5 Propagación en una fibra óptica monomodo 28

• Figura 1.6 WDM 30

• Figura 1.7 Señal de voz 33

• Figura 1.8 Modulación de amplitud de pulso 34

• Figura 1.9 Señal cuantificada 35

• Figura 1.10 PCM 35

• Figura 1.11 De señal analógica a digital 36

Capítulo 2: Arquitectura hardware del sistema

• Figura 2.1 Diagrama en bloques del sistema 38

• Figura 2.2 Interfaz de entrada para usuario 39

• Figura 2.3 Respuesta del filtro pasa banda 41

• Figura 2.4 Filtro pasa alto implementado 42

• Figura 2.5 Respuesta del filtro pasa alto implementado 42

• Figura 2.6 Filtro pasa bajo implementado 43

• Figura 2.7 Respuesta del filtro pasa bajo implementado 44

• Figura 2.8 Configuración interna y distribución de pines del SA575 45

• Figura 2.9 Relación ALCgain vs. voltaje de entrada en el CAG 46

• Figura 2.10 Configuración externa control automático de ganancia 47

• Figura 2.11 Circuito offset implementado 48

• Figura 2.12 Arquitectura simplificada del microcontrolador 49

• Figura 2.13 Distribución de pines del microcontrolador 16F873 52

• Figura 2.14 Representación TDM 55

• Figura 2.15 Conformación de la trama de transmisión 56

• Figura 2.16 Circuito electro óptico implementado 59

• Figura 2.17 Estructura de un LED de superficie 60

• Figura 2.18 Estructura de un LED transversal 61

• Figura 2.19 Potencia óptica corriente de polarización 61

• Figura 2.20 LED de 850 nm utilizado 62

• Figura 2.21 LED de 1300 nm utilizado 63

• Figura 2.22 Configuración WDM 64

• Figura 2.23 Clases de acopladores 65

• Figura 2.24 Dispositivo WDM utilizado 68

• Figura 2.25 Configuración dispositivo multiplexor 68

• Figura 2.26 Demultiplexor seleccionado 69

• Figura 2.27 Configuración dispositivo demultiplexor 69

• Figura 2.28 Conector ST 70

• Figura 2.29 El espectro 72

• Figura 2.30 Fotodetector de 850 nm utilizado 76

• Figura 2.31 Fotodetector de 1300 nm utilizado 76

• Figura 2.32 Circuito comparador 77

• Figura 2.33 Distribución de pines del DAC0832 79

• Figura 2.34 Configuración de salida del conversor 80

• Figura 2.35 Conectores DB9 82

Capítulo 3: Arquitectura software del sistema • Figura No 3.1 Diagrama flujo software extremo transmisor 84

• Figura No 3.2 Diagrama de flujo del programa en el receptor 87

• Figura 3.3 Diagrama de flujo software del computador para la transmisión de datos. 89

• Figura 3.4 Diagrama de Flujo Software microcontrolador transmisión de

datos 91

Capítulo 4: Desempeño del sistema

• Figura 4.1 Diagrama de bloques del sistema 92

• Figura 4.2 Relación fase vs. frecuencia filtro pasa alto 94

• Figura 4.3 Relación amplitud vs. frecuencia filtro pasa alto 94

• Figura 4.4 Relación fase vs. frecuencia filtro pasa bajo 96

• Figura 4.5 Relación amplitud vs. frecuencia filtro pasa bajo 96

• Figura 4.6 Configuración WDM inicial 99

• Figura 4.7 Prueba número 1 configuración inicial WDM 100



• Figura 4.10 Configuración mux / demux 103

• Figura 4.11 Empalme mecánico 103

• Figura 4.12 Prueba número 1 configuración final WDM 104



• Figura 4.15 Entorno gráfico de la transmisión de datos 108 Capítulo 5: Prácticas de laboratorio sugeridas

• Figura 5.1 Circuito electro óptico 117

• Figura 5.2 Fibra óptica 119

• Figura 5.3 Configuración WDM 122

LISTA DE ANEXOS

• Anexo A: Hoja de datos del controlador automático de ganancia

• Anexo B: Hoja de datos del micorontrolador PIC 16F873

• Anexo C: LED AMP269110-1 de 850 nm

• Anexo D: LED FOMETRIC S320 de 1300 nm

• Anexo E: WDM implementado (multiplexor - demultiplexor)

• Anexo F: Fotodetector PIN AMP269111-1 de 850nm

• Anexo G: Fotodetector PIN FERMIONICS FD300 de 1300nm

• Anexo H: Código del programa transmisor de voz

• Anexo I: Código del programa receptor de voz

• Anexo J: Código de programa de transmisión de datos

• Anexo K: Costos

RESUMEN

Modulación digital con conversión A/D D/A

Diseñar y construir un sistema didáctico de transmisión punto a punto, con modo

de operación simplex, de dos canales de voz por medio de fibra óptica usando

multiplexación en longitud de onda. En la figura está representado el proceso

seguido por la señal de voz desde el extremo emisor hasta el extremo receptor.

El sistema consta de un módulo emisor a 850 nm y otro a 1300 nm y un módulo

receptor a 850 nm y 1300 nm respectivamente.

En el transmisor se encuentra una etapa de filtrado que deja pasar señales de voz

con frecuencias entre las acordadas en canal nominal de la voz a 4 kHz de la ITU.

A continuación se encuentra una etapa de adecuación de la señal para garantizar

una señal análoga constante a la entrada del microcontrolador. El

microcontrolador es el que cumple con tareas como el muestreo y codificación de

la señal, se encarga de recibir las dos señales de entrada análogas, establecer

una trama que permita la multiplexación en el tiempo y finalmente transmitir bit a

bit la trama. Debido a que el propósito es el de transmitir señales luminosas, se

diseña un circuito electro óptico conformado por un circuito excitador y un LED. A

continuación se acoplan dos dispositivos WDM los cuales permiten la

multiplexación y demultiplexación en longitud de onda de ambos canales.

En este proyecto se empleó una fibra multimodo, con un núcleo de 62.5 µm y una

cubierta 125 µm.

Un circuito fotodetector basado en un fotodiodo PIN convierte los cambios de nivel

óptico a cambios de niveles de voltaje. Estos niveles de voltaje pasan por un

circuito comparador el cual regula los niveles de voltaje entre 0 V y 5 V para que la

señal digital ingrese al microcontrolador donde se realiza la demultiplexación en el

tiempo de dos canales. La salida del microcontrolador va hacia un conversor

digital análogo donde se reconstruyen las señales de audio, seguido de un filtro

pasa bajo, para eliminar componentes de frecuencia indeseados. Finalmente se

encuentra un dispositivo que permite reproducir la señal de voz de forma audible.

AGRADECIMIENTOS

Al ingeniero Fabio Guerrero y al área de Telecomunicaciones por brindarnos su

asesoría y ayudarnos a resolver gran parte de las dudas que se generaron durante

la realización de este proyecto.

Al ingeniero Asfur Barandica y Bladimir Vacca por su disposición y ánimo a la hora

de respondernos alguna inquietud.

A nuestros padres y hermanos por su incondicional apoyo y financiamiento.

A nuestros compañeros Hector Satizabal, Cristian Zamora, Jorge Tenorio, y Carlos

Andrés Díaz, quienes en más de una oportunidad nos brindaron ayuda.

Y a nuestros compañeros de promoción por amistad y compañía a lo largo de toda

nuestra carrera.

DEDICATORIAS

Este trabajo de grado esta dedicado principalmente a Dios, ya que sin su

fortaleza y respaldo, no hubiese sido posible, el desarrollo y culminación de esta

carrera.

A mis padres quienes con su inmenso amor y dedicación, han forjado un carácter

en mí, capaz de enfrentar las diversas situaciones de la vida.

A mis hermanos y hermanas, quienes me alentaron en momentos de dificultad.

A mi novio por su amor y motivación en cada una de las etapas de este proyecto.

Y por último a mis amigos, quienes creyeron en mí y me colaboraron cuando más

lo necesité.

Diana y Laura

INTRODUCCIÓN

Debido al gran auge que se está experimentado en la transmisión de datos, las

redes actuales de alta velocidad y anchos de banda considerables no serán

suficientes para satisfacer las necesidades de los usuarios a mediano plazo. Por lo

anterior, es preciso proponer una solución que supla dicha demanda y además

garantice condiciones favorables en cuanto a distancia de los enlaces, atenuación

de la señal, pérdidas de retorno, rendimiento y potencia, entre otros.

Para superar dichas limitaciones se propone un sistema de comunicación por fibra

óptica usando WDM (multiplexación en longitud de onda). Hacer uso de la fibra es

una forma habitual de maximizar la transferencia de información en un enlace de

comunicaciones en general, y WDM en particular, consiste en multiplexar varias

señales sobre un único medio de transmisión aprovechando de esta forma su

ancho de banda total.

Los sistemas de comunicación óptica multiplexados en longitud de onda están

atrayendo una atención creciente debido a su aplicación como sistema

multiacceso de gran ancho de banda. La multiplexación en longitud de onda

permite que varias señales sean transmitidas simultáneamente por una sola fibra

óptica modulando señales discretas en diferentes bandas de frecuencia, es decir,

se divide el espectro de transmisión óptico de una fibra óptica en varias longitudes

de onda, cada una transportando un torrente de datos de forma independiente (un

canal). De esta manera el espectro óptico de transmisión es dividido en varias

bandas de longitud de onda, donde cada lambda (λ) transporta un canal de

comunicación distinto.

17

En este trabajo se presenta un sistema de transmisión punto a punto y con una

aplicación dedicada a la transmisión de voz, para esto se propone el diseño de un

sistema que consta de varias etapas. Una primera etapa dedicada al

acondicionamiento de señal, seguida de una etapa de multiplexación en el tiempo

(TDM), a continuación se adapta un dispositivo WDM que tiene como función

hacer la multiplexación en longitud de onda, en este caso 850 nm y 1300 nm,

posteriormente se hace uso de la fibra óptica como medio físico de transmisión y

finalmente se da lugar al diseño de la etapa de recepción que consta a su vez de

un demultiplexor y la adecuación de la señal. Con este diseño se busca transmitir

dos canales de voz por un canal nominal definido por la ITU desde 300 Hz a 3400

Hz, con las longitudes de ondas establecidas.

El documento está dividido en cinco capítulos los cuales enuncian uno a uno los

diferentes aspectos de los que está compuesto este proyecto. En el capítulo uno

se expone el marco teórico, en el se encuentran los principios de los temas

relacionados a lo largo del proyecto. El capítulo dos describe ampliamente la

arquitectura hardware que conforma el sistema y en el capítulo tres el software

correspondiente. El capítulo cuatro enumera las pruebas que se realizaron a cada

módulo del sistema y al sistema en general y finalmente el capítulo cinco contiene

cinco prácticas de laboratorio sugeridas que se elaboraron con el ánimo que sirvan

de apoyo en futuros laboratorios en el área de Telecomunicaciones.

1. TRANSMISIÓN DE SEÑALES SOBRE FIBRA ÓPTICA

El objetivo de este capítulo es presentar los aspectos básicos acerca de fibra

óptica, multiplexación en longitud de onda, transmisión con estas tecnologías y

algunas de las características tenidas en cuenta de las señales de voz para este

trabajo en particular.

Esta información está a un nivel básico para que sea más sencillo entender los

aspectos más importantes de este proyecto. Esto es de importancia para la

formulación de trabajos futuros en esta rama, así como apoyo para el manejo del

sistema diseñado para las prácticas de laboratorio en fibra óptica en el área de

Telecomunicaciones.

1.1 FIBRA ÓPTICA

Los hilos de fibra óptica son filamentos de vidrios flexibles, con un diámetro típico

de 125 µm. Figura 1.1. Llevan mensajes en forma de haces de luz que pasan a

través de ellos de un extremo a otro, donde quiera que el filamento vaya

(incluyendo curvas y esquinas) sin interrupción.

Para alcanzar los objetivos se deben tener presentes ciertas cualidades de la fibra

óptica, como son su sensibilidad a la curvatura y a la microcurvatura, la resistencia

mecánica, y las características de envejecimiento. Algunos datos técnicos están

consignados en la tabla 1.1.

Capítulo 1. Transmisión de señales sobre fibra óptica

19

Tabla 1.1 Datos técnicos de la fibra óptica multimodo

Diámetro (mm) 3.0

Tensión max en instalación (kg) 50

Tensión max permanente (kg) 30

Radio de curvatura (cm²) 3

Temperatura -550C a +125C

Estos parámetros deben supervisarse para evitar daños en la estructura de la fibra

ya que pueden provocar incremento en la atenuación de la señal óptica:

• El esfuerzo máximo permitido en la fibra durante su fabricación y servicio;

determina la fuerza mínima de ruptura de la fibra y la fuerza que la fibra soporta de

tensión.

• La fuerza lateral dinámica y estática máxima ejercida sobre la fibra, para

determinar la configuración del cable y el límite de tolerancia de microcurvaturas.

• La flexibilidad

• El rango de temperatura y medio ambiente en donde el cable va a operar.

• También existe un límite de enrollamiento, es decir, el ángulo de curvatura

de la fibra no debe ser muy pronunciado [1].


20

Figura 1.1 Cable de fibra óptica

Originalmente, la fibra óptica fue propuesta como medio de transmisión debido a

su enorme ancho de banda, sin embargo con el tiempo se ha planteado para un

amplio rango de aplicaciones además de la telefonía, automatización industrial,

computación, sistemas de televisión por cable y transmisión de información de

imágenes astronómicas de alta resolución entre otros. También pueden usarse,

tanto en pequeños ambientes autónomos (tales como sistemas de procesamiento

de datos de aviones), como en grandes redes geográficas (como los sistemas de

largas líneas urbanas mantenidos por compañías telefónicas).

El concepto de las comunicaciones por ondas luminosas ha sido conocido por

muchos años. Sin embargo, no fue hasta mediado de los años setenta que se

publicaron los resultados del trabajo teórico. Estos indicaban que era posible

confinar un haz luminoso en una fibra transparente flexible y proveer así un

análogo óptico a la señalización eléctrica por alambres. El problema técnico que

se tenía que resolver para el avance de la fibra óptica residía en las fibras mismas,

que absorbían luz que dificultaba el proceso. Para una comunicación práctica, la

fibra óptica debe transmitir señales luminosas detectables a muchos kilómetros. El

vidrio ordinario tiene un haz luminoso de pocos metros de alcance. Sin embargo,

han desarrollado nuevos vidrios muy puros con transparencias mucho mayores


21

que la del vidrio ordinario. Este gran avance ha dado ímpetu a la industria de fibras

ópticas.

La mayoría de las fibras ópticas se hacen de arena o sílice, materia prima

abundante en comparación con el cobre.

Los dos constituyentes esenciales de las fibras ópticas son el núcleo, la funda

óptica y el revestimiento. El núcleo es la parte más interna de la fibra y es la que

guía la luz. Consiste en una o varias hebras delgadas de sílice, cuarzo fundido o

plástico con diámetro de 50 µm o 62.5 µm para la fibra multimodo y 9 µm para la

fibra monomodo. La funda óptica, generalmente de los mismos materiales que el

núcleo pero con aditivos que confinan las ondas ópticas en el núcleo. Y el

revestimiento de protección, por lo general está fabricado en plástico y asegura la

protección mecánica de la fibra, la protege contra la humedad, el aplastamiento,

los roedores, y otros riesgos del entorno [2]. Figura 1.2.

Figura 1.2 Partes de la fibra óptica

Los problemas de dispersión modal pueden afectar la transmisión de cualquier

información emitida por medio de impulsos de luz. Esto se denomina algunas

veces como capacidad a la respuesta impulsiva de la fibra óptica. La dispersión

modal y la del material tienden a ensanchar los impulsos de luz en el tiempo y

aunque la transmisión de información pudiera haber comenzado con impulsos

cortos y perfectamente espaciados, este tipo de dispersión puede ocasionar que

los impulsos ocupen un gran intervalo de tiempo y de este modo reducir el

espaciamiento temporal entre ellos llegando, en el peor de los casos, a un


22

solapamiento tan grande de los impulsos que no existen ni impulsos ni espacios.

Habría únicamente un rayo de luz continuo en la salida. La dispersión relaciona,

pues, la velocidad de propagación de las distintas frecuencias dentro de la banda

de frecuencias transmitidas por la guía de luz óptica.

Una de las consideraciones más importantes en la utilización de fibras ópticas y

rayos de luz para transmisión de datos y comunicaciones es el hecho de que los

rayos luminosos son prácticamente inmunes a las interferencias eléctricas cuando

se envían sobre un camino de transmisión de fibra óptica. Las radiaciones

electromagnéticas, como descargas eléctricas, rayos y efectos de diafonía que

actúan como fuentes de interferencias, son prácticamente eliminados en un

sistema de transmisión por fibra óptica.

Se debe tener presente también el significado del uso de la luz y de las

frecuencias luminosas en las comunicaciones. Si se considera el hecho de que

para la transmisión de información es necesaria una pequeña banda de

frecuencias (quizás del orden de los kHz), se debe pensar entonces en la cantidad

de bandas que puede contener la región luminosa del espectro de frecuencias sin

que se interfieran unas con otras. Además, como las bandas pueden hacerse más

anchas, es posible transmitir información a velocidades mayores. Podrían llegar a

usarse velocidades del orden de los Gbps e incluso superiores y aún así quedaría

una anchura de banda suficiente para poder manejar un gran número de canales

simultáneamente. En los sistemas de fibra óptica pueden enviarse datos digitales

y analógicos de manera conjunta. Esto significa que los costes son menores que

con los cables de cobre, hay también menor diafonía e interferencias [3].

1.1.1 Ventajas y desventajas de la fibra óptica De [2] se pueden mencionar como ventajas y desventajas las siguientes:

Ventajas:


23

• Liviandad y reducido tamaño del cable capaz de llevar un gran número de

señales. Se facilita la movilidad en áreas reducidas.

• Alta calidad de transmisión. Inmunidad a transmisiones cruzadas entre cables,

causadas por inducción magnética.

• Reducción de costos de protección contra el ruido. Inmunidad a interferencia

estática debida a las fuentes de ruido.

• Eliminación de los problemas de bucle de tierra. No es necesario tener puesta

a tierra de señales, como ocurre con alambres de cobre que quedan en

contacto con ambientes metálicos.

• Comparte una bandeja con cables de energía, aún de alta tensión o frecuencia,

o al aire con mínimas fijaciones.

• Travesía segura en zonas peligrosas. La seguridad en cuanto a la instalación y

mantenimiento, es decir, las fibras de vidrio y plástico no son conductoras de

electricidad, se pueden usar cerca de líquidos y gases volátiles. Seguridad

contra descargas eléctricas.

• Mayor confiabilidad gracias al menor número de repetidoras. En el sistema de

fibra óptica se pueden instalar tramos de hasta 70 km. Sin que halla necesidad

de recurrir a repetidores lo que también hace más económico y de fácil

mantenimiento este material.

• Menor mantenimiento. Reducción de los costos de instalación y reparación.

• Gran capacidad de transmisión debido al ancho de banda mayor disponible en

frecuencias ópticas.

• Eliminación de igualadores.

• Atenuación independiente del ancho de banda del mensaje transmitido.

• Confiabilidad y alta privacidad de la transmisión, las fibras no pierden luz, por lo

que la transmisión es segura y no puede ser perturbada.

• Niveles pequeños de potencia eléctrica en el transmisor.

• Gran abundancia en la naturaleza del material base SiO2, por tanto, fáciles de

conseguir en el mercado.


24

• Interferencias pequeñas entre fibras.

• Mayor economía para enlaces mayores de 2 km y velocidades mayores a 2

Mbps.

• Compatibilidad con la tecnología digital.

• La fibra es una tecnología probada, sencilla sumamente estandarizada y de

altísima confiabilidad.

Desventajas:

• Fragilidad de las fibras.

• Dificultad de reparar un cable de fibras roto en el campo.

• Sólo puede utilizarse por las personas ubicadas en las zonas por las cuales ya

esté instalada la red de fibra óptica.

• El coste es alto en la conexión de fibra óptica, las empresas no cobran por

tiempo de utilización sino por cantidad de información transferida al

computador, que se mide en megabytes.

• Disponibilidad limitada de conectores.

• Las fibras ópticas presentan limitaciones químicas que adquieren mayor

intensidad para determinadas longitudes de onda, a los efectos de la

irradiación, determinándose que los láseres de elevada potencia pueden

motivar cierto deterioro. La irradiación conduce a modificar el color del material

transparente de las fibras, produciendo su oscurecimiento.

1.1.2 Tipos de fibra

La fibra óptica está considerada aún como una tecnología relativamente nueva

con respecto a otros medios físicos. Su ya extendida utilización, se encuentra en

plena evolución.


25

Según sea la forma de guiar los rayos de luz por la fibra óptica (ya sea en un cierto

número de modos o en uno solo) el tipo de fibra se denomina multimodo o

monomodo. Las características más sobresalientes están consignadas en la tabla

1.2.

Tabla 1.2 Características de los tipos de fibra óptica

Fibras multimodo Características Índice abrupto Índice gradual

Fibras monomodo

Diámetro del núcleo 100µm<0<600µm 50µm<0<100µm 8µm<0<10µm

Diámetro de

la cubierta 140µm<0<1000µm 25µm<0<150µm 125µm

Índice del núcleo Constante Carece del centro a la

periferia

Creciente o

decreciente

Apertura numérica 0.30 0.20 a 0.27 Muy pequeña I=0

Banda de paso 20 a 10 MHz/Km 200 a 1200 MHz/Km >10 GHz/Km,

no significativa

Atenuación según

las ventanas

850nm 8 a 20 dB/Km

1300nm 2.5 a 4 dB/Km 0.3 a 0.5 dB/Km

1550nm 0.6 a 1.5 dB/Km 0.150 a 0.3 dB/Km

Dentro de las fibras multimodo existen dos tipos, de índice de escalón o índice

abrupto y de índice gradual. En el tipo de fibra de índice abrupto, las fibras se

componen de revestimiento de baja refracción y de un núcleo de elevado índice de

refracción, por el que se guía la luz mediante reflexión total en el límite

revestimiento-núcleo. En el caso de fibras ópticas con perfil de índice gradual la

luz se desvía continuamente hacia el eje de la fibra en las regiones externas con

índice de refracción menor.

En la fibra óptica de índice abrupto, el índice de reflexión del núcleo es

completamente distinto al índice de refracción de la cubierta. De esta forma,

durante la transmisión la luz va chocando contra las paredes de la cubierta, siendo

reflejada en cada choque hacia el núcleo. Este sistema es el más fácil de


26

construir, pero presenta como inconvenientes una mayor atenuación y un ancho

de banda más estrecho.

Dado que el núcleo presenta un índice de refracción constante, la velocidad de los

rayos luminosos también será constante, así a mayor espacio recorrido por dichos

rayos, mayor será el tiempo que tardarán en llegar al otro extremo de la fibra

óptica.

En este tipo de fibra los rayos luminosos se propagan por la fibra en zigzag, de ahí

que los rayos sigan recorridos diferentes, es decir que unos tardarán más tiempo

que otros en llegar al extremo opuesto de la fibra. Este es el motivo por el que

producen algunos retardos en la transmisión. Así pues, cuando se transmiten

mensajes a alta velocidad, como es el caso de la información digital, los impulsos

sufren un alargamiento tendiendo a superponerse, por lo que la información puede

distorsionarse. Este tipo de propagación de fibra se puede observar en la figura

1.3.

Figura 1.3 Propagación en una fibra óptica de índice abrupto

Otro tipo de fibra multimodo es el ya mencionado de índice gradual, en el que el

núcleo no mantiene un índice de refracción constante, sino que va aumentando

progresivamente desde el eje hacia afuera. Con esta técnica se produce una

refracción gradual a medida que los rayos van penetrando en la cubierta. Este

sistema presenta un ancho de banda mayor que el de índice abrupto y menor

atenuación.


27

En las fibras de índice gradual la energía luminosa se propaga de una forma

diferente a las fibras de índice abrupto. Al ir variando gradualmente el índice de

refracción a lo largo del diámetro de la fibra e ir disminuyendo hasta que en el

límite, entre el núcleo y la cubierta alcance el valor mínimo, los modos varían de

forma helicoidal. Al no existir una diferencia grande entre el índice de refracción

del núcleo y de la cubierta, la luz no choca bruscamente contra el y no viaja a

través del núcleo en zigzag, como ocurre en el índice abrupto.

Los rayos de luz que se propagan por las zonas exteriores del núcleo, tienen un

índice de refracción más bajo, por tanto viajarán a mayor velocidad, según la

expresión de la velocidad de la luz a través del medio.

Por el contrario, los rayos que viajan por el centro del núcleo, al tener un índice de

refracción mayor, se propagan a menor velocidad. De estas dos afirmaciones

deducimos que, aunque los rayos de luz viajan de distintos modos, llegarán al

mismo tiempo al extremo opuesto de la fibra ya que, a pesar que algunos rayos

recorren más camino que otros, van a mayor velocidad. Este tipo de fibra se

puede observar en la figura 1.4

Figura 1.4 Propagación en una fibra óptica de índice gradual

En el segundo tipo de fibra, denominado monomodo, el núcleo es muy delgado, de

tan sólo unas pocas micras, y a través del cual los rayos de luz siguen un único

camino, por lo tanto sólo existe un modo. Gracias a esta técnica se obtiene un

ancho de banda superior y menor atenuación. Sin embargo, al tener unas

dimensiones reducidas se dificulta la interfaz con las fuentes emisoras, debiendo


28

ser estas de alta calidad, motivo por el cual este sistema también resulta más

costoso. Este tipo de fibra se utiliza típicamente en comunicaciones de media y

larga distancia y en enlaces intercontinentales en los que hay una elevada

transmisión de datos, lo cual justifica una inversión más grande [4]. Este tipo de

fibra se puede observar en la figura 1.5

Figura 1.5 Propagación en una fibra óptica monomodo.

1.1.3 Sistemas de comunicación por fibra óptica Desde 1970, los sistemas de comunicación que emplean la fibra óptica como

medio de transmisión han tenido un desarrollo considerable. Este gran auge se

debió a las bondades que representa este medio de transmisión como son las

bajas atenuaciones. Las atenuaciones introducidas por la fibra óptica para

sistemas de comunicación, están dentro del intervalo de 0.2 dB/Km a 5 dB/Km, y

las fuentes ópticas pueden acoplar niveles de luz a las fibras ópticas desde varios

microwatts a varios miliwatts, y sensibilidades típicas de los receptores ópticos

están en el intervalo de -20 dBm a -60 dBm. Los enlaces por fibra óptica hoy en

día se encuentran en aplicaciones de corta y larga distancia, tanto para enlaces

punto a punto como punto a multipunto y multipunto a multipunto.

En los sistemas de comunicaciones por fibra óptica la información viaja en forma

de rayos de luz, es decir ondas electromagnéticas guiadas; la diferencia con las


29

ondas electromagnéticas de radio es la frecuencia de operación. Como en los

sistemas de radiocomunicación, estos sistemas requieren de transductores para el

acondicionamiento de las señales de transmisión y recepción. En el transmisor se

requiere de un transductor de ondas luminosas a ondas de corriente y finalmente a

niveles de voltaje.

A mediados de 1980 quedó demostrado que la tecnología TDM (multiplexación de

señales en el dominio del tiempo) no sería suficiente para afrontar la demanda que

se podía predecir. El tráfico de datos necesitó entonces el despliegue de la

multiplexación de longitud de onda (WDM) en el que muchas señales pueden ser

transmitidas simultáneamente por una sola fibra, modulando señales discretas en

diferentes bandas de frecuencia [5].

1.2 WDM

Ha habido un constante empeño por desarrollar nuevas técnicas para aprovechar

en forma más eficiente y económica los medios de comunicación, los sistemas

ópticos no son la excepción y para esto se ha desarrollado Wavelength Division

Multiplex (Multiplexación en longitud de onda).

WDM consiste en la transmisión en paralelo de un número determinado de

señales ópticas a longitud de onda diferentes sobre una única fibra óptica donde

cada una de las múltiples portadoras ópticas transporta diferentes flujos de datos.

Cada portadora óptica tiene acceso al ancho de banda de la fibra con una

modulación particular que puede ser de varios GHz.

Un sistema WDM utiliza varias fuentes ópticas, cada una de ellas emitiendo a una

longitud de onda diferente en un enlace formado por una sola fibra óptica. Figura

1.6.


30

Figura 1.6 WDM

Los sistemas WDM se pueden utilizar en redes locales, en comunicaciones de

larga distancia (troncales), en general para aplicaciones de banda ancha, tales

como video teléfono, video conferencia, televisión, multimedia internet, audio y

otros.

1.2.1 Por qué usar WDM?

La creciente demanda de servicios de alta velocidad y gran ancho de banda, están

provocando cambios sustanciales en las arquitecturas de las redes ópticas.

Dado el evidente éxito de WDM que ha permitido el aumento de la capacidad de

las redes ópticas de transporte esta tecnología se esta expandiendo

progresivamente desde el núcleo de las redes ópticas de alta velocidad hacia las

redes metropolitanas y de acceso.

De hecho, se ha observado que la introducción de tecnología WDM en las redes

ópticas metropolitanas produce grandes beneficios en cuanto a coste, flexibilidad y

eficiencia. [6].

La disponibilidad de gran ancho de banda genera nuevas aplicaciones que

emplean más ancho de banda, generando de nuevo una necesidad de mayor

ancho de banda, lo cual conduce a una necesidad indefinida de fibra y de

servicios.


31

La multiplexación en longitud de onda se desarrolló a gran velocidad para cubrir

una necesidad a corto plazo, pero no sucedió lo mismo con la infraestructura

asociada. Así, el más común de los usos de la fibra sigue siendo el enlace punto a

punto.

1.2.2 Evolución de WDM

A principios de 1990, se denominó transmisión WDM en banda ancha a la

transmisión de una señal a 1550 nm y otra de retorno a 1310 nm. Más tarde, a

mitad de los 90, el desarrollo WDM permitía espaciamientos más cortos,

implementando transporte bidireccional de 2x2 y 4x4 canales a 1550 nm,

alcanzando velocidades de 2,5 Gbps en enlaces punto a punto. Finalmente, a

finales de los 90, los sistemas densos (DWDM) llegaron a ser una realidad cuando

gran número de servicios y multitud de longitudes de onda comenzaron a coexistir

en la misma fibra, llegando a enviar 32/40/64/80/96 longitudes de onda a 2,5 Gbps

y 10 Gbps. Aun así, pronto se verán los sistemas ultra-densos (UDWDM) con

transmisión de 128 y 256 longitudes de onda a 10 Gbps y 40 Gbps por canal, ya

que la infraestructura actual de fibra óptica no será suficiente para cubrir la

demanda.

Mediante el uso de DWDM, cada longitud de onda transmitida por la misma fibra

soporta un canal independiente y, consecuentemente, aumenta el ancho de banda

disponible para diferentes servicios. Por ejemplo, con tecnología estándar SONET,

1344 señales T1 se transmiten por un par de fibras. Empleando tecnología DWDM

y el mismo par de fibras, llegan a transmitir hasta 53.760 señales T1 [6].

Con todo este tipo de tecnologías apoyando al sistema DWDM, cada aplicación en

la red DWDM tendrá asociada una única longitud de onda, por lo cual, se

necesitará un tipo de fibra óptica diseñada para soportar un gran número de


32

longitudes de onda (canales) transmitidas a muy alta potencia. Esta fibra no

deberá variar su comportamiento a causa de fenómenos como PMD (Dispersión

por cambio de Modo de Polarización) u otros efectos no lineales.

En resultados de las investigaciones realizadas por Lucent Technologies Bell Labs

Innovation se puede ver el gran desarrollo de esta tecnología durante la última

década [7]:

Tabla 1.3 Evolución WDM Año Número de

canales

Capacidad de

transmisión

Distancia

1985 10 2 Gbps 63.8 km

1994 16 2.5 Gbps 1420 km

1995 17 20 Gbps 150 km

1996 132 2.64 Tbps 120 km

En teoría, el ancho de banda total disponible en una fibra monomodo es de 50

THz, mientras que es muy difícil predecir el ancho de banda necesario para cubrir

la demanda y los servicios esperados. DWDM está siendo aceptada por la

mayoría de los operadores, y seguirá siendo aceptada como la tecnología ideal de

transporte en todas sus combinaciones, tanto en tierra como en grandes tramos

troncales submarinos.

1.3 SEÑAL DE VOZ

Varias formas de comunicación no eléctricas encierran un proceso de modulación,

y la voz es un buen ejemplo. La voz humana es analógica, es decir, su

comportamiento se modela con una función continua, no presenta cambios

bruscos. La voz captada por un micrófono y llevada a un osciloscopio, no presenta


33

el aspecto de una señal rectangular o con pendientes muy elevadas, por el

contrario, presenta una serie de curvas complejas, en forma simplificada puede

representarse por una señal senoidal cambiante en frecuencia y amplitud. Figura

1.7.

Figura 1.7 Señal de voz

Las señales de audio perceptibles por el oído humano, tienen unas características

bien definidas. La más importante de ellas, para su transmisión es su pequeño

ancho de banda, esto debido a que el espectro de frecuencias que percibe el

humano está entre los 300 Hz y los 20 kHz [5]. El conjunto de características que

debe cumplir el canal de 64 kbps para telefonía está determinadas en ITU-T (antes

CCITT) G.712 para circuitos de 4 hilos y en ITU-T G.713 para 2 hilos. La ITU

(International Communication Union) ha definido un canal de voz en el local loop

que va de 300 Hz a 3400 Hz, conocido como canal nominal de 4 kHz.

La modulación es la modificación de la señal portadora en función de las

características de la señal moduladora, el caso que nos interesa tratar es aquel en

el que la señal moduladora es analógica (la voz) y la portadora es digital,

obteniendo así una señal modulada digital que puede ser transmitida con una

mayor calidad.

El primer paso en la codificación analógica - digital se llama PAM (modulación de

amplitud de pulso), esta es la base de PCM (modulación de código de pulso). PAM

recoge información análoga, la muestrea y genera una serie de pulsos.


34

En esta técnica, a la señal original se le toman una serie de muestras a intervalos

regulares de tiempo como lo muestra la figura 1.8. En un momento dado el nivel

de la señal es leído y retenido brevemente. El valor mostrado sucede solamente

de modo instantáneo a la forma actual de la onda, pero es generalizada por un

periodo todavía corto pero medible.

Figura 1.8 Modulación de amplitud de pulso

El motivo por el que PAM sea ineficaz en comunicaciones es por que aunque

traduzca la forma actual de la onda a una serie de pulsos, siguen teniendo

amplitud (todavía señal analógica y no digital). Para hacerlos digitales, se deben

de modificar usando modulación de código de pulso (PCM).

PCM (Pulse Code Modulation) modifica los pulsos creados por PAM para crear

una señal completamente digital. Para hacerlo, PCM, en primer lugar, cuantifica

los pulsos de PAM. Figura 1.9. La cuantificación es un método de asignación de

los valores íntegros a un rango específico. Luego, cada uno de esos valores finitos

será codificado, es decir, a cada muestra cuantificada se le otorga un código

concreto, convirtiendo de esta forma la señal original en una señal digital que

podrá tomar dos únicos valores, siendo transmitidos los códigos de cada muestra.


35

Figura 1.9 Señal cuantificada

Después, se asigna un código binario a cada valor y estos dígitos binarios son

transformados en una señal digital usando una de las técnicas de codificación

digital-digital. Figura 1.10.

Figura 1.10 PCM

Finalmente, se consigue transmitir de forma digital la señal análoga original y, por

tanto, realizar una transmisión digital. En la figura 1.11 se puede ver la

representación del proceso. PCM es el método de prueba usado para digitalizar la

voz en la transmisión de línea-T en los sistemas de telecomunicaciones en

América del Norte [8].

Actualmente, se requiere poca información para la reconstrucción de señal

analógica. En lo referente al Teorema de Nyquist, para asegurarse que la


36

reproducción exacta de una señal analógica original usando PAM, la tasa de

muestreo debe ser al menos el doble de la frecuencia máxima de la señal original.

De este modo, si deseamos muestrear la información de voz que tiene como

frecuencia máxima 4000 Hz, la tasa de muestreo debe ser de 8000 pruebas/s. A

una velocidad de muestreo menor, la información se perdería; a una mayor, no se

ganaría información extra.

Figura 1.11 De señal analógica a digital

La primera manifestación con carácter digital tomó lugar cuando se hizo uso de la

telegrafía con su codificación binaria. La evolución sufrida por la transmisión digital

desde entonces ha sido enorme. La telegrafía transmitía un código que era

decodificado en el receptor para componer el mensaje que se había transmitido;

actualmente, es la propia voz la que se transmite digitalmente después de haber

pasado por una serie de conversiones previa a ser transmitida.


37

Las principales ventajas que ofrece la comunicación digital son entre otras, una

mayor calidad en la transmisión, casi independiente de la distancia. Otra de sus

ventajas es que debido a su carácter binario es más robusta en presencia de ruido

a lo largo de la transmisión. Por tanto, la transmisión digital puede emplearse en

líneas o cables que no presenten las condiciones más favorables para la

transmisión.

La importancia que siempre ha tenido la voz en el proceso de comunicación

humana se ve, en nuestros días, incrementada por el rápido avance tecnológico.

La enorme cantidad de posibilidades que ofrece la tecnología digital, basada en el

desarrollo de microprocesadores cada vez más potentes, hace que las

aplicaciones de señales de voz se multipliquen. Entre estas aplicaciones, han

permitido disponer de un conjunto de servicios que hasta hace algunos años eran

impensables. Redes de integración de voz y datos, diálogo hombre-máquina,

síntesis a partir de texto, identificación/verificación de locutores, son algunos

ejemplos de los logros alcanzados.

Gracias a la digitalización de la voz se pueden alcanzar mejoras y aplicaciones

prácticas tales como:

a) Mejorar las comunicaciones frente al ruido e interferencias.

b) Almacenar la voz, procesarla y tratarla exactamente como cualquier otro tipo de

información digital, por ejemplo la introducida manualmente por el teclado de un

terminal.

c) Permite la robotización o control sin manos, de equipos, vehículos, ascensores,

etc., con lo que los mandos, botones pulsadores, etc. irán desapareciendo y

quedarán sustituidos por un micrófono.

Una aplicación práctica del desempeño de este módulo de transmisión de voz

puede ser por ejemplo que sirva como sistema multiplexado para apoyo de una

red de citofonía para una unidad residencial.

2. ARQUITECTURA HARDWARE DEL SISTEMA

2.1 DESCRIPCIÓN GENERAL

Para este sistema didáctico de transmisión punto a punto en modo de operación

simplex de dos canales de voz usando WDM. Se han utilizado las longitudes de

onda 850 nm y 1300 nm. En la figura 2.1 se muestra un diagrama en bloques del

sistema.

Figura 2.1 Diagrama en bloques del sistema

2.2 CAPTURA DE LA SEÑAL DE VOZ

La captura de la señal de voz del usuario se hace por medio de un micrófono

monofónico. El micrófono es por excelencia un transductor de entrada, el cual a

través de una lámina muy delgada ubicada en un campo eléctrico, capta las ondas

sonoras del ambiente circundante, en este caso la voz emitida por el usuario, las

transforma en variaciones de tensión eléctrica y las envía a la etapa de

amplificación.

Adecuación de Señal

Filtro 300Hz 4kHz

MIC

CAG

Offset

LED

850nm

PIC


Filtro 300Hz 4kHz

MIC

CAG

Offset

LED

1300nm

PIC


PIC

Detector1300nm

D/A

Filtro4khz

Alta voz

Recuperación de la voz

PIC

Detector850nm

D/A

Filtro4kHz

Alta voz

Capítulo 2. Arquitectura hardware del sistema

39

El funcionamiento de un micrófono se basa en el desplazamiento espacial

producido por una bobina dentro de un campo magnético. Hay un diafragma que

se desplaza con la fuerza mecánica provocada por las ondas sonoras, este

desplazamiento se transmite a la ferrita de la bobina. La fuerza electromotriz

generada en la bobina es proporcional a la inducción de campo, al número de

espiras, a la longitud de espiras, y al desplazamiento relativo de la bobina. Para

una explicación detallada del funcionamiento de un micrófono se puede consultar

[9]. El circuito implementado, para el micrófono se muestra en la figura 2.2

Figura 2.2 Interfaz de entrada para usuario

2.3 ADECUACIÓN DE LA SEÑAL DE VOZ Para un correcto tratamiento de la señal se debe asegurar que las señales

cumplen con ciertos parámetros. Inicialmente se debe limitar la señal de entrada al

ancho de banda preestablecido, se debe garantizar también la correcta recepción

por parte del microcontrolador de estas señales, mantener el voltaje de entrada al

microcontrolador a niveles adecuados, y proteger al microcontrolador de niveles

de voltaje negativos o niveles mayores a los permitidos.


40

La importancia de esta etapa se debe a que permite discriminar entre las señales

que se desea tener en cuenta y las que no son de interés.

2.3.1 Filtro de entrada

Los filtros activos son circuitos compuestos por resistencias, condensadores y

amplificadores operacionales, cuya finalidad es dejar pasar a través de ellos las

frecuencias para las que han sido diseñados, eliminando por tanto el resto de las

frecuencias que no interesan. Esto se consigue atenuando o incluso llegando a

anular aquellas cuya frecuencia no está en el margen de frecuencias admisible

[10].

Dadas las características de la señal de voz es necesario implementar un filtro,

que limitara la señal de 300 Hz a 3400 Hz, siendo entonces nuestro ancho de

banda de interés de 3100 Hz.

En el proyecto se implementó un filtro con configuración en cascada, es decir,

inicialmente un filtro pasa alto con frecuencia de corte a 300 Hz y su salida se

conecta con la entrada de un filtro pasa bajo con frecuencia de corte de 3400 Hz.

Este par de filtros activos conectados en cascada forman un filtro pasa banda. El

diseño de estos dos filtros se hizo en Filter 20 el cual es un software libre de

Power Mountain Software System [11]. Figura 2.3.


41

Figura 2.3 Respuesta del filtro pasa banda.

Se seleccionó un filtro de segundo orden con el modelo de aproximación de

Butterworth o también llamado filtro de respuesta plana máxima. Su principal

característica es que la atenuación en la mayor parte de la banda pasante es cero,

y mas allá, el voltaje de la salida disminuye a razón de 40 dB por década (esta

razón se debe a que los filtros tienen dos polos).

2.3.1.1 Filtro pasa alto Este filtro se usa para eliminar las frecuencias desde cero hasta la frecuencia de

corte inferior (300 Hz) y permite el paso de todas las frecuencias por encima de

esta frecuencia. Las frecuencias entre cero y la frecuencia de corte conforman la

banda eliminada. Las frecuencias por encima de la de corte conforman la banda

pasante [12]. El filtro implementado se muestra en la figura 2.4.


42

Figura 2.4 Filtro pasa alto implementado

La frecuencia de corte seleccionada es de 300 Hz suficiente para la transmisión de

voz, siendo esta frecuencia acorde con las razones mencionadas en la sección

1.3.

Figura 2.5 Respuesta del filtro paso alto implementado


43

La métrica seleccionada para encontrar el ancho de banda del filtro implementado

es evaluar a que frecuencia la señal senoidal entregada por un generador de señal

cae al 70% de su valor, es decir, a –3 dB. Teniendo en cuenta lo anterior, el ancho

de banda efectivo de la señal es de 346 Hz, como se puede observar en la figura

2.5. El comportamiento experimental de este filtro se detalla en el capítulo 4.

2.3.1.2 Filtro pasa bajo Este filtro deja pasar todas las frecuencias desde cero hasta la frecuencia de corte

(3400 Hz) y bloquea todas las frecuencias por encima de la misma. La frecuencia

entre cero y la frecuencia de corte conforman la banda pasante. Las frecuencias

por encima de la frecuencia de corte conforman la banda eliminada.

Figura 2.6 Filtro pasa bajo implementado

Un filtro pasa bajos ideal no produce desfase en todas las frecuencias de la banda

pasante. La ausencia de desfase es importante cuando la señal de entrada no es

senoidal. Cuando un filtro tiene desfase cero, se mantiene la forma de una señal

no senoidal cuando esta lo atraviesa [12]. En los filtros prácticos se presenta


44

desfase, pero este desfase no es perjudicial para la señal no senoidal si se

mantiene lineal sobre la banda pasante. En el caso del filtro pasa bajo

implementado en el proyecto, el desfase crece de forma lineal por lo que la señal

no se ve afectada. El comportamiento experimental de este filtro se detalla en el

capítulo 4.

La frecuencia de corte para el filtro pasa bajo debe ser de 3400 Hz, con esto se

evita el paso de frecuencias muy bajas, innecesarias para obtener una señal de

voz inteligible, aprovechando aún mas el ancho de banda y de acuerdo al canal

nominal establecido por la ITU.

Figura 2.7 Respuesta del filtro pasa bajo implementado

La métrica seleccionada para encontrar el ancho de banda del filtro implementado

es evaluar a que frecuencia la señal senoidal entregada por un generador de señal

cae al 70% de su valor, es decir, a –3 dB. Teniendo en cuenta lo anterior, el ancho

de banda efectivo de la señal es de 3.348 kHz, como se puede observar en la

figura 2.7. El comportamiento experimental de este filtro se detalla en el capítulo 4.


45

2.3.2 Control automático de ganancia

En muchas aplicaciones, como en radio y en televisión, se requiere que la

ganancia de tensión cambie automáticamente cuando la señal de entrada cambie.

Concretamente, cuando la señal de entrada se incrementa, se quiere que la

ganancia de tensión disminuya. De esta manera, la tensión de salida será más o

menos constante en su valor de Vpp.

Figura 2.8 Configuración interna y distribución de pines del SA575

Para este trabajo de grado fue necesario implementar esta etapa dadas las

diferentes características de las señales de voz de distintos locutores. Cuando

una persona hable muy suave o cuando la persona hable muy fuerte, el sistema

deberá ser capaz de adaptar los niveles de voltaje a los requeridos por la siguiente

etapa.


46

El SA575 es un circuito de control de ganancia dual de precisión diseñado para

aplicaciones de bajo voltaje. Su rango de frecuencia de operación es de 20 Hz

hasta 20 kHz. El canal 1 del SA575 es un expansor mientras que el canal 2 puede

ser configurado como expansor, compresor o control automático de ganancia.

Figura 2.8.

Básicamente el efecto que produce cualquier cambio repentino en la señal de

entrada es compensado, reducido o amplificado por la acción del CAG.

Una sencilla configuración exterior permite tener los parámetros deseados en

cuanto a ganancia ALC gain, que está dado por (1):

)(41008.3avgV

AkALCgainIN

µ×= (1)

y su representación gráfica se puede ver en la figura 2.9, la cual es una función

impar en la que se puede ver un comportamiento inicial creciente lineal para

entradas de voltaje muy pequeñas y decae exponencialmente cuando este valor

de voltaje de entrada comienza a crecer.

Figura 2.9 Relación ALCgain vs. voltaje de entrada en el CAG

Relación ALCgain vs voltaje de entrada

-25-20-15-10-505

10152025

-200 -100 0 100 200

Voltaje de entrada (mV)

ALC

gain


47

La configuración externa del controlador automático de ganancia se muestra en la

figura 2.10.

Figura 2.10 Configuración externa control automático de ganancia

La hoja de datos del controlador automático de ganancia se encuentra en el anexo

A.


48

2.3.3 Adecuación de voltajes entregados al microcontrolador

La señal que proviene de la etapa de control automático de ganancia presenta

valores de voltaje negativos debido a que se han usado amplificadores con

alimentación dual. Esta característica no es compatible con las especificaciones

del microcontrolador seleccionado, por tal motivo, en la última etapa de la

adecuación de señal se utiliza un elevador de offset.

Figura 2.11 Circuito offset implementado

Para esto se ha utilizado un amplificador en configuración de sumador, que

adiciona a la señal resultante de las etapas anteriores un valor en DC de 0.86 V

empleando para esto un divisor de tensión. Esto permite obtener una señal entre

0 V y 5 V con una referencia en 0.86 V. El circuito implementado se ilustra en la

figura 2.11.

2.4 PARÁMETROS DE ELECCIÓN DEL MICROCONTROLADOR Para la multiplexación en el tiempo se requiere de un microprocesador que cumpla

con un conjunto de requisitos tales como velocidad, número de puertos, capacidad

de memoria, memoria EPROM, tipo de transmisión, los cuales no son muy


49

exigentes pero si necesarios para el desarrollo de este proyecto. Un diagrama de

bloque de la arquitectura del microcontrolador se encuentra en la figura 2.12.

A continuación se enumeran y se da una breve explicación de porqué son

necesarios y en la siguiente sección se describe el microcontrolador seleccionado.

Figura 2.12 Arquitectura simplificada del microcontrolador

Los parámetros que se han tenido en cuenta para la elección del microcontrolador

son los siguientes:

• Conversor análogo-digital:

Se requiere que el microcontrolador convierta la señal analógica proveniente de la

etapa de entrada en una señal digital que pueda ser interpretada por el circuito

receptor y ser procesada con una resolución de mínimo 8 bits. Por tanto es

necesario para la codificación de la señal el uso de conversores análogos-

ESTADO

PC

PILA

RELOJ

FSR

W

MEMORIA DE CODIGO (FLASH) MEMORIA

DE DATOS (SRAM)

RECURSOS INTERNOS

DECODIFICADOR DE INSTRUCCIONES

REGISTRO DE INSTRUCCIONES

MPX

MPX

ALU

Dirección

Instrucción 1

8 8

8

8

8

Direccionamiento Indirecto

Direccionamiento Directo

Dirección

PUERTAS PARALELO ESCLAVA

PUERTA SERIE SÍNCRONA

USART

CA/D

CCP 1-2

EEPROM

TIMERS

PUERTAS E/S

Periféricos

8 Datos


50

digitales. Se necesita un microcontrolador capaz de muestrear por lo menos dos

canales.

• Conversor digital-análogo:

Para la recuperación de la señal análoga es necesario el uso de conversores

digital-análogo, aunque este es un parámetro importante se decidió hacer uso de

estos dispositivos compatibles con el microcontrolador pero de forma externa.

Estudiando otros microcontroladores con esta capacidad se consideró que hacer

uso de este dispositivo externamente no afecta negativamente el desempeño del

sistema y reduce costos.

• Transmisión Serial:

Este es uno de los parámetros más significativos en la elección del

microcontrolador. Es necesario que el microcontrolador esté en capacidad de

transmitir datos de manera serial por alguno de sus puertos de salida, permitiendo

así hacer una transmisión asíncrona de una trama de datos.

Para transmisión serial los bits que comprenden un caracter son transmitidos

secuencialmente sobre una línea; mientras que en la transmisión en paralelo los

bits que representan el caracter son transmitidos serialmente. Si el caracter

consiste de ocho bits, entonces la transmisión en paralelo requerirá de un mínimo

de ocho líneas. La transmisión en paralelo no se usa en transmisiones dedicadas

por el costo que implica el uso de circuitos adicionales.

• Velocidad:

Para que el número y calidad de muestras de las señales de voz fueran

ampliamente satisfactorios era necesario escoger un microcontrolador con una

velocidad de operación adecuada. Basados en la frecuencia máxima del filtro, se

obtiene que la trama de 33 bits se debe enviar cada 125 µs lo que da como

resultado una rata de 264 kbps, velocidad suficiente para la conversión análoga-

digital.


51

• Puertos de entrada:

Dado que las señales análogas deben ser procesadas por el microcontrolador es

necesario que este tenga la capacidad de capturar las señales por medio de

alguno de sus puertos de entrada. Para el presente trabajo de grado sólo es

necesario un puerto de este tipo.

• Puertos de Salida:

Además de los puertos necesarios para la transmisión de datos, es importante que

el microcontrolador tenga la capacidad de mostrar los datos digitales

correspondientes a cada canal muestreado a través de 8 bits, por medio de sus

puertos de salida.

• Reprogramación:

Debido a que se hace necesario hacer un número significativo de pruebas

preliminares de los códigos programados en el microcontroladores se requiere que

cuente con esta característica.

• Memoria:

Ya que no es necesario almacenar datos en memoria para la aplicación propia de

este trabajo la capacidad de memoria no fue aspecto relevante en la elección.

2.5 CARACTERÍSTICAS DEL PIC16F873

El microcontrolador escogido fue el PIC16F873 fabricado por Microchip, por que

sus características cumplen con las exigencias del proyecto. La distribución de

pines se puede observar en la figura 2.13. A continuación se enumeran las

características más sobresalientes:


52

• Conversor Análogo-Digital:

El PIC16F873 posee un conversor análogo digital de ocho bits de resolución y

cinco canales de entrada. Los cinco canales de entrada están soportados por las

cinco líneas multifunción del puerto A, la configuración de dichas líneas debe estar

de acuerdo con la función que se desea que realicen. Este parámetro es suficiente

para las necesidades de este proyecto de grado y para futuras implementaciones

con este modulo, como se verá en las prácticas de laboratorio sugeridas en el

capitulo 5.

Figura 2.13 Distribución de pines del microcontrolador PIC16F873

• Modulo de transmisión serie asíncrono:

Cuenta con un protocolo asíncrono del USART que puede funcionar como un

sistema de comunicación en modo de operación simplex asíncrono. Se usa la

norma RS-232-C, donde cada palabra de información o dato se envía

independientemente de los demás. Los bits se transfieren a una frecuencia fija y

normalizada. En el modo asíncrono las transferencias de información se realizan

sobre una sola línea, saliendo al ritmo de una frecuencia controlada.


53

La arquitectura del USART, en modo asíncrono está constituido por cuatro

bloques que son:

1. Circuito de muestreo

2. Generador de baudios

3. Transmisor asíncrono

4. Receptor asíncrono

• Velocidad de operación:

En las especificaciones del microcontrolador con una entrada de reloj de 20 MHz,

cada ciclo de instrucción se ejecuta en 200 nseg. Este microcontrolador debe ser

capaz de trasmitir por lo menos para esta aplicación 264 kbps, generados de la

siguiente forma:

Una trama consiste en 3*8 = 24 bits, más 3*3=9 bits extra para control, lo que da

33 bits cada 125 µseg esto produce una tasa de transmisión de datos aproximada

de 264kbps. (Figura 2.15).

• Puertos de entrada / salida:

Dispone de tres puertos de entrada / salida A, B, C. Todas las líneas de estos

puertos son multifuncionales, es decir, realizan funciones según estén

programadas. Sin embargo, todas ellas tienen la capacidad de trabajar como

líneas de E/S digitales de 8 bits.

• Memoria:

La memoria programable FLASH tiene capacidad de 8 K x 14 palabras. La

memoria de datos RAM tiene 368 x 8 bytes. La memoria EEPROM tiene 256 x 8

bytes. Los datos más característicos del microcontrolador PIC 16F873 se

encuentran consignados en la tabla 2.1.

• Instrucciones:


54

Para la programación del PIC16F873 son necesarias solo 35 palabras de

instrucción lo que facilita su manejo, con una curva de aprendizaje corta.

Tabla 2.1 Datos característicos PIC 16F873

Frecuencia de operación DC – 20 MHz

Memoria Flash 4K

Memoria de datos (bytes) 128

Interrupciones 13

Puertos E/S Puertos A,B,C

Comunicación serial MSSP, USART

8-bit modulo análogo – digital 5 canales de entrada

Instrucciones 35

La hoja de datos del PIC 16F873 se encuentra en el anexo B.

2.6 MULTIPLEXACIÓN EN EL TIEMPO Multiplexación es la transmisión simultánea de varios canales de información

separados en el mismo medio de comunicación sin interferirse entre sí. Este

método se usa para señales digitales o analógicas que previamente se hayan

digitalizado.

Para la comunicación de voz, esto significa dos o más canales de voz en un

mismo medio de transmisión simultáneamente. Consiste en transmitir varias

señales por un mismo canal físico, mezclando a distintos intervalos de tiempo

(time slot), distintas partes o porciones de la señal. La transmisión simultánea

puede llevarse a cabo por división de tiempo, por división de frecuencia o por otros

medios como CDMA [13]. Figura 2.14.


55

Figura 2.14 Representación TDM

La multiplexación por división de tiempo (TDM) consiste en transmitir dos o más

canales de información en el mismo circuito de comunicación utilizando la técnica

de tiempo compartido en donde la velocidad de transmisión por el medio excede la

velocidad de las señales digitales a transmitir.

TDM se adapta bien a las señales binarias que consisten en impulsos que

representan un dígito binario 1 o 0. Estos impulsos pueden ser de muy corta

duración y sin embargo, son capaces de transportar la información deseada. La

señal original puede ser una onda analógica que se convierte en forma binaria

para su transmisión, como las señales de voz de una red telefónica, o puede estar

ya en forma digital, como los de un equipo de datos o un ordenador.

Una de las principales funciones de este sistema didáctico es enviar y recibir dos

canales de voz, para esto se multiplexan en longitud de onda las tramas de

transmisión correspondientes a dos canales de voz previamente multiplexados en

tiempo. En consecuencia se toman muestras tanto del primer canal como del

segundo de manera intercalada formando así una trama. El formato de la trama


56

utilizada está compuesta de: un byte de control, los datos correspondientes al

primer canal de voz y los datos correspondientes al segundo canal, ver figura 2.15.

Figura 2.15 Conformación de la trama de transmisión

2.6.1 Funciones del microcontrolador en la multiplexación en el tiempo

El programa en el microcontrolador se encarga de tomar las muestras de los

canales en un intervalo de tiempo previamente establecido para cada uno y crear

la trama con los datos digitales producto de la conversión de la señal de voz,

adicionando la información de control. Aquí se realiza la multiplexación en el

tiempo de las dos señales de voz.

La forma como realiza esta tarea es la siguiente:

1. Define el byte de control con el número de canales a transmitir.

2. Habilitar el canal de entrada análogo correspondiente a la primera señal.

3. Transmitir el byte de control con información del número de canales.

4. Habilitar el segundo canal para la conversión del la segunda señal análoga.

5. Transmitir el primer byte con el primer dato digital correspondiente a la

señal de voz.

6. Define el byte de control con el número de canales a transmitir.

7. Transmitir el byte con el segundo dato digital correspondiente a la segunda

señal de voz.


57

8. El proceso continúa de forma cíclica.

Por medio de la programación en lenguaje ensamblador de los registros

correspondientes al modulo de transmisión del microcontrolador, se establece una

velocidad de transferencia de 264 kbps. Se programan los registros SPBRG para

alta velocidad y el bit BRGH (generador de frecuencia de baudios) del registro

TXSTA. La ecuación que ayuda a determinar la frecuencia en baudios a la que

trabaja el microcontrolador es (2):

12916

)1(

==

+=

XdadaltavelociK

XKFoscBaudiosFrecuancia

(2)

donde X es el valor cargado en el registro SPBRG, y Fosc es la frecuencia del

cristal empleado (20 MHz).

La frecuencia en baudios del generador depende del bit BRGH del registro TXSTA

<2>. En este caso el bit BRGH es 1, es decir, se trabaja en alta velocidad. Según

este bit se obtiene el valor de la constante K necesaria en la determinación de la

frecuencia de funcionamiento.

Para la programación del conversor análogo digital se hace uso de los registros

ADCON0 y ADCON1. El tiempo de conversión por bit se calcula según la

programación de ADCSI y ADCSO del registro ADCON0, donde ADCS1:0 están

configurados 1:0, esto significa que la frecuencia de funcionamiento del

microcontrolador es de 1.6 µs (tiempo de conversión por bit) según la tabla de

valores de tiempo de conversión que toma el microcontrolador. Tabla 2.2


58

Tabla 2.2 Tiempos de conversión del microcontrolador

Selección TAD Frecuencia de

trabajo

TAD ADCS1:ADCS0 20 MHz

2 x TOSC 00 100 ηs

8 x TOSC 01 400 ηs

32 x TOSC 10 1,6 µs

RC 11 2-6 µs

Lo que limita entonces el proceso de muestreo de datos es el tiempo de

transmisión debido a que el programa solo convierte cuando existe una

interrupción por transmisión, este tiempo es suficiente ya que cumple con la teoría

de muestreo anteriormente expuesta.

2.7 CONVERSOR ELECTRO ÓPTICO Los circuitos de excitación para las fuentes de luz tienen como función convertir el

voltaje de la señal a transmitir en una corriente modulada con un valor pico

adecuado a las características normales de operación de la fuente óptica. Cada

uno tiene características particulares, la selección de estos depende del tipo de

sistema (análogo o digital) y del tipo de fuente de luz (LED o LD) [6].

Entre las diferentes fuentes ópticas que existen, los diodos láser (LD) y los diodos

emisores de luz (LED) son los únicos que satisfacen todos los requerimientos

exigidos por los sistemas de telecomunicaciones.


59

En este caso se hizo uso de diodos LED porque el LED con respecto al LD tiene

mayor estabilidad térmica, mayor tiempo de vida, es más lineal, es menor

susceptible a transitorios, es más robusto, más económico y requiere un circuito

de excitación simple. Además, su emisión óptica es incoherente, por lo que puede

acoplarse eficientemente a fibras multimodo.

Ya que es importante mantener los niveles de corriente de excitación por encima

del codo de activación de LED, fue necesario implementar un circuito modulador

de corriente entre una corriente nula y un valor máximo, para cada una de las

longitudes de onda que maneja cada LED (850 nm y 1300 nm). Estos emisores

transforman los impulsos eléctricos en luz pasando de una corriente de electrones

a un flujo de fotones.

Figura 2.16 Circuito electro óptico implementado

El circuito de excitación debe hacer que la salida se conecte y desconecte a una

velocidad igual o proporcional a las señales de entrada.

El circuito que se observa en la figura 2.16 es muy sencillo pero de vital

importancia para el buen desempeño de la fuente de luz. Dependiendo de la señal

presente en la base del transistor se presenta o no corriente, y el valor de la

resistencia de salida determina la máxima corriente adecuada para la activación

del diodo óptico.


60

2.8 DIODOS LED COMO FUENTES ÓPTICAS Los diodos emisores de luz (LED) son fuentes de luz con emisión no coherente

(espontánea); son diodos semiconductores p-n que para emitir luz se polarizan

directamente [6]. Esta luz con emisión espontánea, es radiada en todas

direcciones, por lo que un porcentaje pequeño se acopla a la fibra óptica,

normalmente del tipo multimodo.

El acoplamiento entre el LED y la fibra óptica puede ser directo, es decir,

colocando la fibra en la proximidad a la zona de emisión.

Existen dos tipos de LEDs de emisión de luz, uno a través de la superficie de la

zona activa y el otro de emisión a través de la sección transversal. La

representación de un LED de superficie se presenta en la figura 2.17 y la de

sección transversal en la figura 2.18.

Figura 2.17 Estructura de un LED de superficie

Contacto Metálico de Forma Circular

Heterounion

S1 02 S1 02

Área Activa

Contacto Metálico

Epoxy

Fibra óptica


61

Figura 2.18 Estructura de un LED transversal

La energía luminosa emitida por un LED es proporcional al nivel de corriente de

polarización del diodo. Por tanto, si el nivel de corriente de polarización varía de

acuerdo a una señal útil, la potencia emitida por el LED será proporcional a la

amplitud de la señal.

Una representación de la característica potencia óptica-corriente se presenta en la

figura 2.19.

Figura 2.19 Potencia óptica-corriente de polarización

0

0.20.4

0.6

0.81

1.2

0 50 100 150

mA

Pote

ncia

opt

ica

mW

2.8.1 Características de la fuente seleccionada

Disipador Térmico

Capa MetálicaSubstrato

Capas que forman la guía óptica

Capa Aislante


62

En los sistemas de transmisión por fibra óptica de distancias cortas sin

repetidores, los LEDs son las fuentes ópticas preferidas, debido a que presentan

mayor linealidad que los diodos láser y su distorsión armónica es aceptable. Su

circuito de excitación es simple, dado que no requiere compensación ni etapa de

protección.

El LED es un emisor de baja potencia y precio relativamente económico que se

utiliza para cortas y medias distancias. En general, se utiliza en primera ventana

(850 nm) y segunda ventana (1300 nm) en fibras multimodo.

En los sistemas de transmisión digital por fibra óptica, el circuito de excitación

trasforma los niveles lógicos disponibles en su entrada a niveles de corriente

adecuados para excitar a la fuente óptica [6].

En este trabajo, dado que la distancia es corta (4 metros), es apropiado para

trabajar con fibra óptica multimodo y otras de las características ya mencionadas

en este trabajo, se escogió usar un diodo LED. Los LEDs son dispositivos muy

robustos y no requieren circuitería de protección lo cual redunda en simplicidad y

bajo costo de los transmisores.

El LED de 850 nm empleado es fabricado AMP, referencia 269110-1. Figura 2.20

La hoja de datos de este LED se puede ver en el anexo C.

Figura 2.20 LED de 850 nm utilizado

El otro LED tiene una longitud de onda de 1300 nm fabricado por FOMETRIC,

referencia S320. Figura 2.21.


63

La hoja de datos de este LED se puede ver en el anexo D.

Figura 2.21 LED de 1300 nm utilizado

Algunas de las características más generales de los LEDs se pueden ver en la

tabla 2.3:

Tabla 2.3 Características de los LEDs

Rata de datos 125 Mbps

Tamaño 50 / 62.5 / 125

Distancia máx 4000 m

Conector ST

Estos LEDs sirven como fuentes de alimentación para los dispositivos WDM. La

elección de estas dos longitudes de onda se realizó básicamente dada su

popularidad comercial y su bajo costo.

2.9 ACOPLADOR WDM

La técnica de multiplexación WDM permite aumentar de una forma económica la

capacidad de transporte de las redes ópticas existentes. Por medio de

multiplexores y demultiplexores, los sistemas WDM combinan multitud de canales

ópticos sobre una misma fibra, de tal modo que pueden ser amplificados y

transmitidos simultáneamente.


64

Un acoplador WDM es un dispositivo que distribuye luz desde una fibra principal

hacia una o más ramas de fibra. Este caso es el más común y por lo tanto dichos

dispositivos son conocidos como acopladores de fibra multipuerto.

La figura 2.22 muestra la configuración WDM del sistema.

Figura 2.22 Configuración WDM

Los acopladores de fibra óptica son frecuentemente dispositivos pasivos, en los

cuales la transferencia de potencia se efectúa usando una forma de proyección

óptica entre las fibras en sus extremos o a través de la superficie de la fibra.

Algunas tipos de acopladores de fibra óptica se representan en la figura 2.23.

Los acopladores de fibra multipuerto pueden clasificarse en tres grupos:

1. Acopladores de 2 o más puertos, los cuales son usados para división,

distribución y combinación de señales.

2. Acopladores de estrella los cuales son generalmente usados para distribuir

una sola señal de entrada a múltiples salidas.

3. Dispositivos para multiplexación de longitud de onda, que permiten un

número de diferentes longitudes de onda de señales ópticas para ser transmitidas

en paralelo en una sola fibra. Estos dispositivos WDM combinan las diferentes

longitudes de onda de las señales ópticas sobre la fibra (multiplexación) o separan


65

las diferentes longitudes de onda de las señales ópticas fuera de la fibra

(demultiplexación).

Figura 2.23 Clases de acopladores

Divisor: divide la señal entrante en sus dos puertos de salida, sin ninguna clase de

filtrado.

Combinador: combina las dos señales entrantes en una única señal en el puerto

de salida.

Acoplador: unión de un dispositivo combinador y un dispositivo divisor.

Multiplexor en longitud de onda: multiplexa las dos señales de los puertos de

entrada en un solo puerto de salida.

Divisor

Combinador

Acoplador

Mux longitud de onda

Demux longitud de onda

λ1 λ2

λ1+ λ2

λ1+ λ2

λ1

λ2


66

Demultiplexor en longitud de onda: demultiplexa las señales provenientres de un

puerto de entrada en las dos de salida independientes, es decir, las señales salen

filtradas cada una por el puerto correspondiente.

Los parámetros ópticos importantes asociados a los acopladores WDM son la

atenuación de la luz sobre una longitud de onda particular, el aislamiento

interbanda y la longitud de onda de la banda o separación de canal. Idealmente el

dispositivo debe tener una baja pérdida de transmisión por cada longitud de onda

dando una baja pérdida por inserción. Además el dispositivo debería presentar un

gran aislamiento interbanda minimizando así la diafonía. Sin embargo en la

práctica un amplio aislamiento intercanal es sólo requerido en el receptor

(demultiplexor). Finalmente el canal de separación debería ser tan pequeño como

sea permitido por la fuente de luz y las consideraciones de diafonía. Dicha

separación de canales depende del tipo de fuente óptica, con los LED se tiene una

separación de 400 nm.

Numerosas técnicas han sido desarrolladas para la implementación de

acopladores WDM. Los dispositivos pasivos, sin embargo, pueden ser clasificados

en tres grandes categorías, dos de las cuales son tipos de interacción de núcleos:

como, dispersión angular (usualmente rejilla de difracción) y filtro, mientras el otro

es un tipo de interacción de superficie el cual puede ser empleado con fibras

monomodo como acoplador direccional. Cualquier otra implementación tiende a

ser combinación híbrida de los dos tipos de interacción de núcleos.

Aunque un prisma se puede utilizar como un elemento dispersor angular para

facilitar la multiplexación y demultiplexación de longitud de onda, el principal

elemento de dispersión angular usado en este contexto es la rejilla de difracción

(arreglo que es equivalente al número de aberturas paralelas equidistantes del

mismo ancho). Una rejilla de difracción refleja luz en direcciones específicas de


67

acuerdo a la constante del número de líneas por unidad de longitud, el ángulo al

cual la luz esta incidiendo sobre la rejilla y la longitud de onda óptica [14].

Los acopladores ideales de fibra deben distribuir la luz entre las ramas de las

fibras sin pérdidas o generación de ruido, y deberían funcionar sin sensitividad a

factores como la distribución de luz entre los modos de la fibra y al estado de

polarización de luz. Desafortunadamente, los acopladores pasivos de fibra no

exhiben en la práctica todas las características mencionadas por lo tanto las

características de los dispositivos afectan el desempeño de las redes de fibra

óptica. En concreto las pérdidas por dispersión del acoplador limitan el número de

terminales que pueden ser conectados, mientras que la generación de ruido y los

efectos modales pueden causar problemas en el desempeño de la red. Por lo

tanto los acopladores en una red no se pueden tratar usualmente como

componentes individuales con parámetros conocidos, este es un factor el cual

necesita ser tratado con cierto compromiso en su aplicación. Así que una

selección de los tipos de acoplador de fibra más comunes se debe hacer basada

en la relación de los mecanismos del acoplador, su funcionamiento y limitaciones.

2.9.1 Características del acoplador seleccionado

El multiplexor seleccionado es fabricado por AMCOMM con referencia MMC-

6F50S-12-M-83-STP-1. Figura 2.24. Sus principales características son:

• Tamaño de la fibra: 62.5/125 µm. Se escogió así por el tipo de fibra

seleccionada, fibra multimodo de dicho tamaño.

• Ancho de banda de operación: 850 nm y 1310 nm. Acorde con las dos

longitudes de onda a utilizar.


68

• Relación de división (split ratio): 50/50. Referente a la porción de la potencia

de la señal dividida en los puertos de salida. Dado que se requiere que las dos

señales tengan la misma proporción, en cada fibra se escogió este factor.

• Máximas pérdidas de inserción: 3.7 dB. Este es un parámetro importante en

los acopladores, pero dado que en esta aplicación este parámetro no es muy

exigente se pudo tomar como el fabricante lo ofreció.

• Presentación (package): Médium Duty 900µm Tubing. Este parámetro no

es muy significativo en esta aplicación, por tanto se escoge un dispositivo pequeño

pero a la vez resistente.

Figura 2.24 Dispositivo WDM utilizado

Este dispositivo es capaz de multipexar la señal en una sola longitud de onda pero

no puede hacer la operación contraria de demultiplexación. En cada uno de los

puertos de salida se puede ver una combinación de las señales emitidas con su

potencia dividida en dos. Para usar este dispositivo en el circuito receptor sería

necesario usar filtros ópticos adicionales correspondientes a cada una de las

longitudes de onda para cada uno de los puertos de salida. La figura 2.25 muestra

la configuración de este dispositivo multiplexor.

Figura 2.25. Configuración dispositivo multiplexor


69

La hoja de datos del dispositivo WDM multiplexor se puede ver en el anexo E.

El demultiplexor seleccionado es fabricado por APAOPTICS y tiene como

referencia APA MMF SDM. Se puede ver en la figura 2.26. Sus principales

características son:

• Tamaño de la fibra: 62.5 /125 µm

• Ancho de banda de operación: 850 nm (para la señal reflectada)

1300 nm (para la señal que deja pasar)

• Presentación: medium duty 900 µm tubing.

Figura 2.26 Demultiplexor seleccionado

Este dispositivo es capaz de separar la señal que le entrega el multiplexor ya que

deja pasar sólo una longitud de onda y la otra es reflectada y enviada hacia el otro

puerto. Por lo anterior se puede afirmar que este dispositivo puede demultiplexar

en longitud de onda señales emitidas por sus puertos. La figura 2.27 muestra la

configuración del dispositivo demultiplexor.


70

Figura 2.27. Configuración dispositivo demultiplexor

La hoja de datos del dispositivo WDM demultiplexor se puede ver en el anexo E.

2.10 CARACTERÍSTICAS DE LA FIBRA SELECCIONADA El tipo de fibra seleccionada fue fibra multimodo de índice gradual porque esta

proporciona una comunicación fiable y rápida entre los puntos de interés y sobre

todo porque brinda facilidades de acceso por su popularidad y economía.

En las fibras multimodo de índice gradual (en el que el núcleo no mantiene un

índice de refracción constante, sino que va aumentado progresivamente desde el

eje hacia fuera) se ha reducido la dispersión multimodal con respecto a la

dispersión sufrida por el pulso de luz cuando se propaga a lo largo de la fibra

óptica de índice abrupto, por lo tanto, si se tiene un enlace de una determinada

longitud, la fibra multimodo de índice gradual puede llevar información a mayor

velocidad que las fibra multimodo de índice abrupto. Por esta razón principalmente

se escogió este tipo de fibra multimodo.

Las fibras ópticas tienen diferentes dimensiones. La ITU ha establecido

recomendaciones sobre medidas del núcleo y cubierta [6]. La medida del núcleo

del la fibra seleccionada fue de 62.5 µm y la cubierta de 125 µm. El tipo de

conector seleccionado para la fibra fue un ST (Standard type) por su disponibilidad

y su compatibilidad con los demás dispositivos. Figura 2.28.


71

Figura 2.28 Conector ST

La fibra óptica seleccionada está fabricada de silicio o vidrio de la empresa hindú

NeST Photonics la cual es más pequeña que la fibra plástica. El rango de

operación en longitud de onda está dentro del rango de 850 nm a 1550 nm

(infrarrojo). Algunas de sus características están consignadas en la tabla 2.4.

Tabla 2.4 Características de la fibra óptica

La transmisión de información a través de fibras ópticas se realiza mediante la

modulación (variación) de un haz de luz invisible al ojo humano, que en el

espectro ("color" de la luz) se sitúa por debajo del infrarrojo [15].

Las fibras ópticas presentan una menor atenuación (pérdida) en ciertas porciones

del espectro lumínico, las cuales se denominan ventanas y corresponden a las

siguientes longitudes de onda (λ): Una representación del espectro y la ubicación

de las ventanas dentro de el se encuentra en la figura 2.29.

Primera ventana 800 a 900 nm λ utilizada = 850nm

Máx atenuación 3.75 dB/km

Ancho de Banda

Mínimo

200 MHz / km

Split ratio 50 / 50


72

Segunda ventana 1250 a 1350 nm λ utilizada = 1310nm

Tercera ventana 1500 a 1600 nm λ utilizada = 1550nm

Figura 2.29 El espectro

2.11 DETECTORES ÓPTICOS


73

El propósito del receptor en los sistemas de telecomunicaciones por fibra óptica,

es extraer la información contenida en una portadora óptica que incide en el

fotodetector. En los sistemas de transmisión análoga el receptor debe amplificar la

salida del fotodetector y después demodularla para obtener la información.

El detector óptico se encarga de convertir la señal óptica en eléctrica y por tanto

actúa como un transductor opto eléctrico. Estos dispositivos absorben los fotones

(luz) procedentes de la fibra óptica y generan unos pulsos eléctricos sobre un

circuito exterior, esta corriente eléctrica es muy débil, por lo que debe amplificarse

[6].

En los sistemas de telecomunicaciones por fibra óptica, el fotodetector es un

elemento esencial, su importancia impone que satisfaga requerimientos muy

estrictos en su funcionamiento. Las características principales que deben tener

son:

1. Sensibilidad alta a la longitud de onda de operación (850 nm o 1300 nm)

2. Contribución mínima al ruido total del receptor.

3. Ancho de banda grande (respuesta rápida).

4. Características estables respecto al ambiente.

5. Dimensiones físicas compatibles con la fibra óptica.

2.11.1 Características del detector seleccionado

Existen básicamente dos tipos de fotodetectores de semiconductor, que se

emplean en los receptores ópticos para sistemas de telecomunicaciones. Uno es

comúnmente referido como fotodetector PIN, el otro es el fotodetector de

avalancha (APD). Estos detectores presentan como principales ventajas, su alta

sensibilidad y su bajo tiempo de respuesta.


74

El PIN se trata de una versión mejorada de una unión PN elemental que trabaja

polarizado en inversa. Son utilizados de forma general en 850 nm y 1300 nm, con

independencia del tipo de fibra óptica.

En este trabajo se implementó el fotodetector PIN debido a que estos detectores

son los más comunes en los sistemas de transmisión por fibra óptica. Estos

dispositivos se forman con una capa de material semiconductor ligeramente

contaminado, llamada región intrínseca, la cual se coloca entre dos capas del

material semiconductor, una tipo n y otra tipo p. Cuando se aplica una polarización

inversa al fotodetector, se crea una zona desértica (libre de portadores) en la

región intrínseca y en la cual se forma un campo eléctrico.

Un fotón que llegue a la zona desértica, con energía mayor o igual a la del material

semiconductor, puede perder su energía y excitar a un electrón que se encuentre

en la banda de valencia para que pase a la banda de conducción. Este proceso

genera pares electrón-hueco, que se llaman fotoportadores. El fotodetector se

diseña para que la mayoría de los fotones se absorban en la zona desértica y se

generen fotoportadores, los cuales se separan debido al campo eléctrico presente

en esta región. La colección de los portadores genera un flujo de corriente en el

circuito externo del fotodetector.

Los principales parámetros a tener en cuenta en los fotodetectores son:

1. La capacitancia y resistencia de la zona desértica y de la zona no desértica.

2. La responsividad.

3. Corrientes de oscuridad (ruido).

4. La velocidad de respuesta.

La capacitancia y la resistencia del fotodetector, combinada con la impedancia de

carga, forman la constante de tiempo del sistema. Esta capacitancia es un dato

que normalmente el fabricante proporciona en las hojas de datos y se especifica

para un determinado voltaje de polarización.


75

Una resistencia que frecuentemente no se toma en cuenta en el fotodetector, es la

de la zona desértica, ésta es difícil de cuantificar, dado que en cada caso es

diferente. Para un funcionamiento óptimo de alta velocidad de los fotodetectores,

el área activa de éstos debe estar lo más próxima a la zona de iluminación. La

energía de los fotones absorbidos fuera de la zona desértica, producen portadores

de carga que se colectan por difusión, su velocidad es mucho más lenta que la de

los portadores de carga que se generan dentro de la zona desértica, por lo que

bajo ciertas condiciones de polarización, los fotodetectores pueden tener

respuestas de tiempo rápidas, para longitudes de onda cortas y respuestas de

tiempo lentas para longitudes de onda largas.

La fotocorriente generada en un fotodetector se incrementa linealmente con la

potencia óptica de entrada. La relación de la fotocorriente con respecto a la

potencia óptica inyectada se define como responsividad, el valor teórico máximo

es 1.25 A/W. Este parámetro está relacionado con el tipo de material del

fotodetector y es función del espesor de la zona desértica para un nivel

determinado de voltaje de polarización. La responsividad está dada por (3):

( )WAPIR /,

∆∆

= (3)

donde:

∆P incremento de potencia óptica;

∆I incremento de fotocorriente.

La corriente de oscuridad en los PIN es la corriente que pasa por el fotodetector

en ausencia de luz inyectada, cuando se polariza el dispositivo en inversa.

Corrientes altas unidas a desequilibrios entre los fotodetectores tienden a reducir

la sensibilidad del receptor. Los fotodetectores PIN se fabrican con GaAlAs/GaAs,

tienen corrientes de oscuridad de aproximadamente 0.2 nA y operan en el

intervalo de las longitudes de onda de 700 nm a 900 nm. Los que se fabrican con

GaInAs tienen una corriente de oscuridad de aproximadamente 2 nA y operan en


76

las longitudes de onda de 1000 nm a 1500 nm, se utilizan en sistemas de alta

velocidad. Los fotodetectores de silicio, tienen una corriente de oscuridad de

alrededor de 1 nA, operan en el intervalo de longitudes de 700 nm a 1000 nm y su

eficiencia cuántica es alta. Los fotodetectores de Ge operan en las longitudes de

onda mayores de 1000 nm, su corriente de oscuridad aumenta fuertemente con la

temperatura, por lo que ofrece una mayor sensibilidad cuando operan a

temperaturas menores 0 °C [6].

En este trabajo se usaron dos fotodetectores, uno para cada longitud de onda

seleccionada. El primer detector es un producto de AMP, referencia 269111-1,

para 850 nm, fabricado de GaAlAs/GaAs. Figura 2.30. Sus características más

importantes son:

Responsividad: 0.70 A/µW

Rata de datos: 125Mbps

Ancho de Banda: 125 MHz

Figura 2.30 Fotodetector de 850 nm utilizado

La hoja de datos de este detector se puede ver en el anexo F.

El segundo fotodetector de InGaAs es producido por FERMONICS, referencia

FD300 para 1300 nm. Figura 2.31. Sus principales características son:

Responsividad: 0.80 A/W

Ancho de Banda: 40 MHz

Tamaño: 50 / 62.5 / 125


77

Figura 2.31 Detector de 1300 nm utilizado

La hoja de datos de este detector se puede ver en el anexo G.

2.12 ADECUACIÓN DE LA SEÑAL ENTREGADA POR EL FOTODETECTOR

En el receptor del sistema de transmisión por fibra óptica debe haber un circuito

que amplifique las variaciones de voltaje a la salida del fotodetector PIN, debido a

que son de unos escasos milivolts. La razón de mayor peso para la

implementación de este circuito es que la señal producida por el detector debe ser

adecuada para que se ajuste a los niveles necesarios para la siguiente etapa (el

microcontrolador). El circuito encargado de realizar dicha tarea es un comparador

y se ilustra en la figura No 2.32.

Figura 2.32 Circuito comparador


78

2.13 DEMULTIPLEXACION EN EL TIEMPO

El incremento en la velocidad binaria por portadora exige una correspondiente

velocidad eléctrica de proceso en los módulos de transmisión y recepción, no sólo

en lo relativo a transmisión, sino también en cuanto al proceso de multiplexación

tanto como el de demultiplexación de la información.

La demultiplexación es la operación contraria a la multiplexación, básicamente

permite separar la información contenida en una misma trama proveniente de

diferentes canales. Esta es una operación importante ya que si no es efectuada, la

información obtenida no podría ser tomada por cada canal de destino

correspondiente. En el presente trabajo, la demultiplexación es realizada en el

receptor por el microcontrolador, capaz de identificar correctamente cada uno de

los componentes de la trama, estando así en capacidad de tomar la información

por separado de cada canal. Este procedimiento es viable gracias al orden estricto

en que se construye la trama en el transmisor.

2.14 INTERFAZ DE SALIDA

Esta etapa consta básicamente de dispositivos que permitan a los usuarios

distinguir la información proveniente de cada uno de los canales. El primer

dispositivo es un conversor digital análogo y el segundo un altavoz.

Para la conversión digital-análoga de los datos se escogió el conversor digital-

análogo de 8 bits DAC0832 principalmente porque su diseño permite una interfaz

directa con el microprocesador. La distribución de pines de este conversor se

encuentra en la figura 2.33.


79

Figura 2.33 Distribución de pines DAC0832

El número de escalones de voltaje generados por el convertidor es igual al número

de combinaciones binarias de entrada. Por tanto, un convertidor de 8 bits genera

256 niveles diferentes de voltaje. Este dispositivo es de mediana velocidad, con un

solo canal, de interfase paralela, de baja potencia (20 mW) y trasforma una

entrada digital a una salida analógica en alrededor de 1.0 µseg.

Las salidas Iout1 e Iout2 se conectan a un amplificador externo el cual cambia los

niveles de corriente a la salida del conversor DAC0832 por niveles de voltaje

adecuados que posteriormente son tratados por un filtro pasa bajos (con

frecuencia de corte 4 kHz) que elimina el ruido que se haya generado durante la

trayectoria de la señal. La configuración de salida de este conversor se representa

en la figura 2.34.


80

Figura 2.34 Configuración de salida del conversor

Debido a que es un convertidor de 8 bits, su escalón de voltaje de salida se define

como –Vref dividido entre 256 (4). Como el voltaje referencia es igual a -5.0 V,

fbOUTOUT RIV ×−= 1 ( )

25610italEntradaDigV

V REFOUT

−=

(4)

cada escalón de voltaje de salida equivale a 19.53 mV lo cual define la resolución

del convertidor. Se debe tener en cuenta que el voltaje de salida tiene polaridad

opuesta a la del voltaje de referencia [16].


81

La respuesta transitoria y el tiempo de establecimiento del amplificador

operacional son importantes en usos rápidos del rendimiento de procesamiento de

datos. El problema más grande de la estabilidad es el polo feedback creado por la

resistencia de la feedback, Rfb, y la capacitancia de salida del DAC.

Un altavoz magnético funciona al hacer reaccionar el campo magnético variable

creado por una bobina con el campo magnético fijo de un imán. Esto hace que se

produzcan fuerzas, que son capaces de mover una estructura móvil que es la que

transmite el sonido al aire. Esta estructura móvil se llama diafragma, puede tener

forma de cúpula o de cono. Por las características didácticas del módulo se

decidió usar un par de parlantes de computador, estos dispositivos son fáciles de

adquirir y de instalar facilitando el manejo del módulo.

2.15 TRANSMISIÓN DE DATOS En el proyecto se ha implementado una etapa de transmisión de datos desde la

computadora hacia el módulo WDM como complemento a la transmisión de voz.

La comunicación serial en una computadora se utiliza generalmente para la

transmisión y recepción de datos a través de largas distancias. Esta comunicación

utiliza una interfaz o puerto serie el cual es un adaptador asíncrono. Este puerto

toma como ´1´ cualquier voltaje que se encuentre entre –3 y –12 V y como ´0´,

entre +3 y +12 V, a diferencia del puerto paralelo, cuyo rango de voltajes esta

entre 0 y 5 V [17]. Por tanto es necesario añadir el MAX232 el cual tiene una

velocidad de transmisión de hasta 256 kbps. Este circuito integrado soluciona los

problemas de niveles de voltaje. El MAX232 necesita solamente una fuente de +5

V para su operación; un elevador de voltaje interno convierte el voltaje de +5 V al

doble de polaridad de +-10 V, además este convierte a +-10 V a niveles de voltaje

entre 0 - 5 V. En el circuito se hace necesaria esta adecuación de voltaje ya que el


82

microcontrolador PIC16F873 no puede recibir los niveles de voltaje que arroja la

computadora, estos deben ser inferiores a 5 V.

Esta forma de transmisión fue escogida debido a que en la actualidad un amplio

rango de los microcontroladores se construye sobre interfaces de comunicación

serial, ya que esta reduce apreciablemente la cantidad de pines necesarios para

establecer la comunicación.

A continuación se enumeran algunas de las especificaciones eléctricas del puerto

serie RS232:

1. Un "Espacio" (0 lógico) estará entre +3 y +25 V.

2. Una "Marca" (1 lógico) estará entre -3 y -25 V.

3. La región entre -3 y +3 V no esta definida.

4. El voltaje en circuito abierto no debe exceder los 25 V, en referencia a tierra.

5. La corriente en cortocircuito no debe exceder los 500 mA.

Los RS232 se pueden encontrar de dos tipos, 25 pines, macho, en forma de D o 9

pines, macho, en forma de D también. En el proyecto se emplearon conectores de

9 pines [18]. Figura 2.35.

Figura 2.35 Conectores DB9

La información asociada a cada uno de los pines esta consignada en la tabla 2.5.

Tabla 2.5 Información pines conector DB9

Pin Abreviación Señal

1 DCD Data Carrier Detect

2 RX Received Data

3 TX Transmitted Data


83

4 DTR Data Terminal Ready

5 GND Signal ground

6 DSR Data Set Ready

7 RTS Request To Send

8 CTS Clear To Send

9 RI Ring Indicador

3. ARQUITECTURA SOFTWARE DEL SISTEMA

3.1 FIRMWARE PARA LA TRANSMISIÓN DE VOZ Figura No 3.1 Diagrama de flujo software extremo transmisor

El objetivo principal de este programa es: tomar datos de n canales de voz, hacer

conversión análogo digital, realizar la multiplexación en el tiempo y trasmitirla

serialmente de forma asíncrona a través del puerto serial del microcontrolador. Se

seleccionó este tipo de transmisión dadas las características del módulo USART

(llamado interfase de comunicación serial) del microcontrolador, el cual especifica

Capítulo 3. Arquitectura software del sistema

85

dos medios de transmisión para el modo síncrono uno para datos y otro para la

información de sincronización. En el modo de transmisión asíncrono se usa solo

un canal, la sincronización entre el emisor y el receptor se logra por la inclusión de

un bit de inicio y un bit de parada para cada byte transmitido.

La correcta sincronización en los dos extremos permite la recuperación exacta de

los datos de cada canal.

Una de las ventajas de este programa es que permite flexibilidad en el número de

canales a enviar. El valor del número de canales debe ser introducido en una

variable la cual será enviada al extremo receptor.

Para la aplicación a implementar se seleccionaron dos canales de voz. Ya que

este modulo debe servir de base a futuros trabajos, puede ser configurado para

que tenga la capacidad de usar todos los canales permitidos por el

microcontrolador seleccionado (en este caso cinco).

El programa consiste básicamente en:

• Configuración general: Se inicializan todos los registros de interrupciones,

conversión análoga digital y comunicación serie asíncrona.

• Inicialización de variables: Se selecciona cuantos canales van a ser utilizados.

El programa está en capacidad de transmitir cinco canales de voz,

correspondientes a los conversores internos del microcontrolador pero para

esta aplicación se usan sólo dos canales.

• Programa principal: En esta etapa el programa sólo debe esperar una

interrupción por transmisión. Una vez se produzca entrará a la rutina de

atención a interrupción.

• Rutina de atención a interrupción: Inicialmente el programa debe verificar que

la interrupción obedezca a una transmisión legítima observando el bit PIR1 en

el registro TXIF.


86

• Transmisión del canal de control: Tanto los datos como el canal de control se

envían con nueve bits, el canal de control tiene el noveno bit en uno. Para

diferenciar lo de la información en los ocho bits restantes que se envían serán

el número de canales que se van a transmitir como se definió en la sección 2.6.

• Selección de canal: La selección del canal se realiza por medio de una tabla.

Se ingresa a la tabla el número correspondiente a la cantidad de canales a

emplear. Al entrar a cada canal se habilitan los bits CHS1 y CHS2 del registro

ADCON0 para la conversión del canal respectivo, evitando así la interferencia

de otros canales.

• Transmisión de datos: Los datos ya convertidos y ordenados en la trama

multiplexada en el microcontrolador son enviados de forma serial asíncrona

hacia el receptor.

El código para el PIC16F873 con este programa implementado se puede ver en el

anexo H.

3.2 FIRMWARE PARA LA RECEPCIÓN DE VOZ La función que cumple este programa es tomar la trama de control y datos del

microcontrolador emisor y demultiplexarla en el tiempo mandándola por los

puertos de salida en forma de 8 bits para ser convertidas a la forma análoga.

Esta tarea es posible gracias al análisis que realiza el microcontrolador, a cada

uno de los bytes que va recibiendo serialmente. El primer byte corresponde a

información de control con la cual se conoce cuantos canales se debe estar

dispuesto a demultiplexar.

Con la inclusión de noveno bit se puede saber si el byte recibido corresponde a

información de control o a datos, propios del muestreo de la señal.


87

Figura No 3.2 Diagrama de flujo del programa en el receptor


• Configuración general: Se inicializan todos los registros de interrupciones y

comunicación serie asíncrona.

• Programa principal: En esta etapa el programa sólo debe esperar una

interrupción por recepción. Una vez se produzca entrará a la rutina de atención

a interrupción.

• Rutina de atención a interrupción: Inicialmente el programa debe verificar que

la interrupción se haya producido por una recepción completa de una palabra

chequeando el bit RCIF del registro PIR1 y no cualquier otro tipo de señal.

• Subrutina de control: Verifica que el byte sea de datos o control chequeando el

noveno bit. De ser 1 lee la información correspondiente a la cantidad de


88

canales que fueron enviados. Verifica que el máximo número de canales

enviados sea 5.

• Subrutina de datos: Cuando el byte corresponde a datos de un canal de voz,

verificando el noveno bit en 0, se accede a una tabla donde se le asigna el

puerto por donde se deben visualizar los datos.

El código para el PIC16F873 con este programa implementado se encuentra en el

anexo I.

3.3 SOFTWARE DEL PC PARA LA TRANSMISIÓN DE DATOS

El principal objetivo de este programa es transmitir datos por el puerto serial hacia

el microcontrolador, para ello debe; configurar el puerto y los parámetros a

transmitir como la velocidad, el numero de bit, el bit de paridad y bit de parada.


1. Configuración de las variables globales.

2. Se abre el puerto. Si no es posible la aplicación termina.

3. Se establecen los tiempos propios del puerto.

4. Se configura la velocidad de transmisión, el bit de paridad, el número de bits

a transmitir, y el bit de parada.

5. Se transmite cualquier carácter escrito en el memo.

6. Siempre está verificando el puerto para recibir la respuesta, cuando esta es

recibida la visualiza en el mismo memo.

7. Hace una verificación de los caracteres para no visualizar basura.

8. Espera a que termine la transmisión y se cierre el puerto.

El código para transmisión de datos se encuentra en el anexo J.


89

Figura 3.3 Diagrama de flujo software del pc para la transmisión de datos


90

3.4 FIRMWARE PARA LA TRANSMISIÓN DE DATOS El objetivo de este programa es básicamente permitir la transmisión de un carácter

que es enviado por el pc de un microcontrolador al otro y finalmente de regreso al

computador, por esta razón este código se implementó tanto en el

microcontrolador transmisor como en el receptor.


1. Configuración general: Se inicializan todos los registros de interrupciones y

comunicación serie asíncrona.

2. Espera la transmisión del carácter por parte del pc.

3. Una vez se produzca la interrupción por recepción:

El microcontrolador guarda el dato.

Lo visualiza en el puerto B.

4. Coloca el dato en el registro TXREG para ser trasmitido cuando el otro

microcontrolador este listo.

5. Espera que el bit TXIF de PIR1 este en uno, con lo cual verifica que el dato

fue enviado completamente.

6. Espera la transmisión de un nuevo carácter.


91

Figura 3.4 Diagrama de flujo software microcontrolador transmisión de datos

4. DESEMPEÑO DEL SISTEMA

Uno de los objetivos de este trabajo es servir de apoyo en la realización de

prácticas de laboratorio en el área de comunicación óptica, así como también

servir de base para futuras investigaciones e implementaciones de este campo.

Por esto es de vital importancia documentar el desempeño del sistema y el de

cada una de sus etapas. De esta forma, basados en el contenido de este capítulo,

los futuros usuarios del sistema podrán manipular el módulo con mayor

conocimiento y precisión.

4.1 RESULTADOS OBTENIDOS

El diagrama en bloques del sistema se encuentra en la figura 4. 1.

Figura 4.1 Diagrama en bloques del sistema

4.1.1 Filtro pasa alto La métrica seleccionada para encontrar el ancho de banda del filtro implementado

es evaluar en (1) a que frecuencia la señal senoidal entregada por un generador

Capítulo 4. Desempeño del sistema

93

de señal cae al 70% de su valor, es decir su potencia cae a –3 dB. Teniendo en

cuenta lo anterior, la frecuencia de corte de la señal es de 308.6 Hz. Este

comportamiento es adecuado para la aplicación y coherente respecto a lo

esperado por el filtro diseñado teóricamente. (Sección 2.3.1.1).

La tabla 4.1 muestra la fase para cada una de las frecuencias seleccionadas, los

cuales están representados en la figura 4.2 donde se puede observar el

comportamiento lineal de la curva y en la figura 4.3 se muestra una gráfica de la

relación amplitud vs. frecuencia. La linealidad se mantiene sobre toda la banda

pasante y continúa más allá de la frecuencia de corte inferior 308.6 Hz. Para

frecuencias mayores, la respuesta en fase comienza a no ser lineal, pero dadas

las características de este trabajo, estas no hacen parte de las frecuencias de

interés. Lo que cuenta es que la respuesta en fase es lineal para todas las

frecuencias en la banda pasante entre 308.6 Hz y 3.348 kHz, siendo entonces el

ancho de banda de 3.32 kHz. Esto significa que la frecuencia fundamental y los

armónicos de una señal en la entrada del filtro se desfasarán linealmente a la

salida del mismo. Por ello la forma de la señal de salida será la misma de la señal

de entrada, característica importante en esta aplicación.

Tabla 4.1

Frecuencia (Hz) Fase (°)

100 63.53

200 45.38

300 34.62

400 27.63

500 20.20

1000 10.69

2000 5.02

3000 4.81

4000 4.69


94

Después de efectuado el análisis del filtro con señales senoidales se comprobó

que la señal no es afectada por frecuencias inferiores a la frecuencia de corte. En

el análisis con señales de voz, se pudo comprobar que, hay ausencia de los

sonidos graves de la voz. La señal de salida que entrega el filtro pasa altos se

encuentra en los -100 mV y 100 mV, para una señal de entrada voz proveniente

del micrófono.

Figura 4.2 Relación fase vs. frecuencia

Figura 4.3 Relación amplitud vs. frecuencia

Relacion amplitud vs. frecuencia

0200400600800

10001200

100

200

300

400

500

1000

2000

3000

4000

Frecuencia (Hz)

Am

plitu

d (m

V)

Relación fase vs. frecuencia

010203040506070

100 200 300 400 500 1000 2000 3000 4000

Frecuencia (Hz)

Fase

(°)


95

4.1.2 Filtro pasa bajo Teniendo en cuenta la métrica explicada en la sección anterior, el ancho de banda

efectivo de la señal medido en (2) para este filtro es de 3.348 kHz adecuada para

esta aplicación, este comportamiento es una muestra del buen desempeño del

sistema, aunque el valor está un poco por debajo para el cual fue diseñado se

encuentra muy próximo a los 3400 Hz del diseño teórico. (Sección 2.3.1.2)

En la tabla 4.2 están consignados datos de frecuencia y fase para este filtro y se

representan en la figura 4.4; en la figura 4.5 se muestra su comportamiento de

amplitud vs. frecuencia. La respuesta del filtro aumenta linealmente con la

frecuencia y esta linealidad se mantiene sobre toda la banda pasante.

Tabla 4.2

Frecuencia (Hz) Fase (°)

300 3.80

1000 14.55

2000 30.61

3000 50.59

4000 60.50

5000 60.60

6000 60.73

En el análisis del filtro con señales senoidales se pudo comprobar que la señal no

es afectada por frecuencias superiores a la frecuencia de corte. El siguiente paso

fue verificar el comportamiento del filtro para señales de voz, el resultado que se

obtuvo a la salida de este filtro es que se puede percibir la voz sin estar afectada

por componentes agudos de la voz. Los niveles de voltaje entregados por el filtro

son de -140 mV a 140 mV.


96

Figura 4.4 Relación fase vs. frecuencia

Relación fase vs. frecuencia

010203040506070

300 1000 2000 3000 4000 5000 6000Frecuencia (Hz)

Fase

(°)

Figura 4.5 Relación amplitud vs. frecuencia

Relación amplitud vs. frecuencia

0

0.5

1

1.5

2

300 1000 2000 3000 4000 5000 6000Frecuencia (Hz)

Ampl

itud

(V)

4.1.3 Control automático de ganancia

Se hizo necesario adicionar una etapa de amplificación (diez veces) previa al CAG

pues los niveles de tensión que entregaba el filtro pasa bajo no son suficientes

para un correcto funcionamiento del dispositivo seleccionado.


97

De acuerdo con la hoja de datos del CAG la ganancia de tensión cambia

automáticamente cuando la señal de entrada varía. Cuando la señal de entrada se

incrementa, la ganancia disminuye. Así la tensión de salida del CAG medido en

(3) se mantiene en un valor de 95 mVpp constante.

Teniendo un valor fijo en la salida del controlador automático de ganancia se

puede diseñar un amplificador para adecuar los niveles de tensión a los esperados

por el microcontrolador de 0 V a 5 V.

El sistema se expuso a pruebas de señales emitidas por un generador de señales

al igual que a las etapas previas del sistema de transmisión de voz, para verificar

su funcionamiento.

4.1.4 Tareas del microcontrolador Inicialmente se debe configurar en el código de transmisión el número de canales

a transmitir, en este caso dos. También los microcontroladores se deben

programar con los códigos de transmisión y recepción (ver anexos H y I). El

microcontrolador realiza la transmisión del dato de control y las muestras digitales

de voz, adicionalmente se puede observar estos datos en los leds del puerto B (4). El microcontrolador receptor recibe el torrente de bits enviados de forma serial,

evalúa la trama y entrega cada canal por separado en los puertos B y A, C0 y C1

(8) (ver figura 2.13). La velocidad de transmisión en la práctica permite tomar las

muestras a los intervalos necesarios para recuperar la señal de voz de cada uno

de los canales, es decir 8000 muestras por canal.

Aunque la aplicación requiere sólo dos canales de entrada análogos, si se

introducen señales por los cinco pines con los cuales trabaja el conversor análogo

digital, el programa está en capacidad de organizar la trama y enviarla al otro


98

extremo. Las implicaciones de este cambio están en la velocidad de muestreo de

la señal para su recuperación, este problema se puede resolver guardando, en el

microcontrolador o en una memoria externa, los datos muestreados. Es decir los

datos no se toman dependiendo de la velocidad de transmisión serial sino que se

toman las muestras y son almacenadas antes de la transmisión. En el extremo

receptor se deberán tener varios dispositivos de conversión digital análoga que

sean controlados por señales provenientes del microcontrolador el cual debe

ejecutar la sincronización a quien corresponden los datos presentes en los puertos

de salida.

Para el muestreo de más de cinco señales se podría tomar muestras de más de

una fuente de señal por el mismo puerto con una implementación hardware que

permita acceder a cada uno de manera secuencial.

4.1.5 Fuentes de luz y detectores ópticos

Aunque es posible observar la luz emitida por el diodo de 850nm, es imposible ver

el comportamiento del diodo de 1300 nm y de los fotodetectores individualmente,

no se cuenta la tecnología necesaria para observar si los dispositivos emiten luz

en el caso del LED y cual es el efecto de la presencia de luz en el fotodetector. El

análisis se hace por tanto incluyendo dispositivos electrónicos como el circuito

electro-óptico, diodo led, fotodetector y circuito opto-eléctrico.

El circuito electro-óptico recibe una trama de bits, los ceros corresponden a una

ausencia de corriente para excitar el LED, ausencia de luz. Los unos

corresponden a una corriente de 60 mA valor que coincide con la corriente de

polarización del diodo capaz de hacer trabajar el diodo en su zona activa.

Los fotodetectores son sensibles a la luz emitida por el LED y entregan

variaciones de voltaje de 240 mVpp evaluados en (5) los cuales deben pasar por


99

una etapa de amplificación para que puedan ser correctamente interpretadas

como bits por el microcontrolador receptor (Sección 2.12).

Gracias al diseño adecuado de las etapas de amplificación necesarias para los

dispositivos ópticos, como consecuencia directa, su implementación no presentó

mayores inconvenientes.

4.1.6 Dispositivo WDM

Con los dos dispositivos WDM iniciales (MMC-6F50S-12-M-83-STP-1) los cuales

sólo permiten realizar la multiplexación, se efectuaron algunas pruebas.

Las características de este dispositivo no permiten la demultiplexación de la señal,

por esta razón se hizo uso de sólo uno de ellos y un dispositivo diferente para la

demultiplexación. La configuración inicial de este dispositivo se muestra en la

figura 4.6.

Figura 4.6 Configuración WDM inicial

Aun así los resultados obtenidos en estas pruebas enriquecieron el desarrollo de

este trabajo y su desempeño se encuentra documentado a continuación:


100

• Colocando sólo una señal de entrada en uno de los puertos del dispositivo

WDM (a) en los dos puertos extremos se pudo observar la misma señal a la mitad

de la potencia de la señal original (c) y (d). Figura 4.7.

Figura 4.7. Prueba número 1 configuración inicial WDM.

• Cuando la señal en ambos puertos de entrada es la misma (a) y (b), se

puede observar en los dos puertos de salida la misma señal con igual potencia

que la señal original (c) y (d). Figura 4.8


101


• Si las dos señales son diferentes en cada uno de los puertos de entrada (a) y (b), se puede observar en los puertos del otro extremo una combinación de las

señales originales (c) y (d), las cuales son casi imposible de dividir en cada uno de

los canales de una forma eléctrica, ya que ambas señales de voz presentan una

frecuencia y amplitud distinta no conocida. Figura 4.9. Para obtener un par de

señales independientes de cada una de las longitudes de onda sería necesario un

par de filtros ópticos a la longitud de onda correspondiente en cada uno de los

puertos de salida (c) y (d).


102


Para realizar el filtrado de las señales se evaluó la posibilidad de adquirir dichos

filtros ópticos para de esta manera configurar el sistema como inicialmente se

había propuesto. Los filtros ópticos adecuados para esta aplicación son los

denominados “Fiber Bragg Grating Filter” basados en rejillas para difractar las

ondas no deseadas.

La consecución de los filtros basados en fibra o ensamblados en los conectores

que el sistema necesita fue imposible, la otra opción era la fabricación de estos

dispositivos especialmente diseñados para este trabajo, las cotizaciones oscilaban

alrededor de 300 dólares cada uno (a Noviembre de 2003), por esta razón se

descartó esta posibilidad.

Fue necesario entonces la consecución de un dispositivo WDM capaz de separar

las señales en cada uno de los puertos de salida en la longitud de onda

correspondiente a su fuente de luz. Este dispositivo tiene la característica de dejar


103

pasar sólo una de las dos longitudes de onda, en este caso la señal de 1300 nm,

así que la señal combinada está presente en el puerto común, la señal de 850 nm

se encuentra en el puerto reflectado y la señal de 1300 nm se encuentra en el

puerto que pasa. Esta nueva configuración se muestra en la Figura 4.10.

Figura 4.10. Configuración mux / demux del sistema

Una vez obtenido el segundo dispositivo WDM demultiplexor (ver referencia

sección 2.9.1) y estuvieron correctamente instalados los diodos LED y los

fotodetectores a cada una de los módulos electrónicos el acople de los

dispositivos WDM se realizó por medio de conectores ST. La unión del multiplexor

y demultiplexor se realizó por medio de un acople mecánico reutilizable y de fácil

instalación. Dicho empalme se muestra en la figura 4.11.

Figura 4.11 Empalme mecánico

Esta nueva configuración de dispositivos permitió obtener la señal separada en

cada longitud de onda. De este modo la señal emitida por el diodo de 1300 nm se


104

identifica claramente en el puerto que pasa en el dispositivo demultiplexor y la

señal emitida por el diodo de 850 nm se encuentra en el puerto de rechazo en el

dispositivo demultiplexor, estas señales son evaluadas en (6).

Se efectuaron tres pruebas básicas con esta nueva configuración:

• Colocando una señal de entrada en el puerto de 850nm (a), se puede

observar la señal original en el puerto de rechazo en el extremo receptor (c). Es

decir únicamente se puede ver la señal original en el puerto de 850nm en la salida.

Figura 4.12.

Figura 4.12. Prueba número uno configuración final WDM

• Colocando una señal de entrada en el puerto de 1300nm (b), se puede

observar la señal original en el puerto que pasa en el extremo receptor (d). Es


105

decir únicamente se puede ver la señal original en el puerto de 1300nm en la

salida. Figura 4.13.

Figura 4.13 Prueba número 2 configuración final WDM.

• Colocando dos señales diferentes en cada uno de los puertos de entrada

(a) y (b), se pueden observar en los puertos de salida, las dos señales originales

independientes en cada puerto (c) y (d). Es decir totalmente independientes la uno

de la otra consiguiendo así la demultiplexacion en longitud de onda de las dos

señales emitidas. Figura 4.14.


106

Figura 4.14 Prueba número 3 configuración final WDM.

4.1.7 Conversor digital análogo

La hoja de datos del DAC0832 incluye varias propuestas de configuraciones de

acuerdo a la aplicación requerida. Para este trabajo, los mejores resultados en

cuanto a la excursión de la señal de salida se obtuvieron con la configuración

adoptada por que los valores de salida del conversor no dependen de la diferencia

de corriente sino de las variaciones del voltaje de referencia (ver sección 2.12).

El conversor toma los ocho bits que le entrega el microcontrolador, verifica sus

señales de control y entrega una señal que varía entre los 900 mVpp lo cual

corresponde a la señal de voz recuperada. En este momento se puede ver el


107

funcionamiento del sistema completo, desde la emisión de la señal de voz hasta

su completa recuperación (9).

4.1.8 Transmisión de datos

Se desarrolló un programa implementado en Builder C++ para verificar el

funcionamiento tanto del código en el computador emisor, como el programa del

microcontrolador, la transmisión de los datos y el diseño físico del circuito y el pc

receptor.

El programa se ejecuta en un pc enviando datos por el puerto serial, en el pc

receptor se espera ver el dato enviado. Si los datos no llegan se puede concluir

que existe un error en la transmisión, bien entre la computadora y el

microcontrolador de transmisor o bien entre los dos microcontroladores transmisor

y receptor. Si los datos llegan cambiados, es decir llegan caracteres diferentes a

los originales se deduce que es un error en el procesamiento de los datos dentro

de los microcontroladores o en la sincronización entre la pc y el microcontrolador.

Adicionalmente es posible visualizar el dato en el puerto B tanto en el

microcontrolador transmisor (4) y el receptor (8), el dato es representado en el

valor binario correspondiente al código ASCIII del carácter enviado por el pc.

En la figura se puede observar el entorno grafico del programa implementado en el

pc.


108

Figura No 4.15 Entorno gráfico de la transmisión de datos.

El código de este tipo de transmisión se encuentra en el anexo J.

4.1.9 Funcionamiento general del sistema

Dado que el desempeño del sistema es evaluado a través de los logros

alcanzados con relación con la transmisión de voz sobre fibra óptica usando

WDM, se puede concluir que el desempeño del sistema es satisfactorio debido a

que cumple con el objetivo de la multiplexación en tiempo, en longitud de onda y

las señales son diferenciadas al otro extremo receptor del dispositivo.


109

Adicionalmente se puede concluir que el módulo de transmisión sobre fibra óptica

usando WDM cumplió sus objetivos y ofrece flexibilidad en el número de canales a

transmitir y su condición adicional de transmisión de datos desde un pc.

5. PRÁCTICAS DE LABORATORIO SUGERIDAS

Con el fin de fortalecer el laboratorio de comunicaciones y con el objetivo de

exponer a la comunidad universitaria este proyecto de manera práctica, se han

realizado cinco guías de laboratorio haciendo uso del módulo didáctico de

transmisión de voz sobre fibra óptica usando WDM, denominado FO-WDM.

Los temas de las prácticas se seleccionaron teniendo en cuenta los temas

relacionados únicamente con el área de comunicaciones.

• Práctica 1. Muestreo:

Se consideró importante para que el estudiante reconozca varias formas de hacer

el muestreo de una señal e identifique claramente la manera en que se realiza el

muestreo y codificación en este proyecto en particular.

• Práctica 2.

Multiplexación en el tiempo:

Se desea que el estudiante verifique los principios de multiplexación en este

trabajo, cómo esta constituida la trama a transmitir y las limitaciones del módulo

FO-WDM. Este tema es de vital importancia para futuros trabajos con base en

este módulo.

• Práctica 3.

Interfaz electro óptica:

El objetivo principal de esta práctica es exponer el circuito implementado que

aunque sencillo es de vital importancia para el adecuado desempeño del sistema

óptico.

• Práctica 4.

Transmisión por Fibra Óptica:

El objetivo de esta práctica es familiarizar al estudiante con el medio de

transmisión, aunque sin hacer uso todavía del dispositivo WDM tiene su primera

Capítulo 5. Prácticas de laboratorio

112

experiencia con fibra óptica. Es importante que el estudiante determine que

elementos son necesarios para una transmisión sobre fibra óptica exitosa.

• Práctica 5.

WDM:

Esta práctica es una experiencia completa, donde se le usa la totalidad del

sistema FO-WDM. El estudiante estará en capacidad de explicar el funcionamiento

de WDM, experimentará con varias posibilidades que le presenta el módulo y

finalmente podrá ver la transmisión punto a punto y con modo de operación

simples de dos canales de voz por medio de fibra óptica usando multiplexación en

longitud de onda.

5.1 PRÁCTICA 1 MUESTREO OBJETIVOS

• Recordar el teorema de Nyquist.

• Calcular la frecuencia de muestreo para cualquier señal con determinadas

características.

• Calcular la tasa de transmisión para cualquier trama de bits a enviar.

MATERIAL NECESARIO

• Generador de señal

• Fuente de Alimentación

• Osciloscopio

• Módulo FO-WDM

• Hoja de datos del microcontrolador PIC16F873


113

INTRODUCCIÓN TEÓRICA

Muestrear una señal consiste en obtener una serie de muestras en unos instantes

de tiempo determinados. La periodicidad con la que se tomen esas muestras se

denomina periodo de muestreo e influirá en la posterior reconstrucción de la señal.

El valor de la frecuencia de muestreo puede ser tan grande como queramos; sin

embargo, se limitará el ancho de banda de la señal a muestrear. Cuanto mayor

sea la frecuencia de muestreo, mayor será la toma de muestras que favorezcan la

reconstrucción de la señal en el receptor; no obstante, existe la limitación ya

mencionada.

Si el ancho de banda de la señal a muestrear es mayor que la diferencia entre la

frecuencia de muestreo y el ancho de banda, se producirá un solapamiento de dos

muestras consecutivas denominado aliasing, de tal forma que no es posible

recuperación de la señal original.

La frecuencia de muestreo, denominada también de Nyquist, debe ser igual o

mayor que dos veces el ancho de banda de la señal a muestrear; esto se conoce

como teorema de muestreo.

ω2≥mf

PROCEDIMIENTO

1. Tomar la hoja de datos del pic y responder: Cuántas muestras por segundo

toma el pic: ________

2. Para enviar un canal con una trama de 33 bits (18 bits para los datos y 9

bits de control bits de inicio y parada) cual es la tasa de transmisión de

datos:______

3. Programar el pic con el código que aparece en el anexo1 de esta guía.

4. Introducir un nivel de voltaje de +5V en RA0/AN0 (pin 2 del pic).

5. Colocar la punta del osciloscopio en RC6/TX/CK (pin 17 del pic).

6. Identificar la trama de control y la trama de datos.


114

7. Verificar que los datos corresponden a una señal constante de +5V.

8. Introducir una señal senoidal de 4 MHz en RA0/AN0 (pin 2).

9. Colocar la punta del osciloscopio en RC6/TX/CK (pin 17 del pic).

10. Identificar la trama de control y la trama de datos.

11. Tomar nota de los datos y verificar cada cuanto se presenta un determinado

dato binario.

TAREA

1. De qué depende la tasa de transmisión que el microcontrolador es capaz de

producir: __________________________________________________________

_______________________________________________________________

2. Qué se necesita para recuperar la señal en el receptor:________________

______________________________________________________________

5.2 PRÁCTICA 2 MULTIPLEXACIÓN EN TIEMPO

OBJETIVOS

• Demostrar la posibilidad de transmitir simultáneamente varias señales por

un solo medio de transmisión.

• Transmitir varios canales análogos en forma simultánea alternando

muestras en el tiempo.

• Construir la trama que se transmite y concluir como se pueden diferenciar

los datos de los canales de forma individual.

MATERIAL NECESARIO

• Generador de señal



115

• Osciloscopio

• Módulo FO-WDM


La multiplexación por división de tiempo (TDM) es un medio de transmitir dos o

más canales de información en el mismo circuito de comunicación utilizando la

técnica de tiempo compartido. Se adapta bien a las señales binarias que consisten

en impulsos que representan un dígito binario 1 ó 0. Estos impulsos pueden ser de

muy corta duración y sin embargo, pueden transportar la información deseada; por

tanto, muchos de ellos pueden comprimirse en el tiempo disponible de un canal

digital. Muchos de los sistemas de transmisión avanzados de nuestros días como

por ejemplo SDH utilizan esta técnica. La señal original puede ser una onda

analógica que se convierte en forma binaria para su transmisión, o puede estar ya

en forma digital, como los de un equipo de datos o un ordenador.

PROCEDIMIENTO

1. Estudiar el código que aparece en el anexo 1 de la primera practica.

2. Que variable del codigo se debe cambiar para aumentar el numero de

canales análogos: ________________

3. Modificar el código para enviar 2 canales análogos.

4. Introducir una señal de DC de +5V en RA0/An0 (pin 2 del pic).

5. Introducir una señal de DC de 0V en Ra1/An1 (pin 3 del pic).

6. Colocar la punta del osciloscopio en RC6/TX/CK (pin 17 del pic) y verificar

las tramas.

7. Cómo se confirma el valor de cada canal:___________________________

8. Modificar el código para enviar el máximo de canales.

9. Introducir diferentes tipos de señales por cada uno de los puertos.

10. Cómo se diferencian los datos de cada canal:________________________

__________________________________________________________________

11. Tomar nota de los datos de los canales por separado.


116

12. Elaborar una representación de la trama

TAREAS

1. Cual es el número de canales máximo que se puede multiplexar con el

módulo:______________________________________________________

2. Cual es el numero de canales máximo que se puede multiplexar con el

microcontrolador pic16f873_______________________________________

3. Que se podría hacer para aumentar el numero de canales a transmitir con

el módulo FO-WDM: _________________________________________________

4. Exponga otra forma de diferenciar los datos de cada canal:_____________

_______________________________________________________________

5.3 PRÁCTICA 3 INTERFAZ ELECTRO ÓPTICA OBJETIVOS

• Estudiar los elementos necesarios para transformar señales eléctricas en

señales ópticas.

• Analizar los requerimientos de los dispositivos ópticos para diseñar el

circuito electro óptico.

• Diseñar un circuito de interfaz electro óptico.

MATERIAL NECESARIO

• Hoja de datos de los dispositivos ópticos.

• Multímetro (Ampérmetro)

• Osciloscopio.

• Módulo FO-WDM.


117


La energía luminosa emitida por un LED es proporcional al nivel de corriente de

polarización del diodo. Por lo tanto, si el nivel de corriente de polarización varía en

conformidad con una señal útil la potencia emitida por el LED será proporcional a

la amplitud de la señal.

La conversión de energía eléctrica en energía luminosa es el último proceso que

sufre la señal en el emisor antes de ser enviada a través de la fibra óptica. Los

dispositivos empleados en estos circuitos son componentes opto eléctricos,

reciben este nombre porque son capaces de producir energía luminosa a partir de

energía eléctrica, ejemplos de estos dispositivos son los diodos LED y los láseres.

Para este sistema se utilizaron los diodos LED debido a su mayor economía.

Además de la fuente de alimentación es necesario un circuito de excitación que

debe hacer que la salida se conecte y desconecte a una velocidad igual o

proporcional a la señal de entrada, haciendo una modulación de corriente que

excite o no a la fuente.

Cuando la señal a transmitir es análoga y la fuente es un LED se utiliza una

modulación en intensidad. En caso de señales binarias con sólo dos niveles, se

utiliza conmutación entre corriente casi nula y un valor máximo de la misma.

PROCEDIMIENTO

1. Qué tipo de señal (Voltaje o Corriente) excita a la fuente luminosa y por

qué: ______________________________________________________________

2. Si la exitacion del diodo proviene de la trama entregada por el

microcontrolador, cómo espera que sea la modulación de la corriente: __________

__________________________________________________________________

3. Cuál es el valor de corriente de forward del diodo LED utilizado: _________

4. Qué valores de corriente espera encontrar en el circuito de excitación: ____


118

5. Observar el circuito en la figura 5.1. Qué función cumple este circuito: ____

Figura No 5.1 Circuito electro óptico

6. Tomar la punta del osciloscopio y ver la señal que sale del microcontrolador

RC6/TX/CK (pin 17).

7. Tomar otro canal del osciloscopio y observar la señal que se presenta en el

cátodo del diodo LED.

8. Cómo son estas señales?________________________________________

__________________________________________________________________

9. Qué se puede concluir?_________________________________________

__________________________________________________________________

10. Qué características debe tener esta señal en el módulo receptor para ser

utilizada por el microcontrolador?_______________________________________

__________________________________________________________________

11. Cómo es el funcionamiento del fotodetector?, qué tipo de modulación

realiza?___________________________________________________________

TAREAS

1. Proponer otro circuito excitador para la fuente de luz: _________________


119

__________________________________________________________________

2. Proponer un circuito que adecue las señal que debe entrar al

microcontrolador receptor:_____________________________________________

__________________________________________________________________

5.4 PRÁCTICA 4 TRANSMISIÓN POR FIBRA ÓPTICA OBJETIVOS

• Familiarizar al estudiante con este medio de transmisión

• Verificar que los datos transmitidos correspondan a los datos enviados.

• Identificar los parámetros necesarios para que una transmisión sea exitosa.

MATERIAL NECESARIO


• Osciloscopio

• Módulo FO-WDM

• Fibra azul con conectores que acompaña al módulo.


En poco más de 10 años la fibra óptica se ha convertido en una de las tecnologías

más avanzadas que se utilizan como medio de transmisión. Este novedoso

material vino a revolucionar los procesos de las telecomunicaciones en todos los

sentidos, desde lograr una mayor velocidad y disminuir casi en su totalidad los

ruidos y las interferencias hasta multiplicar las formas de envío en comunicaciones

y recepción por vía telefónica.

La fibra óptica es el medio típico de transmisión de los sistemas de

comunicaciones ópticas, que son de vidrio o plástico y tienen un núcleo a través


120

del cual viaja el haz de luz; además del núcleo tiene una cubierta óptica y uno o

varios recubrimientos de protección mecánica.

En estudios de la fibra se ha demostrado que las ondas electromagnéticas de la

luz tienden a viajar más fácilmente a través de un medio con un índice de

refracción alto, por lo que el material óptico que conforme el núcleo debe ser el de

más elevado índice de refracción dentro de la fibra óptica. El núcleo es una hebra

de vidrio especial que puede tener tan sólo 125 micras de diámetro.

La luz presente en el núcleo es de importancia primordial, ya que es la que

transporta la información. El núcleo está recubierto por un material con un índice

de refracción menor que constituye la cubierta. Estas partes reorientan la luz hacia

su centro para impedir que escape a través de los lados.

En la figura 5.2 se muestra la fibra óptica que se debe emplear en el

procedimiento.

Figura 5.2 Fibra óptica

PROCEDIMIENTO

1. Qué tipo de fibra se va a emplear?_________________________________

2. Qué tipo de conectores utiliza el modulo?___________________________

3. Modificar el código que se encuentra en el anexo H para enviar 2 canales

análogos.

4. Introducir una señal de DC de +5V en RA0/An0 (pin 2 del pic).


121

5. Introducir una señal de DC de 0V en Ra1/An1 (pin 3 del pic).

6. Conectar el hilo de fibra al diodo LED de 850nm y al fotodetector

correspondiente.

7. Colocar una punta del osciloscopio en la salida del LED.

8. Colocar otra punta del osciloscopio en la salida del fotodetector.

9. Cómo son estas dos señales?__________________________________

10. Tienen la misma frecuencia? ________

11. Tienen la misma amplitud? __________

12. Qué puede concluir?: _________________________________________

_______________________________________________________________

13. Quitar la señal de DC en cada uno de las dos entradas RA0 y RA1.

14. Introducir en RA0/An0 (pin 2 del pic) la señal del primer canal de voz.

15. Introducir en RA1/An1 (pin 3 del pic) la señal del segundo canal de voz.

16. Repita los numerales 7 y 8.

17. Cómo son estas dos señales?__________________________________

18. Las dos señales tienen la misma frecuencia? ________

19. Las dos señales tienen la misma amplitud? __________

20. Qué puede concluir? _________________________________________

_______________________________________________________________

21. Cuántos hilos de fibra son necesarios para este procedimiento? _______

22. Qué es necesario para que la transmisión sea exitosa?

__________________________________________________________________

TAREA

1. Qué tipo de señal cree usted que se transmite mejor por medio de fibra

óptica?

2. Enumerar algunas de las características más importantes de la fibra óptica.

3. Cuáles son las aplicaciones más comunes de fibra óptica actualmente?


122

5.5 PRACTICA 5 TRANSMISIÓN WDM OBJETIVOS

• Familiarizarse con esta tecnología.

• Verificar el funcionamiento en modo de operación simplex del módulo

WDM.

• Definir el modo de funcionamiento de los dispositivos WDM.

MATERIAL NECESARIO


• Osciloscopio

• Módulo FO-WDM

• Dispositivo WDM


Ha sido una ardua labor desarrollar nuevas técnicas para aprovechar en forma

más eficiente y económica los medios de comunicación, los sistemas ópticos no

son la excepción y para esto se ha desarrollado la multiplexación en longitud de

onda WDM, con la cual, la capacidad de transmisión de información se incremente

usando una sola fibra.

Con la multiplexación por longitud de onda todos los canales se transmiten

simultáneamente y utilizan cada uno de ellos todo el ancho de banda del medio de

transmisión.

Dado el evidente éxito de WDM que ha permitido el aumento de la capacidad de

las redes ópticas de transporte, esta tecnología se está expandiendo

progresivamente desde el núcleo de las redes ópticas de alta velocidad hacia las

redes metropolitanas y de acceso.


123

PROCEDIMIENTO

1. Conectar el dispositivo WDM. Ver figura 5.3

Figura 5.3 Configuración WDM

2. Introducir una señal DC de +5V en RA0/An0 (pin 2 del pic) del modulo

emisor de 850nm.

3. Introducir una señal DC de 0V en RA1/An1 (pin 3 del pic) del modulo emisor

de 850nm.

4. Colocar una de las puntas del osciloscopio en el detector 850nm.

5. Colocar una de las puntas del osciloscopio en el detector 1300nm.

6. Observar estas dos señales y compárelo con la señal que se presenta en el

RC6/TX/CK (pin 17 del microcontrolador emisor)

7. Qué puede concluir?____________________________________________

8. Introducir una señal DC de 0V en RA0/An0 (pin 2 del pic) del módulo emisor

de 850nm.

9. Introducir una señal DC de 0V en RA1/An1 (pin 3 del pic) del módulo emisor

de 850nm.

10. Introducir una señal DC de +5V en RA0/An0 (pin 2 del pic) del módulo

emisor de 1300nm.

11. Introducir una señal DC de +5V en RA1/An1 (pin 3 del pic) del módulo

emisor de 1300nm.

12. Colocar una de las puntas del osciloscopio en la salida del detector 850nm.


124

13. Colocar otra punta en la salida del detector 1300nm.

14. Cómo son estas dos señales?____________________________________

15. Qué puede concluir?____________________________________________

16. Montar el módulo completo.

17. Introducir una señal de voz en las cuatro entradas.

18. Observar las señales tanto del diodo LED como del fotodetector de 850nm y

comparar__________________________________________________________

__________________________________________________________________

19. Observar las señales tanto del diodo LED como del fotodetector de 1300nm

y comparar_________________________________________________________

__________________________________________________________________

20. Escuchar por medio de los parlantes, reconocer la señal de entrada

respectiva:

__________________________________________________________________

TAREA

1. Explicar brevemente el principio de funcionamiento de WDM.

2. Cómo es la potencia en la salida del dispositivo WDM respecto a la

entrada?

3. Enumerar las partes propias del WDM con respecto a un sistema tradicional

de fibra óptica.

4. Elaborar un diagrama detallado del sistema.

CONCLUSIONES

Se transmiten dos canales de voz en el rango de 300 Hz a 3400 Hz siguiendo los

requerimientos establecidos por la ITU. La comunicación se realizó a una distancia

de cuatro (4) metros, en modo de operación simplex.

Se implementó una serie de circuitos con el fin de adecuar las señales de voz a

cada uno de los aspectos necesarios para el tratamiento de este tipo de señales.

Los circuitos que componen la etapa de adecuación son: filtro pasa alto, filtro pasa

bajo, controlador automático de ganancia, amplificador, microcontrolador y

conversor digital análogo.

Se diseñó e implementó un sistema de multiplexación en el tiempo capaz de

transmitir cinco señales de voz sobre un mismo canal. Esta tarea la realizó

básicamente el microcontrolador seleccionado, superando así los objetivos en

cuanto a flexibilidad en el número de canales a transmitir.

La implementación de fuentes de luz, fotodiodos y dispositivos tanto multiplexores

como demultiplexores WDM y fibra óptica multimodo permitieron realizar una

transmisión de dos señales, a 850 nm y a 1300 nm, multiplexadas en longitud de

onda sobre una única fibra.

Todo el sistema se encuentra en circuitos impresos debidamente diseñados según

normas establecidas por Motorota, Intel, Nacional Semiconductors, Philips

Semiconductors, Laticce Semiconductor Coorporation, las cuales permitieron la

adecuada presentación de los circuitos teniendo en cuenta el uso como módulos

didácticos.

125

El diseño e implementación del módulo podrá ser usado como soporte en algunas

de las materias ofrecidas por la cátedra de Telecomunicaciones, la realización de

algunas prácticas de laboratorio le permitirán al monitor tener un material base y a

los estudiantes tener una aproximación a esta nueva tecnología de forma

didáctica.

Se diseñó e implementó un sistema capaz de transmitir datos por medio del

módulo desde un pc. Tanto los programas del pc como del microcontrolador

permiten enviar caracteres independientes introducidos por teclado así como

también archivos, inicialmente se diseñó para enviar gráficos.

Este trabajo permitió diseñar e implementar un sistema de transmisión de dos

canales de voz en el rango de 300 Hz a 3400 Hz, multiplexados en el tiempo y

usando dos longitudes de onda. Las señales son emitas por diodos LED de 850

nm y 1300 nm a través de un dispositivo multiplexor de dos canales. La

información viaja dos metros después de ser combinada, cuatro metros en total,

en modo de operación simplex. Un dispositivo demultiplexor, de uno a dos

canales, entrega en cada uno de sus puertos señales separadas las cuales fueron

detectadas por los correspondientes dispositivos.

Se debe tener especial cuidado en la selección de dispositivos WDM ya que

existen varias clases con tareas específicas, dispositivos multiplexores

/demultiplexores de n canales, dispositivos que demultiplexan la señal en

proporciones diferentes por cada uno de sus puertos, dispositivos que dividen la

señal a una proporción igual o diferente en cada uno de sus puertos pero que no

son capaces de demultiplexar en longitud de onda. Cada uno debe ser evaluado

dependiendo de las necesidades específicas del proyecto a realizar.

126

Este trabajo permitió diseñar e implementar un sistema de transmisión usando dos

longitudes de onda emitas por diodos LED de 850 nm y 1300 nm a través de un

dispositivo multiplexor de dos canales, la información viaja dos metros después de

ser combinada, un dispositivo demultiplexor de uno a dos canales entrega en cada

uno de sus puertos señales separadas las cuales fueron detectadas por los

correspondientes dispositivos.

La transmisión digital de señales analógicas es posible en virtud del teorema de

Nyquist, según el cual una señal analógica se puede reproducir de un conjunto de

sus muestras. De aquí que sólo es necesario transmitir los valores muestra

conforme ocurren, en lugar de la señal analógica completa. La frecuencia de

muestreo debe ser por lo menos el doble de la frecuencia de la señal a muestrear.

Si este teorema no se cumple se produce un traslape espectral o aliasing. Este

proyecto permitió apreciar de manera práctica la confirmación del teorema de

muestreo.

La utilización de elementos microprocesados de bajo costo, en este caso PIC

permitió ver el alcance de estos componentes en la soluciones a problemas

específicos de ingeniería que integren hardware y software, que partiendo de una

tecnología comercial se tenga un valor agregado con ventajas de costo o facilidad

de uso sobre sistemas comerciales equivalentes. En este caso se pudo ver la

versatilidad y flexibilidad de estos elementos en tareas como la multiplexación y

demultiplexación en el tiempo, que bien podrían ser utilizadas en soluciones a

problemas propios de la región como implementación de aparatos de

comunicación residencial o comercial, implementación de sistemas de seguridad y

otros.

127

Desafortunadamente nuestro país aun no cuenta con un mercado significativo en

el área de la óptica. Básicamente se puede adquirir a nivel nacional cable de fibra

óptica mono modo y multimodo y algunos elementos como transceivers, patch

cord. Pero aún no se pueden conseguir dispositivos como fuentes ópticas,

detectores, filtros, dispositivos WDM. Por esto no fue posible la consecución de los

elementos ópticos a nivel nacional, haciéndose por esta razón más costoso, difícil

y requiriendo más tiempo.

Los sistemas WDM también presentan algunos inconvenientes ya que no todos

los tipos de fibra lo admiten, las tolerancias y ajustes de los láseres y filtros son

muy críticos y los componentes que utiliza son sumamente caros.

El Impacto de WDM ha tenido en las comunicaciones se puede ver en las cifras.

Con la tecnología WDM se puede multiplicar la capacidad por 4, por 8, por 16, 32

o incluso por mucho más, alcanzando (con 128 canales) más de 1 Tbps sobre una

única fibra, una capacidad suficiente para transmitir simultáneamente 20 millones

de conversaciones telefónicas, de datos o fax. Cada una de las señales puede ser

a una velocidad distinta y con un formato diferente (ATM, Frame Relay, etc.). El

bajo nivel de ruido se consiguen distancias de hasta 600 km sin repetidores para

2,5 Gbps y 32 canales independientes.

RECOMENDACIONES PARA TRABAJOS FUTUROS EN ESTA LÍNEA

A partir de la experiencia en la realización de este proyecto se pueden hacer

enumerar algunas recomendaciones y sugerencias para los estudiantes

interesados en seguir con trabajos en esta rama. Recomendaciones de

financiación, aplicaciones y principales dificultades, que se podrían presentar con

esta tecnología, con fines académicos muy importantes para la universidad y el

sector.

Recomendaciones generales • Buscar financiamiento por medio de empresas privadas.

• Realizar propuestas que generen ayuda económica de programas

gubernamentales que apoyen investigación.

• Haciendo uso de los módulos de transmisión sobre fibra óptica existentes en la

universidad, proponer nuevos temas de investigación en esta área.

Temas propuestos para trabajos finales o de grado En esta sección se hace referencia al modulo de transmisión de voz sobre fibra

óptica usando WDM como FO-WDM.

129

• Con base en el módulo FO-WDM multiplexar en tiempo cinco canales de voz

sería el paso siguiente con sólo algunos cambios a nivel de hardware (sección

4.1.4)

• Transmitir voz y datos multiplexados en longitud de onda haciendo uso de

módulo FO-WDM.

• Transmitir señales que demanden mayor ancho de banda como video, datos,

implementando un sistema de adecuación conveniente.

• A pesar de que no es una aplicación en el área de telecomunicaciones, los

últimos avances médicos como “sistema de determinación de glucosa no invasivo

basado en el análisis del espectro emitido por los componentes de un tejido

vascularizado tras su iluminación con energía de amplio espectro emitida por una

fuente a través de fibra óptica” [19] seria una interesante aplicación de estas

nuevas tecnologías.

• Diseño y desarrollo de una red experimental de tecnología IP/WDM, para el

desarrollo de aplicaciones demandantes de ancho de banda [20].

• En asociación con el departamento de física, hacer investigación en tecnología

WDM, con referencia a los nuevos dispositivos ópticos.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

• [1] http://es.geocities.com/allcircuits5/fo.html

• [2] http://members.tripod.com/~glorsarm/index-4.html

• [3] http://www.geocities.com/SiliconValley/Node/9625/tiposddiodos.html

• [4] SANCHEZ DEL SOTO, Mariano, CORBELLE SANCHEZ, Jose Antonio.

Prácticas de electrónica: Transmisión digital a través de fibra óptica. Madrid:

McGraw-Hill, 1992, 164p-167p.

• [5] http://www.cq-radio.com/articles/007_abr_84.htm

• [6] JARDÓN AGUILAR, Hildeberto, LINARES, Roberto. Sistemas de

comunicaciones por fibras ópticas,México, D.F: Alfaomega, 1995, 55p, 66p 104p,

184p.

• [7] Gomez, Hernando. Conferencia sobre fibra óptica y WDM. Cali, Octubre

2003.

• [8] http://html.rincondelvago.com/modulacion-pcm-pulse-code-modulation.html

• [9] http:/www.elai.upm.es/spain/Asignaturas/Servos/examenes/ser03/

servop1_0203.pdf

• [10] http://rincondelvago.com/filtros-activos.html

131

• [11] www.geocities.com/gregsdownloadpage/filter2.html

• [12] MALVINO, Albert Paul. Principios de electrónica. México, D.F: McGraw-Hill,

1991, 775p, 776p.

• [13] http://whatis.techtarget.com/definition/0,,sid9_gci214174,00.html

• [14] Optical fiber connection: Joints and couplers. New York, 1995, 249p.

• [15] http://www.gco.upv.es/wbdocente/cocos/lecc7.htm

• [16] National Data Acquisition Databook. Santa Clara, 1995, 3-23p.

• [17] http://www.ctv.es/pckits/tpseriee.html

• [18] http://www.ipn.mx/sitios_interes/sanlovdra/serie.htm

• [19] http://www.saludytecnologia.com/articculos/99186070569096.html

• [20]

http://profesores.elo.utfsm.cl/~walter/publicaciones/roteolivaresdesarrolloRedExpIP

WDM.pdf

ANEXO A

ANEXO B

ANEXO C

ANEXO D

ANEXO E

APA OPTICS, INC. 2950 North East 84th Lane, Blaine, Minnesota 55449 USA Telephone: (763) 784-4995 Fax: (763) 784-2038

This document and any of its attachments contain Proprietary information of APA OPTICS, INC. and must be kept strictly confidential by all of its recipients.

www.apaoptics.com

PROPOSAL

Date: 10/24/2003 Prepared for: Laura Sofia Rodriguez Diana Maria Cadavid Universidad del Valle Ingeniria Electronica Trabajo de invertigacion "Sistema Didactico de Transmision de Voz por Fibra Optica usando WDM" Reference: APAO03102401

Item Description Quantity Price, each 1 Thin Film Filter, WDM Mux or Dmux, 62.5 micron

core multimode fiber, 850nm/1310nm MUX or DMUX

1-10 $170

Terms: 1. Terms: Prepaid by wire transfer or credit card before commencement of work. 2. Prices are FOB Aberdeen, South Dakota, USA. Freight will be pre-paid and

added to the invoice. Prices exclude duty and tariffs. 3. Delivery: 4-6 weeks after receipt of order 4. Validity: This proposal is valid for 60 days.



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Multimode Fiber Thin Film Filter

850-1310 MUX/DMUX

Item Unit 850/1310 MMF WDM Pass Channel nm 850+/-40

1.2 (0.8 Typ.) (LD) Insertion Loss Max dB 1.5 (LED) PDL Max dB Not specified Isolation Min dB 30 (LD)

Reflect Channel nm 1310+/-40 1.2 (0.8 Typ.) (LD)

Insertion Loss Max dB 1.5 (LED) PDL Max dB Not specified Isolation Min dB 15 (LD) Directivity Min dB 50 (60 Typ.) (LD) Operating Temperature C 0 to 65 Storage Temp C -40 to 65

Package Dimensions*

mm

φ5.5x35 for 250 micron fiber or φ5.5x40 for 900 micron fiber

Fiber type 62.5 micron core MMF Fiber length meter 1



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TERMS AND CONDITIONS

ALL TRANSACTIONS ARE SUBJECT TO THE FOLLOWING TERMS AND CONDITIONS OF SALE.

ACCEPTANCE. This contract constitutes the full understanding of the parties, a complete allocation of risks between them and a complete and exclusive statement of the terms and conditions of their agreement. Except as provided in Section 2 hereof, no conditions, usage of trade, course of dealing or performance, understanding or agreement purposing to modify, vary, explain or supplement the terms or conditions of the contract shall be binding unless hereafter, made in writing and signed by the party to be bound, and no modification shall be effected by the acknowledgement or acceptance of purchase order or shipping instruction forms containing terms or conditions at variance with or in dealing shall be deemed to constitute a continuing waiver of any other breach of any other right or remedy unless such waiver be expressed in writing signed by the party to be bound.

GENERAL. Price quoted constitute an invitation for an offer by Buyer, open for a period of thirty (30) days from date of issue, but subject to change by Seller during such period. No order shall be binding until accepted and acknowledged by Seller. All orders accepted by Seller are subject to delivery when available at Seller’s price, point of delivery, services allowance or terms of payment for the good hereunder, but is restricted to any extent against so doing by reason of any governmental request law, regulation, order or request, law regulation, order or action, Seller shall have the right to (a) terminate this contract with respect to any goods not then delivered by written notice to Buyer, (b) suspend deliveries for the duration of such restriction or alteration or (c) have apply to this contract (as of the effective date of such restriction or alteration) any price, point of delivery, service allowance or terms of payment governmentally acceptable. Any delivery suspended under this section shall be canceled without liability, but this contract shall otherwise remain unaffected.

FORCE MAJEURE. Deliveries may be suspended by either party in the event of Act of God, war, riot, fire, explosion, accident, flood, sabotage, lack of adequate fuel power, raw materials, labor, containers or transportation facilities, compliance with government request, laws, regulation, orders or action; breakage or failure of machinery or apparatus; national defense requirements or any other event, whether or not the class or kind enumerated herein, beyond the reasonable control of such party; or in the event of labor trouble strike, lockout or injunction (provided that neither party shall be required to settle a labor dispute against its own best judgment); which event makes impracticable the manufacture, transportation, acceptance or use of a shipment of goods or of a material upon which the manufacture of the goods is independent. If Seller determines that its ability to supply the total demand for the goods, or obtain any or a sufficient quantity of any material used directly or indirectly in the manufacture of the goods, is hindered, limited or made impracticable. Seller may allocate its available supply of the goods or such material (without obligation to acquire other supplies of any such goods or material) among itself and its purchasers on such basis as Seller determines to be equitable without liability for any failure or performance that may result there from. Deliveries suspended or not made by reason of this section shall be canceled without liability, but this contract shall otherwise remain unaffected.

TERMINATION. Seller reserves the right, among other remedies, either to terminate this contract or to suspend further deliveries under it in the event buyer fails to pay for any one shipment when said shipment becomes due. Should Buyer’s financial responsibility become unsatisfactory to Seller, cash payment or security satisfactory to Seller may be required by Seller for future deliveries and for the goods therefore delivered.

CANCELLATION, DELAY. Buyer shall have the right to cancel or delay shipment of the order or any part thereof upon written notice to Seller at least forty-five (45) days prior to the applicable scheduled shipment date, subject to the following conditions. In the event of cancellation, Buyer shall accept delivery of and pay for goods already manufactured or in the process of manufacture at the time said notice is received by Seller. In the event of delay of shipment, Buyer shall pay to Seller a delayed shipment fee of two percent (2%) per month (prorated to reflect shorted periods of time) on the total price for goods so delayed.

DELIVERY, TITLE & RISK OF LOSS. All sales are made F.O.B. point of shipment unless otherwise specified. Seller’s title passes to Purchaser and Seller’s liability as to delivery ceases upon delivery of products purchased hereunder to carrier at shipping point in good condition. All claims for damages must be filed with the carrier. In case of breakage or loss in transit, Buyer shall have notation of same made on expense bill before paying freight. Any increase in freight rates paid by Seller on shipments covered by this contract and hereafter becoming effective and any tax or governmental charge or increase in same excluding any franchise or incoming tax or other tax or change may, at Seller’s option, be added to the price herein specified. In the case of bulk carload, tank car, tank truck or barge shipments, Seller’s weights shall govern unless proved to be in error. Where returnable containers are used in shipment, title to such container shall remain in Seller, and a deposit in the amount required by Seller must be made at the time payment is tendered for the foods. Such containers must be kept in good condition, must not be used for any material other than the goods shipped therein and must be returned within sixty (60) days from date of shipment. On such containers being so returned in good condition, a refund of the deposit will be made.

WARRANTY. Subject to this Section and unless otherwise expressly provided in this contract, Seller warrants title and that the goods shall confirm to Seller’s standard specifications or to the attached specifications, if any. Subject to the preceding sentence and except as otherwise expressly provided herein, SELLER MAKES NO REPRESENTATION OR WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESSED OR IMPLIED AS TO MERCHANTABILITY, FITNESS FOR PARTICULAR PURPOSE OR ANY OTHER MATTER WITH RESPECT TO THE GOODS, whether used alone or in combination with any other material. Within thirty (30) days after receipt of such shipment of the goods, Buyer shall examine such goods for any cause whatsoever (whether such cause be based in contract, negligence, strict liability, or lost or otherwise) shall be deemed waived unless made in writing and received by Seller within three hundred sixty (360) days after Buyer’s receipt of the goods, in respect to which such claim is made or within thirty (30) days after Buyer learns of the facts giving rise to such claim, whichever shall first occur. Failure of Seller to receive written notice of any such claim within the applicable time period shall be deemed an absolute and unconditional waiver by Buyer of such claim, irrespective of whether the facts giving rise to such claim shall have then been discovered or of whether processing, further manufacture, other use, or resale of the goods shall have then taken place. Buyer’s EXCLUSIVE REMEDY SHALL BE FOR DAMAGES, AND Seller’s TOTAL LIABILITY FOR ANY AND ALL LOSSES AND DAMAGES ARISING OUT OF ANY CAUSE WHATSOEVER (WHETHER SUCH CAUSE BE BASED IN CONTRACT, NEGLIGENCE, STRICT LIABILITY, OTHER TORT OR OTHERWISE) SHALL IN NO EVENT EXCEED THE PURCHASE PRICE OF THE GOODS IN RESPECT TO WHICH SUCH CAUSE ARISES OR, AT Seller’s OPTION, THE REPAIR OR REPLACEMENT OF SUCH GOODS, AND IN NO EVENT SHALL SELLER BE LIABLE FOR INCIDENTAL, CONSEQUENTIAL OR PUNITIVE DAMAGES RESULTING FROM ANY SUCH CAUSE. Seller shall not be liable for, and Buyer assumes liability for all personal injury and property damage connected with the handling, transportation, possession, processing, further manufacture, other use or resale of the goods, whether the goods are used alone or in combination with any other material. Transportation charges for the return of the goods shall not be paid unless authorized in advance by Seller.

PATENT. Subject to the foregoing and unless otherwise expressly provided herein, Seller warrants that the goods sold pursuant to this contract, except for those made for Buyer according to Buyer’s specifications, do not infringe any valid U.S. patent. This warranty is given upon condition that Buyer promptly notify Seller of any claim or suit involving Buyer in which such infringement is alleged and that, if Seller is affected, Buyer permits Seller to control completely the defense or compromise of any such allegation of infringement.



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Seller does not warrant that the use of the good or any material made there from, whether the goods are used alone or in combination with any material, will not infringe a patent. Seller reserves the right to terminate Seller’s warranty under this Section at any time with respect to any undelivered goods, it being agreed that in the event of such termination Buyer may, without penalty, thereafter refuse acceptance of such undelivered goods.

RETURNS. The return of goods shipped by Seller shall not be accepted unless authorized in advance by Seller and Seller’s Returned Material Authorization number is prominently marked on each shipping container. The return of goods for any reason other than failure to conform to specifications or Seller’s shipment of goods in excess of that permitted under Section 8(b) hereof shall be subject to a restocking charge of 20% of the value of the goods returned.

EXPORT. Buyer represents that the goods supplied hereunder will not be diverted, transshipped, exported or re-exported, either directly or indirectly, to any country whatsoever, except in accordance with all applicable United States laws and regulations.

ASSIGNMENT. Buyer shall not (by operation of law or otherwise) assign its rights or delegate its performance hereunder without the prior written consent of Seller, and any attempted assignment or delegation without such consent shall be void.

GOVERNING LAW. The validity, interpretation and performance of this contract and any dispute connected herewith shall be governed and construed in accordance with the laws of the State of Minnesota, U.S.A.

ANEXO F

ANEXO G

ANEXO H LIST P=16F873 #include<p16f873.inc> #define BANCO0 bcf STATUS,RP0 #define BANCO1 bsf STATUS,RP0 __CONFIG H'3FB2' ncanales EQU 0x20 canal_actual_A EQU 0x21 canal_actual_T EQU 0x22 tiempo EQU 0x23 temp EQU 0x23 ORG 0x00 goto INICIO ORG 0x04 goto INTERRUPCION INICIO ;------------------------------CONFIGURACION GENERAL-------------------------------------- BANCO0 clrf INTCON ;Deshabilita int globales BANCO0 movlw 0x00 ;limpiar todos los puertos movwf PORTA movwf PORTB movwf PORTC BANCO1 movlw 0xFF movwf TRISA ;TODAS COMO ENTRADA clrf TRISB ; puerto B como salida movlw b'10111111' movwf TRISC ;puerto C como entrada y salida para comunicacion asincrona BANCO0 movlw b'10000001' ;tad=1.6useg movwf ADCON0 ;12Mhz/32=2.666us, habilita el conversor BANCO1 movlw 0x80 movwf ADCON1 ;todas amalogas y el dato queda en Adresl movlw b'11000000' movwf OPTION_REG ;resistencias, flanco ascendente de la interrupcion movlw b'00010000' ;transmision movwf PIE1 ;Interrupcion se activara dependiendo la rutina

clrf PIE2 ;no manejo de eeprom movlw b'01100110' movwf TXSTA movlw .1 ;9600 baudios, ALTA velocidad movwf SPBRG BANCO0 bsf RCSTA,SPEN ;----------------INICIALIZAR VARIABLES----------- movlw 0x02 movwf ncanales movwf canal_actual_A ;------------------------------------------------ BANCO0 bsf INTCON, PEIE ;int perifericos bsf INTCON,GIE ;int globales ;------------------------------------------------------------------------------------ ;---------MAIN LOOP ----------------------------- goto $ ;------------------------------------------------ ;------------------------------------------------ INTERRUPCION BANCO0 btfsc PIR1,TXIF goto INT_TRANS goto ERRORINT ;------------------------------------------------ ;-------------FIN DE TRANSMISION----------------- INT_TRANS btfsc ADCON0,NOT_DONE goto $-1 bcf PIR1, ADIF movf ncanales,w subwf canal_actual_A, w btfsc STATUS,Z goto TRANSCONTROL BANCO1 bcf TXSTA, TX9D ;coloca en 0 para transmitir el dato

movf ADRESL,w ;Guarda el dato en W BANCO0 goto FINT TRANSCONTROL movlw 0xFF movwf canal_actual_A BANCO1 bsf TXSTA, TX9D ;1 para control, 0 para datos BANCO0 movf ncanales,w FINT movwf TXREG ;transmitir ;.......SELECCIONAR CANAL................ BANCO0 incf canal_actual_A,f movf ncanales,w subwf canal_actual_A, w btfsc STATUS,Z goto FININT ;.......ACCESO A LA TABLA................. movlw LOW TABLACANAL addwf canal_actual_A,w movwf temp movlw HIGH TABLACANAL btfsc STATUS,C addlw 1 movwf PCLATH incf temp,w call TABLACANAL ;.......TIEMPO DE MUESTREO............... movlw 0x20 movwf tiempo ;tiempo para muestreo decfsz tiempo,f goto $-1 ;......................... bsf ADCON0, GO ;iniciar conversion FININT bcf PIR1, TXIF retfie TABLACANAL

movwf PCL goto CANAL0 goto CANAL1 goto CANAL2 goto CANAL3 goto CANAL4 CANAL0 bcf ADCON0,CHS0 bcf ADCON0,CHS1 bcf ADCON0,CHS2 ;canal 0 return CANAL1 bsf ADCON0,CHS0 bcf ADCON0,CHS1 bcf ADCON0,CHS2 ;canal 1 return CANAL2 bcf ADCON0,CHS0 bsf ADCON0,CHS1 bcf ADCON0,CHS2 return CANAL3 bsf ADCON0,CHS0 bsf ADCON0,CHS1 bcf ADCON0,CHS2 return CANAL4 bcf ADCON0,CHS0 bcf ADCON0,CHS1 bsf ADCON0,CHS2 return ;------------------------------------------------ ;-------------ERRORINT--------------------------- ERRORINT ; sleep retfie ;------------------------------------------------ END

ANEXO I LIST P=16F873 #include<p16f873.inc> #define BANCO0 bcf STATUS,RP0 #define BANCO1 bsf STATUS,RP0 __CONFIG H'3FB2' ncanales EQU 0x20 temp EQU 0x21 ORG 0x00 goto INICIO ORG 0x04 goto INTERRUPCION INICIO ;------------------------------CONFIGURACION GENERAL-------------------------------------- BANCO0 clrf INTCON ;Deshabilita int globales movlw 0x00 ;limpiar todos los puertos movwf PORTA movwf PORTB movwf PORTC BANCO1 clrf TRISA ;puerto A como salida clrf TRISB ;puerto B como salida movlw b'10000000' movwf TRISC ;puerto C como entrada y salida para comunicacion asincrona Y LOS MENOS PARA PRUEBA movlw b'11000000' movwf OPTION_REG ;resistencias, divisor de frecuencia BANCO1 movlw b'00100000' movwf PIE1 ;Solo interupcion de recpepcion clrf PIE2 ;no manejo de eeprom BANCO0 clrf PIR1 ;borrar banderas interrupciones clrf PIR2 ;borrar banderas de eeprom BANCO1 movlw 0x07 movwf ADCON1 movlw b'01100110' movwf TXSTA ;alta velocidad movlw .1 ;264kbps, ALTA velocidad movwf SPBRG

BANCO0 bsf RCSTA,SPEN ;puerto seria habilitado bsf RCSTA,RX9 ;habilita el bit 9 bsf RCSTA,CREN ;recepcion continua bcf RCSTA,ADDEN ;desactiva la deteccion de direccion bsf INTCON, PEIE ;int perifericos bsf INTCON,GIE ;int globales ;------------------------------------------------ ;---------MAIN LOOP ----------------------------- nop goto $-1 ;------------------------------------------------ ;------------------------------------------------ INTERRUPCION BANCO0 btfsc PIR1,RCIF goto INT_RECP goto ERRORINT ;------------------------------------------------ ;------------FIN DE RECEPCION------------------------------------------------------ INT_RECP btfsc RCSTA, RX9D ;verifica si es el byte de control goto CONTROL btfss RCSTA, RX9D ;verifica si es el byte de datos goto DATOS retfie CONTROL movf RCREG,0 ;lee el numero de canales que se van a recibir movwf ncanales sublw 0x05 ;para estar seguro que no sean mas de 5 canales btfss STATUS,C clrf ncanales incf ncanales,f bcf PIR1, RCIF retfie DATOS bcf PIR1, RCIF decfsz ncanales,f goto SALIDA_DATOS retfie SALIDA_DATOS

;.......ACCESO A LA TABLA................. movlw LOW TABLACANAL addwf ncanales,w movwf temp movlw HIGH TABLACANAL btfsc STATUS,C addlw 1 movwf PCLATH movf temp,w call TABLACANAL ;......................................... retfie ;---------------TABLA--------------------- TABLACANAL movwf PCL goto CANAL0 goto CANAL1 goto CANAL2 goto CANAL3 goto CANAL4 CANAL0 BANCO0 movf RCREG,w movwf PORTA btfsc RCREG,6 bsf PORTC,0 btfss RCREG,6 bcf PORTC,0 btfsc RCREG,7 bsf PORTC,1 btfss RCREG,7 bcf PORTC,1 return CANAL1 movf RCREG,w movwf PORTB return CANAL2 return CANAL3 return CANAL4 return ;------------------------------------------------ ERRORINT retfie ;------------------------------------------------ END

ANEXO J LIST P=16F873 #include<p16f873.inc> #define BANCO0 bcf STATUS,RP0 #define BANCO1 bsf STATUS,RP0 __CONFIG H'3FB2' ncanales EQU 0x20 temp EQU 0x21 ORG 0x00 goto INICIO ORG 0x04 goto INTERRUPCION INICIO ;------------------------------CONFIGURACION GENERAL-------------------------------------- BANCO0 clrf INTCON ;Deshabilita int globales movlw 0x00 ;limpiar todos los puertos movwf PORTA movwf PORTB movwf PORTC BANCO1 clrf TRISA ;puerto A como salida clrf TRISB ;puerto B como salida movlw b'10000000' movwf TRISC ;puerto C como entrada y salida para comunicacion asincrona Y LOS MENOS PARA PRUEBA movlw b'11000000' movwf OPTION_REG ;resistencias, divisor de frecuencia BANCO1 movlw b'00100000' movwf PIE1 ;Solo interupcion de recpepcion clrf PIE2 ;no manejo de eeprom BANCO0 clrf PIR1 ;borrar banderas interrupciones clrf PIR2 ;borrar banderas de eeprom BANCO1 movlw 0x07 movwf ADCON1 movlw b'01100110' movwf TXSTA ;alta velocidad movlw .1 ;264kbps, ALTA velocidad movwf SPBRG

BANCO0 bsf RCSTA,SPEN ;puerto seria habilitado bsf RCSTA,RX9 ;habilita el bit 9 bsf RCSTA,CREN ;recepcion continua bcf RCSTA,ADDEN ;desactiva la deteccion de direccion bsf INTCON, PEIE ;int perifericos bsf INTCON,GIE ;int globales ;------------------------------------------------ ;---------MAIN LOOP ----------------------------- nop goto $-1 ;------------------------------------------------ ;------------------------------------------------ INTERRUPCION BANCO0 btfsc PIR1,RCIF goto INT_RECP goto ERRORINT ;------------------------------------------------ ;------------FIN DE RECEPCION------------------------------------------------------ INT_RECP btfsc RCSTA, RX9D ;verifica si es el byte de control goto CONTROL btfss RCSTA, RX9D ;verifica si es el byte de datos goto DATOS retfie CONTROL movf RCREG,0 ;lee el numero de canales que se van a recibir movwf ncanales sublw 0x05 ;para estar seguro que no sean mas de 5 canales btfss STATUS,C clrf ncanales incf ncanales,f bcf PIR1, RCIF retfie DATOS bcf PIR1, RCIF decfsz ncanales,f goto SALIDA_DATOS retfie SALIDA_DATOS ;.......ACCESO A LA TABLA.................

movlw LOW TABLACANAL addwf ncanales,w movwf temp movlw HIGH TABLACANAL btfsc STATUS,C addlw 1 movwf PCLATH movf temp,w call TABLACANAL ;......................................... retfie ;---------------TABLA--------------------- TABLACANAL movwf PCL goto CANAL0 goto CANAL1 goto CANAL2 goto CANAL3 goto CANAL4 CANAL0 BANCO0 movf RCREG,w movwf PORTA btfsc RCREG,6 bsf PORTC,0 btfss RCREG,6 bcf PORTC,0 btfsc RCREG,7 bsf PORTC,1 btfss RCREG,7 bcf PORTC,1 return CANAL1 movf RCREG,w movwf PORTB return CANAL2 return CANAL3 return CANAL4 return ;------------------------------------------------ ERRORINT retfie ;------------------------------------------------ END

ANEXO K

COSTOS

• Dispositivo WDM multiplexor U$ 100

• Dispositivo WDM demultiplexor U$ 170

• Diodo y photodiodo 850 nm $ 60.000

• Diodo y photodiodo 1300nm U$ 125

• Control Automático de Ganancia U$ 64

• Conectorización del multiplexor WDM $100.000

• Implementación de los circuitos impresos $ 355.000

Voz sobre fibra óptica con PIC

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