FACULTAD DE INGENIERIA UNIDAD ACADEMICA SANTA CRUZ Facultad de Ciencias y Tecnología. Ingeniería de Telecomunicaciones OCTAVO SEMESTRE SYLLABUS DE LA ASIGNATURA SISTEMAS DE TRANSMISIÓN POR FIBRA ÓPTICA Elaborado por: Ing. Edison Coimbra Gutierrez. Gestión Académica II/2007 U N I V E R S I D A D D E 1 A Q U I N O B O L I V I A FACULTAD DE INGENIERIA UNIDAD ACADEMICA SANTA CRUZ VISION DE LA UNIVERSIDAD Ser la Universidad líder en calidad educativa. MISION DE LA UNIVERSIDAD Desarrollar la Educación Superior Universitaria con calidad y competitividad al servicio de la sociedad. Estimado (a) estudiante: El Syllabus que ponemos en tus manos es el fruto del trabajo intelectual de tus docentes, quienes han puesto sus mejores empeños en la planificación de los procesos de enseñanza para brindarte una educación de la más alta calidad. Este documento te servirá de guía para que organices mejor tus procesos de aprendizaje y los hagas mucho más productivos. Esperamos que sepas apreciarlo y cuidarlo. U N I V E R S I D A D D E 2 A Q U I N O B O L I V I A FACULTAD DE INGENIERIA SYLLABUS Asignatura: Código: Requisito: Carga Horaria: Horas teóricas: Horas prácticas: Créditos: TEMA 2. Diodos LED. Sistemas de Transmisión por Fibra Óptica. ITT – 429. ITT – 419 – ITT 418. 80 horas. 60 20 8. I. OBJETIVOS GENERALES DE LA ASIGNATURA. 2.1. 2.2. 2.3. Funcionamiento Construcción. Características de operación. TEMA 3. Diodos láser LD. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6. Funcionamiento Construcción. Características de operación. Propiedades de un haz láser. Modulación óptica Transmisores ópticos. Describir los componentes y técnicas utilizadas en los sistemas de comunicaciones que utilizan las bandas ópticas, prestando especial atención a los principios básicos de generación y detección de señales ópticas. TEMA 4. Detectores de luz. Explicar cómo se propaga la luz a través de un cable de fibra óptica y explicar la operación de los principales diseños de fibras ópticas y comparar su desempeño. UNIDAD III: SISTEMAS DE FIBRA ÓPTICA. Explicar cómo puede utilizarse la multiplexación por división de longitud de onda para incrementar la tasa máxima de transmisión de datos para un sistema de fibra óptica. 5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. 5.6. II. PROGRAMA ASIGNATURA. ANALÍTICO DE LA UNIDAD I: FIBRAS ÓPTICAS. TEMA 1. Fundamentos de la transmisión con fibra óptica. 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 1.8. 1.9. Naturaleza de la luz. Propagación de la luz en la fibra óptica. Apertura numérica. Fibras multimodo y monomodo. Atenuación. Ventanas de operación. Dispersión cromática y en modo polarizado. Diseño de fibras monomodo. Cables de fibra óptica. Empalmes y conectores. UNIDAD II: EMISORES Y DETECTORES DE LUZ. U N I V E R S I D A D D E 3 4.1. 4.2. 4.3. Fotodiodo PIN. Fotodiodo de avalancha APD. Fototransistores. TEMA 5. Sistemas de fibra óptica básicos. Diseño de enlaces ópticos. Estimado de potencia. Consideraciones de desempeño. Repetidores y amplificadores ópticos. Acopladores ópticos. Conmutadores ópticos. TEMA 6. Multiplexación por longitud de onda densa DWDM. 6.1. 6.2. 6.3. 6.4. 6.5. 6.6. Funcionamiento del DWDM. Array de láser. Banda de comunicaciones ópticas. Técnicas de multiplexación y demultiplexación. Topologías y esquemas de protección de DWDM. Multiplexador óptico Add/Drop. TEMA 7. Aplicaciones de los sistemas de fibra óptica. 7.1. 7.2. 7.3. 7.4. A Q Cables submarinos. Red óptica síncrona SONET/SDH. Fibra en redes LAN. Aplicaciones de telefonía local. U I N O B O L I V I A FACULTAD DE INGENIERIA 7.5. 7.6. 7.7. 7.8. Aplicaciones a la televisión por cable. Técnicas experimentales. Reflectometría óptica en el dominio del tiempo. El futuro de DWDM. i. Tipo de asignatura para el trabajo social: No vinculada III. Actividades a realizar directamente en la comunidad. Nombre del proyecto: Las redes de clientes Trabajos a realizar por los estudiantes. 1.- Describir los elementos que constituyen la red de cliente. Localidad, aula o laboratorio- 2.describir las tecnologías desarrolladas para las redes interiores de abonado, en especial las ópticas. 3.- Hacer un análisis técnicoeconómico y las respectivas recomendaciones para la instalación de redes interiores en los hogares bolivianos. Aula. Incidencia social Fecha Semana 6 Aula y domicilios. Facilitar el acceso a nuevas tecnologías. Semana 9 IV. EVALUACIÓN DE LA ASIGNATURA. V. BIBLIOGRAFÍA. PROCESUAL O FORMATIVA. BÁSICA Durante el semestre se realizarán ejercicios sobre casos, exposiciones de temas, work paper, DIF’s y laboratorios, además de las actividades planificadas para las Brigadas UDABOL. Estas evaluaciones tendrán una calificación entre 0 y 50 puntos. PROCESO SUMATIVA. DE APRENDIZAJE Comunicaciones. Editorial Alfaomega. España. 2003. (621.382 F88) KRAUSS–FLEISCHBRAULT –PIAT. Electromagnetismo - con aplicaciones. Editorial Mc Graw Hill. 2000. O Se realizarán dos evaluaciones parciales con contenidos teóricos y prácticos. El examen final será escrito e integral de toda la materia. FRENZEL. Sistemas Electrónicos de (SOLICITADA) COMPLEMENTARIA BLAKE Roy. Sistemas Electrónicos de Comunicaciones. Editorial Thomson. Los exámenes parciales tendrán una calificación que oscila entre 0 y 50. El examen final tendrá un valor entre 0 y 70 puntos. U N I V E R S I D A D D E 4 México 2004. A Q U I N O B O L I V I A FACULTAD DE INGENIERIA I. CONTROL DE EVALUACIONES. Fecha Nota 1° evaluación parcial Fecha Nota Examen final Fecha Nota 2° evaluación parcial U N I V E R S I D A D D E 5 A Q U I N O B O L I V I A FACULTAD DE INGENIERIA APUNTES VII. PLAN CALENDARIO SEMANA ACTIVIDADES OBSERVAC. 1 TEMA 1. Fundamentos de la transmisión con fibra óptica. 2 TEMA 1. Fundamentos de la transmisión con fibra óptica. 3 TEMA 1. Fundamentos de la transmisión con fibra óptica. 4 TEMA 1. Fundamentos de la transmisión con fibra óptica. 5 TEMA 2. Diodos LED. 6 TEMA 2. Diodos LED. 7 TEMA 3. Diodos láser LD. EVAL PARC I 8 TEMA 3. Diodos láser LD. EVAL PARC I 9 TEMA 3. Diodos láser LD. 10 TEMA 4. Detectores de luz. 11 TEMA 4. Detectores de luz. 12 TEMA 5. Sistemas de fibra óptica básicos. 13 TEMA 5. Sistemas de fibra óptica básicos. 14 15 Presentación de notas TEMA 6. Multiplexación por longitud de onda densa DWDM. EVAL PARC II TEMA 6. Multiplexación por longitud de onda densa DWDM. EVAL PARC II 16 TEMA 6. Multiplexación por longitud de onda densa DWDM. 17 TEMA 7. Aplicaciones de los sistemas de fibra óptica. 18 TEMA 7. Aplicaciones de los sistemas de fibra óptica. 19 EVALUACION FINAL 20 SEGUNDA INSTANCIA U N I V E R S I D A D Presentación de notas Presentación de notas D E 6 A Q U I N O B O L I V I A FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD WORK PAPER # 1 UNIDAD O TEMA: FIBRAS ÓPTICAS. TITULO: Propagación de la luz en fibras ópticas. FECHA DE ENTREGA: Semana 3. PERIODO DE EVALUACIÓN: Primera etapa. Fibra multimodo de índice escalonado. Su nombre viene del hecho de que numerosos modos, o rayos de luz, se pueden transportar simultáneamente a través de ella. Se le llama de índice escalonado, debido al hecho de que hay un índice de refracción uniforme a lo largo del núcleo, pero luego hay un salto; el índice de refracción del revestimiento tiene un valor menor. En esta transmisión, son numerosos los modos que sufren la reflexión total; sin embargo, cada uno recorre diferentes distancias y por tanto tiene diferentes tiempos de propagación. Esto hace que los pulsos de luz se dispersen en el tiempo (se ensanchen). A esta propiedad se conoce como dispersión multimodal. Fibra multimodo de índice gradual. Para compensar el inconveniente de la dispersión multimodal, se inventó la fibra de índice gradual, hecha de varias capas concéntricas de material óptico con diferentes índices de refracción. Gracias a esta construcción, el índice de refracción del núcleo disminuye gradualmente desde el centro hacia fuera. Fibra monomodo. Tiene un núcleo de diámetro menor, que permite que un solo modo de luz viaje por el núcleo. Como resultado de ello, la dispersión ¿Cómo trabajan las fibras ópticas? El principal trabajo de las fibras ópticas es guiar la luz con un mínimo de atenuación (pérdida de señal). Las fibras ópticas están compuestas de finos hilos de cristal en capas concéntricas, llamadas núcleo y revestimiento (core y cladding), que pueden transmitir luz a 2/3 de la velocidad de luz en un vacío. De una manera muy general, la transmisión de luz en fibra óptica se explica con el principio de reflexión total interna. Con este fenómeno, el 100% de luz que golpea una superficie es reflejada, según sugiere la Figura 1. En contrapartida, un espejo refleja el 90% de la luz que le golpea. Figura 1. Principio de la reflexión total interna Tipos de fibra óptica Hoy hay dos categorías generales de fibra óptica: la multimodo y la monomodo (Figura 2). U N I V E R S I D A D D E 7 A Q U I N O B O L I V I A FACULTAD DE INGENIERIA multimodal no puede darse y, por tanto, se alcanzan mayores distancias a mayores velocidades. Estos factores contribuyen a una capacidad de ancho de banda mayor que el caso de las fibras multimodo. Se las prefiere para aplicaciones de gran capacidad de transmisión, de larga distancia y de grandes anchos de banda como son las aplicaciones que utilizan la multiplexación DWDM. a) Calcule las constantes dieléctricas para el núcleo y el revestimiento. b) Calcule la velocidad de la luz en el núcleo y el revestimiento. 7. Para el anterior ejercicio: a) ¿Cuál es el ángulo crítico para un rayo que se mueve del núcleo al revestimiento? b) ¿Cuál es la apertura numérica? c) ¿Cuál es el ángulo máximo (a partir del eje de la fibra) al que se acepta la luz? 8. Para un cable con índice de refracción de 1.46 y 1.41 para el núcleo y el revestimiento, respectivamente, calcule el diámetro máximo que podría tener el núcleo para propagación monomodo a una longitud de onda de 1.5 m. 9. Describa los mecanismos mediante los cuales toma lugar la dispersión en las fibras ópticas. ¿Cuáles de los mecanismos se aplican a la fibra monomodo? Figura 2. Fibras multimodo y monomodo. CUESTIONARIO DEL WORK PAPER # 1 10. ¿Cómo limita la dispersión la tasa máxima de transmisión de datos que puede llevar una fibra óptica? Explique por qué la tasa máxima de transmisión que puede utilizarse con una fibra disminuye cuando aumenta la longitud de la fibra. 1. Enumere cuatro posibles ventajas de la fibra óptica con relación a los conductores metálicos y explique cada una. 2. Explique brevemente la diferencia entre fibra monomodo y multimodo. ¿Con cuál obtiene mejor desempeño? ¿Por qué? 3. Enuncie la ley de Snell e ilústrela. 4. ¿Qué es la reflexión total interna? ¿En qué circunstancias ocurre? 5. ¿Qué se entiende por apertura numérica de una fibra óptica? ¿Qué sucede si la luz se mueve de una fibra a otra con una menor apertura numérica? 6. Los índices de refracción del núcleo y del revestimiento de una fibra óptica son de 1.5 y 1.45, respectivamente. U N I V E R S I D A D D E 8 A Q U I N O B O L I V I A FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD WORK PAPER # 2 UNIDAD O TEMA: EMISORES Y DETECTORES DE LUZ. TITULO: Diodos LED y láser y detectores de luz. FECHA DE ENTREGA: Semana 6. PERIODO DE EVALUACIÓN: Primera etapa. 1. Introducción. Los emisores de luz y los detectores de luz son dispositivos activos que se encuentran en extremos opuestos de un sistema de transmisión óptico. Las fuentes de luz, o emisores de luz, son dispositivos en el lado transmisor que convierten señales eléctricas en pulsos de luz. El proceso de esta conversión, o modulación, se puede llevar a cabo mediante modulación externa de una onda continua de luz o usando un dispositivo que puede generar luz modulada directamente. Se usan dos tipos de emisores de luz en transmisión óptica, los LED y los láser. emisión de luz, por eso, la mayor parte de los LED son dispositivos de GaAs. Diodos láser. Los detectores de luz realizan la función opuesta. Son dispositivos opto-electrónicos en el lado receptor que convierten los pulsos de luz en señales eléctricas. Existen principalmente 2 tipos de foto detectores los fotodiodos PIN y los diodos de avalancha APD. La fuente de luz más común en sistemas de fibra óptica es un diodo Láser de inyección ILD. Es también un diodo de unión PN fabricado por lo regular con GaAs. Opera con una corriente de polarización de bajo nivel. Su funcionamiento está basado en el mismo principio que los Láser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation), es decir la emisión estimulada de radiación y la oscilación óptica, que provoca que el rayo de salida sea altamente monocromático, es decir con un espectro de emisión muy estrecho que da lugar a una luz coherente. Coherente significa que todas las ondas de luz están en fase entre si. La coherencia produce un efecto de enfoque en un haz de manera que es angosto y, como resultado, es muy intenso. Diodos LED. Detectores de luz. El diodo LED es un semiconductor de unión PN que emite luz cuando se lo polariza para conducir. Si un electrón libre encuentra un hueco en la estructura del semiconductor, los dos se combinan y en el proceso liberan energía en forma de luz. Los semiconductores como el GaAs son superiores al Si en la U N I V E R S I D A D D E 9 En el lado receptor, es necesario recuperar las señales transmitidas a diferentes en la fibra. Se utilizan fundamentalmente dos tipos de fotodetectores: A Q U I N O B O L I V I A FACULTAD DE INGENIERIA El fotodiodo PIN trabaja bajo los principios similares a los LED, pero al revés, es decir, la luz es absorbida más que emitida, y los fotones se convierten a electrones con una relación 1:1. Los APD son dispositivos similares a los PIN, pero con la diferencia de que tienen una ganancia de potencia debido a un proceso de amplificación. Un fotón actuando en el dispositivo libera varios electrones. Los fotodiodos PIN tienen muchas ventajas, incluidos su costo y fiabilidad, pero los APD tienen mayor sensibilidad y mayor exactitud. Sin embargo, los APD son más caros que los PIN, y pueden tener requerimientos de intensidad mayores y ser más sensibles a la temperatura propiedades del haz láser comparándolo con la luz producida por fuentes más convencionales 7. Una longitud de onda utilizada comúnmente para comunicación óptica es de 1.55 m. a) ¿Qué tipo de luz es ésta? b) Calcule la frecuencia que corresponde a esa longitud de onda, suponiendo propagación de espacio libre. 8. Calcule la energía en un fotón de una onda de luz a una longitud de onda de 400 nm. Exprese el resultado en joules y electrónvolts. 9. Una fibra monomodo tiene una dispersión de 10 ps/(nm-km). Calcule la dispersión en una distancia de 10 km usando: CUESTIONARIO DEL WORK PAPER # 2. 1. ¿Cuáles son las ventajas de usar un diodo a) Un LED con un ancho espectral de 40 láser con la fibra monomodo en lugar de un LED? b) Un láser con un ancho espectral de 5 2. ¿Qué es un fotón?. nm. nm. 10. Un diodo láser con una salida de potencia de 4 mW se conecta a 25 km de fibra con una pérdida de 0.2 dB/km. El receptor en el otro extremo de la fibra tiene una responsividad de 0.2 A/W. ¿Cuánta corriente fluye por el fotodetector? 3. Dibuje una sección transversal de un LED y describa su operación. 4. Dibuje una sección transversal de un diodo láser y describa su operación. 5. ¿Cómo se calcula la longitud de onda de la luz emitida por un diodo láser? 6. El haz que emite un diodo láser debe ser monocromático, direccional y coherente. Explique en qué consisten estas U N I V E R S I D A D D E 10 A Q U I N O B O L I V I A FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD WORK PAPER # 3 UNIDAD O TEMA: SISTEMAS DE FIBRA ÓPTICA. TITULO: Diseño de enlaces ópticos. FECHA DE ENTREGA: Semana 11. PERIODO DE EVALUACIÓN: Segunda etapa. Los desafíos de la transmisión por fibra óptica. El desarrollo de la tecnología de las fibras ópticas está estrechamente relacionado con el uso de bandas específicas sobre el espectro óptico donde la atenuación óptica es baja. La atenuación, o pérdida de potencia a medida que la luz se propaga por la fibra, es causada por los siguientes factores: Factores intrínsecos: dispersión óptica y la absorción óptica. Factores extrínsecos: defectos en el proceso de fabricación, el entorno y los dobleces físicos. Dispersión óptica. La forma más común de dispersión, la dispersión Rayleigh, se produce por pequeñas variaciones en la densidad del cristal a medida que se enfrió. Estas variaciones son la causa para que una parte de la luz choque con el límite núcleo-revestimiento a ángulos menores que el crítico. Esta luz se refracta en el revestimiento y se pierde para el núcleo (Figura 1). La dispersión afecta a las cortas más que a las largas y limita el uso a < 800 nm U N I V E R S I D A D D E 11 Figura 1. Dispersión Rayleigh. Absorción óptica. Por otro lado, la atenuación debido a la absorción se produce por el material mismo del vidrio, que contiene impurezas y defectos atómicos. Estas impurezas absorben la energía óptica, haciendo que la potencia de luz disminuya (Figura 2). Mientras que la dispersión de Rayleigh afecta a cortas, la absorción intrínseca es una cuestión de encima de 1700 nm. La absorción debido al agua introducida en el proceso de fabricación de la fibra está siendo eliminada en algunos nuevos tipos de fibra. . Figura 2. Absorción. Ventanas de operación. A Q U I N O B O L I V I A FACULTAD DE INGENIERIA En la Figura 3 se muestra más o menos cómo varía la pérdida en función de la para fibra de vidrio común. La pérdida, expresada en dB/km, es la atenuación total debido a la dispersión Rayleigh y la absorción intrínseca. 6. Un diodo emite una potencia de 1 mW. Éste se utiliza en un sistema de fibra óptica con un receptor que requiere una potencia de por lo menos 1 W para la tasa de bits erróneos deseado. Determine si el sistema funcionará en una distancia de 10 km. Suponga que será necesario tener un empalme cada 2 km de cable. Las pérdidas en el sistema son como sigue: Pérdidas de acoplamiento y conector, transmisor a cable: 10 dB. Pérdida de cable: 0.5 dB/km. Pérdida de empalme: 0.2 dB por empalme. Pérdida de conector entre el cable y el receptor: 2 dB. Figura 2.12. Ventanas ópticas. Las pérdidas son un factor importante que limitan la distancia entre repetidores, ya que incluso con los diodos láser la potencia de luz que puede acoplarse en la fibra es del orden de mW. 7. Un cable de fibra óptica tiene un producto CUESTIONARIO DEL WORK PAPER # 3. 8. Una fibra tiene una pérdida de 0.5 dB/km y ancho de banda – distancia de 500 MHzkm. ¿Qué ancho de banda puede utilizarse con un cable que tiene 50 km entre repetidores? un producto ancho de banda-distancia de 1 GHz-km. ¿Cuál de estas especificaciones limita la distancia sobre la que puede transmitirse una señal con un ancho de banda de 50 MHz, con una pérdida de 20 dB o menos? 1. ¿Cuáles son las longitudes de onda que más se utilizan para enlaces de fibra óptica de corto y largo alcance? 2. ¿Qué se entiende por cálculo de pérdidas para un sistema de fibra óptica? 3. ¿Qué se puede hacer para mejorar un 9. Un enlace de comunicaciones óptico se construirá con fibra clasificada para 5000 MHz-km. La fuente de luz es un diodo láser que produce 0.25 mW. La fibra tiene pérdidas de 0.4 dB/km y está disponible en tramos de 2 km. Éste puede empalmarse con una pérdida de 0.2 dB por empalme y habrá una pérdida de 5 dB en los conectores de todo el sistema. El receptor utilizado tiene una sensibilidad de -30 dBm. El tiempo de subida de la fuente son 2 ns y el tiempo de subida del receptor son 4 ns. sistema que no tiene potencia suficiente en el receptor? 4. ¿Qué es margen de sistema? ¿Por qué es necesario? 5. Un enlace de comunicaciones tiene una longitud de 50 km. La salida de potencia del transmisor es 3 mW, y las pérdidas son como sigue: Pérdida de conector (total): 5 dB. Pérdida de empalme: 0.3 dB por empalme (los empalmes están separados 2 km) Pérdida de fibra: 1.5 dB/km. a) Elabore un cálculo de pérdida para un enlace de 20 km de largo y calcule el margen del sistema en dB. b) ¿Cuál sería el ancho de banda máximo que podría utilizarse con el sistema en (a)? Calcule el nivel de potencia en el receptor, en dBm. U N I V E R S I D A D D E 12 A Q U I N O B O L I V I A FACULTAD DE INGENIERIA con un tiempo de subida de 50 ns. Calcule el tiempo de subida total y el ancho de banda del sistema. 10. Un cable de fibra óptica tiene un tiempo de subida de 2 ns/km y una longitud de 40 km. El cable se utiliza con un receptor con un tiempo de subida de 20 ns y un transmisor PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD WORK PAPER # 4 UNIDAD O TEMA: SISTEMAS DE FIBRA ÓPTICA. TITULO: Multiplexación DWDM. FECHA DE ENTREGA: Semana 14. PERIODO DE EVALUACIÓN: Segunda etapa. Desarrollo de la tecnología DWDM El espectacular incremento de tráfico, debido principalmente al uso de Internet, ha provocado que el backbone de las redes de telecomunicaciones, compuestas por redes ópticas SONET/SDH, se encuentre actualmente al límite de su capacidad y, frente a la opción de ampliar toda la infraestructura, se plantea la utilización de la tecnología DWDM (multiplexación por longitud de ondadensa), que ofrece una capacidad de transmisión ilimitada. Cualquier aumento de tráfico se puede soportar aumentando el número de longitudes de onda a transmitirse por la fibra sin costo de actualización. Los equipos SONET/SDH actuales no necesitan ser reemplazados; a menudo se puede eliminar equipamiento existente. Por medio de multiplexores, DWDM combina multitud de canales ópticos sobre una misma fibra, de tal modo que pueden ser amplificados y transmitidos simultáneamente (Figura 1). Cada uno de estos canales, a distinta longitud de onda (color), puede transmitir señales de diferentes velocidades y formatos: SDH/SONET, IP, ATM, etc. Es decir, DWDM puede multiplexar varias señales TDM sobre la U N I V E R S I D A D D E 13 misma fibra. Las redes DWDM futuras se espera que transporten 80 canales STM-16 de 2,5 Gbps (un total de 200 Gbps), ó 40 canales STM-64 de 10 Gbps (un total de 400 Gbps), la capacidad equivalente a unos 90.000 volúmenes de enciclopedia por segundo Figura 1.2. SONET/SDH con DWDM. Banda de comunicaciones ópticas. A finales de los años 1990, los sistemas densos (DWDM) llegaron a ser una realidad cuando gran número de servicios y multitud de comenzaron a coexistir en la misma fibra, llegando a enviar 32/40/64/80/96 a 2,5 Gbps y 10 Gbps. Aun así, pronto se verán los sistemas ultra-densos (UDWDM) con transmisión de 128 y 256 transportando cada una de ellas velocidades de 10 Gbps y 40 Gbps. A Q U I N O B O L I V I A FACULTAD DE INGENIERIA Fruto de la consolidación de esta técnica es la normalización, por parte de la ITU, a que ha sido sujeta la banda de comunicaciones ópticas en la tercera ventana para uso comercial (G.692). Se define una cuadrícula de dentro de la ventana que va desde los 1.525 hasta los 1.565 nm, tal como se muestra en la Figura 2. Así, el espaciado entre dos de estas permitidas puede ser de 200 GHz (1,6 nm), 100 GHz (0,8 nm) o incluso menos. La técnica WDM se considera "densa" (DWDM) cuando este espaciado es de 100 GHz o menor encuentre las de los canales ópticos restantes. 7. ¿Cuál es la tasa de datos total posible para una fibra en la que se multiplexan 30 longitudes de onda con tasas de datos de 10 Mbps?. 8. Un sistema de fibra utiliza DWDM para lograr una tasa de datos de 200 Mbps. ¿Cuántas longitudes de onda son necesarias si la tecnología usada permite 5 Mb/s en cada una? 9. Un sistema de fibra utiliza una fibra monomodo con una pérdida de 0.15 dB/km y dispersión de 0.7 ps/km. Las fuentes de diodo láser utilizadas con este sistema tienen una salida de potencia de 4 mW y un tiempo de subida y de bajada de 50 ps. Los receptores tienen tiempos de subida y bajada de 30 ps y requieren un nivel de potencia de - 30 dBm para operar. El sistema opera con una tasa de datos de 2.5 Gb/s con un código NRZ. Considere 10 dB para pérdidas distintas a las del cable. Figura 2. Cuadricula de ´s en sistemas DWDM. CUESTIONARIO DEL WORK PAPER # 4. 1. Dibuje el esquema de multiplexacióndemultiplexación por prisma y explique cómo funciona. a) ¿Cuál es la distancia máxima sobre la que puede operar este sistema sin un repetidor o amplificador? b) Determine si la distancia máxima para un enlace en este sistema se determina por dispersión o por pérdida. c) Suponga que necesita comunicarse en una distancia de 300 km con este sistema. ¿Sugeriría el uso de un amplificador o repetidor óptico? ¿Por qué? 2. Dibuje el esquema de multiplexacióndemultiplexación por interferencia óptica y funciona. difracción e explique cómo 3. Describa la construcción y operación de un amplificador de fibra dopada con erbio EDFA. 4. Un amplificador de fibra tiene alguna ventaja sobre un repetidor regenerativo? Si es así, enúncielas. 10. Suponga que el sistema del ejercicio anterior se convirtiera para usar DWDM con 30 longitudes de onda. ¿Qué tasa de datos serían posibles con el planteamiento descrito, sobre la misma distancia? 5. ¿Cómo puede ponerse en práctica la comunicación full duplex en una sola fibra óptica? 6. Un sistema DWDM utiliza un array de 5 láseres que emiten longitudes de onda separadas 10 GHz. Si la longitud de onda de operación central es 1542,94 nm, U N I V E R S I D A D D E 14 A Q U I N O B O L I V I A FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD WORK PAPER # 5 UNIDAD O TEMA: SISTEMAS DE FIBRA ÓPTICA. TITULO: Aplicaciones en redes de telecomunicaciones. FECHA DE ENTREGA: Semana 16. PERIODO DE EVALUACIÓN: Tercera etapa. Los sistemas de fibra óptica Los sistemas de fibra óptica se están volviendo muy importantes en las comunicaciones modernas. La mayoría de los nuevos cables telefónicos de cualquier gran longitud, ya sea sobre la tierra o bajo el agua, emplean fibras ópticas en vez del cable coaxial utilizado antes. En los sistemas de televisión por cable se utiliza fibra óptica para nuevas líneas troncales de enlace. Muchas redes de datos utilizan fibra óptica y al parecer sólo es cuestión de tiempo antes que ésta se utilice en las conexiones residenciales directas para servicio telefónico o de televisión, o ambos: de hecho, una sola fibra tendría bastante ancho de banda para ambos. Por consiguiente, es importante entender cómo se diseñan y construyen las redes de fibra óptica y cómo se conectan a más sistemas ordinarios. Los componentes de un sistema de comunicaciones característico mediante fibra óptica, se muestran en la Figura 1. La señal de información por transmitirse puede ser voz, video o datos. El primer paso es convertir la información en una forma compatible con el medio de comunicaciones, por lo regular convirtiendo señales analógicas continuas como señales de voz y video (televisión) en Una serie de pulsos digitales. Para éste propósito se usa un convertidor A/D. U N I V E R S I D A D D E 15 Los pulsos digitales sirven después para disparar con rapidez una fuente de luz potente intermitente y encendido. En sistemas simples de bajo costo que transmiten a cortas distancias, la fuente de luz por lo regular es un LED, que emite un haz de luz infrarroja de baja intensidad. Para sistemas de larga distancia se utilizan los diodos láser. Los pulsos del haz de luz se alimentan al cable de fibra óptica, el cual los transmite a grandes distancias. En el extremo receptor, un dispositivo sensible a la luz llamado fotocelda o detector de luz, se usa para detectar los pulsos de luz. Esta fotocelda, o fotodetector, convierte los pulsos de luz en una señal eléctrica. Los pulsos eléctricos se amplifican y reforman a una forma digital. Luego los alimentan a un decodificador, un convertidor DIA, donde se recupera la voz o el video original. En sistemas de transmisión muy largos son necesarias las unidades repetidoras a lo largo del camino. Como la luz disminuye de manera considerable cuando viaja por tramos de cable muy largos, en algún punto quizá sea rnuy débil para recibirse en forma confiable, Para resolver este problema, se requiere amplificadores ópticos o estaciones relevadoras especiales para captar el haz de luz, convertirlo a pulsos eléctricos que son A Q U I N O B O L I V I A FACULTAD DE INGENIERIA amplificados y retransmitidos en otro haz de luz. 4. ¿Porqué el sistema SDH se adapta mejor a la fibra óptica que el sistema de portadoras E. 5. Examine las ventajas y desventajas del uso de fibra óptica en las redes LAN. 6. ¿Qué topología de red utiliza el estandar FDDI? ¿Por qué? 7. ¿Qué topologías físicas y lógicas se utilizan con Ethernet sobre fibra óptica? 8. ¿Cuál es la limitación de distancia máxima Figura 1. Sistema de fibra óptica básico. para gigabit Ethernet en fibra con cable monomodo?. CUESTIONARIO DEL WORK PAPER # 5. 1. Describa cómo se modula una fuente de luz. 9. ¿Porqué los sistemas de televisión por cable aún utilizan señales analógicas con sus líneas de enlace troncal de fibra óptica? 2. Describa cómo pueden modularse las señales analógicas y digitales en un transmisor de luz. 10. Trace un diagrama de bloques de un sistema de televisión por cable, indicando las áreas que son probables candidatos para conversión a fibra óptica. 3. Compare el cobre y la fibra óptica como medio para cables de comunicaciones submarinas. U N I V E R S I D A D D E 16 A Q U I N O B O L I V I A FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD DIF`S # 1 UNIDAD O TEMA: SISTEMAS DE FIUBRA ÓPTICA. TITULO: Dispositivos de microondas. FECHA DE ENTREGA: Semana 9. PERIODO DE EVALUACIÓN: Segunda etapa. El sistema gigabits Ethernet se diseñó en un principio para ponerse en práctica con fibras ópticas, aunque también puede utilizarse con alambre de par trenzado de diseño especial. Para distancias cortas de hasta unos 500 m, la fibra multimodo se utiliza con diodos láser de bajo costo que operan a 850 nm. La distancia entre nodos puede incrementarse a unos 5 km usando diodos láser que operan a 1300 nm y fibra monomodo. Consultando la bibliografía de la materia y la literatura especializada en Internet, describa para los sistemas gigabit Ethernet: 1.- Las topologías lógicas y físicas. 2.- Los estándares existentes. 3.- Las aplicaciones más usuales. CONCLUSIONES (deberán sintetizar la opinión del grupo): COMENTARIOS (deberán sintetizar la opinión del grupo): GRUPO (máximo cinco integrantes): AP. PATERNO AP. MATERNO U N I V E R S I D A D NOMBRES D E 17 A Q U I N O FIRMA B O L I V I A FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD DIF`S # 2 UNIDAD O TEMA: SISTEMAS DE FIBRA ÓPTICA. TITULO: Recepción heterodina. FECHA DE ENTREGA: Semana 12. PERIODO DE EVALUACIÓN: Segunda etapa. En vista de la analogía con los receptores de cristal, uno podría preguntarse si podría construirse un equivalente óptico para el receptor superheterodino. La respuesta es sí, y éste ya se construyó. Se utiliza un diodo láser como oscliador local, un fotodiodo como mezclador y la frecuencia intermedia es una señal de microondas. Esta clase de dispositivo aún es en gran parte experimental, pero deja ver en qué dirección se está moviendo la tecnología. Si en el siglo XX imperó la radio y sus variantes, al parecer el sigloXXI podría ser el siglo de la comunicación por ondas de luz. Consultando la bibliografía de la materia y la literatura especializada en Internet, desarrolle los siguientes puntos: 1.- Describa el equivalente de fibra óptica de un receptor superheterodino. 2.- Trace un diagrama de bloques que muestre cómo puede implantarse un sistema heterodino óptico. CONCLUSIONES (deberán sintetizar la opinión del grupo COMENTARIOS (deberán sintetizar la opinión del grupo): GRUPO (máximo cinco integrantes): AP. PATERNO AP. MATERNO U N I V E R S I D A D NOMBRES D E 18 A Q U I N O FIRMA B O L I V I A FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD DIF`S # 3 UNIDAD O TEMA: Aplicaciones de los sistemas de fibra óptica. TITULO: Reflectometría óptica en el dominio del tiempo. FECHA DE ENTREGA: Semana 16. PERIODO DE EVALUACIÓN: Tercera etapa. fibra siempre hay señal reflejada. Mientras se propaga por la fibra, la señal reflejada poco a La reflectometría en el dominio del tiempo es poco se debilita debido a la atenuación: la una técnica útil para hallar fallas en los cables intensidad de la señal se reduce cuando de cobre. Por el cable se envía un pulso o aumenta la distancia en ambos tramos, de ida escalón de voltaje y se analiza la reflexión, si la y retorno. Consultando la literatura hay. Un cable adaptado de manera perfecta no especializada en Internet, profundice sus tiene reflexión. Si existe reflexión, puede conocimientos sobre el tema y describa el obtenerse información acerca del tipo y funcionamiento y las principales aplicaciones posición de la terminación. La reflectometría de la técnica, principalmente las aplicaciones óptica en el dominio del tiempo es similar a su usuales en las empresas de equivalente eléctrico, pero hay diferencias telecomunicaciones que tienen extensas redes importantes. Debido a la retrodifusión en la de fibra óptica. CONCLUSIONES (deberán sintetizar la opinión del grupo): COMENTARIOS (deberán sintetizar la opinión del grupo): GRUPO (máximo cinco integrantes): AP. PATERNO AP. MATERNO U N I V E R S I D A D NOMBRES D E 19 A Q U I N O FIRMA B O L I V I A