sistemas Ópticos multicanal

Sistemas Ópticos

MulticanalGrupo 6•César Moyano S.•Gabriela Noll A.

Introducción

• Hoy día se necesita un mayor ancho de banda• En teoría, el ancho de banda de la fibra óptica

puede exceder 1 [THz].• Pero en la práctica, el ancho de banda se

limita a 10 [GHz]. • Esto se debe a:

»Dispersión»No linealidades»Limitaciones de la velocidad de

componentes electrónicas.

Sistemas Ópticos Multicanal

Introducción• Para solucionar lo anterior aparecen los Sistemas

Ópticos Multicanal•Diferentes técnicas de Multiplexación (WDM, TDM,

FDM, CDM)»La capacidad ofrecida por la fibra es

aprovechada más eficientemente.


Sistemas WDM• Consiste en transmitir por una misma fibra varias

señales, cada una en una longitud de onda diferente con la misma tasa binaria.

• La señal óptica en el receptor es demultiplexada en distintos canales.

• WDM tiene el potencial para explotar el gran ancho de banda ofrecido por fibras ópticas.


Sistemas WDM

• Algunas características:

– WDM requiere que cada longitud de onda sea debidamente espaciada de las demás, con el objetivo de evitar la interferencia intercanal

– Permite transportar cualquier formato de transmisión en cada canal óptico. Así, sin necesidad de utilizar una estructura común para la transmisión de señales, es posible utilizar diferentes longitudes de onda para enviar información síncrona o asíncrona, analógica o digital, a través de la misma fibra.

– El objetivo de WDM es aumentar el Bit-Rate total.


Sistemas WDM


Ventajas y desventajas:

Ventajas:-Se aprovecha BW de la F.O.-Como se trabaja en la 3era ventana se pueden emplear EDFA’s-En redes complejas es mas sencillo porque la extracción y la inserción de canales es mas sencilla que en TDM

Desventajas:-WDM no es apropiadas en fibra DSF. -Los amplificadores ópticos empleados en WDM proporciona ganancia independiente.-WDM requiere un receptor y un laser para cada señal.-Los efectos no lineales aumentam

Alta Capacidad de Enlaces Punto a Punto

• En un enlace punto a punto de fibra óptica existe una fuente de luz localizada en el extremo transmisor y un fotodetector en el extremo receptor.

• La capacidad alta del enlace depende de la separación entre los canales adyacentes


Alta Capacidad de Enlaces Punto a Punto

• Existen factores que limitan la separación entre canales.

• Estos son:• Estabilidad y sintonía de lasers DFB• Degradación de la señal durante la

transmisión por efectos no lineales• Crosstalk intercanal durante el multiplexing


LAN-MAN- WAN• Las redes ópticas se utilizan para conectar un

gran grupo de usuarios repartidos en una zona geográfica.

• Estos tres tipos de redes pueden beneficiarse de la tecnología WDM.


Redes WDM de Multiple Acceso (WDMA)

• Redes de múltiples acceso ofrecen acceso bidireccional aleatorio a cada suscriptor.

• En términos generales, las redes WDMA se clasifican en dos categorías:

– Single Hop – Multi Hop


Filtros ópticos Sintonizables

• El rol de este componente en un sistema WDM es seleccionar los canales deseados en el receptor.

• Se consideraran cuatro filtros opticos:1)Fabry-Perot 2)Mach-Zehner 3)Grating-bAsed Michelson 4)Acoust-optic filter

• Propiedades deseables de estos filtros: Ajuste para maximizar el numero máximo de canales,

evitar interferencias de canales adyacentes, rápido ajuste de velocidad para reducir al mínimo el tiempo de acceso, insensibilidad, estabilidad ante cambios ambientales, entre otros.


Filtros ópticos SintonizablesSistemas Ópticos Multicanal

Filtros ópticos Sintonizables


• Esquema de los Filtros

Multiplexores y Demultiplexores

• Son dispositivos esenciales en un sistema WDM• Se clasifican en dos categorias:

• Basados en difracción• Basados en interferencia


Filtros y Multiplexores

• En redes WDM se utilizan para introducir o sacar En redes WDM se utilizan para introducir o sacar canales sin afectara a los demás canales.canales sin afectara a los demás canales.


Coplas de Broadcast en estrella

Consiste en cambiar las señales ópticas Consiste en cambiar las señales ópticas provenientes de múltiples puertos de provenientes de múltiples puertos de entrada y dividirla a todos los puntos de entrada y dividirla a todos los puntos de salida.salida.


Ruteadores de Longitud de onda

• Son dispositivos que combinan la funcionalidad de las coplas estrella, multiplexores y arreglos planares de guías de onda de rejillas.


Conectores Ópticos de Cruces

• Su función es proporcionar un ruteo dinámico Su función es proporcionar un ruteo dinámico que tengan la capacidad de reconfigurar la red y que tengan la capacidad de reconfigurar la red y mantener su naturaleza no bloqueante.mantener su naturaleza no bloqueante.


Convertidores de Longitud de onda

• Estos dispositivos cambian la longitud de onda de una Estos dispositivos cambian la longitud de onda de una señal de entrada en una nueva longitud de onda, sin señal de entrada en una nueva longitud de onda, sin modificar los datos contenidos en la señal.modificar los datos contenidos en la señal.

• Pueden ser:Pueden ser:• Regeneradores opto electrónicosRegeneradores opto electrónicos• Conversores basados en amplificadores laser Conversores basados en amplificadores laser

semiconductores (SLA).semiconductores (SLA).• Conversores basados en el uso de SLA en ambos Conversores basados en el uso de SLA en ambos

brazos de un interferómetro Mach – Zehnderbrazos de un interferómetro Mach – Zehnder


Convertidores de Longitud de onda Sistemas Ópticos Multicanal

Transmisores y Receptores WDM

• Transmisores WDM consisten en fuentes laser multilongitud de ondas con capacidad de sintonía.

• Receptores WDM integran arreglos de fotodiodos (PIN) con dispositivos demultiplexores.


Rendimiento del Sistema

• Lo más importante en el diseño de sistemas WDM es el crosstalk de intercanales.

• El rendimiento de los sistemas se degrada cada vez que el crosstalk se lleva a la transferencia de potencia de un canal a otro.

• El crosstalk se ve implicado en:

– Efectos Lineales.– Efectos No Lineales.– Otros.


Crosstalk Lineal, Heterowavelength

• Filtros opticos y demultiplexores permiten a menudo fugas de una fracción de la señal de potencia de los canales vecinos que interfiere con el proceso de detección.

• Ese crosstalk se llama heterowavelength o fuera de banda se produce durante el enrutamiento de la señal WDM de múltiples nodos.

• Se llama crosstalk fuera de banda porque pertenece a los canales situada en el exterior de la banda espectral ocupada por el canal detectado.

• Solo depende de la potencia de los canales vecinos.


Crosstalk Lineal, Homowavelength

• El crosstalk homowavelength o en la banda resulta de los componentes WDM utilizados para el enrutamiento y conmutación a lo largo de una red óptica.

• Se llama crosstalk en la banda porque pertenece a los canales situada en el interior de la banda espectral ocupada por el canal detectado.


Efectos No lineales

• Raman:– Como es un sistema multicanal, sus efectos

son mayores, son reflejados en el BER.

• Brillouin:– La onda Stokes, en sentido inverso produce

alta interferencia entre los canales adyacentes.


Efectos No lineales • Modulación de fase cruzada (XPM).

– Interferencia por la modulación de fase en canales adyacentes.

• Mezcla de cuatro ondas (FWM).– Problemas cuando la separación de canales es constante, en

sistemas WDM tiene mucha influencia.


Otros

• En el caso de WDM es importante que el portador de frecuencias de los canales se mantenga estable, al menos relativamente, de manera que el espaciado de canales no fluctúe con el tiempo.

• La acumulación de ruido de amplificación también puede convertirse en un factor limitante cuando la señal WDM pasa a través de un gran número de amplificadores.


TDM (Time Division Multiplexing)

• Cada usuario del canal le es asignado un pequeño intervalo de tiempo durante el cual se puede transmitir un mensaje.

• Los sistemas electrónicos TDM son difícil de aplicar en las tasas de bits mayores 10 Gb / s, debido a las limitaciones impuestas por la velocidad a la que operan los circuitos electrónicos.

• Una solución es la que ofrece la óptica TDM (OTDM), un sistema que puede aumentar la tasa de bits a los valores por encima de 1 Tb / s.


Canal de Multiplexación

• La multiplexación de N bits streams se logra por una técnica que puede aplicarse ópticamente de un modo sencillo.


Canal de DemultiplexaciónSistemas Ópticos Multicanal

SCM (Subcarrier Multiplexing)• Consiste en modular una portadora cuya frecuencia esta situada en

el rango de las microondas. • Se pueden multiplexar diferentes cadenas de datos en una uúnica

señal óptica.• Cada usuario tiene la posibilidad de ser atendido por una única subportadora.


Sistemas SCM analógicos

• Se emplean para la transmisión de video.• Requieren de una alta SNR en el receptor y

estricta linealidad en la fuente óptica y canales de comunicación.

• La señal se distorsiona por Intermodulación que se produce por fenómenos no lineales.

• Para un buen desempeño requiere una buena CNR (relación de potencia RMS de la portadora y el ruido en el receptor).


Sistemas SCM Digitales

• Técnica más empleada en combinación con SCM es QAM (modulación de amplitud en cuadratura).

• QAM combina la modulación en amplitud y fase.• Aprovecha el hecho de que se puede transmitir

dos señales simultaneamente sobre la misma portadora si es que están en cuadratura y desfasadas en 90º.

• Sistemas Híbridos permiten transmitir gran número de canales.


Sistemas SCM-WDM

• Varias portadoras ópticas son transmitidas por la misma fibra mediante WDM. Cada portadora tiene subportadoras para cada canal.

• Esto permite mezclar señales análogas y digitales empleando distintas portadoras y subportadoras.

• El factor limitante es el Crosstalk resultante de procesos lineales y no lineales.

• Los sistemas SCM-WDM son muy útiles para aplicaciones LAN y MAN .

• Ellos pueden ofrecer múltiples servicios con un solo transmisor y receptor ópticos por usuario debido a que estos pueden utilizar diferentes subportadoras de microondas para diferentes longitudes de onda.


CDM (Code Division Multiplexing)• Esta basado en el uso de distintas codificaciones para cada canal y

cada uno de estos puede ser transmitido compartiendo tiempo y frecuencia simultaneamente.

• Cada canal se codifica de tal forma que su espectro se extiende por una región mucho más amplia que la ocupada por la señal original.


Codificación por Secuencia Directa• Se ensancha el espectro de manera que se emplea una región

espectral mayor a la mínima necesaria para la transmisión de la señal original.

• Este ensanchamiento se consigue mediante el empleo de un código único e independiente de la señal que es asignado a cada usuario.

• La recuperación de las señales individuales que comparten el mismo ancho de banda que requiere secuencia de firma proceden de una familia de códigos ortogonales.

• La naturaleza ortogonal de esos códigos asegura que cada señal puede ser decodificada con precisión en el receptor final.

• El receptor recupera los mensajes para descifrar la señal recibida usando la misma secuencia de firma que se utilizó en el transmisor.


Codificación Espectral

• Extender el espectro puede ser realizado usando la técnica de salto de frecuencia en la cual la frecuencia portadora se desplaza periódicamente de acuerdo con un código preasignado.

• A los distintos usuarios se les asigna diferentes modalidades de saltos de frecuencia (o códigos) para asegurarse de que dos no transmitan en la misma frecuencia durante el mismo horario.

• La codificación espectral requiere un rápido cambio de la frecuencia portadora.



Gracias por su atención

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