TRANSMISIÓN DE DATOS POR FIBRA ÓPTICAContenido 1.- Los retos de la transmisión por fibra. 2.- Dispersión de pulsos. 3.- Atenuación en la fibra. 4.- Empalmes y conectores. 5.- Fundamentos de diseño del enlace óptico. 6.- Mediciones de potencia óptica. Objetivo Calcular la máxima tasa de transmisión de datos posible para un sistema de fibra óptica e identificar los factores que causan la atenuación de la luz al viajar a través de la fibra. Preparar un cálculo de pérdida para un sistema de fibra óptica. COMUNICACIONES ÓPTICAS 1 .1. se usa un PIN o APD para detectar los pulsos de luz y convertirlos a en una señal eléctrica. En el receptor. El primer paso es convertirla en una forma compatible con el medio de transmisión. que emite un haz de luz infrarrojo de baja intensidad. 2 . En larga distancia se usa el láser que se conmuta a una velocidad mucho más alta y emite una luz coherente y de mayor potencia. por lo regular se la convierte en una serie de pulsos digitales. Los pulsos digitales modulan al LED o láser. se usa un LED. video o datos de PC. El código de línea de los pulsos digitales podría ser del tipo NRZ.Los retos de la transmisión por fibra Sistema de transmisión básico La señal a transmitir puede ser voz. Los pulsos digitales sirven después para disparar (modular) con rapidez una fuente de luz potente alternando entre apagado y encendido. Ejemplo de señal digital NRZ En sistemas de corta distancia. 2 Atenuación La potencia de luz se atenúa a medida que viaja por la fibra.Los tres retos de la transmisión por fibra Desafíos La transmisión de luz por fibra presenta 3 grandes desafíos. 1 Dispersión Los pulsos de luz se dispersan a medida que viajan por la fibra. 3 . Se produce por imperfecciones propias del material de la fibra. Es un factor intrínseco. Este se tratará en el tema relacionado con tecnologías DWDM. Los pulsos de luz se distorsionan y atenúa al viajar por la fibra. 3 No linealidades Se producen cambios de la longitud de onda e interacciones entre longitudes de onda. Se produce por la propagación multimodal y por el ancho espectral de las fuentes de luz. Definición de la dispersión La dispersión se define como la duración del pulso de salida (∆t) cuando se aplica a la entrada un pulso de luz infinitesimalmente corto. los pulsos de luz se solapan unos con otros y se hacen indistinguibles para el receptor. dependiendo del modo de propagación y del ancho espectral de la fuente La dispersión se manifiesta como un ensanchamiento del pulso en el tiempo. la dispersión mide el ensanchamiento del pulso por unidad de distancia: en ps/km. De una manera simple. La dispersión limita la tasa de datos.2. Este ensanchamiento limita la tasa de datos: a altas tasas. 4 .. que se hace mayor con la longitud.Dispersión de pulsos ¿Porqué ocurre la dispersión? Ocurre porque el pulso de luz viaja a diferentes velocidades a través de la fibra. A mayor tasa de transmisión. C = capacidad de transmisión del canal. ∆t = dispersión total.Efectos de la dispersión de pulsos ¿Cuáles son los efectos de la dispersión? Los efectos aumentan con la longitud de la fibra. la dispersión total ∆t es igual a la mitad del periodo T. En s. se puede decir que el ancho de banda eléctrico B de la fibra para máxima velocidad de transmisión será: Para máxima velocidad. entonces se alcanza el límite de la capacidad de la fibra para aplicaciones digitales. Ancho de banda eléctrico de la fibra Puesto que sólo es necesario transmitir el componente fundamental de la onda cuadrada en una aplicación digital. 5 . B = ancho de banda del canal. puede decirse que el ancho de banda eléctrico B es: Velocidad o tasa de transmisión Nyquist define la máxima capacidad de transmisión C teórica para un canal. Si la señal es de 2 niveles se calcula así. menor será el periodo T de pulsos y mayor será el efecto de la dispersión. Si la dispersión es grande. B = ancho de banda. el pulso se integra en el siguiente periodo de bit y se produce interferencia entre símbolos. Por tanto. en bps. en Hz. en Hz. Esta dispersión es significativa solo para enlaces que tienen una velocidad superior a 10 Gbps en fibras SM. Dispersión modal en fibras MM. por tanto. causando el ensanchamiento del pulso. Dispersión cromática Causa: el ancho espectral de la fuente.Tipos de dispersión de pulsos Dispersión modal ¿Cuáles son y qué los causa? Causa: la propagación multimodo que ocurre en las fibras multimodo MM. la diferencia de densidad en la frontera núcleo – revestimiento y el hecho que los rayos de mayor tienen mayor penetración en el cladding. Dispersión cromática en fibras SM. Un fuente de luz emite luces de diferentes longitudes de onda () que viajan por la fibra a diferentes velocidades y llegan a destino en diferentes tiempos. Esta dispersión es despreciable. Dispersión guía . causando el ensanchamiento del pulso.onda Causa: el ancho espectral de la fuente. causando el ensanchamiento del pulso. 6 . causando el ensanchamiento del pulso. excepto cerca del cero de la dispersión cromática en fibras SM. debido a que los rayos de luz toman diferentes trayectorias por una fibra y llegan a destino en diferentes tiempos. durante el tiempo que comparten entre el núcleo y el cladding viajan a mayor velocidad que los rayos de menor confinados en el núcleo y lleguen a destino en diferentes tiempos. Dispersión modo de polarización PMD Causa: cualquier imperfección en el núcleo (asimetría o curvatura) hace que los 2 modos de polarización en la fibra viajen a diferentes velocidades y lleguen a destino en diferentes tiempos. Esta dispersión es significativa en fibras monomodo SM. debido a que los rayos de luz toman diferentes trayectorias por una fibra y llegan a destino en diferentes tiempos. El pulso de luz se ensancha. Esta es la forma de evaluar a las fibras multimodo. Ancho de banda óptico de la fibra MM El ancho de banda óptico es el producto del ancho de banda eléctrico B y la longitud de la fibra.Dispersión modal Ocurre en fibras multimodo MM Causa: la propagación multimodo que ocurre en las fibras multimodo MM. Las fibras MM de índice escalonado tienen la dispersión más alta. 7 .km] Se interpreta como el máximo ancho de banda B que un km de fibra óptica ofrece. Bóptico = B × longitud [Hz. causando el ensanchamiento del pulso. ¿cuál es la distancia máxima que puede utilizarse entre repetidores?. Calcule la velocidad máxima a la que se puede transmitir en dicho enlace.Ejercicios Ejemplo de especificación En este ejemplo.5 GHz-km La capacidad de transmisión es C = 2B. y 300 MHz para 2 km. 8 .88 km Ejercicio 3 Ancho de banda óptico. Ejercicio 1 Velocidad de transmisión. El ancho de banda óptico = B × longitud.Dispersión modal . Calcule el ancho de banda óptico para la fibra. Se instalan 15 km de fibra óptica y se encuentra experimentalmente que el ancho de banda de operación máximo es 700 MHz. la fibra MM de 1300 nm ofrece 600 MHz de ancho de banda para 1 km de longitud.5.1.10.6 Gbps Ejercicio 2 Distancia máxima. Un enlace de fibra óptica tiene un ancho de banda de 800 MHz. Si se requiere un ancho de banda eléctrico de 85 MHz para un modo particular de transmisión. Respuesta. Una fibra óptica tiene un ancho de banda óptico de 500 MHz-km. Respuesta. Respuesta. En nm. la dispersión total ∆t en función de la longitud de la fibra es.Dispersión cromática Ocurre en fibras monomodo SM Causa: el ancho espectral de la fuente. D = dispersión de la fibra. ¿Cómo se calcula la dispersión cromática? La dispersión D de la fibra es proporcional al ancho espectral de la fuente. Por tanto. Un fuente de luz emite luces de diferentes longitudes de onda que viajan por la fibra a diferentes velocidades y llegan a destino en diferentes tiempos. En ps/nm-km. D = dispersión de la fibra. En ps. La dispersión cromática es un dato que provee el fabricante de la fibra. El ancho espectral es un dato que provee el fabricante de la fuente de luz. 9 El espectro de un LED es 50 nm. En ps/km. causando el ensanchamiento del pulso. Dc = dispersión cromática. ∆ = ancho espectral de la fuente. l = longitud de la fibra. . El espectro de un laser es 2 nm. ∆t = dispersión total. En ps/km. En km. Se obtiene la siguiente expresión para el ancho de banda óptico.Dispersión cromática y ancho de banda Ancho de banda óptico de la fibra SM El ancho de banda óptico es el producto del ancho de banda eléctrico B y la longitud de la fibra óptica Bóptico = B × longitud [Hz. l = longitud de la fibra. D = dispersión de la fibra. En Hz. Y la dispersión total ∆t en función de la longitud l de la fibra. En ps/km. B = ancho de banda. ¿Cómo se interpreta? Se interpreta como el máximo ancho de banda B que un km de fibra óptica ofrece. 10 . En km. El ancho de banda óptico se expresa en Hz-km.km] Pero si el ancho de banda eléctrico B se expresa en función de la dispersión total ∆t. Respuesta. Si la misma fibra del ejemplo anterior se utiliza para un enlace de 25 km.1244 MHz-km Ejercicio 2 Dispersión total.34 GHz-km.Dispersión cromática . Respuesta.2. Un enlace de fibra óptica de 50 km de longitud utiliza una fibra con una dispersión cromática de 9. Para una aplicación digital se requiere transmitir a una velocidad de 622 Mbps (STM-4 de SDH) entre dos nodos separado s4 km.Ejercicios Ejercicio 1 Ancho de banda óptico. Calcule el ancho de banda óptico requerido para la fibra. Una fibra óptica. se instala entre 2 nodos separados 50 km. Respuesta. Calcule la dispersión total de esta fibra. cuyo máximo ancho de banda a 1550 nm es de 26. Respuesta.49 ps/nm-km y una fuente que tiene un ancho espectral de 2 nm. 11 . Calcule la velocidad de transmisión máxima que se puede obtener sobre dicho enlace. calcule la velocidad de transmisión máxima que se puede obtener.05 Gbps Ejercicio 4 Velocidad de transmisión. El ancho de banda óptico = B × longitud.1.1 Gbps La capacidad de transmisión es C = 2B.949 ps Ejercicio 3 Velocidad de transmisión. Dispersión cromática . Por ejemplo. 12 .22 ns/km La capacidad de transmisión es C = 2B. La fibra cuya ecuación de dispersión está dada en la ecuación de arriba. un tipo particular de fibra SM (Corning SMF-28) tiene la siguiente especificación de dispersión. Calcule el valor máximo permisible para la constante de dispersión de la fibra(D). Calcule la dispersión total de 50 km de esta fibra cuando se usa con una fuente que tiene un ancho espectral de 2 nm a una longitud de onda de 1550 nm.949 ps Ejercicio 6 Dispersión de la fibra. debe obtenerse la dispersión a la en uso. el fabricante debe proveer un medio para calcular esta dispersión. la cual también depende de su proximidad a la de dispersión cero. o bien. Respuesta. El ancho de banda óptico = B × longitud. Una longitud de fibra de 45 km no debe dispersar los pulsos por más de 100 ns.2.05 ps/(nm2-km).Ejercicios Ejemplo de especificación Puesto que la dispersión varía con . tiene dispersión cero a una longitud de onda de 1310 nm y tiene una pendiente de dispersión cero de 0. Respuesta. Ejercicio 5 Dispersión total. El efecto acumulativo de estos tiempos de subida es limitar la rapidez a la que se transmiten los pulsos y esto a su vez limita la velocidad de datos. TRT = tiempo de subida total. por lo que sus efectos deben incluirse al calcular la tasa de transmisión máxima. los tiempos de subida del transmisor y del receptor se combinan con el efecto de dispersión del pulso causado por la fibra en sí.Tiempo de subida de transmisores y receptores ¿Qué es el tiempo de subida? Es el tiempo que transcurre hasta que un pulso cuadrado toma su valor estacionario. El tiempo subida limita la tasa de datos. ¿Cómo se calcula el efecto total? Cuando se aplica a la fibra un pulso cuadrado. 13 . en s. en s. El tiempo de subida total se hace igual a la dispersión total ∆t. Tanto transmisores como receptores tienen tiempos de subida finitos que limitan el ancho de banda. en s. TRf = dispersión debido a la fibra. TRtx = tiempo de subida del transmisor. en s. TRrx = tiempo de subida del receptor. Velocidad de transmisión . b) La dispersión que produce la fibra en sí. El ancho de banda óptico se expresa en Hz-km. Calcule su dispersión en ns/km. Respuesta. Respuesta. Si se utiliza un código NRZ con una tasa de datos de 200 Mbps en una distancia de 25 km. Una longitud de fibra de 45 km dispersa los pulsos hasta 100 ns.61 GHz-km La dispersión de la fibra se expresa en ns/km. d) El ancho de banda óptico de la fibra.4 Mbps Ejercicio 8 Tiempo de subida. Se estima que una fibra tiene un ancho de banda óptico de 500 MHzkm.1 ns/km y 5 ns.a) 5 ns b) 3.1386 ns/km d) 3. cuando se utiliza con un transmisor que tiene un tiempo de subida de 50 ns y un receptor que tiene un tiempo de subida de 75 ns.Ejercicios Ejercicio 7 Tasa de datos. y determine el tiempo de subida total de un pulso en una longitud de 5 km de esta fibra. Un sistema de fibra óptica utiliza un detector con un tiempo de subida de 3 ns y una fuente de luz con un tiempo de subida de 2 ns. Los pulsos son cuadrados (NRZ). Calcule la tasa de datos máxima para este sistema. Calcule: a) La dispersión total máxima permitida. 14 .46 ns c) 0. Respuesta.7. Ejercicio 9 Dispersión. c) La dispersión D máxima aceptable de la fibra. 0 .4240 2E24.3. O59.48005708.4/0-.2 O248039075709.3/. $039075709..3..03 2 .3/.4/0-. 6:0:32/01-7.O59.4170. :3./482 .742E9.....4 3. 2 07..04.4/0-.4706:07/45..4 !.:3.3/.5../0 2/0439:/:9..4 85078O3949./. #085:089. /85078O3./0 58.742E9. 07...0/01-7.3/.48 85078O3.//0 -58 $% /0$ 03970/4834/48805..O59.O3/9.7. &303. O59..742E9..80706:07097.1-7.38297.4/0-.:00..7..43:3.1-7.3.7. 07.O59.85078O3.:3. 39074780:9. 32 08 /0 2 80389.3828O308 ./0089.1-7..32 2:3.7.6:0805:0/04-9030784-70/. .3/..4/0-.1-7.3/.:42E24...0 #085:089.:0.4 439:/ ./85078O3949./.403..5.O59.:0.5..//097.6:0805:0/04-90307 #085:089..3828O3 $. -58 .:303..4 '04.7.//097..04.04./000254.:0./48 2 .3. #085:089.282.3828O32E2.. -58 07.4 '04.//0 97./.3828O3 &3.//097..1:03906:09030:3..97.3.4/0-.0 /02 ..O59./././032 .3.1-7.0397034/48805./..//097. 58 07.40850.3828O32E2... :3..503/0390/0/85078O3 .7J..85078O3.0.1-7.$ 4733$ 9030./85078O3.:.0.1..1.439://043/.007:320/45././0 32 9030:3.2 03:84 4-03 01.074/0 58. .2 /0 /85078O3.7/01-7./85078O3 ...7089.. 9030/85078O3..:.742E9..O3/0 /85078O3 07.O3 !:08946:0..2-F3/0503/0/08:5742/.48 85078O3.:..03..-7.O3/0.O3/0/85078O3089E/.8:0390 0850.79.... 07.:.9.7.:.074 !4700254 :3954 5.4 85078O3949.:..432 /0-04-9030780.742E9.77-./85078O3...390/0-0 574....074. 0254/00850./. 7485:848547 2E8/0 38 ./0 2/0089.3. 38.439://01-7.43:3.1-7./032 .:3.1-7...:..3/480:8.:00.472E2450728-05... &3. 32 2 .7. #085:089. .439://043/.:0.4 85078O3/0./0234/0-0/85078.390/0/85078O3/0./85078O3949..40850../0 32 #085:089. 58 07.1:03906:09030:3. 1-7.4389.97. 3.4/0-.2 .5...4 439:/ .3828O308 .3/..//097.O59./. 9 %#% 90254/08:-/.:. 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