SIS TRANS FIBRA OPTICA II-2007

FACULTAD DE INGENIERIA
UNIDAD ACADEMICA SANTA CRUZ
Facultad de Ciencias y Tecnología.
Ingeniería de Telecomunicaciones
OCTAVO SEMESTRE
SYLLABUS DE LA ASIGNATURA
SISTEMAS DE TRANSMISIÓN POR FIBRA ÓPTICA
Elaborado por: Ing. Edison Coimbra Gutierrez.
Gestión Académica II/2007
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UNIDAD ACADEMICA SANTA CRUZ
VISION DE LA UNIVERSIDAD
Ser la Universidad líder en calidad educativa.
MISION DE LA UNIVERSIDAD
Desarrollar la Educación Superior Universitaria con calidad y competitividad al servicio de
la sociedad.
Estimado (a) estudiante:
El Syllabus que ponemos en tus manos es el fruto del trabajo intelectual de tus docentes, quienes han
puesto sus mejores empeños en la planificación de los procesos de enseñanza para brindarte una
educación de la más alta calidad. Este documento te servirá de guía para que organices mejor tus
procesos de aprendizaje y los hagas mucho más productivos. Esperamos que sepas apreciarlo y
cuidarlo.
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SYLLABUS
Asignatura:
Código:
Requisito:
Carga Horaria:
Horas teóricas:
Horas prácticas:
Créditos:
TEMA 2. Diodos LED.
Sistemas de Transmisión
por Fibra Óptica.
ITT – 429.
ITT – 419 – ITT 418.
80 horas.
60
20
8.
I. OBJETIVOS GENERALES DE LA
ASIGNATURA.
2.1.
2.2.
2.3.
Funcionamiento
Construcción.
Características de operación.
TEMA 3. Diodos láser LD.
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
3.6.
Funcionamiento
Construcción.
Características de operación.
Propiedades de un haz láser.
Modulación óptica
Transmisores ópticos.
 Describir los componentes y técnicas
utilizadas en los sistemas de comunicaciones
que utilizan las bandas ópticas, prestando
especial atención a los principios básicos de
generación y detección de señales ópticas.
TEMA 4. Detectores de luz.
 Explicar cómo se propaga la luz a través de
un cable de fibra óptica y explicar la
operación de los principales diseños de fibras
ópticas y comparar su desempeño.
UNIDAD III: SISTEMAS DE FIBRA ÓPTICA.
 Explicar
cómo
puede
utilizarse
la
multiplexación por división de longitud de
onda para incrementar la tasa máxima de
transmisión de datos para un sistema de fibra
óptica.
5.1.
5.2.
5.3.
5.4.
5.5.
5.6.
II.
PROGRAMA
ASIGNATURA.
ANALÍTICO
DE
LA
UNIDAD I: FIBRAS ÓPTICAS.
TEMA 1. Fundamentos de la transmisión
con fibra óptica.
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
1.6.
1.7.
1.8.
1.9.
Naturaleza de la luz.
Propagación de la luz en la fibra óptica.
Apertura numérica.
Fibras multimodo y monomodo.
Atenuación. Ventanas de operación.
Dispersión cromática y en modo
polarizado.
Diseño de fibras monomodo.
Cables de fibra óptica.
Empalmes y conectores.
UNIDAD II: EMISORES Y DETECTORES DE
LUZ.
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4.1.
4.2.
4.3.
Fotodiodo PIN.
Fotodiodo de avalancha APD.
Fototransistores.
TEMA 5. Sistemas de fibra óptica básicos.
Diseño de enlaces ópticos.
Estimado de potencia.
Consideraciones de desempeño.
Repetidores y amplificadores ópticos.
Acopladores ópticos.
Conmutadores ópticos.
TEMA 6. Multiplexación por longitud de
onda densa DWDM.
6.1.
6.2.
6.3.
6.4.
6.5.
6.6.
Funcionamiento del DWDM.
Array de láser.
Banda de comunicaciones ópticas.
Técnicas
de
multiplexación
y
demultiplexación.
Topologías y esquemas de protección
de DWDM.
Multiplexador óptico Add/Drop.
TEMA 7. Aplicaciones de los sistemas de
fibra óptica.
7.1.
7.2.
7.3.
7.4.
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Cables submarinos.
Red óptica síncrona SONET/SDH.
Fibra en redes LAN.
Aplicaciones de telefonía local.
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7.5.
7.6.
7.7.
7.8.
Aplicaciones a la televisión por cable.
Técnicas experimentales.
Reflectometría óptica en el dominio del
tiempo.
El futuro de DWDM.
i. Tipo de asignatura para el trabajo
social:
No vinculada
III. Actividades a realizar directamente en la
comunidad.
Nombre del proyecto: Las redes de clientes
Trabajos a realizar por los
estudiantes.
1.- Describir los elementos que
constituyen la red de cliente.
Localidad, aula o
laboratorio-
2.describir
las
tecnologías
desarrolladas para las redes
interiores de abonado, en especial
las ópticas.
3.- Hacer un análisis técnicoeconómico y las respectivas
recomendaciones
para
la
instalación de redes interiores en
los hogares bolivianos.
Aula.
Incidencia social
Fecha
Semana 6
Aula y domicilios.
Facilitar el acceso a
nuevas tecnologías.
Semana 9
IV. EVALUACIÓN DE LA ASIGNATURA.
V. BIBLIOGRAFÍA.
 PROCESUAL O FORMATIVA.
BÁSICA
Durante el semestre se realizarán ejercicios
sobre casos, exposiciones de temas, work
paper, DIF’s y laboratorios, además de las
actividades planificadas para las Brigadas
UDABOL. Estas evaluaciones tendrán una
calificación entre 0 y 50 puntos.
 PROCESO
SUMATIVA.
DE
APRENDIZAJE

Comunicaciones. Editorial Alfaomega.
España. 2003. (621.382 F88)

KRAUSS–FLEISCHBRAULT –PIAT.
Electromagnetismo - con aplicaciones.
Editorial Mc Graw Hill. 2000.
O
Se realizarán dos evaluaciones parciales con
contenidos teóricos y prácticos. El examen
final será escrito e integral de toda la materia.
FRENZEL. Sistemas Electrónicos de
(SOLICITADA)
COMPLEMENTARIA

BLAKE Roy. Sistemas Electrónicos de
Comunicaciones. Editorial Thomson.
Los exámenes parciales tendrán una
calificación que oscila entre 0 y 50. El examen
final tendrá un valor entre 0 y 70 puntos.
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México 2004.
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I. CONTROL DE EVALUACIONES.
Fecha
Nota
1° evaluación parcial
Fecha
Nota
Examen final
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2° evaluación parcial
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APUNTES
VII. PLAN CALENDARIO
SEMANA
ACTIVIDADES
OBSERVAC.
1
TEMA 1. Fundamentos de la transmisión con fibra óptica.
2
TEMA 1. Fundamentos de la transmisión con fibra óptica.
3
TEMA 1. Fundamentos de la transmisión con fibra óptica.
4
TEMA 1. Fundamentos de la transmisión con fibra óptica.
5
TEMA 2. Diodos LED.
6
TEMA 2. Diodos LED.
7
TEMA 3. Diodos láser LD.
EVAL PARC I
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TEMA 3. Diodos láser LD.
EVAL PARC I
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TEMA 3. Diodos láser LD.
10
TEMA 4. Detectores de luz.
11
TEMA 4. Detectores de luz.
12
TEMA 5. Sistemas de fibra óptica básicos.
13
TEMA 5. Sistemas de fibra óptica básicos.
14
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Presentación de notas
TEMA 6. Multiplexación por longitud de onda densa DWDM.
EVAL PARC II
TEMA 6. Multiplexación por longitud de onda densa DWDM.
EVAL PARC II
16
TEMA 6. Multiplexación por longitud de onda densa DWDM.
17
TEMA 7. Aplicaciones de los sistemas de fibra óptica.
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TEMA 7. Aplicaciones de los sistemas de fibra óptica.
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EVALUACION FINAL
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SEGUNDA INSTANCIA
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Presentación de notas
Presentación de notas
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PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
WORK PAPER # 1
UNIDAD O TEMA: FIBRAS ÓPTICAS.
TITULO: Propagación de la luz en fibras ópticas.
FECHA DE ENTREGA: Semana 3.
PERIODO DE EVALUACIÓN: Primera etapa.

Fibra
multimodo
de
índice
escalonado. Su nombre viene del hecho
de que numerosos modos, o rayos de
luz,
se
pueden
transportar
simultáneamente a través de ella. Se le
llama de índice escalonado, debido al
hecho de que hay un índice de refracción
uniforme a lo largo del núcleo, pero luego
hay un salto; el índice de refracción del
revestimiento tiene un valor menor. En
esta transmisión, son numerosos los
modos que sufren la reflexión total; sin
embargo, cada uno recorre diferentes
distancias y por tanto tiene diferentes
tiempos de propagación. Esto hace que
los pulsos de luz se dispersen en el
tiempo (se ensanchen). A esta propiedad
se
conoce
como
dispersión
multimodal.

Fibra multimodo de índice gradual.
Para compensar el inconveniente de la
dispersión multimodal, se inventó la fibra
de índice gradual, hecha de varias capas
concéntricas de material óptico con
diferentes índices de refracción. Gracias
a esta construcción, el índice de
refracción
del
núcleo
disminuye
gradualmente desde el centro hacia
fuera.

Fibra monomodo. Tiene un núcleo de
diámetro menor, que permite que un solo
modo de luz viaje por el núcleo. Como
resultado
de
ello,
la
dispersión
¿Cómo trabajan las fibras ópticas?
El principal trabajo de las fibras ópticas es
guiar la luz con un mínimo de atenuación
(pérdida de señal). Las fibras ópticas están
compuestas de finos hilos de cristal en capas
concéntricas,
llamadas
núcleo
y
revestimiento (core y cladding), que pueden
transmitir luz a 2/3 de la velocidad de luz en
un vacío. De una manera muy general, la
transmisión de luz en fibra óptica se explica
con el principio de reflexión total interna. Con
este fenómeno, el 100% de luz que golpea
una superficie es reflejada, según sugiere la
Figura 1. En contrapartida, un espejo refleja
el 90% de la luz que le golpea.
Figura 1. Principio de la reflexión total interna
Tipos de fibra óptica
Hoy hay dos categorías generales de fibra
óptica: la multimodo y la monomodo (Figura
2).
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multimodal no puede darse y, por tanto,
se alcanzan mayores distancias a
mayores velocidades. Estos factores
contribuyen a una capacidad de ancho
de banda mayor que el caso de las fibras
multimodo. Se las prefiere para
aplicaciones de gran capacidad de
transmisión, de larga distancia y de
grandes anchos de banda como son las
aplicaciones
que
utilizan
la
multiplexación DWDM.
a) Calcule las constantes dieléctricas
para el núcleo y el revestimiento.
b) Calcule la velocidad de la luz en el
núcleo y el revestimiento.
7. Para el anterior ejercicio:
a) ¿Cuál es el ángulo crítico para un
rayo que se mueve del núcleo al
revestimiento?
b) ¿Cuál es la apertura numérica?
c) ¿Cuál es el ángulo máximo (a partir
del eje de la fibra) al que se acepta la
luz?

8. Para un cable con índice de refracción de
1.46 y 1.41 para el núcleo y el
revestimiento, respectivamente, calcule el
diámetro máximo que podría tener el
núcleo para propagación monomodo a
una longitud de onda de 1.5  m.
9. Describa los mecanismos mediante los
cuales toma lugar la dispersión en las
fibras
ópticas.
¿Cuáles
de
los
mecanismos se aplican a la fibra
monomodo?
Figura 2. Fibras multimodo y monomodo.
CUESTIONARIO DEL WORK PAPER # 1
10. ¿Cómo limita la dispersión la tasa
máxima de transmisión de datos que
puede llevar una fibra óptica? Explique
por qué la tasa máxima de transmisión
que puede utilizarse con una fibra
disminuye cuando aumenta la longitud de
la fibra.
1. Enumere cuatro posibles ventajas de la
fibra óptica con relación a los
conductores metálicos y explique cada
una.
2. Explique brevemente la diferencia entre
fibra monomodo y multimodo. ¿Con cuál
obtiene mejor desempeño? ¿Por qué?
3. Enuncie la ley de Snell e ilústrela.
4. ¿Qué es la reflexión total interna? ¿En
qué circunstancias ocurre?
5. ¿Qué se entiende por apertura numérica
de una fibra óptica? ¿Qué sucede si la
luz se mueve de una fibra a otra con una
menor apertura numérica?
6. Los índices de refracción del núcleo y del
revestimiento de una fibra óptica son de
1.5 y 1.45, respectivamente.
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WORK PAPER # 2
UNIDAD O TEMA: EMISORES Y DETECTORES DE LUZ.
TITULO: Diodos LED y láser y detectores de luz.
FECHA DE ENTREGA: Semana 6.
PERIODO DE EVALUACIÓN: Primera etapa.
1. Introducción.
Los emisores de luz y los detectores de luz son
dispositivos activos que se encuentran en
extremos opuestos de un sistema de
transmisión óptico. Las fuentes de luz, o
emisores de luz, son dispositivos en el lado
transmisor que convierten señales eléctricas
en pulsos de luz. El proceso de esta
conversión, o modulación, se puede llevar a
cabo mediante modulación externa de una
onda continua de luz o usando un dispositivo
que puede generar luz modulada directamente.
Se usan dos tipos de emisores de luz en
transmisión óptica, los LED y los láser.
emisión de luz, por eso, la mayor parte de los
LED son dispositivos de GaAs.
Diodos láser.
Los detectores de luz realizan la función
opuesta. Son dispositivos opto-electrónicos en
el lado receptor que convierten los pulsos de
luz
en
señales
eléctricas.
Existen
principalmente 2 tipos de foto detectores los
fotodiodos PIN y los diodos de avalancha APD.
La fuente de luz más común en sistemas de
fibra óptica es un diodo Láser de inyección ILD.
Es también un diodo de unión PN fabricado por
lo regular con GaAs. Opera con una corriente
de
polarización
de
bajo
nivel.
Su
funcionamiento está basado en el mismo
principio que los Láser (Light Amplification by
Stimulated Emission of Radiation), es decir la
emisión estimulada de radiación y la oscilación
óptica, que provoca que el rayo de salida sea
altamente monocromático, es decir con un
espectro de emisión muy estrecho que da lugar
a una luz coherente. Coherente significa que
todas las ondas de luz están en fase entre si.
La coherencia produce un efecto de enfoque
en un haz de manera que es angosto y, como
resultado, es muy intenso.
Diodos LED.
Detectores de luz.
El diodo LED es un semiconductor de unión
PN que emite luz cuando se lo polariza para
conducir. Si un electrón libre encuentra un
hueco en la estructura del semiconductor, los
dos se combinan y en el proceso liberan
energía en forma de luz. Los semiconductores
como el GaAs son superiores al Si en la
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En el lado receptor, es necesario recuperar las
señales transmitidas a diferentes  en la fibra.
Se utilizan fundamentalmente dos tipos de
fotodetectores:
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

El fotodiodo PIN trabaja bajo los principios
similares a los LED, pero al revés, es decir,
la luz es absorbida más que emitida, y los
fotones se convierten a electrones con una
relación 1:1.
Los APD son dispositivos similares a los
PIN, pero con la diferencia de que tienen
una ganancia de potencia debido a un
proceso de amplificación. Un fotón
actuando en el dispositivo libera varios
electrones.
Los fotodiodos PIN tienen muchas ventajas,
incluidos su costo y fiabilidad, pero los APD
tienen mayor sensibilidad y mayor exactitud.
Sin embargo, los APD son más caros que los
PIN, y pueden tener requerimientos de
intensidad mayores y ser más sensibles a la
temperatura
propiedades del haz láser comparándolo
con la luz producida por fuentes más
convencionales
7. Una
longitud
de
onda
utilizada
comúnmente para comunicación óptica es
de 1.55  m.
a) ¿Qué tipo de luz es ésta?
b) Calcule la frecuencia que corresponde
a esa longitud de onda, suponiendo
propagación de espacio libre.
8. Calcule la energía en un fotón de una onda
de luz a una longitud de onda de 400 nm.
Exprese el resultado en joules y electrónvolts.
9. Una fibra monomodo tiene una dispersión
de 10 ps/(nm-km). Calcule la dispersión en
una distancia de 10 km usando:
CUESTIONARIO DEL WORK PAPER # 2.
1. ¿Cuáles son las ventajas de usar un diodo
a) Un LED con un ancho espectral de 40
láser con la fibra monomodo en lugar de un
LED?
b) Un láser con un ancho espectral de 5
2. ¿Qué es un fotón?.
nm.
nm.
10. Un diodo láser con una salida de potencia
de 4 mW se conecta a 25 km de fibra con
una pérdida de 0.2 dB/km. El receptor en el
otro extremo de la fibra tiene una
responsividad de 0.2 A/W. ¿Cuánta
corriente fluye por el fotodetector?
3. Dibuje una sección transversal de un LED y
describa su operación.
4. Dibuje una sección transversal de un diodo
láser y describa su operación.
5. ¿Cómo se calcula la longitud de onda de la
luz emitida por un diodo láser?
6. El haz que emite un diodo láser debe ser
monocromático, direccional y coherente.
Explique
en
qué
consisten
estas
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WORK PAPER # 3
UNIDAD O TEMA: SISTEMAS DE FIBRA ÓPTICA.
TITULO: Diseño de enlaces ópticos.
FECHA DE ENTREGA: Semana 11.
PERIODO DE EVALUACIÓN: Segunda etapa.
Los desafíos de la transmisión por fibra
óptica.
El desarrollo de la tecnología de las fibras
ópticas está estrechamente relacionado con el
uso de bandas específicas sobre el espectro
óptico donde la atenuación óptica es baja. La
atenuación, o pérdida de potencia a medida
que la luz se propaga por la fibra, es causada
por los siguientes factores:
 Factores intrínsecos: dispersión óptica y
la absorción óptica.
 Factores extrínsecos: defectos en el
proceso de fabricación, el entorno y los
dobleces físicos.
Dispersión óptica.
La forma más común de dispersión, la
dispersión Rayleigh, se produce por pequeñas
variaciones en la densidad del cristal a medida
que se enfrió. Estas variaciones son la causa
para que una parte de la luz choque con el
límite núcleo-revestimiento a ángulos menores
que el crítico. Esta luz se refracta en el
revestimiento y se pierde para el núcleo
(Figura 1). La dispersión afecta a las  cortas
más que a las largas y limita el uso a  < 800
nm
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Figura 1. Dispersión Rayleigh.
Absorción óptica.
Por otro lado, la atenuación debido a la
absorción se produce por el material mismo
del vidrio, que contiene impurezas y defectos
atómicos. Estas impurezas absorben la
energía óptica, haciendo que la potencia de luz
disminuya (Figura 2). Mientras que la
dispersión de Rayleigh afecta a  cortas, la
absorción intrínseca es una cuestión de 
encima de 1700 nm. La absorción debido al
agua introducida en el proceso de fabricación
de la fibra está siendo eliminada en algunos
nuevos tipos de fibra.
.
Figura 2. Absorción.
Ventanas de operación.
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En la Figura 3 se muestra más o menos cómo
varía la pérdida en función de la  para fibra
de vidrio común. La pérdida, expresada en
dB/km, es la atenuación total debido a la
dispersión Rayleigh y la absorción intrínseca.
6. Un diodo emite una potencia de 1 mW.
Éste se utiliza en un sistema de fibra óptica
con un receptor que requiere una potencia
de por lo menos 1  W para la tasa de bits
erróneos deseado. Determine si el sistema
funcionará en una distancia de 10 km.
Suponga que será necesario tener un
empalme cada 2 km de cable. Las pérdidas
en el sistema son como sigue:
 Pérdidas de acoplamiento y conector,
transmisor a cable: 10 dB.
 Pérdida de cable: 0.5 dB/km.
 Pérdida de empalme: 0.2 dB por
empalme.
 Pérdida de conector entre el cable y el
receptor: 2 dB.
Figura 2.12. Ventanas ópticas.
Las pérdidas son un factor importante que
limitan la distancia entre repetidores, ya que
incluso con los diodos láser la potencia de luz
que puede acoplarse en la fibra es del orden
de mW.
7. Un cable de fibra óptica tiene un producto
CUESTIONARIO DEL WORK PAPER # 3.
8. Una fibra tiene una pérdida de 0.5 dB/km y
ancho de banda – distancia de 500 MHzkm. ¿Qué ancho de banda puede utilizarse
con un cable que tiene 50 km entre
repetidores?
un producto ancho de banda-distancia de 1
GHz-km. ¿Cuál de estas especificaciones
limita la distancia sobre la que puede
transmitirse una señal con un ancho de
banda de 50 MHz, con una pérdida de 20
dB o menos?
1. ¿Cuáles son las longitudes de onda que
más se utilizan para enlaces de fibra óptica
de corto y largo alcance?
2. ¿Qué se entiende por cálculo de pérdidas
para un sistema de fibra óptica?
3. ¿Qué se puede hacer para mejorar un
9. Un enlace de comunicaciones óptico se
construirá con fibra clasificada para 5000
MHz-km. La fuente de luz es un diodo láser
que produce 0.25 mW. La fibra tiene
pérdidas de 0.4 dB/km y está disponible en
tramos de 2 km. Éste puede empalmarse
con una pérdida de 0.2 dB por empalme y
habrá una pérdida de 5 dB en los
conectores de todo el sistema. El receptor
utilizado tiene una sensibilidad de -30 dBm.
El tiempo de subida de la fuente son 2 ns y
el tiempo de subida del receptor son 4 ns.
sistema que no tiene potencia suficiente en
el receptor?
4. ¿Qué es margen de sistema? ¿Por qué es
necesario?
5. Un enlace de comunicaciones tiene una
longitud de 50 km. La salida de potencia
del transmisor es 3 mW, y las pérdidas son
como sigue:
 Pérdida de conector (total): 5 dB.
 Pérdida de empalme: 0.3 dB por
empalme
(los
empalmes
están
separados 2 km)
 Pérdida de fibra: 1.5 dB/km.
a) Elabore un cálculo de pérdida para un
enlace de 20 km de largo y calcule el
margen del sistema en dB.
b) ¿Cuál sería el ancho de banda máximo
que podría utilizarse con el sistema en
(a)?
Calcule el nivel de potencia en el receptor,
en dBm.
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con un tiempo de subida de 50 ns. Calcule
el tiempo de subida total y el ancho de
banda del sistema.
10. Un cable de fibra óptica tiene un tiempo de
subida de 2 ns/km y una longitud de 40 km.
El cable se utiliza con un receptor con un
tiempo de subida de 20 ns y un transmisor
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
WORK PAPER # 4
UNIDAD O TEMA: SISTEMAS DE FIBRA ÓPTICA.
TITULO: Multiplexación DWDM.
FECHA DE ENTREGA: Semana 14.
PERIODO DE EVALUACIÓN: Segunda etapa.
Desarrollo de la tecnología DWDM
El espectacular incremento de tráfico, debido
principalmente al uso de Internet, ha
provocado que el backbone de las redes de
telecomunicaciones, compuestas por redes
ópticas
SONET/SDH,
se
encuentre
actualmente al límite de su capacidad y, frente
a la opción de ampliar toda la infraestructura,
se plantea la utilización de la tecnología
DWDM (multiplexación por longitud de ondadensa), que ofrece una capacidad de
transmisión ilimitada. Cualquier aumento de
tráfico se puede soportar aumentando el
número de longitudes de onda a transmitirse
por la fibra sin costo de actualización. Los
equipos SONET/SDH actuales no necesitan
ser reemplazados; a menudo se puede
eliminar equipamiento existente.
Por medio de multiplexores, DWDM combina
multitud de canales ópticos sobre una misma
fibra, de tal modo que pueden ser amplificados
y transmitidos simultáneamente (Figura 1).
Cada uno de estos canales, a distinta longitud
de onda (color), puede transmitir señales de
diferentes
velocidades
y
formatos:
SDH/SONET, IP, ATM, etc. Es decir, DWDM
puede multiplexar varias señales TDM sobre la
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misma fibra. Las redes DWDM futuras se
espera que transporten 80 canales STM-16 de
2,5 Gbps (un total de 200 Gbps), ó 40 canales
STM-64 de 10 Gbps (un total de 400 Gbps), la
capacidad equivalente a unos 90.000
volúmenes de enciclopedia por segundo
Figura 1.2. SONET/SDH con DWDM.
Banda de comunicaciones ópticas.
A finales de los años 1990, los sistemas
densos (DWDM) llegaron a ser una realidad
cuando gran número de servicios y multitud de
 comenzaron a coexistir en la misma fibra,
llegando a enviar 32/40/64/80/96  a 2,5 Gbps
y 10 Gbps. Aun así, pronto se verán los
sistemas
ultra-densos
(UDWDM)
con
transmisión de 128 y 256  transportando
cada una de ellas velocidades de 10 Gbps y 40
Gbps.
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FACULTAD DE INGENIERIA
Fruto de la consolidación de esta técnica es la
normalización, por parte de la ITU, a que ha
sido sujeta la banda de comunicaciones ópticas
en la tercera ventana para uso comercial
(G.692). Se define una cuadrícula de  dentro
de la ventana que va desde los 1.525 hasta los
1.565 nm, tal como se muestra en la Figura 2.
Así, el espaciado entre dos de estas 
permitidas puede ser de 200 GHz (1,6 nm), 100
GHz (0,8 nm) o incluso menos. La técnica
WDM se considera "densa" (DWDM) cuando
este espaciado es de 100 GHz o menor
encuentre las  de los canales ópticos
restantes.
7. ¿Cuál es la tasa de datos total posible para
una fibra en la que se multiplexan 30
longitudes de onda con tasas de datos de
10 Mbps?.
8. Un sistema de fibra utiliza DWDM para
lograr una tasa de datos de 200 Mbps.
¿Cuántas longitudes de onda son
necesarias si la tecnología usada permite 5
Mb/s en cada una?
9. Un sistema de fibra utiliza una fibra
monomodo con una pérdida de 0.15 dB/km
y dispersión de 0.7 ps/km. Las fuentes de
diodo láser utilizadas con este sistema
tienen una salida de potencia de 4 mW y
un tiempo de subida y de bajada de 50 ps.
Los receptores tienen tiempos de subida y
bajada de 30 ps y requieren un nivel de
potencia de - 30 dBm para operar. El
sistema opera con una tasa de datos de
2.5 Gb/s con un código NRZ. Considere 10
dB para pérdidas distintas a las del cable.
Figura 2. Cuadricula de  ´s en sistemas DWDM.
CUESTIONARIO DEL WORK PAPER # 4.
1. Dibuje el esquema de multiplexacióndemultiplexación por prisma y explique
cómo funciona.
a) ¿Cuál es la distancia máxima sobre la
que puede operar este sistema sin un
repetidor o amplificador?
b) Determine si la distancia máxima para
un enlace en este sistema se determina
por dispersión o por pérdida.
c) Suponga que necesita comunicarse en
una distancia de 300 km con este
sistema. ¿Sugeriría el uso de un
amplificador o repetidor óptico? ¿Por
qué?
2. Dibuje el esquema de multiplexacióndemultiplexación
por
interferencia óptica y
funciona.
difracción
e
explique cómo
3. Describa la construcción y operación de un
amplificador de fibra dopada con erbio
EDFA.
4. Un amplificador de fibra tiene alguna
ventaja sobre un repetidor regenerativo? Si
es así, enúncielas.
10. Suponga que el sistema del ejercicio
anterior se convirtiera para usar DWDM
con 30 longitudes de onda. ¿Qué tasa de
datos serían posibles con el planteamiento
descrito, sobre la misma distancia?
5. ¿Cómo puede ponerse en práctica la
comunicación full duplex en una sola fibra
óptica?
6. Un sistema DWDM utiliza un array de 5
láseres que emiten longitudes de onda
separadas 10 GHz. Si la longitud de onda
de operación central es 1542,94 nm,
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PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
WORK PAPER # 5
UNIDAD O TEMA: SISTEMAS DE FIBRA ÓPTICA.
TITULO: Aplicaciones en redes de telecomunicaciones.
FECHA DE ENTREGA: Semana 16.
PERIODO DE EVALUACIÓN: Tercera etapa.
Los sistemas de fibra óptica
Los sistemas de fibra óptica se están volviendo
muy importantes en las comunicaciones
modernas. La mayoría de los nuevos cables
telefónicos de cualquier gran longitud, ya sea
sobre la tierra o bajo el agua, emplean fibras
ópticas en vez del cable coaxial utilizado antes.
En los sistemas de televisión por cable se
utiliza fibra óptica para nuevas líneas troncales
de enlace. Muchas redes de datos utilizan fibra
óptica y al parecer sólo es cuestión de tiempo
antes que ésta se utilice en las conexiones
residenciales directas para servicio telefónico o
de televisión, o ambos: de hecho, una sola
fibra tendría bastante ancho de banda para
ambos. Por consiguiente, es importante
entender cómo se diseñan y construyen las
redes de fibra óptica y cómo se conectan a
más sistemas ordinarios.
Los componentes de un sistema de
comunicaciones característico mediante fibra
óptica, se muestran en la Figura 1. La señal de
información por transmitirse puede ser voz,
video o datos. El primer paso es convertir la
información en una forma compatible con el
medio de comunicaciones, por lo regular
convirtiendo señales analógicas continuas
como señales de voz y video (televisión) en
Una serie de pulsos digitales. Para éste
propósito se usa un convertidor A/D.
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Los pulsos digitales sirven después para
disparar con rapidez una fuente de luz potente
intermitente y encendido. En sistemas
simples de bajo costo que transmiten a cortas
distancias, la fuente de luz por lo regular es un
LED, que emite un haz de luz infrarroja de baja
intensidad. Para sistemas de larga distancia se
utilizan los diodos láser.
Los pulsos del haz de luz se alimentan al cable
de fibra óptica, el cual los transmite a grandes
distancias. En el extremo receptor, un
dispositivo sensible a la luz llamado fotocelda o
detector de luz, se usa para detectar los pulsos
de luz. Esta fotocelda, o fotodetector, convierte
los pulsos de luz en una señal eléctrica. Los
pulsos eléctricos se amplifican y reforman a
una forma digital. Luego los alimentan a un
decodificador, un convertidor DIA, donde se
recupera la voz o el video original.
En sistemas de transmisión muy largos son
necesarias las unidades repetidoras a lo largo
del camino. Como la luz disminuye de manera
considerable cuando viaja por tramos de cable
muy largos, en algún punto quizá sea rnuy
débil para recibirse en forma confiable, Para
resolver
este
problema,
se
requiere
amplificadores
ópticos
o
estaciones
relevadoras especiales para captar el haz de
luz, convertirlo a pulsos eléctricos que son
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amplificados y retransmitidos en otro haz de
luz.
4. ¿Porqué el sistema SDH se adapta mejor a
la fibra óptica que el sistema de portadoras
E.
5. Examine las ventajas y desventajas del uso
de fibra óptica en las redes LAN.
6. ¿Qué topología de red utiliza el estandar
FDDI? ¿Por qué?
7. ¿Qué topologías físicas y lógicas se utilizan
con Ethernet sobre fibra óptica?
8. ¿Cuál es la limitación de distancia máxima
Figura 1. Sistema de fibra óptica básico.
para gigabit Ethernet en fibra con cable
monomodo?.
CUESTIONARIO DEL WORK PAPER # 5.
1. Describa cómo se modula una fuente de
luz.
9. ¿Porqué los sistemas de televisión por
cable aún utilizan señales analógicas con
sus líneas de enlace troncal de fibra
óptica?
2. Describa cómo pueden modularse las
señales analógicas y digitales en un
transmisor de luz.
10. Trace un diagrama de bloques de un
sistema de televisión por cable, indicando
las áreas que son probables candidatos
para conversión a fibra óptica.
3. Compare el cobre y la fibra óptica como
medio para cables de comunicaciones
submarinas.
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DIF`S # 1
UNIDAD O TEMA: SISTEMAS DE FIUBRA ÓPTICA.
TITULO: Dispositivos de microondas.
FECHA DE ENTREGA: Semana 9.
PERIODO DE EVALUACIÓN: Segunda etapa.
El sistema gigabits Ethernet se diseñó en un
principio para ponerse en práctica con fibras
ópticas, aunque también puede utilizarse con
alambre de par trenzado de diseño especial.
Para distancias cortas de hasta unos 500 m,
la fibra multimodo se utiliza con diodos láser
de bajo costo que operan a 850 nm. La
distancia entre nodos puede incrementarse a
unos 5 km usando diodos láser que operan a
1300 nm y fibra monomodo.
Consultando la bibliografía de la materia y la
literatura especializada en Internet, describa
para los sistemas gigabit Ethernet:
1.- Las topologías lógicas y físicas.
2.- Los estándares existentes.
3.- Las aplicaciones más usuales.
CONCLUSIONES (deberán sintetizar la opinión del grupo):
COMENTARIOS (deberán sintetizar la opinión del grupo):
GRUPO (máximo cinco integrantes):
AP. PATERNO AP. MATERNO
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DIF`S # 2
UNIDAD O TEMA: SISTEMAS DE FIBRA ÓPTICA.
TITULO: Recepción heterodina.
FECHA DE ENTREGA: Semana 12.
PERIODO DE EVALUACIÓN: Segunda etapa.
En vista de la analogía con los receptores de
cristal, uno podría preguntarse si podría
construirse un equivalente óptico para el
receptor superheterodino. La respuesta es sí, y
éste ya se construyó. Se utiliza un diodo láser
como oscliador local, un fotodiodo como
mezclador y la frecuencia intermedia es una
señal de microondas. Esta clase de dispositivo
aún es en gran parte experimental, pero deja
ver en qué dirección se está moviendo la
tecnología. Si en el siglo XX imperó la radio y
sus variantes, al parecer el sigloXXI podría ser
el siglo de la comunicación por ondas de luz.
Consultando la bibliografía de la materia y la
literatura especializada en Internet, desarrolle
los siguientes puntos:
1.- Describa el equivalente de fibra óptica de un
receptor superheterodino.
2.- Trace un diagrama de bloques que muestre
cómo puede implantarse un sistema heterodino
óptico.
CONCLUSIONES (deberán sintetizar la opinión del grupo
COMENTARIOS (deberán sintetizar la opinión del grupo):
GRUPO (máximo cinco integrantes):
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DIF`S # 3
UNIDAD O TEMA: Aplicaciones de los sistemas de fibra óptica.
TITULO: Reflectometría óptica en el dominio del tiempo.
FECHA DE ENTREGA: Semana 16.
PERIODO DE EVALUACIÓN: Tercera etapa.
fibra siempre hay señal reflejada. Mientras se
propaga por la fibra, la señal reflejada poco a
La reflectometría en el dominio del tiempo es
poco se debilita debido a la atenuación: la
una técnica útil para hallar fallas en los cables
intensidad de la señal se reduce cuando
de cobre. Por el cable se envía un pulso o
aumenta la distancia en ambos tramos, de ida
escalón de voltaje y se analiza la reflexión, si la
y
retorno.
Consultando
la
literatura
hay. Un cable adaptado de manera perfecta no
especializada en Internet, profundice sus
tiene reflexión. Si existe reflexión, puede
conocimientos sobre el tema y describa el
obtenerse información acerca del tipo y
funcionamiento y las principales aplicaciones
posición de la terminación. La reflectometría
de la técnica, principalmente las aplicaciones
óptica en el dominio del tiempo es similar a su
usuales
en
las
empresas
de
equivalente eléctrico, pero hay diferencias
telecomunicaciones que tienen extensas redes
importantes. Debido a la retrodifusión en la
de fibra óptica.
CONCLUSIONES (deberán sintetizar la opinión del grupo):
COMENTARIOS (deberán sintetizar la opinión del grupo):
GRUPO (máximo cinco integrantes):
AP. PATERNO AP. MATERNO
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