7/25/2019 Sistemas de Transmisin Por Fibra ptica y Sus Componentes

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Sistemas de transmisin por fibra ptica y sus componentes

Objetivos:En este captulo usted aprender:

Cmo funcionan los enlaces de datos de fibra ptica y los sistemas de

transmisin.

Qu componentes se utilizan en los transceivers.

Qu tipos de fuentes y detectores que se utilizan en los transceivers.

Los parmetros de rendimiento de los sistemas de transmisin por fibra ptica.

Enlaces de datos de fibra ptica

Los sistemas de transmisin de fibra ptica utilizan enlaces de datos que

funcionan de forma similar a la que se ilustra en el diagrama de arriba. Cada

enlace de fibra consta de un transmisor en un etremo de la fibra y de un receptor

en el otro. La mayora de los sistemas operan transmitiendo en una direccin a

tra!s de una fibra y en la direccin opuesta a tra!s de otra fibra para as tener

una transmisin bidireccional. Es posible transmitir en ambas direcciones a tra!s

de una sola fibra pero se necesitan acopladores para "acerlo# y la fibra es menos

costosa que ellos. $na red %&&' ptica pasi!a ()*+, es el -nico sistema que

utiliza transmisin bidireccional sobre una sola fibra porque su arquitectura de

red ya utiliza acopladores como base.

La mayora de los sistemas utilizan un transceiver que incluye tanto untransmisor como un receptor en un slo mdulo. El transmisor toma un impulso

elctrico y lo con!ierte en una salida ptica a partir de un diodo lser o un LE/.

La luz del transmisor se acopla a la fibra con un conector y se transmite a tra!s

de la red de cables de fibra ptica. La luz del final de la fibra se acopla al

receptor# donde un detector con!ierte la luz en una se0al elctrica que luego se

acondiciona de forma tal que pueda utilizarse en el equipo receptor.

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1nalgico o digital

Las se0ales analgicas son continuamente !ariables y la informacin contenida

en ellas est en la amplitud de la se0al con respecto al tiempo. Las se0ales

digitales se muestrean a inter!alos de tiempo regulares y la amplitud se con!ierte

a bytes digitales# por lo tanto la informacin es un n-mero digital. Las se0alesanalgicas son la forma ms com-n de transmisin de datos# pero sufren

degradacin por el ruido presente en el sistema de transmisin. /ebido a que la

se0al analgica se aten-a en un cable# la relacin se0al2ruido empeora y en

consecuencia la calidad de la se0al se degrada. Las se0ales digitales pueden

transmitirse en largas distancias sin que se degraden ya que son menos sensibles

al ruido.

La transmisin de datos por fibra ptica puede ser analgica o digital# aunque es

mayormente digital. Las redes informticas y de telefona son digitales# la

tele!isin por cable actualmente es analgica pero est migrando a digital# y los

sistemas de CC&3 posiblemente tambin lo "agan.

&anto las transmisiones analgicas como las digitales tienen algunos parmetros

comunes y diferencias importantes. )ara ambos tipos de transmisin# el margen

de prdida ptica o el presupuesto de potencia ptica es lo ms importante. Las

transmisiones de datos analgicas se prueban mediante la medicin de la relacinse0al2ruido para determinar el margen de enlace# mientras que las transmisiones

digitales utilizan la tasa de bits errneos para medir el rendimiento. 1mbas

transmisiones deben probarse sobre todo el anc"o de banda especificado para la

operacin4 sin embargo# actualmente la mayora de los enlaces son especficos

para una aplicacin de red# como C1&3 15 o monitores a color 678 para

transmisiones analgicas y 9*+E Et"ernet o canal de fibra para transmisiones

digitales.

/ise0o (c"sis,

7eneralmente# el dise0o de los transceiverses estndar para que m-ltiplesfuentes puedan conectarse al equipo de transmisin. Los mdulos se conectan a

un conector d-ple en un etremo ptico y a una interfaz elctrica estndar en el

otro etremo. Los transceiversreciben alimentacin de los equipos en los que

estn integrados.

Fuentes para transmisores pticos

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Las fuentes utilizadas para transmisores pticos deben cumplir con !arios

criterios: operar en la longitud de onda adecuada# ser pasibles de modularse lo

suficientemente rpido para transmitir datos y poder acoplarse de forma eficiente

a la fibra.

Com-nmente se utilizan cuatro tipos de fuentes: LE/# lser fabry2perot (%),#lser de retroalimentacin distribuida (/%8, y lser de ca!idad !ertical y emisin

supercial (3C9EL,. &odos ellos con!ierten las se0ales elctricas en se0ales

pticas# pero son muy diferentes entre s. Los tres son min-sculos dispositi!os

semiconductores (c"ips,. Los LE/ y 3C9EL se fabrican sobre pastillas de

material semiconductor para que puedan emitir luz desde la superficie del c"ip#

mientras que los lser %2) y /%8 emiten luz desde el lateral del c"ip# desde una

ca!idad del lser creada en el medio del c"ip.

Los LE/ tienen una potencia disponible muc"o menor que los lser y su patrn

di!ergente y amplio de salida de la luz "ace que sea ms difcil que se acoplen a

las fibras# por lo que se pueden utilizar slo con fibras multimodo. Los lser

tienen un patrn de salida de la luz menor y ms estrec"o# por lo que se pueden

acoplar fcilmente a fibras monomodo# lo que los "ace ideales para transmisiones

de alta !elocidad en larga distancia. Los LE/ tienen un anc"o de banda menor

que los lser y su uso se limita a sistemas que operan a ;s.

/ebido al mtodo en el que son fabricados# los LE/ y 3C9EL son ms

econmicos. Los lser son ms costosos porque es ms difcil crear la ca!idad del

lser dentro del dispositi!o# y recin se podr probar si el lser funciona

correctamente cuando el c"ip est separado de la pastilla del material

semiconductor y tenga cada etremo re!estido.

Especificaciones estndar de fuentes de fibra ptica

&ipo de

dispositi!o

Longitud de

onda (nm,

)otencia dentro de

la fibra (d8m,

1nc"o de

banda

&ipo de fibra

LE/ @

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Lser /%8 ?

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La electrnica de un transmisor es simple: con!ierten un pulso de entrada

(!oltaHe, en un pulso de corriente preciso para dirigir la fuente de luz.

7eneralmente# los lser se polarizan con una corriente continua baHa y se

modulan por encima de tal polarizacin corriente para maimizar la !elocidad.

Detectores para receptores pticos

Los receptores utilizan detectores semiconductores (fotodiodos o fotodetectores,

para con!ertir las se0ales pticas en se0ales elctricas. Los fotodiodos de silicio

se utilizan para enlaces de longitud de onda corta (D

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tanto @s en D longitudes de onda o ms#

lo que se conoce como multipleacin por di!isin de longitud de onda densa

(/G/5,. Los sistemas de fibras multimodo que utilizan multipleacin por

di!isin de longitud de onda (G/5, "an sido menos populares4 sin embargo#

algunos estndares utilizan multipleacin por di!isin de longitud de ondaligera (CG/5, para transportar se0ales a !elocidades mayores a ? 7b>s sobre

fibras multimodo optimizadas para lser.

6epetidores y amplificadores pticos

1 pesar de que la fibra ptica tiene prdidas baHas# lo que permite que la se0al

!iaHe cientos de Jilmetros# para distancias etremadamente largas e incluso en

cables submarinos# se necesitan regeneradores o repetidores para amplificar la

se0al peridicamente. 1l principio# los repetidores consistan bsicamente en un

transmisor seguido de un receptor. Este receptor con!erta la se0al de entrada

ptica en una se0al elctrica# la limpiaba para eliminar todo el ruido posible y

luego otro transmisor lser la retransmita. Estos repetidores a0adan ruido a la

se0al# consuman muc"a energa y eran compleHos# lo que significa que eran una

causa de fallas. 1dems# tienen que fabricarse para una !elocidad de transmisin

especfica y si se desea realizar una actualizacin de la red# se deben reemplazar

todos los repetidores# Kuna tarea realmente difcil de realizarse en un cable

submarino

La solucin a los repetidores pticos fueron los amplificadores pticos. $n

amplificador de fibra estndar funciona en banda ?@=2?D

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sobrelle!ar las ineficiencias de los acopladores de /G/5 para transmisiones de

larga distancia.

Rendimiento del enlace de datos y presupuesto de potencia ptica del enlace

5edicin de la calidad de transmisin de datos1l igual que con la transmisin por cable de cobre o por radio# el rendimiento de

un enlace ptico de datos puede determinarse por cmo transmite los datos4 cmo

la se0al elctrica recon!ertida que sale del receptor se adapta a la entrada del

transmisor.

La capacidad de cualquier sistema de fibra ptica de transmitir datos depende

bsicamente de la potencia ptica en el receptor# tal como se ilustra en la imagen

de arriba# en la que se muestra la tasa de bits errneos (8E6, del enlace de datos

como una funcin de la potencia ptica en el receptor. (La tasa de bits errneos esin!ersa a relacin se0al ruido# por eHemplo# una tasa de bits errneos alta implica

una relacin se0al2ruido pobre,. &anto en el caso de potencia insuficiente o de

potencia en eceso se generar una ele!ada tasa de bits errneos. 9i "ay potencia

en eceso# el amplificador receptor se satura4 y si "ay potencia insuficiente# el

ruido se con!ierte en un problema ya que interfiere con la se0al. La potencia del

receptor depende de dos factores bsicos: cunta potencia lanza el transmisor en

la fibra y cunta potencia se pierde por atenuacin en la red de cables de fibra

ptica que conecta el transmisor con el receptor.

)resupuesto de potencia ptica del enlaceEl presupuesto de potencia ptica del enlace se determina teniendo en cuenta dos

factores: la sensibilidad del receptor (la que a su !ez se determina en la cur!a de

tasa de bits errneos como se ilustra anteriormente, y la potencia de salida del

transmisor en la fibra. El ni!el de potencia mnimo que genera una tasa de bits

errneos aceptable determina la sensibilidad del receptor. Esta potencia del

transmisor acoplada a la fibra determina la potencia transmitida. La diferencia

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entre estos dos ni!eles de potencia determina el margen de prdida (presupuesto

de potencia ptica, del enlace.

Los enlaces de datos de alta !elocidad como redes de rea local gigabit o

?=gigabit Et"ernet sobre fibra multimodo tienen factores de disminucin de lapotencia del anc"o de banda de la fibra causados por la dispersin de los pulsos

de datos digitales. Las antiguas fibras *5? de D;.?;< generalmente operan en

enlaces cortos mientras las transmisiones a tra!s de fibra *5A optimizada para

lser de ?;< son para distancias mayores. Incluso los enlaces de larga

distancia de fibra monomodo pueden tener limitaciones causadas por dispersin

cromtica o por dispersin de modo de polarizacin.

9i se dise0a el enlace para operar en diferentes tasas de bits# es necesario generar

una cur!a de rendimiento para cada tasa de bits. /ado que la potencia total en la

se0al es una funcin del anc"o del pulso y ste !ara en funcin de la tasa de bits(a mayor tasa de bits# pulsos ms cortos,# la sensibilidad del receptor producir

degradacin a tasas de bits ele!adas.

Los fabricantes de sistemas y componentes para enlaces de datos especifican para

cada tipo de enlace# la sensibilidad del receptor (puede ser una potencia mnima

requerida, y la potencia mnima acoplada a la fibra desde la fuente. Los !alores

estndar para estos parmetros se muestran en el cuadro que sigue. )ara que el

fabricante o quien dise0a el sistema pueda probarlos adecuadamente es necesario

conocer las condiciones de prueba. )ara los componentes para enlaces de datos#

estas condiciones incluyen: frecuencia de entrada de datos o tasa de bits y ciclode trabaHo# !oltaHe de la fuente de energa y el tipo de fibra acoplada a la fuente.

)ara los sistemas# las condiciones incluyen el softOare de diagnstico que

requiera el sistema.

)armetros estndar de rendimiento de sistemas>enlaces de fibra ptica

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&ipo de enlace %ibra &ipo de

fuente

Longitud de

onda (nm,

)otencia de

transmisin

(d8m,

9ensibilidad

del receptor

(d8m,

5argen

del enlace

(d8,

&ransmisin de!oz

monomodo Lser ?A?=>?

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/. lser /%8

PPPP . PPPPPPPPPP de un lser proporciona un mayor anc"o de banda

efecti!o en una fibra multimodo que los LE/.1. El lanzamiento de modo restringido

8. La mayor potenciaC. La menor )otencia

/. El anc"o de banda

PPPP

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C. lser %2)

/. lser /%8

Otros proyectos y lecturas3isite los sitios Oeb de los fabricantes de transceivers# detectores y fuentes para

fibra ptica para conocer sus especificaciones de rendimiento y las aplicaciones

que soportan.

En la clase o en el laboratorio# realice un enlace con fibra ptica y !ea cmo

funciona. )uede construir el enlace con componentes o a partir de los

con!ersores de medios disponibles.