COMUNICACIONES ÓPTICAS CACIONES ÓPTICAS

COMUNICACIONES
COMUNICACIONES ÓPTICAS – 5º
Tema 3:
Curso 2008
2008-09
CANAL ÓPTICO DE TRANSMISIÓN
DISPERSIÓN de FIBRAS ÓPTICAS
DISP-1
Una FOSI (FOSI, Fibra Óptica de Salto de Índice) multimodo tiene una apertura numérica de 0,2 y un índice de
refracción del núcleo 1,47. Calcular el producto “anchura de banda-longitud” suponiendo que sólo se considera
dispersión intermodal y que la codificación empleada es RNZ.
DISP-2
Una FOSI tiene un diámetro y un índice de refracción de núcleo de 4 µm y 1,49 respectivamente. Estimar la longitud
de onda más corta de la fuente de luz inyectada que permita operar en régimen monomodo si la diferencia relativa de
índices es del 2%.
Posteriormente, se decide incrementar el núcleo de la fibra hasta 10 µm de diámetro. Estimar la diferencia
relativa de índices que debe diseñarse en la fibra para que se mantenga el régimen monomodo para la misma
longitud de onda del apartado anterior.
DISP-3
Una FOGI (FOGI, Fibra Óptica de Graded Index) multimodo con perfil optimizado (casi parabólico) tiene un parámetro
de dispersión del material de 30 ps/(nm·km). Además esta fibra tiene una apertura numérica (AN) de 0,4 y un índice de
refracción del núcleo de 1,48. La fuente de luz utilizada es un LED con anchura espectral eficaz de 25 nm. En estas
condiciones, determinar el ensanchamiento total por kilómetro que sufren los pulsos propagados por la fibra
suponiendo que la dispersión de la guía-onda y del perfil son despreciables. Calcular además el producto “ancho de
banda-longitud”.
DISP-4
Una FOGI con perfil de índice parabólico soporta la propagación de 742 modos guiados. La AN de la fibra es 0,3 y el
diámetro del núcleo 70 µm. Determinar la longitud de onda propagada en la fibra. Además, estimar el diámetro
máximo que debería tener la fibra para que el comportamiento a dicha longitud de onda fuera monomodo.
DISP-5
En un enlace de tenemos instalada una FOSI multimodo cuyas características son: 1% de diferencia relativa de índices
e índice del núcleo 1,46. La máxima anchura de banda óptica que puede obtenerse con la fuente de luz empleada en
el enlace es de 1,9 MHz sobre un vano de 4,5 km.
a) Determinar el ensanchamiento eficaz por kilómetro que sufren los pulsos debido sólo a la dispersión
cromática.
b) Suponiendo que la dispersión de la guía de onda sea nula, estimar la anchura espectral eficaz de la fuente
utilizada si la dispersión del material es de 90 ps/(nm·km) para la longitud de onda de trabajo. Ante el resultado
obtenido, deducir el tipo de fuente de luz (LED, FP, DFB, VCSEL, etc.) que se ha instalado en el enlace.
DISP-6
Una FOSI monomodo tiene su mínimo de dispersión localizado en 1,31 µm con la pendiente de dispersión de 0,09
2
ps/(nm ·km).
a) Deducir el tipo de fibra que hay y bajo que normativa se podría catalogar.
b) Comparar y valorar la dispersión total de primer orden en los puntos de operación correspondientes para la
una longitud de onda de 1,28 µm y 1,55 µm.
c) Si la dispersión del material está en torno a los 13,5 ps/(nm·km) y la dispersión del perfil ronda los 0,4
ps/(nm·km). Determinar cuál es la dispersión de la guía de onda para una fuente de luz de 1,55 µm
DISP-7
Se quiere enlazar, mediante un sistema digital de comunicaciones ópticas guiado con codificación NRZ, centrales
telefónicas urbanas e interurbanas. Para realizar esta tarea se puede elegir entre los siguientes dispositivos ópticos en
primera y tercera ventana:
1ª ventana @ 850 nm
Diodo láser: con potencia media acoplada en fibra de 1 mW y anchura espectral eficaz de 0,1 nm.
FOSI multimodo: con atenuación de 3 dB/km y producto B.L de 50 MHz·Km.
FOGI multimodo: con atenuación de 3 dB/km y producto B.L de 400 MHz·Km.
3ª ventana @ 1550 nm
Diodo láser: con potencia media acoplada en fibra de 1 mW y anchura espectral eficaz de 1 nm.
Fibra monomodo: con atenuación de 0,3 dB/km; dispersión del material de 15 ps/(nm·km) y dispersión de la
guía de onda de -5 ps/(nm·km).
Determinar, teniendo en cuenta únicamente características de dispersión:
a) El tipo de fibra que emplearía para enlazar dos centrales urbanas, sabiendo que debe realizarse en primera
ventana, que la distancia máxima entre ambas es de 4 Km y que el régimen binario a transmitir es de 140
Mb/s.
b) La longitud máxima de vano que se puede conseguir entre dos centrales interurbanas (sin repetidores) si el
régimen binario máximo a transmitir es de 560 Mb/s. Seleccionar además la ventana de transmisión y los
dispositivos más apropiados para dicha tarea.
DISP-8
Una fibra óptica multimodo de índice gradual con perfil parabólico, presenta un parámetro de dispersión del material de
40 ps/(nm·km), y un ensanchamiento eficaz debido a la dispersión intermodal de 300 ps/km. La citada fibra se quiere
utilizar como medio de transmisión, en un sistema cuya fuente óptica es un LED con anchura espectral eficaz de 25
nm. Se pide:
a) Calcular el ensanchamiento eficaz total de los pulsos por kilómetro debido a dicha fibra, suponiendo que
las dispersiones de la guía de onda y de perfil de índice son despreciables.
b) Calcular su producto “ancho de banda-longitud”, si se supone que la respuesta es de tipo gausia-no.
c) Si se emplea codificación RZ, determinar cuál sería el régimen binario máximo que podría enviarse por 30
Km de la citada fibra.
DISP-9
Calcular la máxima capacidad de transmisión de un enlace de comunicaciones ópticas monomodo par auna longitud
de onda de 880 nm (1ª ventana) de 10 Km de longitud. La señal de entrada está compuesta por pulsos de 10 nseg de
anchura temporal (FWHM) que modulan a un LED de 30 nm de anchura espectral FWHM. Además el parámetro total
de dispersión de la fibra es de -80 ps/(nm·km).
SOLUCIÓN DISP-1
Producto “ancho de banda-longitud” :
n2 c
n12 ∆
0,188
=
y B RZ = 2 f 3 dB
OPCION 1.- Empleando
(B ⋅ L )SI
OPCION 2.- Empleando
f 3dB
<
σ
21,28 MHz⋅ km
9,67 MHz⋅ km (más restrictivo)
SOLUCIÓN DISP-2
Longitud de onda más corta
Diferencia relativa de índices
1557,08 nm
0,32 %
SOLUCIÓN DISP-3
El ensanchamiento total por kilómetro Producto “ancho de banda-longitud”
827,33 ps
227,23 MHz ⋅ km
SOLUCIÓN DISP-4
Longitud de onda propagada en la fibra Diámetro máximo
1210,96 nm
3,09 µm
SOLUCIÓN DISP-5
Ensanchamiento eficaz por kilómetro
Anchura espectral eficaz de la fuente
Tipo de fuente
21,99 ns (total), 7,29 ns (cromático)
79,93 nm
Diodo LED
SOLUCIÓN DISP-6
Tipo de fibra
Dispersión total de primer orden a 1,28 µm
Dispersión total de primer orden a 1,55 µm
Dispersión de la guía de onda
Fibra monomodo estándar de comunicaciones, G.652
-2,80 ps/(nm⋅km)
17,1 ps/(nm⋅km)
3,2 ps/(nm⋅km)
SOLUCIÓN DISP-7
Tipo de fibra en primera ventana
Longitud máxima de vano
Ventana de transmisión
Dispositivos
FOGI multimodo ya que permite hasta 200 Mbps con NRZ sobre 4 km
67,14 km
3ª ventana @ 1550 nm
Diodo láser y fibra monomodo
SOLUCIÓN DISP-8
Ensanchamiento eficaz total de los pulsos por kilómetro
Producto “ancho de banda-longitud”
Régimen binario máximo con RZ
1,044 ns
180,07 MHz⋅km
6 Mbit/s
SOLUCIÓN DISP-9
Máxima capacidad de transmisión
Con codificación NRZ se alcanzarían los 36,88 Mbit/s
Con codificación RZ se alcanzarían los 18,44 Mbit/s