iii transmisores opticos-estudiantes (1)

III TRANSMISORES ÓPTICOSFUENTES DE LUZ

Las fuentes deben emitir luz a una longitud de onda concordante con una de las ventanas de transmisión de bajas pérdidas en la fibra. Requisitos a cumplir:

• Bajo consumo.• Alta estabilidad frente a cambios de temperatura. El LED

es más estable que el LASER.• Pequeño tamaño y estructura adecuada para que permita

un acoplamiento efectivo de la luz dentro de la fibra.• Adecuada longitud de onda, pues la longitud de onda de

la fuente afecta tanto a la atenuación como a la dispersión de los pulsos que se transmiten.

• Adecuada potencia de salida, no demasiada como para que ocasione efectos no lineales o distorsión en la fibra o en el receptor, pero suficiente como para cubrir grandes distancias. Desde 100 mW para ciertos LASERs hasta decenas de uW para LEDs.

FUENTES DE LUZ• La intensidad de la luz no es uniforme para todos los

ángulos a los cuales la luz es emitida, pues va decayendo con la distancia desde el centro. LASERs típicos emiten luz que se dispersa en ángulos de 10-20°, la luz emitida por LEDs se dispersa en ángulos mayores.

• Anchura espectral adecuada, pues la dispersión cromática se incrementa con la anchura espectral de la fuente. Los LEDs estándar tienen un ancho espectral de 20 a 150 nm, en tanto que los LASERs de precio moderado tienen un ancho espectral de 1 a 5 nm. Sistemas ópticos que trabajan a tasas en el orden de los Gbps requieren LASERs con anchuras espectrales del orden de milésimas de nm.

• Reducido tiempo de respuesta a fin de poder conseguir altas tasas de transmisión.

• Adecuado costo/desempeño. Los LEDs son más baratos y tienen mayor tiempo de vida útil, pero tienen un tiempo de respuesta más elevado, mayores áreas de emisión y menores potencias de salida.

LED´s versus LASER´s

FUENTES LED• Esencialmente un LED es un diodo de unión p-n, que

emite luz cuando se le aplica un voltaje en polarización directa.

• Al polarizar directamente la unión, electrones de la capa n se difunden hacia la capa p para recombinarse con los huecos que en ella existen y viceversa.

• En este proceso de recombinación se libera energía, esta energía es liberada como un fotón de luz, la cual puede emerger del área activa del dispositivo semiconductor.

• La energía liberada E y consecuentemente la longitud de onda emitida dependen de la composición del semiconductor.

E = h.f = h.c/λ

• h es la constante de Planck, h = 6.63×10-34J-s

FUENTES LED• En los LEDs, la emisión en la unión p-n es

espontánea.• Al ser un fenómeno aleatorio, las ondas de luz

no están en fase entre sí. Por tal razón, la potencia de salida de un LED es notablemente menor que la del LASER, así mismo su ancho espectral es mucho más amplio.

• Los diodos simples emiten luz en todas las direcciones, pues son empaquetados de tal forma que la emisión procede de sus superficies, de manera que la luz es emitida en un amplio cono.

LEDs de emisión por superficie o SLEDs (Surface emitting LEDs)

• Utilizan structuras internas más complejas (con mas de una unión p-n, que difieren en el material utilizado y en el grado de dopaje) que permiten confinar la salida de la superficie de emisión en ángulos más angostos.

• Este tipo de LEDs son más eficientes.• Para conseguir una emisión más direccional se deja un

área circular limitada por donde se emite la luz, lo que da lugar al denominado Diodo Burrus.

Diodos LEDs de emisión de borde o ELEDs (Edge emitting LEDs)

• El área de emisión de luz se confina a una zona estrecha y delgada en el mismo plano de la unión p-n.

• Esto se logra rodeando esta zona de emisión con capas de materiales de menor índice de refracción, creando una guía de onda que canaliza la luz a la zona estrecha de emisión donde la fibra será luego acoplada.

• Al ser más direccional la radiación en este tipo de LEDs, las pérdidas de acoplamiento a la fibra son menores.

• Los ELEDs fueron introducidos por primera vez a mediados de los años 70.

• Son usados tanto para operación con fibras multimodo como monomodo, con tasas de bit por arriba de 400 Mbps.

LEDs Superluminiscentes o SLD (SuperLuminiscent Diode)

• Una de sus caras, por donde va a salir la radiación, tiene una cierta capacidad de reflexión, la otra cara no, de manera que el efecto láser no se presenta, pero hay una cierta amplificación.

• La potencia emitida por un SLD es mayor que la de un LED de los tipos anteriores.

• La monocromaticidad es también mayor, aunque sin llegar en ningún caso a los valores de un LASER.

• Requiere una corriente de bombeo más alta que la de los LASER para llegar al mismo nivel de potencia; por ello, a pesar de sus ventajas, su uso no está muy generalizado.

Características de Funcionamiento:Potencia óptica (mW) vs. Corriente eléctrica (mA)

Características de Funcionamiento:Anchura espectral

FUENTES LASER• Hay una serie de condiciones que un emisor de luz láser

debe cumplir:• Pequeña anchura espectral del pico de emisión, con el

fin de limitar la dispersión cromática de la fibra. Esta anchura espectral debería ser de 1 a 5nm.

• Capacidad de ser modulado hasta frecuencias por encima de los GHz.

• Coherencia espacial alta a fin de poder ser enfocado por una lente en un punto.

• Potencias ópticas de emisión por encima de los mW.• Baja corriente umbral para alcanzar el efecto láser.

FUENTES LASER• Un LASER se caracteriza porque su emisión es siempre

estimulada y por tanto coherente; lo que se traduce en potencias de salida mayores, anchos espectrales mucho menores y luz mucho más direccional.

• Se emite luz cuando un electrón en un semiconductor cae desde un nivel de energía superior (nivel de conducción) hacia uno de menor energía (nivel de valencia), liberando una cantidad de energía igual a la diferencia de energía entre los dos niveles.

• En un LED tal fenómeno ocurre sin influencia externa, a lo que se denomina una emisión espontánea.

FUENTES LASER• Por el contrario en un diodo LASER la emisión es

estimulada.• Para lograr el efecto LASER se requiere que hayan más

electrones en el nivel de mayor energía que en el de menor; para conseguirlo se necesita una corriente directa muy grande y una densidad de corriente sumamente elevada por la unión (alta concentración de electrones excitados).

• En estas condiciones, al recombinarse un electrón con un hueco se libera un fotón, el cual estimula otras recombinaciones, es decir, hace que otros electrones caigan a un estado de menor energía, emitiendo con ello un nuevo fotón y, así sucesivamente.

FUENTES LASER• Es necesario atrapar parte de la emisión estimulada

para realimentar el proceso, para el efecto se rodea a la juntura de alto índice de refracción (zona de emisión) con capas de materiales de menor índice de refracción, conformando una guía de onda, de dimensiones adecuadas para que aquellos fotones que sufren sucesivas reflexiones dentro de la guía estén en fase con los fotones que los originaron.

• La luz así generada puede emerger por uno de los extremos de la guía.

• Esta estructura permite por tanto restringir la concentración de electrones dentro de una pequeña porción del área de la juntura, lo cual luego se traduce en un aumento de la densidad de corriente y consecuentemente de la eficiencia de radiación.

FUENTES LASER• Sin embargo, solamente guiando la luz a lo largo de la

guía de onda constituida no genera un “rayo LASER”, se debe por tanto añadir un par de espejos en los extremos de la guía constituyendo una cavidad resonante, (cavidad Fabry Perot).

• La luz emitida hacia un espejo es reflejada de regreso a la guía de onda (medio LASER), donde podrá estimular más emisión (amplificación óptica), luego chocará en el espejo opuesto y regresará nuevamente a la guía.

• Uno de los dos espejos debe permitir que la luz emerja de él a fin de que se constituya el rayo LASER.

• La vida media de un LASER es menor, al tener que trabajar en condiciones más extremas que un LED.

Características de funcionamiento LED vs LASER

VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting LASER) o LASERs de cavidad vertical

• Dispone de espejos resonadores arriba y abajo de la capa activa. La luz resuena perpendicular a la juntura y emerge a través de un área circular hecha en la superficie, de tal forma que el área de emisión es mayor que la de un LASER de emisión de borde.

• Tienen una menor corriente umbral a la cual se presenta el efecto LASER (10 uA), consumen poca potencia y por tanto tienen un mayor tiempo de vida útil que los LASERs estándar.

FUENTES LASER• Si bien los diodos LASER tienen un ancho

espectral estrecho (1 – 5 nm), sin embargo emiten múltiples longitudes de onda, por lo que este ancho espectral puede causar problemas de dispersión (cromática espectral) a muy altas velocidades.

• A fin de superar esta limitación existen LASERs cuya emisión se limita a una sola longitud de onda (LASERs monomodo), para el efecto su estructura y fabricación es más compleja.

LASERs de realimentación distribuída (Distributed FeedBack LASER, DFB)LASERs de reflexión Bragg distribuída

(Distributed Bragg Reflection LASER, DBR)• Introducen unas crestas corrugadas o red de difracción

(genera un cambio constante del índice refractivo, lo cual contribuye al mecanismo de realimentación, reemplazan a los espejos), las mismas que reflejan solamente cierta longitud de onda de regreso al LASER, por lo que únicamente la luz de esa longitud de onda es amplificada.

• Una red de difracción es una superficie reflexiva con una serie de líneas, o surcos, paralelas, las cuales provocan que la luz incidente se refleje.

• La siguiente figura muestra cómo la luz se separa en sus diferentes longitudes de onda al incidir sobre la superficie de la red de difracción.

REJILLAS DE DIFRACCIÓN

LASERs DFB vs DBR• En el caso del DFB las ranuras corrugadas se ubican

debajo de la zona activa, en tanto que en el DBR las ranuras corrugadas se disponen fuera de la zona activa (a ambos o uno de los extremos de la región activa).

• Con este tipo de LASERs se pueden conseguir anchuras espectrales inferiores a 0.1 nm. Los LASERs DBR requieren una corriente umbral más alta que los DFB.

• Ambos son sensibles a variaciones de temperatura, consecuentemente requieren un control de este parámetro para garantizar una operación estable. Los LÁSERS DBR presentan una mayor sensibilidad a variaciones de temperatura que los DFB.

LASER DFB

LASER DBR

Potencia

100%

50%

Longitud de Onda

Máximo ancho a Potencia mitad ( FWHM-fullwidth half max.)

F.P. Lásers 4 nmDFB Lásers 0,4 nmDWDM DFB lasers 0,2 nm ó menor

LASERs sintonizables de cavidad externa (External Cavity Tunable LASER)• Su principio radica en colocar un LASER

semiconductor dentro de una cavidad externa, incorporando un mecanismo seleccionador de longitud de onda.

• Como elemento seleccionador de la longitud de onda se utilizan rejillas de refracción o prismas, para una determinada posición de las rejillas el LASER emitirá una determinada longitud de onda.

• Actualmente es posible conseguir lásers sintonizables con márgenes de sintonía en torno a 100 nm.

OTROS TIPOS DE LASERS

• Otros tipos de LASERs disponibles:Láser de franja aislada por óxidoLASER de franja aislado por protón LASER con sustrato en canalLASERs de electrón libre (FEL)LASER QW (Quantum Well): SQW y MQWLASER C3 (Cleaved Coupled Cavity)

SEGURIDAD EN LASERS• La clasificación IEC825 usa cuatro clases de

lásers basados en el límite de emisión accesible (AEL). Cada láser debe llevar una etiqueta de advertencia, indicando la clase de láser, como se indica:

TRANSMISORES ÓPTICOS• Los transmisores ópticos generan la señal a

enviarse por los cables de fibra, vienen en diversas formas - desde LEDs manejados directamente por las fuentes de señal hasta transmisores sofisticados que usan LASERs DFB modulados externamente -.

• Algunos transmisores operan a bajas velocidades y cortos alcances; en tanto que otros lo hacen a miles de Mbps y distancias de decenas de kilómetros.

• Todos los transmisores están basados en las fuentes de luz anteriormente descritas.

PERFORMANCE DE UN TRANSMISORa) Transmisión analógica versus digital:

Los sistemas de fibra óptica pueden transmitir señales analógicas o digitales. Así pues, una fuente de luz se puede modular tanto por señales analógicas como digitales.Las señales digitales toleran problemas de distorsión mejor de lo que lo hacen las señales analógicas.En una transmisión digital sólo se requiere detectar la presencia o ausencia de los pulsos (no su forma) para recuperar dicha señal, sin importar dentro de amplios márgenes la degradación que haya podido sufrir la señal.

PERFORMANCE DE UN TRANSMISOR

• La transmisión digital ofrece canales regenerativos, mientras que la analógica solo permite canales degenerativos en los cuales la amplificación para restablecer la señal implica también la amplificación del ruido.

• Estas diferencias obligan a que los diseños de los transmisores sean diferentes. Pueden ser capaces de usar la misma fuente de luz, pero necesitan diferentes diseños electrónicos.

PERFORMANCE DE UN TRANSMISORb) Ancho de banda y velocidad de transmisión

El ancho de banda define la capacidad de un sistema analógico, en tanto la velocidad de transmisión define la capacidad de un sistema digital.

• tiempo de respuesta: tiempo que tarda en responder la fuente desde que es excitada con una corriente eléctrica hasta que genera la correspondiente potencia óptica.Si se considera iguales el tiempo de subida (rise time, tr) y de bajada (fall time, tf) de la señal de salida de la fuente, el ancho de banda será aproximadamente:

ABopt = 0.35/tr• El ancho de banda óptico se relaciona con el ancho de

banda eléctrico de la siguiente forma:ABelect = 0.707 ABopt

Tiempo de subida, es el tiempo que le toma a una fuente óptica para pasar de entregar el 10% de su potencia en estado estable al 90% de la misma. El tiempo de bajada es el inverso.


• El tiempo de subida de un LED va desde pocos ns hasta cientos de ns, en tanto que para los LASER puede ser del orden de fracciones de ns.

• La máxima velocidad de transmisión (data rate) a la cual una fuente de luz puede operar debe considerar tanto el tiempo de subida como el de bajada.

• Esto significa que:Vtmax < 1/(tr + tf)

PERFORMANCE DE UN TRANSMISOR• Ejercicio: El tiempo de subida para un LED es de 25 ns.

Determinar su ancho de banda (óptico) y la correspondiente velocidad de transmisión si se utiliza una señal codificada con un código con retorno a cero (RZ).

PERFORMANCE DE UN TRANSMISORc) Longitud de onda de operación• La longitud de onda de luz es un parámetro

determinante en el comportamiento de un sistema óptico.

• La atenuación y la ganancia de un amplificador óptico dependen de la longitud de onda, lo cual a su vez pone límites en la distancia de transmisión. Por otro lado, la dispersión en una fibra pone límites en la velocidad de transmisión y, uno de los tipos de dispersión, la cromática, depende de la longitud de onda.

• Lo más conveniente al escoger la fuente de luz del transmisor óptico, considerando el parámetro de la longitud de onda de operación, es optar por la ventana más apropiada para la aplicación en función de la distancia y de la demanda de ancho de banda necesaria.

PERFORMANCE DE UN TRANSMISORd) Potencia de salida• Es la potencia óptica media del haz luminoso que se acopla

a la fibra, parámetro crítico en el desempeño de un transmisor.

• Se debe controlar en los transmisores ópticos la estabilidadde la potencia lumínica de salida del transmisor, la misma que es función de la temperatura y de las horas de funcionamiento del transmisor.

• Parte de la luz se pierde inevitablemente entre la fuente y la salida del transmisor. Es posible elevar esta potencia de salida incorporando un amplificador óptico entre la salida del transmisor y la entrada de la fibra.

• La potencia de salida se expresa en uW o dBm.• Potencia adicional se pierde hasta llegar al receptor, donde

el nivel debe ser suficiente para la detección, pero no muy alto como para saturarlo. Por lo tanto, la potencia de salida debe considerar la longitud de la fibra (la pérdida total del enlace) y el nivel mínimo requerido por el receptor.

PERFORMANCE DE UN TRANSMISORe) Eficiencia• Eficiencia Cuántica o interna: Definida como la relación

entre el número de fotones generados por la fuente óptica y el número de electrones inyectados a dicha fuente.

ηQ = # Fotones generados / # electrones inyectados• Eficiencia en potencia o externa: Definida como la relación

entre la potencia óptica emitida por la fuente de luz y la potencia eléctrica de entrada a dicha fuente.

ηP = P óptica de salida / P eléctrica de entrada• Eficiencia de Acoplamiento: Definida como la relación entre

la potencia que ingresa a la fibra óptica y la potencia que entrega la fuente óptica.

ηa = P entrada a la fibra / P a la salida de la fuente• Eficiencia Total: Definida como la relación entre la potencia

que ingresa a la fibra y la potencia eléctrica de entrada a la fuente de luz.

ηT = P entrada a la fibra / P eléctrica de entrada

ProcesamientoElectrónico

Circuito de excitación

Monitoreo Óptico

Fuente de Luz

Modulador Externo

Atenuador

Monitoreo de TemperaturaEnfriador

Interfaz electrónico

Interfaz óptico

Estructura de un transmisor óptico

ESTRUCTURA DE UN TRANSMISOR ÓPTICO

a) Interfaces Electrónicas• Alambres y conectores electrónicos

estándares.• Algunos transmisores simples puede ser

manejados directamente por la señal de entrada electrónica, transmisores más complejos pueden requerir potencia y pueden aceptar múltiples entradas electrónicas.


b) Preprocesamiento electrónico• El circuito de excitación de algunos transmisores

preprocesa electrónicamente la señal de entrada para ponerla en una forma adecuada y puede entonces constituir la excitación de la fuente de luz (conversión de las variaciones de voltaje en variaciones de corriente que modulan la fuente de luz).

• Otros procesamientos implican cambios en el formato de la señal a aquellos más adecuados para transmisión por fibra, o proveer un almacenamiento temporal a los datos de entrada a ser transmitidos.


c) Circuito de Excitación (Driver)• Depende de los requerimientos de la aplicación, del

formato de los datos y de la fuente de luz.• Los LEDs pueden ser directamente excitados por una

fuente de corriente adecuada (aunque la mayoría de señales eléctricas de excitación están en forma de voltaje y deben ser convertidas a corriente).

• Los LASERs se deben polarizar con un nivel de corriente por arriba de la corriente umbral para conseguir el efecto LASER.

• El circuito de excitación de un LED es más simple que el de un LASER.


d) Monitoreo Óptico• Los transmisores ópticos normalmente incluyen

un circuito de estabilización de la potencia de salida.

• Un fotodetector monitorea la luz emitida por el LASER y excita a un circuito de realimentación (control) que ajusta la corriente de excitación del LASER, a fin de que la potencia lumínica de salida permanezca estable.


e) Sensado y control de temperatura• Las características de operación de una fuente

de luz cambian con la temperatura, así la temperatura en un diodo LASER afecta a la corriente umbral, a la potencia de salida y a la longitud de onda.

• Se deben establecer mecanismos de sensado y control de temperatura como los enfriadores termoeléctricos; el grado de enfriamiento requerido depende del sistema, a menudo son suficientes disipadores de calor.


f) Atenuadores• Los transmisores están hechos para

producir un nivel de potencia estándar, pero en algunos casos esos niveles pueden ser superiores a los requeridos; y, dado que los receptores sólo pueden manejar potencias de entrada limitadas, se deben utilizar atenuadores para reducir la salida del transmisor.


g) Interfaces Ópticas• Las interfaces entre la fuente de luz y la fibra

pueden ser de varias formas, pero los más comunes son los conectores o los pigtail de fibra.

• El conector va integrado en la caja (housing) de la fuente y, la luz es entregada al conector a través de lentes.

• En el caso del pigtail, éste colecta la luz desde el área de emisión de la fuente y la entrega a la fibra externa acoplada a él.


h) Moduladores externos• Son moduladores externos a la fuente de luz.• Método muy adecuado a altas velocidades, pues las

fuentes de luz a esas velocidades presentan problemas de inestabilidad, ruido y degradación de sus características espectrales.

• Una modulación directa de la fuente de luz a altas velocidades (superiores a varios Gbps) induciría ligeras variaciones en la longitud de onda, lo que conduciría a problemas de dispersión que limitarían la capacidad de la fibra.

MODULACIÓN DIRECTA vs EXTERNA

MODULACIÓN EN LOS TRANSMISORES ÓPTICOS

MODULACIÓN DIRECTA• La modulación más usual para los transmisores de

sistemas ópticos es la que utiliza la modulación directa.

• La modulación directa de la luz generada por la fuente, se consigue variando la corriente que pasa a través de la fuente, pudiendo ser la señal moduladora analógica o digital.

• La modulación directa tiene sus limitaciones: potencia se salida baja, velocidad de modulación limitada, no linealidades en la modulación, variaciones en la longitud de onda de luz generada, etc.

MODULACIÓN DIRECTAa) Modulación Analógica• Usada en los sistemas de comunicación óptica

analógicos. En los cuales, la señal analógica modula a la portadora óptica en intensidad (IM), haciendo variar la amplitud de la corriente que circula por la fuente óptica en torno al nivel de polarización. La señal de información puede entonces transmitirse:

• D-IM: Modulándola directamente (transmisión en banda base)• AM-IM: Incorporada en una subportadora eléctrica modulada en

amplitud, luego la señal eléctrica modulada AM se convertirá en luz.• FM-IM o PM-IM: Incorporada en una subportadora eléctrica modulada

en frecuencia (FM) o fase (PM), la que luego se convertirá en luz.• PAM-IM, PWM-IM o PPM-IM: Modulando un tren de pulsos

(subportadora eléctrica) en amplitud (PAM), duración (PWM) o posición (PPM); luego el tren de pulsos modulados a su vez modularáel haz luminoso

MODULACIÓN DIRECTA

• Las características no lineales de las fuentes ópticas afectan a la calidad de la transmisión.

• Así, con fuentes LED y modulaciones AM-IM o D-IM no se puede trabajar con altas potencias, esto limita el alcance.

• Si la fuente es LASER los resultados son mejores.• Con modulaciones FM y PM se puede conseguir

potencias más elevadas, pero a costa de utilizar mayor ancho de banda.

• Cuando se utiliza modulaciones PAM, PWM o PPM, es posible transmitir mayores potencias.

MODULACIÓN DIRECTA

b) Modulación Digital• La gran mayoría de sistemas de comunicación óptica

hoy por hoy aprovechan las ventajas de la transmisión digital.

• En una transmisión digital la señal a transmitirse es del tipo digital.

• Una transmisión digital puede realizarse tanto en banda base (utilizando procesos de codificación de línea para dotar a la señal a transmitirse de características más adecuadas para su transmisión) como con portadora(utilizando procesos de modulación digital como ASK, FSK, PSK o QAM).

MODULACIÓN DIRECTA• En un sistema de comunicación óptico del tipo digital, la

señal digital (1 o 0) modula a la portadora óptica en intensidad (IM), haciendo variar la amplitud de la corriente que circula por la fuente óptica en torno al nivel de polarización. La señal de información puede entonces transmitirse:

• D-IM: Modulándola directamente (transmisión en banda base)• ASK-IM: Incorporada en una subportadora eléctrica modulada en

amplitud, luego la señal eléctrica modulada ASK se convertirá en luz.• FSK-IM o PSK-IM: Incorporada en una subportadora eléctrica

modulada en frecuencia (FSK) o fase (PSK), la que luego se convertirá en luz.

• Particularmente las señales PCM (señales digitales) son idóneas para transmisión por sistemas ópticos. En este esquema solamente se envían señales de luz on-off (1-0).

CODIFICACIÓN DE LÍNEA• Código NRZ (Non Return to Zero): Código para el cual la presencia

de corriente o luz está asociada con el bit 1 y la ausencia de la misma con el bit 0. Es el mas sencillo de generar y de decodificar, pero su sincronismo es malo, aunque el ancho de banda que precisa es reducido. BER del orden de 10-9 son relativamente fáciles de conseguir con este tipo de códigos.

• Códigos RZ (Return to Zero): Dentro del tipo de códigos RZ utilizados en sistemas de comunicaciones ópticas destacan: RZ unipolar y Manchester. Al ser códigos con retorno a cero, las señales codificadas presentan más transiciones y por consiguiente mejor sincronismo, pero el ancho de banda que requieren también será mayor.

• Códigos mBnB (m Binary n Binary): En este tipo de códigos a m bits de entrada al codificador se les asigna n bits de salida. Dentro de ellos destacan los códigos 4B5B, 5B6B y 7B8B, 8B/10B.

MODULACIÓN DIGITAL DIRECTA• La mayoría de los sistemas de transmisión ópticos utilizan

modulación OOK (On Off Keying), un caso especial de la modulación ASK, en la cual acorde con la señal (bits) a transmitir hay presencia (ON) o ausencia (OFF) de luz, para conseguir tal efecto los datos se codifican en NRZ (Non Return to Zero). También suele utilizarse una codificación NRZI (NRZ invertido). NRZI combinado con 4B5B (4 Binary/5Binary) se usa en los sistemas FDDI (Fiber Distributed Data Interface).

• Los LASERs DBR pueden ser modulados en frecuencia (FSK) variando la corriente de polarización aplicada al LASER, con el condicionante que el ancho espectral de la fuente debe ser considerablemente menor que el ancho de banda de la señal.

MODULACIÓN DIGITAL DIRECTA

• La modulación PSK (Phase Reversal Keying) y la modulación DPSK (PSK Diferencial) utilizada en los sistemas ópticos del tipo digital, incorporan la información a ser transmitida en la fase o en los saltos de fase de la señal.

• Otra alternativa constituye la modulación QAM (Quadrature Amplitude Modulation), en la cual la información es incorporada en la amplitud y en la fase de la portadora modulada.

MODULACIÓN EXTERNA

• Se disponen de moduladores externos a la fuente de luz.

• La fuente de luz genera una intensidad óptica constante en el tiempo (portadora óptica), que pasa a continuación por un dispositivo externo (modulador) al que se hace llegar la señal eléctrica (modulante) que modulará a la portadora óptica.

• Este método es muy adecuado a altas velocidades.

MODULACIÓN EXTERNAModulador electroóptico (EOM)

• Se fundamenta en el cambio en el índice de refracción de ciertos materiales generado por la presencia de un campo eléctrico aplicado (la señal modulante es la encargada de proporcionar dicho campo eléctrico).

• Las variaciones de n pueden ser empleadas, con diferentes estructuras, para conseguir la modulación de la luz que pasa por ellas.

• Estos dispositivos pueden implementarse mediante Interferómetros de Mach Zenhder (MZI)

INTERFERÓMETRO MACH-ZENHDER

moduladores basados en interferómetros de Mach-Zehnder (MZI) y en materiales

electroópticos

• El MZI es un dispositivo formado por un divisor, dos brazos de fibra óptica y un combinador, cuyo funcionamiento se basa en el fenómeno de interferencia entre ondas.

• Mediante el empleo en uno de los brazos del MZI de un material electroóptico (como el niobatio de litio), que tiene la propiedad de poder variar su índice de refracción según varía la tensión eléctrica que se le aplica, se controla el desfase entre las señales que son combinadas, controlándose así la modulación.

MODULACIÓN EXTERNA

Modulador de Electroabsorción (EAM)• Son diodos semiconductores semejantes a los lásers,

pero que en lugar de generar luz la absorben.• Se fundamenta en la absorción de luz que puede

experimentar una guía de semiconductor por efecto de un campo eléctrico (generado por la señal modulante) aplicado sobre ella.

• No son tan comunes como los moduladores electroópticos.

Modulador de Electroabsorción• Un material electro-absorbente tiene la capacidad de

absorber radicación, y por tanto permite controlar la cantidad de potencia que éste deja pasar por medio de la tensión existente entre sus extremos.

• En los materiales semiconductores esta propiedad de controlar la radiación absorbida se conoce como el efecto Stark . Según este fenómeno las longitudes de onda que pueden ser absorbidas varían con el campo eléctrico aplicado.

• Los moduladores fabricados con este tipo de materiales semiconductores tiene la ventaja de su fácil integración junto al con el diodo láser, reduciéndose las pérdidas de acoplamiento entre ambos.

MODULACIÓN EXTERNAModulador Acustoóptico (AOM)

• Una señal acústica aplicada al dieléctrico produce en éste una variación periódica de su índice de refracción que da lugar a una red de difracción. Estas variaciones se emplean para conseguir con diferentes estructuras la modulación de la luz que pasa por ellas.

• El principio de funcionamiento radica en el cambio de algunas propiedades que experimentan ciertos materiales cuando se hace pasar a través de ellos una onda acústica con una longitud de onda adecuada.

Modulador Acustoóptico (AOM)

• Un transductor piezoeléctrico genera una onda acústica, la cual al propagarse a lo largo de la estructura crea una red de difracción gracias a los cambios que induce en el material.

• Este efecto también se aprovecha para diseñar filtros para sistemas WDM.

• Son los menos utilizados.• Tanto la fuente de luz como el modulador externo vienen

en una misma estructura integrada.

MULTIPLEXACIÓN EN LOS SISTEMAS ÓPTICOS

• La multiplexación permite optimizar el uso de un canal de transmisión, posibilitando que por él viajen varias señales. En los sistemas de transmisión por FO, la fibra constituye el canal de transmisión y la luz es la portadora.

• Se pueden tener diferentes alternativas: • Multiplexación por división de frecuencia (FDM)

Multiplexación por división de tiempo (TDM) Multiplexación por división de longitud de onda (WDM)

• WDM es una tecnología óptica en lugar de electrónica.• Las multiplexaciones FDM y TDM se aplican a las

señales antes de que sean alimentadas a los transmisores ópticos.

MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE FRECUENCIA (FDM)

• Muy usada en la transmisión analógica de radio y TV.• FDM es posible utilizar cuando el ancho de banda útil de

un medio de transmisión (fibra), excede el ancho de banda requerido por las señales a transmitirse.

• Varias señales se pueden transportar simultáneamente si a cada una de ellas se le asigna una determinada banda (Slot) de frecuencia, para el efecto se modula a cada señal a transmitirse con una subportadora de frecuencia adecuada.

MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE FRECUENCIA (FDM)

• La banda de frecuencia ocupada por cada señal modulada debe estar lo suficientemente separada como para no sobrelaparse con la de la subportadora adyacente.

• La señal combinada constituida por todas las subportadoras moduladas (señal FDM), modula luego la fuente de luz (portadora óptica), generando así la señal a transmitirse por la fibra óptica.

• En el lado del receptor un banco de filtros pasabanda permite recuperar cada una de las subportadoras originales, las que luego de demoduladas devolverán las señales originales.

MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE TIEMPO (TDM)

• Técnica para transmitir varias señales simultáneamente sobre un mismo enlace, para el efecto se divide el dominio del tiempo en ranuras, asignándose una ranura (slot) de tiempo a cada señal.

• La multiplexación TDM es posible cuando la velocidad de transmisión disponible del medio excede la velocidad de las señales digitales a transmitir.

• Múltiples señales digitales pueden ser transportadas sobre una única vía de transmisión (la fibra) intercalando porciones de cada señal en el tiempo. El intercalado puede hacerse a nivel de bit, bytes o bloques más grandes.

MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE TIEMPO (TDM)

• TDM divide el tiempo en slots, asignándose uno o más slots de tiempo a cada señal. Durante ese(esos) slot(s) asignado(s) a una señal, ésta ocupa todo el ancho de banda disponible, pero no se genera interferencia, pues durante ese(esos) intervalo(s) de tiempo sólo se transmite esa señal.

• FDM y TDM son por tanto técnicas duales, así en TDM las señales están separadas en el dominio del tiempo, pero mezcladas en frecuencia, mientras que en FDM las señales están separadas en el dominio de la frecuencia pero mezcladas en tiempo.

• Los sistemas de larga distancia fueron diseñados para transmitir voz sobre enlaces de transmisión de alta capacidad (fibra óptica o microondas) basados en TDM.

Multiplexado Óptico por División de Tiempo (OTDM, Optical Time Division Multiplexing)

• Análogo a TDM para medios electrónicos, OTDM es un multiplexado con técnicas ópticas.

• Se pueden lograr velocidades muy superiores, habiéndose superado en diversas realizaciones prácticas velocidades por encima de 1 Tbps, las cuales son imposibles de alcanzar por medios electrónicos.

• En OTDM las señales ópticas, correspondientes a diferentes flujos de datos se intercalan en el tiempo para configurar un flujo único de datos. Este intercalado puede hacerse bit a bit o paquete a paquete.

• El formato usado para OTDM es del tipo RZ.• Dadas las altas velocidades en OTDM, el tamaño de los

pulsos que se transmiten es muy reducido, por lo que se requieren fuentes capaces de generarlos.

WDM• Esta técnica permite que diferentes señales compartan

un único medio de transmisión de alta capacidad (la fibra), lo cual se logra haciendo que cada señal transmita utilizando diferentes longitudes de onda.

• Se basa en la propiedad de la fibra óptica de permitir transmitir simultáneamente varias longitudes de onda (colores) sin interferirse entre ellas.

• Varias portadoras ópticas individuales (varias λ) se agrupan en una sola señal óptica multicanal que puede viajar por un único hilo de fibra.

• Cada λ representa un canal óptico sobre el cual se transporta un señal diferente.

MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE LONGITUD DE ONDA (WDM)

• El concepto fue publicado en 1970, pero en 1978 se hicieron las primeras implementaciones a nivel de laboratorio y en 1995 aparecieron los primeros sistemas WDM comerciales.

• Los primeros sistemas WDM combinaron dos señales, los sistemas WDM actuales pueden manejar hasta 320 señales, permitiendo expandir un sistema de fibra básico de 40 Gbps a una capacidad total teórica de 12.8 Tbps.

• En WDM (Wave Division Multiplexing) se usan principios ópticos para combinar o separar señales.

• WDM no es una tecnología fácil y requiere transmisores caros y de alto desempeño.

CONCEPTOS BASICOS DE WDM

Wavelength Division Multiplexing

λ1 λ2 λ3


• Los sistemas convencionales basados en fibra óptica utilizaban TDM o FDM, actualmente es posible explotar de mejor manera la potencialidad de la fibra usando WDM, que posibilita un incremento en la capacidad de la fibra y permite realizar comunicaciones bidireccionales sobre un solo hilo de fibra.

• La verdadera capacidad de la fibra óptica es efectivamente explotada cuando múltiples rayos de luz a diferentes longitudes de onda (frecuencias) o portadoras ópticas se transmiten sobre la misma fibra.

• WDM es una solución ideal para sistemas con un alto crecimiento o que requieren incorporar nuevos servicios.

• WDM ayuda a disminuir costos y largos tiempos asociados a instalar más fibra.


WDM ofrece las siguientes ventajas:• Maximiza la capacidad de la fibra óptica existente-• Disminuye el número de fibra óptica nueva que se

necesita añadir.• Permite un crecimiento gradual de la capacidad a

medida que se vaya demandando.• Transmite una gran variedad de señales ópticas

diferentes.• Es capaz de manejar diferentes tipos de señales, por

ejemplo STM16 y/o STM64 y/o señales asíncronas (PDH) al mismo tiempo.


• WDM y TDM pueden trabajar en conjunto para optimizar la capacidad de la fibra.

• TDM genera los flujos de bits de la forma más rápida. Este tren de bits, ya sea síncrono o asíncrono, es ingresado a un sistema WDM, en conjunto con otros flujos multiplexados.

• Estos flujos que provienen de un sistema TDM son multiplexados a longitudes de onda asignadas para ser trasportadas sobre una fibra óptica. Cada proceso incrementa el total de la capacidad del enlace.

COMPONENTES DE UN SISTEMA WDM

• Transpondedor• Multiplexor Óptico• Demultiplexor Óptico• Amplificador Óptico (Booster o

Preamplificador)

COMPONENTES WDM

• Transponder:encargado de adaptar las longitudes de onda recibidas a una longitud de onda estandarizada, estabilizada y susceptible de ser multiplexada y demultiplexada.

• Adapta la señal cliente a la Grilla de Frecuencias G 694.1 del ITU

• Disminuye el ancho espectral• Mejora la tolerancia a la dispersión cromática• Efectúa corrección de errores (FEC)• En Recepción efectúa Regeneración 3R

REGENERACION 3R

• Re – timing• Re – shaping• Re – generation• Son específicos para cada velocidad

(STM-16, STM-64)

TRANSPONDEDOR

LADO CLIENTE LADO DWDM

Δλ = 20 nm

20 dB

1310 nm 1552,5 nm

Δλ = 0,2 nm

20 dB

COMPONENTES WDM

• Multiplexor: componente encargado de inyectar las distintas longitudes de onda sobre la misma fibra óptica.

• Demultiplexor: componente encargado de separar las diferentes longitudes de onda.

• Se requieren FILTROS ÓPTICOS para las funciones de Multiplexión, Demultiplexión, Ecualización de Ganancia de los Amplificadores y Filtrado de ruido.

• Hay varias tecnologías de Filtrado Óptico :Filtros de Capa Delgada (Thin Film Filters, TFF)Filtros de Bragg (Fiber Bragg Grating)Arrayed Waveguide Grating (AWG)

TRANSPONDEDORADM STM-16

ROUTER

SWITCH

LADO CLIENTE

OTU2,5 Gb

OTU600 Mb

OTU1 GbE

MUX

λ1

λ3

λ2


• En WDM con tráfico unidireccional múltiples longitudes de onda viajan en la misma dirección en una fibra óptica, se utilizan dos fibras para tener tráfico en dos sentidos.

• En un sistema bidireccional sólo se utiliza una sola fibra para tener tráfico en dos sentidos; el sistema bidireccional simétrico utiliza la mitad de las lambdas para transmitir en un sentido y la otra mitad para el otro sentido sobre la misma fibra.


• Las ventajas de WDM bidireccional son:Se utiliza una sola fibra, en consecuencia es más

barato.Puede ser configurado para manejar tráfico

asimétrico. Un número de lambdas puede ser usado en una dirección y otro número para la otra dirección.

• Las ventajas de WDM unidireccional son:Generalmente es más fácil para diseñar e instalar.Puede no requerir una banda de guarda entre los

dos conjuntos de lambdas para eliminar el crosstalk.


• Con WDM las señales eléctricas a transportarse por la fibra son convertidas en luz mediante fuentes láser de determinada longitud de onda.

• Cada una de las señales a transportarse utiliza longitudes de onda diferentes, las múltiples longitudes de onda son luego combinadas o multiplexadas y transmitidas así por una única fibra. Del otro extremo la señal multiplexada que llega es demultiplexada o separada ópticamente, utilizando para el efecto filtros ópticos sintonizables.

• Cada una de las señales que se transmite a una longitud de onda distinta, constituye un canal óptico.

• Cada longitud de onda forma un “carril o canal” óptico de la supercarretera de transmisión, y mientras más carriles haya, se puede conducir más tráfico de voz, datos, vídeo, etc. por una sola fibra óptica.


• En función del espaciado entre canales utilizado por WDM, se puede encontrar sistemas de 4, 8, 16, 32, 64, 80... 320 canales ópticos[1].

• Se han empezado a utilizar otras bandas como la banda C (1530nm – 1565nm) y la banda L (1565nm – 1625nm) toda vez que ya se cuenta con dispositivos ópticos que operan en esta bandas.

• El uso de WDM permite a los propietarios de infraestructura dotar a la fibra instalada de más capacidad, casi de manera inmediata (cambiando solamente el equipo activo), y a los proveedores de servicio ofrecer cualquier tipo de tráfico de voz, datos y/o multimedia.

•[1] Hoy experimentos de NEC han logrado 132 canales ópticos de 20 Gbps cada uno, con alcances de 120 Km que pueden llevar 30 millones de conversaciones telefónicas no comprimidas. Otros sistemas han conseguido 3.2 Tbps con DWDM usando 80 longitudes de onda y canales de 40 G bps. Siemens ha anunciado logros de 7 Tbps con DWDM.

CWDM o COARSE WDM

• CWDM (Coarse WDM) es un tipo de WDM en el que las frecuencias portadoras de las señales se encuentran distanciadas mucho más que lo determinado por la norma G.692.

• Para CWDM se especifican 18 longitudes de onda en el intervalo 1270 – 1610 nm, con espaciados amplios entre canales de 20 nm (2500 GHz), según el estándar de la IUT G694.2.

• La transmisión por CWDM está ganando popularidad en aplicaciones tales como acceso metropolitano 10 GbE (Gigabit Ethernet), CATV (Community AntennaTelevision), FTTH-PON[1](Fiber To The Home- PON), y otros sistemas de corto alcance punto a punto con servicios transparentes.[1] FTHH-PON: Es una estructura de red de acceso basada en fibra óptica monomodo, proveyendo todos los servicios de banda ancha por una fibra óptica hasta las premisas residenciales.

CWDM o COARSE WDM• Muchas longitudes de onda en sistemas CWDM por

debajo de 1470 nm se consideran no útiles sobre las viejas fibras G652, debido al incremento de atenuación en las bandas 1310-1470 nm, así una fibra SMF puede transportar 12 canales o incluso menos dependiendo de la posición e intensidad del pico de absorción.

• Fibras ZWPF (Zero Water Peak Fiber) como las estandarizadas G652C y G652D (Ej. Corning SMF-28e, AllWave y Samsung Widepass), eliminan el pico de atenuación por iones hidroxilos, y conducen a un aumento de un 33% de capacidad, permitiendo una operación total de los canales CWDM.

• Por debajo de 1310 nm, predominan las pérdidas por dispersión de Rayleigh y no se puede transmitir en entornos metropolitanos, quedando su uso limitado al bucle de abonado o aplicaciones de corto alcance.

CWDM o COARSE WDM

• Los sistemas CWDM admiten distancias de transmisión de hasta 60 km (80 Km) y no usan amplificación óptica. Entre esas distancias, la tecnología CWDM puede admitir diversas topologías: anillos, punto a punto y redes ópticas pasivas.

• Los canales en CWDM pueden tener diferentes velocidades binarias, lo que permite que se adapte más fácilmente a las variaciones de la demanda de tráfico, posibilitando añadir o quitar canales en los sistemas.

GRILLA DE CANALES CWDM

CDWM ITU-G.694.2 aprobada en Junio de 2002

Banda O Banda E Banda S Banda C Banda L

Longitud de onda en nano metros (nm)

1,2

0,9

0,6

0,3

AtenuacióndB/Km de F.O.

ideal

1250 1300 1350 1400 1450 15501500 16001260

A todos lo valores debe agregarse 1nm de Off-Set

1620

CWDM o COARSE WDM• Como ventaja de CWDM, dado que los canales están

más separados, cada uno de ellos puede llevar señales a una mayor velocidad de transmisión. Sin embargo, no se dispone de amplificación óptica de banda ancha CWDM, esto debido a que en el estándar CWDM ITU las señales no están espaciadas apropiadamente para que puedan ser amplificadas por EDFAs. Esto limita el alcance de los sistemas CWDM hasta 60 Km (80 Km) para una señal de 2.5 Gbps, lo cual es adecuado para uso en aplicaciones metropolitanas.

• El plan de longitudes de onda descrito en la recomendación G694.2 (ver Fig.) tiene un espaciado de canales de 20 nm para dar cabida a lásers de gran anchura espectral y/o derivas térmicas considerables.

• Este espaciado entre canales se basa en consideraciones económicas relacionadas con el costo de los lásers y filtros.

CWDM o COARSE WDM• CWDM es especialmente atractiva debido a su bajo costo

(láseres sin necesidad de control de temperatura y menor precio de los multiplexores y demultiplexores pasivos).

• La mayor separación entre canales de los sistemas CWDM permite que las longitudes de onda de los láseres DFB puedan sufrir derivas con los cambios de temperatura (evitan controlador de temperatura). Esto trae consigo un ahorro de espacio, simplifica el empaquetamiento del láser y reduce además el consumo de potencia (0,5 W para un láser CWDM en comparación con más de 2 W para un láser DWDM).

• El diseño de los filtros de película delgada (Thin-Film Filter, TFF), usados para separar las longitudes de onda, es más simple en comparación con aquellos para DWDM, los cuales deben cumplir requisitos estrictos para las bandas de paso y de guarda.

CWDM o COARSE WDM• CWDM se ha utilizado en aplicaciones tales como los

sistemas de acceso de banda ancha sobre redes HFC, acceso metropolitano 10 GbE, CATV (donde diferentes longitudes de onda son usadas para las señales downstream y upstream, con separaciones elevadas, por ej. 1310 nm para señales downstream y 1550 para señales upstream), FTTH-PON y otros sistemas de corto alcance punto a punto, utilizando protocolos como ESCON, FICON, Fiber Channel, Gigabit y Fast Ethernet.

• CWDM ofrece ancho de banda escalable de una forma económica. Si en un futuro se necesita aumentar la capacidad por encima de los 18 canales, entonces podrían colocarse varios canales DWDM en sustitución de uno o dos canales CWDM de la banda C. Esta técnica se conoce como DWDM-over-CWDM y permite crecer el sistema de una forma flexible con un coste inicial reducido.

WDM CONVENCIONAL

• Está estandarizado por la UIT-T en su recomendación G.692 para utilizar longitudes de onda que van desde 850 nm hasta 1310 nm, o desde 1310 nm hasta 1550 nm, donde la separación entre los distintos canales que ocupan la misma fibra es de entre 1.6 nm (200 GHz) y 0.8 nm (100 GHz).

• Este rango de longitudes de onda se escoge debido a que dentro de este rango las pérdidas en la fibra óptica son mínimas.

• WDM convencional puede proveer 16 canales, típicamente trabajando en tercera ventana (banda C: 1530nm-1565nm), con espaciamientos de 100 GHz.

DWDM o WDM DENSA• No existe una frontera claramente definida para el

calificativo "densa"; puede considerarse a partir de las 10 longitudes de onda.

• Se consigue al multiplexar más canales por fibra.• DWDM es WDM de banda angosta, utiliza para un

mismo rango de longitudes de onda un espaciado entre canales más estrecho, entre 0.4 nm (50 GHz), 0.2 nm (25 GHz), 0.1 nm (12.5 GHz),……

• Algunas experiencias de laboratorio han transmitido señales a 1 Gbps sobre canales separados tan solo 1 GHz. La escala (grilla) para DWDM define espaciados de 12.5, 25, 50, 100, o 200 GHz en el dominio de la frecuencia. El espacio de 200GHz es mostrado en el siguiente diagrama.

GRILLA DE FRECUENCIAS• DWDM requiere la definición de un plan

de canalización o grilla de frecuencias:• Recomendación ITU-T G 694.1 :

fn = fo + nΔffo = frecuencia central = 193100 GHzΔf= 12,5 ; 25 ; 50 ; 100 GHzn = entero (positivo, negativo, cero)

GRILLA G 694.1Espaciamiento en frecuencia:

fn+1 – fn = Δf = 100 GHz

Espaciamiento en longitud de onda:

Δλ = λn+1 – λn =

• c =3 x 108 m/s

nmff

cnn

8,0111

≈⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

+

λn λ n+1

Δλ = 0,8 nm

DWDM en BANDAS C y L• La grilla DWDM según G694.1 de la UIT-T para

las bandas C y L utiliza los siguientes rangos de frecuencias:

• Banda C : 1529,16 nm – 1560,61 nm• Banda L : 1570,42 nm – 1603,57 nm

A continuación se presenta dicha grilla para una multiplexación de 40 lambdas y un espaciamiento de 100 GHz entre canales ópticos.

• BANDA C PAR

• 40 λΔf = 100 GHz

• BANDA C IMPAR

• 40 λΔf = 100 GHz

DWDM o WDM DENSA• La ITU-T ha estandarizado la escala de longitudes (grilla

o plan de longitudes de onda) de ondas a usar en los sistemas DWDM. El uso de una escala definida posibilita a los fabricantes construir filtros, detectores y lásers bajo una especificación común.

• Entre más cercanas estén las longitudes de onda, es más difícil construir sistemas de láser con tolerancia a longitudes de onda apretadas y filtros que separen las lambdas.

• Un canal no utiliza una única longitud de onda, cada canal tiene un determinado ancho de banda alrededor de la longitud de onda central, cada banda se separa de la siguiente por una zona de guarda de varios GHz, de esta manera se busca evitar posibles solapamientos o interferencias entre canales adyacentes.

DWDM o WDM DENSA• DWDM utiliza la tercera ventana de transmisión pero

con menos espaciamiento entre canales, posibilitando hasta 31 canales con espaciamiento de 50 GHz, o hasta 62 canales con espaciamiento de 25 GHz (a veces llamado ultra DWDM); utilizando amplificadores EDFA (efectivos en la banda C entre 1530 nm y 1565 nm o en la banda L entre 1570 nm y 1620 nm).

• Los amplificadores EDFA pueden amplificar cualquier señal óptica dentro de su rango de operación; sin embargo, nuevas opciones de amplificación (Amplificadores Raman) han posibilitado extender las longitudes de onda utilizables, incrementando significativamente el número de canales.

DWDM o WDM DENSA• Si disminuye el espaciado entre longitudes de onda, es

posible incrementar el número de canales, pero se limita la tasa de bit y se incrementa la probabilidad de que se generen efectos no lineales como FWM o crosstalk entre canales.

• DWDM combina múltiples señales ópticas de tal manera que pueden ser amplificadas como un grupo y transportadas sobre una única fibra.

• Cada una de las señales puede ir a diferente velocidad (STM-1, STM-16, etc.) y con un formato diferente (ATM, FR, etc.).

• Con DWDM el número de amplificadores en un tramo disminuye en la misma proporción en la que se multiplexan los canales, lo que aumenta la confiabilidad del sistema.

• Debido a la alta potencia de los amplificadores DWDM y el bajo nivel de ruido, se consiguen distancias de hasta 600 Km sin repetidores para 2.5 Gbps y 32 canales.

DWDM o WDM DENSA• Los sistemas DWDM usan fibras ópticas NZDSF a 1550

nm, las cuales permiten una cantidad limitada de dispersión cromática, usada para compensar los efectos no lineales.

• DWDM se basa en el uso de amplificadores EDFA (banda C) o Raman (banda L), diodos lásers sintonizables y rejillas Bragg de fibras que separan las longitudes de onda individuales en el receptor.

• En 2002 se introdujo la grilla de frecuencias, ITU-T G.694.1. Las longitudes de onda WDM son posicionadas en una grilla con espaciamientos exactos de 100 GHz (0.8nm) en frecuencia óptica, con una frecuencia de referencia fijada a 193.1 THz (1552.52nm).

• Los sistemas DWDM actuales usan espaciamientos de 50 GHz o incluso 25 GHz, con un total de 160 canales, e incluso espaciamientos menores, así a nivel de laboratorio se han conseguido espaciamientos de sólo 1 GHz.

CWDM versus DWDMDWDM ( ITU-T G.692 ) Espaciamiento entre 1,6 a 0,8 nmUtiliza las bandas C y LAlrededor de 100 canales por hilo de fibraMayor Consumo y mucho mayor volumen físicoGeneralmente debe refrigerarse en forma muy estable y permanentementeFiltros MUX/DEMUX de 100 o más capas Utilización en muy largas distanciasAlto costo inicial y de escalabilidad

CWDM ( ITU-T G.694.2 )Utiliza las bandas O,E,S,C, y LSimplicidad y sencilla escalabilidadEspaciamiento cada 20 nmBajo costoEnlaces hasta 100Km y aumentandoFiltros sencillos (TFF –Thin Film Filter)Muy reducido volumen y consumoSimple interoperabilidad con DWDM en la banda C

TABLA 3.2. Comparación entre tecnologías WDM según el tipo de aplicación.

Aplicación/parámetro CWDMacceso/MAN

DWDMMAN/WAN

DWDMlargo alcance

Canales por fibra 4-16 32-80 80-160

Espectro utilizado O, E, S, C, L C, L C, L, S

Espaciado entre canales 20 nm (2500 GHz) 0,8 nm (100 GHz) 0,4 nm (50 GHz)

Capacidad por canal 2,5 Gbit/s 10 Gbit/s 10-40 Gbit/s

Capacidad de la fibra 20-40 Gbit/s 100-1000 Gbit/s >1 Tbit/s

Tipo de láser uncooled DFB cooled DFB cooled DFB

Tecnología de filtros TFF TFF, AWG, FBG TFF, AWG, FBG

Distancia hasta 80 km cientos de km miles de km

Coste bajo medio Alto

Amplificación óptica ninguna EDFA EDFA, Raman

DWDM o WDM DENSA• Ejercicio: Se tiene un sistema WDM operando

con dos longitudes de onda separadas 0.4 nm y trabajando alrededor de la longitud de onda central de la tercera ventana. Determinar la correspondiente separación en Hz.

iii transmisores opticos-estudiantes (1)

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