Administracin de la Dispersin

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Administración de la Dispersión

• Integrantes
• Jorge Burgos
• Loreto Marín

Comunicaciones por Fibra Óptica 2004
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Índice

• Introducción
• Esquemas de Precompensación
• Técnica de Prechirp
• Nuevas técnicas
• Técnicas no lineales
• Postcompensación
• Receptor Heterodino
• Recepción Directa
• Fibras Compensadoras de Dispersión
• Filtros Ópticos

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Índice

• Fiber Bragg Grating
• Periodo Uniforme
• Con Chirping
• Sistemas Ópticos de Largo Alcance
• Mapas de Dispersión
• Sistemas de Alta Capacidad
• Compensación en Banda Ancha
• Compensación de Dispersión Variable
• Dispersión de Alto Orden

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Introducción

• Porqué Utilizar Administración de la Dispersión?
• Dispersión degrada la señal transmitida
  ensanchando los pulsos que se propagan por la
  fibra.
• Existe una gran cantidad de fibra estándar
  monomodo instalada alrededor del mundo para ser
  operada en los 1.31 mm
• Actualmente los sistemas operan alrededor de los
  1,55 mm
• Alta dispersión GVD
• Gran limitación en las distancias de transmisión
  y en el Bit Rate

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Introducción

• Ejemplo
• El límite de la distancia de transmisión está
  dado por
• Para un valor típico de b2 -20 ps /km operando
  en 1.55 mm y B 2.5 Gbps se tiene una distancia
  de
• L lt 500 km
• Si se incrementa la tasa de transmisión a 10
  Gbps, la distancia sería
• L lt 30 km

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Introducción

• Recordando la ecuación de propagación del pulso
• Cuya solución es
• Se debe poner especial atención en el factor que
  induce la dispersión

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Esquemas de Precompensación

• La idea es modificar las características del
  pulso de entrada cambiando la amplitud espectral
  del pulso por
• Así se elimina o se reduce drásticamente la GVD
  inducida
• Esto no es fácil de implementar por lo que se
  utilizan distintas técnicas para compensar la
  dispersión

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Esquemas de Precompensación Técnica de Prechirp

• Se basa en la propagación de pulsos con de la
  forma
• Donde C corresponde al parámetro de Chirp
• Teniendo en cuenta que el factor
  implica que el pulso inicialmente se comprime, se
  debe escoger un C adecuado para que el pulso se
  propague largas distancias antes que se ensanche
  fuera del bit slot

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Esquemas de Precompensación Técnica de Prechirp

• Se considera que un ensanchamiento de es
  aceptable por lo que la relación T1/T2 queda
• Por lo que la distancia de transmisión se
  encuentra dada por
• Donde

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Esquemas de Precompensación Técnica de Prechirp

• Para grandes valores de C, L lt LD, por lo que la
  máxima distancia ocurre para un
• Muchas técnicas han sido utilizadas para lograr
  , por ejemplo utilizar modulación
  externa, lo que hace que el parámetro C sea
  positivo y se cumpla la condición
• Este esquema se basa en una modulación FM y luego
  la salida se pasa por un modulador externa de AM.
  
• A continuación se muestra este esquema

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Esquemas de Precompensación Técnica de Prechirp
Figura1 Esquema propuesto para compensación de
la dispersión
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Esquemas de Precompensación Nuevas Técnicas de
Codificación

• La idea es utilizar el formato FSK para la señal
  transmitida.
• Esta señal se genera conmutando el largo de onda
  del láser por una medida constante de Dl entre
  los bits 1 y 0.
• El retardo temporal entre un 1 y un 0 se
  encuentra dado por Dl y está dado por
• Dl se escoge para que se cumpla

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Esquemas de Precompensación Nuevas Técnicas de
Codificación

• Logros
• 1994 Transmisión a 10 Gbps sobre 253 km
• 1998 Transmisión a 40 Gbps sobre 40 km
• Otras técnicas
• Codificación duobinaria reduce el ancho de banda
  en un 50, lo que implica que la distancia de
  transmisión aumenta, debido a que la dispersión
  depende del ancho de banda de la señal
• Combinación entre codificación duobinaria y
  esquemas de prechirp

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Esquemas de Precompensación Técnicas No
Lineales de Prechirp

• La idea es amplificar la señal de salida con un
  amplificador SOA operando en un régimen de
  saturación de la ganancia.
• En este caso el amplificador no sólo amplifica
  sino que también introduce un chirp positivo.
• Como ejemplo se presenta el caso de una
  transmisión a 16 Gbps y con D15 ps/km-nm
• en un sistema sin SOA la distancia sería 14 km
• En un sistema con SOA la distancia es cinco veces
  más grande
• En la siguiente lámina se compara la señal
  obtenida en un esquema con y sin amplificador SOA

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Esquemas de Precompensación Técnicas No
Lineales de Prechirp
Figura 2 Señal con y sin Amplificador Óptico
Semiconductor
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Esquemas de Precompensación Técnicas No
Lineales de Prechirp

• Otra forma es utilizar un medio no lineal para
  inducir un chirp al pulso.
• La idea es pasar la salida a través de una fibra
  de un largo adecuado y a través del efecto SPM
  producir el chirp.

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Técnicas de PostcompensaciónReceptor Heterodino

• Convierte señal óptica en señal de microondas,
  conservando información de fase y amplitud.
• Amplitud de la envolvente del pulso
• Filtro Pasabanda Microonda
• Esta técnica es útil con fuentes ópticas
  coherentes

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Técnicas de PostcompensaciónReceptor Heterodino

• Ejemplo
• Una línea de microtira puede compensar GVD en
  fibra de 31.5 cm a una tasa de 8 Gbps sobre 188
  Km. de fibra estándar.

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Técnicas de PostcompensaciónRecepción Directa

• Ecualización Electrónica
• Más práctica
• Bajo Bit Rate
• Abarca sólo algunas LD
• Pérdida de información de fase (fotodetector
  responde a intensidad óptica)

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Técnicas de PostcompensaciónEcualización
Optoelectrónica

• Basada en filtros transversales
• Se distribuye potencia en ramas, generando
  fotocorriente (la suma es usada por el circuito
  de decisión)
• Triplica la distancia de transmisión operando a 5
  Gb/s.

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Fibras Compensadoras de Dispersión (DCF)

• Sistemas de largo alcance requieren compensar GVD
  a lo largo de la transmisión
• Operan a baja potencia (efectos no lineales
  despreciables)
• Un pulso óptico se propaga a lo largo de dos
  segmentos de fibra

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Fibras Compensadoras de Dispersión (DCF)

• Escogemos DCF de modo que
• L2 tan pequeño como sea posible (D2 grande y
  negativo)

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Fibras Compensadoras de Dispersión (DCF)

• Problema
• Altas pérdidas a0.4-0.6 dB/Km
• Solución
• Combinación con amplificadores ópticos
• (ejemplo 6-8 Km de DCF con amplificadores
  ópticos espaciados a 60-80 Km)
• Restricciones
• Aumenta Gan. Amplificador ?Aumenta ASE
• DCF tiene área efectiva pequeña (ENL)

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Fibras Compensadoras de Dispersión (DCF)

• Alternativa
• Utilizando una fibra de dos modos con el
  modo superior cercano al corte (V2.5) diseñada
  con D grande y negativo.
• Ejemplo
• D-770 ps/(Km-nm) ? 1 Km de DCF compensa GVD de
  una fibra de 40 Km.

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Filtros Ópticos

• La DCF requiere gran longitud para compensar la
  GVD
• (aprox. 10 del trayecto). Esto aumenta las
  pérdidas del
• enlace.
• El filtro óptico permite contrarrestar el efecto
  de la GVD

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Filtros Ópticos

• Adicionalmente, si el ancho de banda del filtro
  óptico es mucho más pequeño que el del
  amplificador, reduce el ruido del éste.
• Interferómetro de Fabry-Perot
• H0 incluye todas las pérdidas
• r2 reflectividad del espejo
• T tiempo de viaje (ida y regreso) en la cavidad

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Fiber Bragg Gratings

• Actúa como un filtro óptico con una banda de
  rechazo
• centrada en
• Periodo Uniforme
• El índice de refracción a lo largo de la
  malla varía periódicamente

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Fiber Bragg GratingsPeriodo Uniforme

• Ejemplo
• Una malla de 11 cm puede compensar la GVD
  adquirida en 100 Km de fibra estándar a 10 Gb/s

Figura 3 Reflectividad en Fiber Bragg Gratings
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Fiber Bragg GratingsCon Chirping

• Se logra un ancho de banda mayor.
• lB varía a lo largo de la malla. De esta manera
  diferentes componentes del pulso incidente son
  reflejadas en distintos puntos.
• Logrando una dispersión de
  para un ancho de banda de la malla de
  0.2 nm, con 10 cm se puede compensar la GVD
  adquirida en 300 Km

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Fiber Bragg GratingsCon Chirping

• La principal limitación es que opera como filtro
  de reflexión.
• Agrega pérdidas cercanas a los 6-dB

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Sistemas Ópticos de Largo Alcance

• Los sistemas de largo alcance son de distancias
  de muchos miles de kilómetros.
• Si la señal es regenerada electrónicamente cada
  100 200 km, las técnicas vistas en esta sección
  no tendrán problema debido a los efectos no
  lineales
• Si la señal se mantiene en forma óptica en todo
  el enlace, utilizando amplificadores, los efectos
  no lineales como SPM, XPM y FWM limitarán el
  sistema considerablemente

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Sistemas Ópticos de Largo Alcance Mapas de
Dispersión Periódicos

• La interacción no lineal entre los pulsos ópticos
  del mismo canal (efecto intracanal), y entre los
  pulsos de los canales adyacentes (efecto
  itercanal), degradan la calidad de la señal y la
  compensación de GDV en el receptor falla.
• La solución es administración periódica de la
  dispersión.
• La idea es mezclar fibra con GVD positiva y
  negativa en forma periódica, con el fin que la
  dispersión acumulada en un periodo sea cero.
• La siguiente figura muestra el esquema utilizado
  para las pruebas en laboratorio

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Sistemas Ópticos de Largo Alcance Mapas de
Dispersión Periódicos
Figura 4 Esquema utilizado para pruebas en
laboratorios
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Sistemas de Alta Capacidad

• Un sistema de alta capacidad implica un sistema
  con un gran número de canales ? WDM
• La idea es obtener capacidades mayores a 1
  Tbps.

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Sistemas de Alta CapacidadCompensación en Banda
Ancha

• Como el parámetro de dispersión D depende del
  largo de onda de la señal, la dispersión
  acumulada será diferente en cada canal.
• Se puede utilizar fibra grating simple o múltiple
  cuyas bandas de stop regulan cada canal.
• Para Anchos de Banda mayores a 40 Gbps se
  utilizan cascadas en serie de fibra grating
• También pueden ser utilizados filtros ópticos con
  transmisión periódica de peaks, gracias a la
  naturaleza periódica del espectro WDM.

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Sistemas de Alta CapacidadCompensación en Banda
Ancha

• Para sistemas de un gran número de canales se
  utiliza DCF de pendiente negativa
• 1995 8 canales separados en 1.6 nm, operando a
  20 Gbps cada uno, alcanza distancias de 232 km.
• 2001 101 canales operando a 10 Gbps, alcanza
  distancias de 9000 km.

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Sistemas de Alta CapacidadCompensación de
Dispersión Variable

• Por qué utilizar compensación de dispersión
  variable?
• La dispersión de cada canal no siempre es
  conocida debido a las variaciones incontrolables
  de GDV en los segmentos de fibra que conforman el
  path
• El largo del path puede cambiar en lar redes
  reconfigurables
• Cambios en el bit rate provoca que hasta pequeñas
  variaciones en la temperatura produzcan
  importantes variaciones en la GDV

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Sistemas de Alta CapacidadCompensación de
Dispersión Variable

• Muchos esquemas se han desarrollado en Fibra
  Bragg Gratins, compensando la dispersión a través
  del cambio del período de grating esto se
  logra con
• Chirp no lineal
• Chirp lineal controlable por el gradiente de la
  temperatura

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Sistemas de Alta CapacidadDispersión de alto
orden

• Cuando BRgt40 Gb/s en un canal, los efectos
  dispersivos de tercer orden comienzan a ser
  significativos sobre la señal óptica.
• Si sólo limitamos dispersión de segundo orden
• Para un b típico de 0.08 ps3/Km, a 200 Gb/s, L
  se limita a 50 Km y sólo alcanza 3.4 Km a 500
  Gb/s
• Claramente es necesario incluir técnicas de
  compensación de dispersión de tercer orden

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Sistemas de Alta CapacidadDispersión de alto
orden

• Condiciones para un sistema de dos tipos de
  fibras

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Sistemas de Alta CapacidadDispersión de alto
orden

• Ejemplo
• Con compensación
• Se transmite a 400 Gb/s pulsos de 0.98 ps en
  un slot de 2.5 ps
• Sin compensación
• A igual tasa el pulso se ensancha a 2.3 ps con
  una cola que se extiende hasta los 5-6 ps

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Resumen

• Durante la presentación se trataron las técnicas
  desarrolladas para la compensación de la
  dispersión y algunos sistemas donde es necesario
  aplicar la administración.
• Ecualización electrónica Más práctica
• Bajo Bit Rate
• Distancias cortas
• Ecualización Optoelectrónica Mayor alcance
• Bajo Bit Rate
• DCF Baja potencia (Aeff pequeña)
• Altas pérdidas
• Gran long. Para compensar GVD

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Resumen

• Filtro ópticos Dimensiones pequeñas Pérdid
  as 6dB
• Codificación duobinaria reduce ancho de banda en
  50
• Codificación FSK mayor alcance
• Sistema con SOA alcance 5 veces más grande
• Compensación en banda ancha mayor alcance
• Mayor Bit Rate
• Finalmente la idea de estas técnicas es aumentar
  el producto BL, es decir, se aumenta la tasa de
  transmisión y el alcance del sistema

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Preguntas?