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DISEÑO Y DESEMPEÑOS DE
COMUNICACIONES ÓPTICA.
Juan José Donoso
Felipe Díaz Bórquez
INTRODUCCIÓN

Temas a presentar:

Resumen teórico de un Diseño de un enlace de fibra
óptica.
Arquitecturas
 Consideraciones
 Penalidades de Potencia


Ejemplo de enlace real entre Valparaíso-Santiago.
Características
Arquitectura
Punto a Punto
De Distribución
Área Local
Información
Va de un punto a otro
Distribuida a un
grupo de
subscriptores
Interconexión entre
varios usuarios
Distancia
<10 [km] o 20-100 [km]
incluso más
< 50 [km]
< 10 [km]
Topologías
-Hub
-Bus
Requerimient -Regeneradores (limitan
os adicionales velocidad)
-Amplificadores
Ventajas de
usar Fibra
-Inmunidad a
interferencia
electromagnética
-Velocidad de transmisión
alta
-Bajas perdidas
-Gran ancho de Banda
-Anillo
-Estrella
-Bus
-Taps incluyen
perdidas en Bus, se
usan
amplificadores
-Gran ancho de
banda
-Gran ancho de
banda
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
 Estas



consideraciones se basan en 3 tópicos:
Pérdidas por atenuación: Limitan la velocidad
de transmisión y la distancia del enlace.
Dispersión: Pueden ser del tipo Modal, GVD,
PMD. También limitan el producto BL del
enlace , reducción de la potencia recibida y
produce ISI.
Efectos no lineales(SPM,CPM,FWM,SRS,etc)
PERDIDAS POR ATENUACIÓN

Esta limitante obedece a la siguiente relación:

Donde:

L [km]: largo del enlace

[dB/km]: representa las perdidas incluyendo por
empalmes y conectores .

y
[W]: las potencias promedios transmitidas y
recibidas respectivamente.
PERDIDAS POR ATENUACIÓN


Cabe denotar que la distancia L se encuentra
limitada por el ancho de banda B de manera
logarítmica debido a la siguiente relación:
En la siguiente figura se mostrara la dependencia
de L sobre B para 3 longitudes de onda comunes
de 0.85, 1,3 y 1.54 [um] utilizando
= 2.5 , 0.4 y
0.25 [dB/km] respectivamente.
PERDIDAS POR ATENUACIÓN
Perdidas (líneas normales) y Dispersión (líneas entrecortadas) limitan la
distancia de transmisión L en función del Bitrate B. La línea punteada
corresponde a cable coaxial.
PERDIDAS POR DISPERSIÓN

Las perdidas por Dispersión dependerán del
modo en que se trabaje:
Multimodo: es utilizado para enlaces cortos, la
dispersión predominante es la intermodal y se mejora
con el uso de fibra con índice graduado.
 Monomodo: es utilizado para enlaces de largo alcance
y su dispersión predominante es la intramodal.


Para longitudes de onda cercanas a:

1.31 [um]:

1.55 [um]:
EFECTOS NO LINEALES
En sistemas monocanal predomina la automodulación
de fase (SPM).
 En sistemas multicanal se genera FWM, mezcla
paramétrica de cuatro ondas y XPM, modulación de
fase cruzada.
ƒ
PMD: Tanto en sistemas monocanal, como multicanal,
se produce dispersión por polarización, esta se genera
debido a que el índice de refracción de la fibra no es
uniforme para el campo que se propaga en sentido x e
y.
ƒ
Ruido en EDFAs: debido al efecto de emisión
espontánea (ASE).

POWER BUDGET

El propósito del power budget es asegurar la
potencia de recepción suficiente para mantener
un desempeño durante todo el tiempo de vida del
sistema.

Donde:
: potencia media de transmisión.
: potencia media de recepción.
: Margen del sistema, cuyo valor típico es entre 4 a 6



dB.

: Perdidas totales en los canales.
RISE-TIME BUDGET


Tiempo necesario para que la respuesta de un
elemento del sistema vaya desde el 10 al 90% de
su valor final cuando la entrada es alterada
abruptamente.
La función de este es asegurar que el sistema
pueda operar adecuadamente al bit rate
requerido.
RISE-TIME BUDGET

El Rise-Time limita el bit rate dependiendo del
formato de señalización:
RISE-TIME BUDGET

El Rise-Time del sistema se puede determinar
separándolo por partes de la siguiente manera:

Donde:



: es el rise-time asociado al transmisor.
: es el rise-time asociado a la fibra.
: es el rise-time asociado al receptor.
RISE-TIME BUDGET
El Rise-Time del transmisor y el receptor son conocidos
por el diseño del fabricante.
 Siendo el del transmisor determinado por los
componentes electrónicos y los parásitos eléctricos de
la fuente óptica:


Típicamente: LED: 1 a 5 [ns]
LASER : 0.1 [ns]
El rise-time del receptor viene dado por el ancho de
banda de 3 dB del receptor.
 El Rise-Time de la fibra se subdivide en dos partes:

RISE-TIME BUDGET
Se hace hincapié en la diferencia entre las dos aproximaciones para la
fibra multimodo, donde la primera que se encuentra descrita es para
fibras de índice escalonado y la segunda para gradual.
Y que el valor del rise-time por dispersión de velocidad de grupo, Δλ es el
ancho espectral de la fuente óptica.
PENALIDADES DE POTENCIA

Se presentarán las principales causas de
penalizaciones de potencia:





Dispersión de potencia por ensanchamiento.
Ruido Modal
Ruido por partición de modos (MPN)
Retroalimentación por Reflexión y ruido.
Chirping de Frecuencia.
DISPERSIÓN POR ENSANCHAMIENTO

Se produce por el ensanchamiento de los pulsos,
lo que provoca:
Introducir ISI
 Deterioro de SNR por disminución de potencia dentro
del bit slot.


Ecuaciones de diseño:

Minimizando ISI:
RUIDO MODAL
Esta asociado a fibras multimodo.
 Ocurre debido a que cada modo puede viajar a
distintas velocidades en la fibra, degradando la
SNR en el receptor.

RUIDO POR PARTICIÓN DE MODOS (MPN)
El LASER genera distintos modos de emisión que
se desincronizan entre si provocando
interferencia entre ellos.
 La penalidad que este fenómeno impone a la
potencia está dada por la siguiente expresión:

CHIRPING DE FRECUENCIA
Depende de la forma y ancho del pulso óptico, se
origina en la modulación de la señal por la
variación de la frecuencia de la fuente. Esto
provoca una degradación de SNR y
ensanchamiento del pulso.
 La penalidad que este fenómeno impone está
dado por las siguientes expresiones:

Para asegurar que no se tenga ISI:
RETROALIMENTACIÓN POR REFLEXIÓN Y
RUIDO

Se produce por discontinuidades en el índice de
Refracción del enlace, ya sea por conectores,
terminaciones e incluso Aisladores entre transmisor y
fibra. Esto introduce ruido al sistema y afecta las
capacidades del receptor y transmisor.
Donde:
:Nivel relativo de ruido en ausencia de
Feedback
MSR :Razón de supresión de modo, separación
espectral entre la portadora y su banda lateral
más próxima.
N
:Grado de retroalimentación
ENLACE REAL VALPARAÍSO- SANTIAGO

El ejemplo que se demostrara muestra un enlace
que se encuentra funcional entre la UTFSM y
Reuna.
Se transmiten 2 canales y además se encuentran
dispuestos 2 canales mas para realizar pruebas.
 La velocidad de transmisión de los dos canales
operacionales es de 1.25 Gbps (Gigabit Ethernet).
 El tendido se realiza con fibra G-652 por lo cual se
trabaja alrededor de los λ = 1550[nm] .

ENLACE REAL VALPARAÍSO- SANTIAGO

Enlace
ENLACE REAL VALPARAÍSO- SANTIAGO

El sistema que se utiliza es el Cisco ONS 15252.
o Los canales que se utilizan para transmitir son:
Canales
λ [nm]
Operativo
Pruebas
23
1558.98
X
25
1557.36
X
27
1555.75
X
29
1554.13
X
Transmisión
Recepción
Potencia
5.2 dBm
-23.2 dBm
(BER
)
Rise Time
100 [ps]
150 [ps]
Ambos incluyen perdidas de 1.8 dB
ENLACE REAL VALPARAÍSO- SANTIAGO

Fibra G-652
Dmax=18.7206 [ps/km-nm]
 Atenuación: 0.2 [dB/km]
 Tramos de 5 [km]

POSIBLE SOLUCIÓN: DISPERSIÓN
CROMÁTICA

Utilizando las ecuaciones provistas por la ITU
Canales
λ [nm]
D[ps/km-nm]
23
1558.98
18.7206
25
1557.36
18.6282
27
1555.75
18.5361
29
1554.13
18.4433
ENLACE REAL VALPARAÍSO- SANTIAGO

Amplificador: ONS 15216 EDFA2





Rango de Señales de entrada: 1530-1563 [nm]
Pin min = -27 dBm
Pout sat = 17 dBm
Ganancia = 20 dB
Figura de ruido máximo = 7 dB
POSIBLE SOLUCIÓN: POWER BUDGET
POSIBLE SOLUCIÓN: POWER BUDGET
Clip en 7 dBm
POSIBLE SOLUCIÓN: POWER BUDGET
Clip en 0 dBm
PENALIDADES DE POTENCIA
Penalidad [dB]
Dispersión por
Ensanchamiento
Ruido Modal
Partición de Modos
Chirping de
Frecuencia
Retroalimentación
0.612
No
1.44
0.0898
No
Motivo
Existe Dispersión
Fibra monomodo, no existen
distancias cortas entre conectores.
Peor caso k=1
Laser posee C=-0.33
Supondremos conexiones sin
reflexión y vapor de agua
despreciable pues λ=1.55[μm]
PENALIDADES DE POTENCIA
POSIBLE SOLUCIÓN: RISE-TIME BUDGET
T_tr
0.1 [ns]
T_rec
150[ps]
D
18.7206[ps/km-nm]
Δλ
0.1[nm]
L
211.85[km]
CONCLUSIONES

Un enlace real mediante Fibra Óptica, tiene una
gran cantidad de problemas que no se pueden ver
en un ejercicio típico donde los datos son
entregados, por ejemplo, en nuestro caso, se dio
que no existe documentación completa sobre los
datos del transeiver utilizado en el enlace. Solo
pudimos recuperar ciertos datos, y otros son
valores típicos de instrumentos que se
encuentran actualmente en el mercado.
CONCLUSIONES
No fue necesario considerar las penalidades de
potencia por efectos no lineales del sistema, pues
la magnitud que estas alcanzaron estaban por
debajo del margen obtenido en los dos casos del
Power Budget.
 Por esto, las penalidades que logramos percibir
en el enlace fueron despreciables, debido a la
configuración que se utilizo en su instalación.
 Debido al cálculo de nuestro RiseTime pudimos
obtener que la velocidad máxima con la que
pueden operar los dos lambda sin utilización es
mayor a la usada actualmente(con NRZ).
