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DSCO: Diseño de Sistemas de
Comunicaciones Ópticos
Resumen de contenidos
Profesores:
Evaristo José Abril Domingo
Rubén M. Lorenzo Toledo
Patricia Fernández Reguero
Grupo de Comunicaciones Ópticas
Universidad de Valladolid
Valladolid, España
Índice

Componentes de Sistemas de
Comunicaciones Ópticas

La Dispersión: Efectos y Compensación
TEMA 1
Componentes de Sistemas de
Comunicaciones Ópticas
Contenidos
Introducción a los Sistemas de Comunicaciones
Ópticas
La fibra óptica
Acopladores
Aisladores y Circuladores
Multiplexores y Filtros
Amplificadores Ópticos
Conmutadores
Convertidores de longitud de onda
Acopladores
1, 3, 4, 5
1, 2, 3, 4, 5
Dependiendo de la longitud de acoplamiento pude haber
interferencias constructivas y destructivas
2





Acopladores
Divisores
Aisladores y Circuladores

Parámetros principales
 Pérdidas
de Inserción: approx. 1 dB
 Aislamiento: approx. 40-50 dB

Principio de funcionamiento
Aisladores y Circuladores
Aisladores y Circuladores
Aisladores y Circuladores
Multiplexores y filtros

Aplicaciones:






Ecualización de ganancia de amplificadores ópticos
Filtrado del ruido
Conseguir única frecuencia de operación en láseres
Filtrados de longitudes de onda (canales WDM)
Multiplexado de longitudes de onda
Enrutamientos de longitudes de onda
Ganancia
Filtrado
Filtrado


Multiplexores y filtros
Multiplexores y filtros
Amplificadores Ópticos

Tres tipos de amplificación
 1R:
Regeneration
(Ópticos)
 2R: Regeneration + reshaping
(Óptica+
 3R: Regeneration + reshaping + recloking Electr.)
• Transparencia
1R
2R
3R
•Gran ancho de banda
Amplificadores Ópticos
Amplificadores Ópticos
Amplificadores Ópticos
Conmutadores
Use
Provisioning
Protection switching
Packet switching
External modulation

Usos

Parámetros importantes:
 Ratio
Required time
1-10 ms
1-10 s
1 ns
10 ps
de extinción
 Pérdidas de inserción
 Crosstalk
 Dependencia con la polarización
Convertidores de longitud de onda

Luz, 1
Cuando queremos cambiar la longitud de onda de la
luz, tradicionalmente:
Receiver
Regenerator
Transmitter
Señal eléctrica

Con nuevos componentes:
señal 1
probe 2
señal 2
SOA
Semiconductor
Optical Amplifier
Filter 2
Luz, 2
Otros dispositivos
TEMA 2
Dispersión: Efectos y
Compensación
Efectos de la Dispersión



Contexto
Descripción y Clasificación
Dispersión por Modo de Polarización (PMD)



Dispersión Cromática y Pendiente de Dispersión





Causas/Efectos
Posibles soluciones
Causas/Efectos
Posibles soluciones
Tipos de Fibra Óptica según su Dispersión
Compensación de Dispersión
Gestión de la Dispersión
Dispersión: Contexto

Avances decisivos en Comunicaciones Ópticas:
 Fuentes
ópticas adecuadas (Láser ~1960)
 Medio de transmisión de bajas pérdidas
 f.o.
monomodo (0.2 dB/km en 3ª ventana1.550 nm) ~1980
 E.D.F.A

(finales años 80) Erbium Doped Fiber Amplifier
La absorción deja de ser el factor limitante: La
Dispersión Cromática es el nuevo problema a
combatir
Dispersión: Tipos

Dispersión Modal, Intermodal o Multipath
 Los
diferentes modos recorren diferentes
“caminos ópticos” por lo que llegan en diferentes
instantes de tiempo al destino
 Dominante en sistemas multimodo (baja
capacidad, corta distancia)

Dispersión Intramodal
 Dispersión
Cromática ( o “Dispersión” a secas)
 Dominante
 Dispersión
en sistemas monomodo
por Modo de Polarización (PMD)
Dispersion Intramodal: PMD

Causa:
 “Birrefringencia”
 Asimetrías
(βx01≠ βy01) Constantes de propagación
en la geometría circular del núcleo de
la f.o.
 Efecto
dinámico que varía con el entorno,
temperatura, etc.

Efecto:
 Las
dos polarizaciones del modo fundamental
LP01 viajan a velocidades diferentes, llegando a
destino con un desfase
 Los
pulsos transmitidos se ensanchan y deforman
Dispersión Intramodal: PMD
PMD: Posibles soluciones

Fibra óptica especial PMF (Polarization
Maintaining Fiber) que propaga una sóla
polarización
Dispersión Intramodal:
Dispersión Cromática
Origen: Contribución de dos fenómenos (Dispersión del Material y de
Guiado de Onda)
 Consecuencias


Cada componente frecuencial viaja a una velocidad ligeramente diferente,
experimentando un retardo distinto.
 Los pulsos transmitidos pueden llegar a solaparse, provocando ISI (Interferencia
Inter-Símbolo, incrementando la tasa de error de bit o BER.
Dispersión Cromática

¿Por qué tenemos diferentes componentes espectrales en la señal
transmitida si el laser trabaja a una determinada portadora ω0?
ω0=2πf=2πc/0

(Ej: 0 =1.55 μm)
Razones:

Láser no monocromático puro

Transmisión de señal modulada (directa o externamente)
Dispersión Cromática

Parámetros (En longitud de onda)

Tasa de dispersión :
D
2 c

2
b2
(ps/nm.km)

Este parámetro D [ps/nm·km] determina cuánto se ensancha un pulso cuando
recorre una distancia en la fibra de L(km) si su anchura espectral inicial es de
 (nm)
T= D· Lf · 
b Parámetro de Fibra
La Dispersión limita la Capacidad del
Sistema de Comunicaciones Ópticas

Criterio estandarizado de calidad
T < Tb
T < 1/B
T * B < 1

Sustituyendo el valor de T causado por la dispersión D :
(B*Lf)·|D |·  < 1
Pendiente de la Dispersión, S

Existe una Dispersión de órden superior a la Dispersión Cromática, pero de su
misma “familia”, llamada “Dispersion Slope”,

parámetro S (ps/nm2·km) :

Aunque la Dispersión sea nula en una longitud de onda concreta (β2 = 0) , puede
existir β 3≠0, de forma que exista Pendiente de la dispersión S.

Es una dispersión cromática subyacente, en caso de minimizar D, puede quedar
una S que habría que minimizar
Tipos de F.O.

La tasa de dispersión (Df) varía según el tipo de fibra:



Fibra monomodo estándar SMF (single-mode fiber)

Diseñada para 2ª ventana (ZD ~ 1310 nm)

Df(1550 nm)~ 17 ps/nm·km  En 3ª ventana requiere compensación

Es la más desplegada en las redes ópticas existente

[Corning SMF-28]
Fibra con dispersión nula desplazada DSF (dispersion shifted fiber)

ZD ~ 1550 nm

Aumento de no-linealidades (FWM, XPM), no apta WDM.
Fibra con dispersión no nula desplazada NZDSF (non-zero dispersion shifted
fiber)

Nivel tolerable (no cero) de dispersión en 1550 nm (ZD  1550 nm)

Equilibrio dispersión/no linealidades

[Corning LEAF]
Dispersión vs. Tipos de fibra
2º Ventana
3ª Ventana
Dispersión vs. Tipos de fibra

Fibras SMF o Non-DSF, DSF y NZDSF
Compensación de Dispersión
Técnicas de Compensación

Fibras Compensadora de Dispersión (DCF):

Fibra con tasa dispersión negativa estándar (-70, -90 ps/nm·km) constante en la
banda C (Colocación de carretes de DCF a intervalos fijos)
 Sólo compensara adecuadamente 1 canal óptico. Influencia no-linealidades.

Modos de Orden Superior

Utilizar fibras multimodo que transmiten modos superiores al fundamental
 Corrige la dispersión y la pendiente de dispersión
 No se puede aplicar sobre los enlaces ya desplegados

Arrays de Fase (VIPA)

Lentes y espejos: varían la distancia de propagación para corregir los retardos
(técnica interferencias)
 Banda de paso muy estrecha. Coste elevado. Altas pérdidas inserción.

Redes de difracción de Bragg en fibra con chirp lineal

Directamente compatibles con la fibra, pasivas, bajo coste (fabricación en serie)
 Ancho de compensación ajustable (limitación en longitud/máscaras de fase)
 Funcionamiento en reflexión Circulador Óptico (Pérdidas de Inserción
Compensación de Dispersión
LCFBG

Capacidad de las redes de Bragg con chirp lineal para compensar
la dispersión cromática de un enlace óptico:

Introducen un retardo en función de la longitud de onda opuesto al
acumulado por el pulso
 Extracción del pulso comprimido mediante circulador óptico
t
t
LCFBG

Fibra SMF

Single Mode Fiber
Circulador
Óptico
38
Compensación de Dispersión
DCFs
Compensación de Dispersión
Alternancia +NZDSF y -NZDSF
Compensación de Dispersión
Modos de órden superior
Compensación de Dispersión
VIPA
Virtual imaging phase array
Compensación de Dispersión
Comparativa de Técnicas
DCF /e= Dispersion Compensation Fiber / Enhanced
VIPA = Virtual Image Phase Array
HOM = Hight Order Modes
CFBG = Chirped Fiber Bragg Gratting
Compensación de Dispersión
Diagramas de ojo
Compensa la
Dispersión
Cromática D y la
de órden
Superior, S
Compensa la
Dispersión
Cromática D
Inconveniente:
Sólo compensa
adecuadamente
el canal central
en WDM
Óptima para
WDM,
compensa
todos los
canales
Solo un canal
Todos los
canales