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Sistemas Ópticos
Multicanal
Grupo 6
•César Moyano S.
•Gabriela Noll A.
Sistemas Ópticos Multicanal
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 Ópticos Multicanal
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 Ópticos Multicanal
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 Ópticos Multicanal
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
Sistemas Ópticos Multicanal
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
Sistemas Ópticos Multicanal
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
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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.
Sistemas Ópticos Multicanal
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
Sistemas Ópticos Multicanal
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
3)Grating-bAsed Michelson
2)Mach-Zehner
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.
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Filtros ópticos Sintonizables
Sistemas Ópticos Multicanal
Filtros ópticos Sintonizables
• Esquema de los Filtros
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Multiplexores y Demultiplexores
• Son dispositivos esenciales en un sistema WDM
• Se clasifican en dos categorias:
• Basados en difracción
• Basados en interferencia
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Filtros y Multiplexores
• En redes WDM se utilizan para introducir o sacar
canales sin afectara a los demás canales.
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Coplas de Broadcast en estrella
Consiste en cambiar las señales ópticas
provenientes de múltiples puertos de
entrada y dividirla a todos los puntos de
salida.
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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.
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Conectores Ópticos de Cruces
• Su función es proporcionar un ruteo dinámico
que tengan la capacidad de reconfigurar la red y
mantener su naturaleza no bloqueante.
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Convertidores de Longitud de onda
• Estos dispositivos cambian la longitud de onda de una
señal de entrada en una nueva longitud de onda, sin
modificar los datos contenidos en la señal.
• Pueden ser:
• Regeneradores opto electrónicos
• Conversores basados en amplificadores laser
semiconductores (SLA).
• Conversores basados en el uso de SLA en ambos
brazos de un interferómetro Mach – Zehnder
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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.
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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.
Sistemas Ópticos Multicanal
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.
Sistemas Ópticos Multicanal
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.
Sistemas Ópticos Multicanal
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.
Sistemas Ópticos Multicanal
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.
Sistemas Ópticos Multicanal
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.
Sistemas Ópticos Multicanal
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.
Sistemas Ópticos Multicanal
Canal de Multiplexación
• La multiplexación de N bits streams se logra por
una técnica que puede aplicarse ópticamente de
un modo sencillo.
Sistemas Ópticos Multicanal
Canal de Demultiplexación
Sistemas 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.
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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 Ópticos Multicanal
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.
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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.
Sistemas Ópticos Multicanal
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.
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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.
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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.
Sistemas Ópticos Multicanal
Gracias por su atención