SISTEMAS DE COMUNICACIÓN VIA FIBRA OPTICA

M.C. MARIBEL TELLO BELLO
Cub.16











Espejos, faros de fuego, señales de humo.
1792 Claude Chappe, Telegrafo óptico, ~100 Km, <1b/s
1830 Samuel Morse, Telégrafo eléctrico, ~1000 Km, 10b/s
1876 Alexander Graham Bell, Teléfono
1940 Cambio del cable par trenzado por coaxial, 3MHz
1948 Empieza a operar el primer sistema de microondas con
frecuencias en el rango de 1-10 GHz (4 GHz), ~100 Mb/s
1950 se tiene la idea de que el incremento de producto BL se
logra si se cambian las portadoras por ondas ópticas
1960 se inventa el Láser y se resuelve el primer problema
1962 aparece el láser semiconductor
1966 se sugiere el uso de la fibra óptica como medio para
guiar luz
A partir de 1980 la razón de bit se ha incrementado en un
factor de 100,000 en menos de 25 años, y las distancias van
de 10 a 10,000km, en el mismo tiempo.
Producto BL Vs. Año





Primera generación
◦
◦
◦
◦
0.8 micrómetros
Láser semiconductor de AsGa
45Mb/s
10km (repetidores)
◦
◦
◦
◦
1.3 micrómetros
Láser semiconductor de InAsGaP
100Mb/s………1.7Gb/s
50km de espacio
◦
◦
◦
◦
1.55 micrómetros
Láser semiconductor oscilando en un solo modo
2.5Gb/s………..10Gb/s
60-70km
◦
◦
◦
◦
0.8 micrometros
Láser semiconductor oscilando en un solo modo
5Gb/s…….10Tb/s
11,300km
◦
◦
◦
◦
1.53-1.57 micrometros
Extender el rango de WDM para sistemas que operan simultaneamente
Aparición de “dry fiber” (1.3-1.65 micrometros)
Utilización de solitones
Segunda generación
Tercera generación
Cuarta generación
Quinta generación
Producto BL Vs. Año

Sistema

Sistemas de comunicación
CANAL
Fuente

TX
RX
Sistema de comunicación vía fibra óptica
Destino




Señales analógicas
Señales digitales
Representación binaria de una señal digital
Parámetros importantes
◦ TB
◦ B
Tiempo de bit
Razón de bit
B
1
1
 TB 
TB
◦ f
Ancho de banda
◦ Conversión analógico-digital







Teorema de muestreo, criterio de Nyquist
fs ≥ 2f
Ruido de cuantización
M > (AMAX/AN)
Rango dinámico
AMAX/AN
Relación señal a ruido
SNR=20log10 (AMAX/AN)
PPM, PWM, PCM.
PCM
M=2m
B>(f /3)SNR
Muestreo, Cuantificación y codificación
8
6
4
2
8
6
4
2




Sistemas con ancho de banda finito
Señales transmitidas sin distorsión
Para diseño es necesario conocer el ancho de banda
de las señales que serán transmitidas
En ancho de banda para PCM depende de
◦ Forma del pulso
◦ Razón de pulso
 Duración del pulso
 Traslape entre pulsos sucesivos
fPCM
1

2T

RZ

NRZ
1
0
1
1
0

TDM
◦ Digitales
◦ Redes de
telecomunicaciones
◦ Dominio eléctrico y óptico

FDM
◦ Analógicos y digitales
◦ Radio y TV
◦ Dominio eléctrico y óptico
(WDM)
15
s
1 2 3
2 3
4 5 1
tiemp
o
3
s
V1
V3
V2
frecuenc
ia
 Nivel 1.
 Multiplexado de 24 canales (30);
 B=1.544Mb/s (2.048)
 DS-1
 Nivel 2.
 Multiplexado de 4 DS-1;
 B=6.312Mb/s (8.448)
 DS-2
SONET
SDH
OC-1
B(Mb/s)
Canales
51.84
672
OC-3
STM-1
155.52
2016
OC-12
STM-4
622.08
8064
OC-48
STM-16
2488.32
32256
OC-192
STM-64
9953.28
129024
OC-768
STM-256
39813.12
516096
Digital Signal
Level
Número de
DS-0
B Razón de
datos
T-Carrier
DS-0
1
64Kbps
_
DS-1
24
1.544Mbps
T-1
DS-1C
48
3.152Mbps
T-1C
DS-2
96
6.312Mbps
T-2
DS-3
672
43.736Mbps
T-3
DS-4
4032
273.176Mbps
T-4
DS-5
8064
560.16Mbps
T-5
1.- Una hora de lectura es almacenada en el disco duro de una
computadora en formato de código ASCII (256 caracteres de 8 bits
cada uno).
a) Estime el número total de bits suponiendo una razón de
envío de 200 palabras por minuto y un promedio de 5 letras por
palabra.
b) ¿Cuánto tiempo tardaría la transmisión del escrito con una
razón de bits de 1Gb/s?
2.-Una señal de voz analógica que puede variar de 0-50mA se
digitaliza muestreando a 8KHz. Los primero 4 valores
muestreados son 10, 21, 36 y 16 mA.
a) Escriba la correspondiente señal digital (cadena de 0´s y 1´s)
utilizando una representación de 4 bits por cada muestra.
b) Dibuje la variación de la potencia óptica respecto del
tiempo utilizando un código NRZ.

E(t )  A cos(w0t   )e
Analógicas
 AM
 FM
 PM
Modulación en amplitud
Modulación en frecuencia
Modulación en fase
Digitales
 ASK
 FSK
 PSK
Amplitud-Shift keying
Frequency-Shift keying
Phase-Shift keying
Ópticas
 OOK
On-Off keying
La potencia promedio de la
onda transmitida varía en
proporción a la señal de
información.
El espectro de la señal
resultante es el mismo que
para una señal de AM, (el
doble del ancho de banda de
la señal), siempre y cuando
él índice de modulación
multiplicado por la máxima
amplitud de la señal sea
pequeño.
DEFINICIÓN: son variaciones indeseables y generalmente aleatorias
que interfieren con la señal deseada y si son muy grandes impiden
las comunicaciones.

RUIDO TÉRMICO
PN  kTB

RUIDO DE IMPULSO O DISPARO (Shot Noise)
I N  2qI 0 B

RUIDO TOTAL: Para combinar los efectos de
dos o más fuentes de ruido independientes
se debe sumar el valor RMS de los voltaje o
corrientes


Se define como la relación de la potencia de
la señal sobre la potencia total de ruido
Ps
S

N PN
Se expresa generalmente en dB
 Ps
S
(dB)  10 log
N
 PN


 Ps
  20 log

 PN



La calidad de un servicio está directamente
relacionado con S/N
◦ Cuanto mayor es SNR menor es la probabilidad de
error
Fuente

TX
CANAL
óptico
RX
óptico
Cable de fibra óptica
◦ Transportar la señal óptica del TX al RX
◦ La fibra óptica transmite luz con pérdidas muy
pequeñas de menos de 0.2db/Km.
◦ La potencia óptica se reduce menos de 1% en
100Km
◦ Dispersión
Destino
¿Qué son?
◦Cable de material dieléctrico con diferentes índices
de refracción. Consta del NUCLEO, el cual está
rodeado por la CUBIERTA.
◦Su forma es cilíndrica con sección transversal
circular.
Nucleo
Cubierta
Comercial
Aplicaciones
especiales
62.5m
125 m
75 m
10m
125 m
SOBRECUBIERTA




FIBRAS MONOMODO
◦
◦
◦
◦
Mayor razón de datos
Baja atenuación
Caras
Difíciles de trabajar.
◦
◦
◦
◦
Baja razón de datos
Alta atenuación
Precio menor
Fáciles de trabajar.
CUBIERTA
NUCLEO
FIBRAS MULTIMODO
FIBRAS DE INDICE
ESCALONADO
FIBRAS DE INDICE
GRADUADO
n1
n2
n0
nr
n2
n0



Convierte una señal
eléctrica a una señal
óptica y la confina
dentro de la fibra
óptica
Fuentes ópticas: Láser,
LED
Acoplador: microlente




Convierte una señal óptica recibida
de una FO a una señal eléctrica
Acoplador
◦ Enfoca la señal óptica recibida dentro
del fotodetector
Fotodetector
◦ son fotodiodos semiconductores
Demodulador
◦ Depende del formato de modulación
utilizado en el sistema que puede ser
FSK o PSK
◦ También utilizan modulación de
intensidad con detección directa por
lo tanto el demodulador es un
circuito de decisión para identificar
los 0 y 1
1.-Calcule el efecto en la amplitud de la frecuencia fundamental al incluir
un término adicional en el desarrollo de las expansión en series de potencia al
realizar Modulación de Intensidad.
2.- Un resistor de 50 ohms funciona a temperatura ambiente ¿Cuánta
potencia de ruido proporciona a una carga acoplada sobre el ancho de banda
de....?
a) Un canal de radio CB (10kHz)
b) Un canal de TV de (6MHz)
c) Calcule el voltaje de ruido en ambos casos.
3.- El voltaje de la señal en la entrada de una amplificador es de 100V, y
el voltaje de ruido es de 2V.
a) Determine la SNR en dB
b) La SNR a la salida del mismo es de 30dB, ¿cuál es el índice de ruido
del amplificador?
M. C. MARIBEL TELLO BELLO