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Seminario Secsy:
Science and Engineering of Computing SinergY
Redes de Acceso Ópticas:
Desafíos y Perspectivas
Ferney Amaya
Universidad Javeriana Cali
 Motivación
 Efectos Físicos en las Redes Ópticas
 La Red de Acceso, Fibra hasta el hogar
 Trabajo realizado
 WDM-PON
2
Internet en el mundo
Mundo (marzo 2008):
Latinoamérica (2007):
Países
% Usuarios
Crecimiento
(2000-2007)
Chile
43,2
5.7 %
300.3 %
Argentina
39,7
13.0 %
540.0 %
Uruguay
31,8
0.9 %
197.3 %
Costa Rica
29,4
1.0 %
385.8 %
Perú
25,5
6.0 %
193.0 %
Puerto Rico
23,2
0.7 %
357.8 %
Colombia
22,8
8.2 %
1,050.0 %
Brasil
22,4
34.7 %
752.0 %
R.
Dominicana
22,4
1.7 %
3,718.2 %
Venezuela
20,4
4.3 %
457.7 %
Ecuador
11,3
1.3 %
760.6 %
Guatemala
10,4
1.1 %
1,930.8 %
2,8
19.3 %
773.8 %
22.2 %
100.0 %
3
590.1
%
Mexico
http://www.internetworldstats.com/stats.htm
%
Penetración
TOTAL
Banda Ancha
World Broadband Statistics: Q1 2008. Point Topic
4
Tendencias en telecomunicaciones
Crecimiento en el sector debido a:
• Masificación de servicios web
• Nuevas aplicaciones:
• Los proveedores se han
motivado hacia las redes
Multiservicios
5
Motivación
• Requerimientos de alto desempeño debido al creciente uso
de Internet
• Las tecnologías de acceso actuales no satisfacen los
futuros requerimientos
• Nuevas tecnologías de acceso recientemente desarrolladas
• Es necesario estimar los límites de capacidad y desempeño
de las redes de acceso actuales y futuras:
– Cómo actualizar la infraestructura de la red?
– Cuáles son los límites de capacidad?
6
 Motivación
 Efectos Físicos en las Redes Ópticas
 La Red de Acceso, Fibra hasta el hogar
 Trabajo realizado
 WDM-PON
7
tercera
ventana
segunda
ventana
Atenuación
Longitud de onda (nm)
8
Dispersión
Hogar/oficina
Oficina central
Dispersion
unshifted
Non-zero
dispersion
shifted
Dispersion
shifted
9
No linealidades
Intensidad de potencia: I = P/A
80 mm2 – Fibra estándar
50 mm2 – DCF
• Efecto Raman
• Auto modulación de fase, modulación cruzada de fase
• Mezcla de 4 ondas
10
Efecto Raman (1)
L3
fotón l1
fotón l2
L2
L1
Energía
térmica
11
Efecto Raman (2)
• Interferencia en WDM
l1 l2 l3
l1 l2 l3
• Amplificación
bombeo
Información
12
Ecuación no lineal de Schrödinger
Ecuación de propagación para dos ondas As, Ap a
diferente longitud de onda:
Dispersión (2)
Atenuación
Dispersión (3)
XPM
SPM
Raman
13
Sistemas de comunicación ópticos (1)
Cómo incrementar la capacidad?
Espectro
Espectro
WDM
WDM: Wavelength Division Multiplexing
14
Sistemas de comunicación ópticos (2)
Amplificación:
EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier)
15
Sistemas de comunicación ópticos (2)
Amplificación:
Raman
Dispersión:
DCF
16
 Motivación
 Efectos Físicos en las Redes Ópticas
 La Red de Acceso, Fibra hasta el hogar
 Trabajo realizado
 WDM-PON
17
Red de Telecomunicaciones
Servicios
oficina
Datos
Voz
Red de
Transporte
Red de
Acceso
Televisión
hogar
18
Red de acceso y sus limitaciones
FTTH the New Epowerment. Green, Paul. 2006. Wiley & Sons.
19
Tecnologías de Banda Ancha
Proveedor de
servicios
Red de
acceso
Hogar/oficina
acceso inalámbrico
red de acceso telefónica
Wi-Max
Modem analógico
ADSL
sistema TV cable
TV, cable modem
fibra hasta el hogar
FTTH
Tecnología
Capacidad
Alcance
Ventajas
Limitaciones
HFC
40 Mbps/canal
3 Mbps/usuario
100 km con
amplificador
Usa red
TV cable
BW
compartido
ADSL
12 Mbps (0.3km)
1.5 Mbps (5.4km)
Máx. 5.4km
VDSL
52 Mbps (0.3km)
13 Mbps (1.3km)
Máx. 1.4km
desde nodo
26 Mbps (0.3km)
7.5 Mbps (2.7km)
Máx. 2.7km
ADSL2+
Usa red
telefónica
BW depende
de distancia
20
Que ha motivado la Fibra hasta el
Hogar?
•
•
•
•
Nuevas aplicaciones
Redes actuales no satisfacen demanda.
Reducción de los costos.
Tecnología estandarizada.
21
Opciones de Fibra hasta el hogar
• P2P (Point to Point)
• PON (Passive Optical Network)
PON
P2P
22
Estandarización de PON
BPON
EPON
GPON
Estándar
ITU-T G.983
IEEE 802.3ah
ITU-T G.984
Ancho de banda/usuario
20 Mbps
60 Mbps
40 Mbps
Usuarios por fibra
32
16
64
Transmisión
ATM
Ethernet
GFP/ ATM
FTTH the New Epowerment. Green, Paul. 2006. Wiley & Sons.
23
Distribución de video en PON (1)
El estándar G.983.3
splitter
video 1550nm
datos 1490nm
Oficina central/
cabecera
datos 1310nm
24
Distribución de video en PON (2)
AM-VSB o QAM
Video sobre IP
l0
l1
l2
l0
l1
l2
1310
1490
1550
1310
1490
1550
Tipo
CNR
Potencias
AM-VSB
48 dB
14 dBm (25 mw)
1024-QAM
42 dB
9 dBm (8 mW)
64-QAM
30 dB
1.2 dBm (1.3 mW)
25
 Motivación
 Efectos Físicos en las Redes Ópticas
 La Red de Acceso, Fibra hasta el hogar
 Trabajo realizado
 WDM-PON
26
Modelo video SCM-WDM en PON
SCM
1550nm
f1
láser
f2
Mod
video
video
1490nm
Datos
láser
1310nm
Datos
1550nm
EDFA
M circulador
U
X
D 1550nm
FD
M
U
20 km
splitter
Video
FD
27
Modelo video SCM-WDM en PON
SCM
1550nm
f1
láser
f2
Mod
Interferencia No
linealidades
video
video
EDFA
1490nm
Datos
láser
1310nm
Datos
D 1550nm
FD
M
U
M
U
X
splitter
Video
FD
28
Modelo video SCM-WDM en PON (1)

A 
i k 1  k A
g
2
 A   k

i

A
A

P
P
k
z 2
k
!

t
2
k 2
Transmisor
Receptor
Láser
Fotodetector
EDFA
 z
F NL V e
2
jV


jV V
z
z
LN
Modulación
cruzada de
Fase FNL

VF NL
j k  k  kVF NL
 j
z
k!
t k
k 1
Interferencia debida a la
Modulación cruzada de Fase
29
Modelo video SCM-WDM en PON (2)
g mv
dPv
v g mv





  v Pv   v Pv  
Pm [ Pv  2hvFv]  Pv 
[ Pm  4hvFm ]
dz
m  v Am
m  v m Av
Transmisor
Receptor
Láser
Fotodetector
EDFA
Interferencia
Raman
30
Modelo video SCM-WDM en PON (3)
Transmisor
Receptor
Láser
EDFA
Potencia
SNR 
Ruidos  Interf
Fotodetector
Ecuación
analítica
Optimizar la potencia óptica de
transmisión y el índice de
modulación.
31
Impacto
• Ajuste de los parámetros de la red para obtener el
mejor desempeño.
• Algunos de los parámetros de potencia e índice de
modulación encontrados, son comercialmente
empleados pero no analíticamente demostrados.
32
Modelo video PON Raman
Láser
EDFA
Fotodetector
Láser
Fotodetector
• Disminuir costos.
• Incrementar el alcance
33
 Motivación
 Efectos Físicos en las Redes Ópticas
 La Red de Acceso, Fibra hasta el hogar
 Trabajo realizado
 WDM-PON
34
Para que mas ancho de banda?
Requerimientos por subscriptor para ofrecer triple play:
•
•
•
•
Tres canales HDTV
Internet
Video conferencia (Teléfono)
Telemetría/control remoto
Ancho de banda total
60 Mbps
10 Mbps
2 Mbps
1 Mbps
> 75 Mbps
Soo-Jin Park, Chang-Hee Lee. Journal of Ligthwave Technology. 2004.
35
Arquitectura WDM-PON
Estructura básica de una red WDM-PON
incluyendo posibles aplicaciones
Punto de acceso
inalámbrico
l1
Switch VDSL
l2
CO
l3
l1 … l5
l5
Switch Ethernet
l4
FTTB
FTTH
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Aspectos de WDM-PON
• Altos costos fuentes WDM
– Láser DFB (Distributed Feedback) usado en WDM longhaul y su costo es muy alto
– Soluciones de bajo costo.
• Cómo disminuir los costos?
– Reemplazar los DBF por FP (Fabry-Perot)
37
Arquitecturas WDM-PON
FP-LD
tap
AWG
Rx
SMF 20km
FP-LD
tap
AWG
diagrama de ojo
circulador
diagrama de ojo
circulador
Rx
SMF 20km
BLS
Soo-Jin Park et-al. Journal of Ligtwave technology. Vol 22, No 11. 2004
38
Ferney Amaya – PUJ – Cali
[email protected]
39