Title: Administracin de la Dispersin
1Administración de la Dispersión
- Integrantes
- Jorge Burgos
- Loreto Marín
Comunicaciones por Fibra Óptica 2004
2Índice
- Introducción
- Esquemas de Precompensación
- Técnica de Prechirp
- Nuevas técnicas
- Técnicas no lineales
- Postcompensación
- Receptor Heterodino
- Recepción Directa
- Fibras Compensadoras de Dispersión
- Filtros Ópticos
3Índice
- 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
4Introducción
- 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
5Introducción
- 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
2
6Introducción
- Recordando la ecuación de propagación del pulso
- Cuya solución es
- Se debe poner especial atención en el factor que
induce la dispersión
7Esquemas 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
8Esquemas 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
9Esquemas 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
10Esquemas 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
11Esquemas de Precompensación Técnica de Prechirp
Figura1 Esquema propuesto para compensación de
la dispersión
12Esquemas 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
13Esquemas 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
14Esquemas 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
15Esquemas de Precompensación Técnicas No
Lineales de Prechirp
Figura 2 Señal con y sin Amplificador Óptico
Semiconductor
16Esquemas 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.
17Técnicas 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
18Técnicas 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.
19Técnicas de PostcompensaciónRecepción Directa
- Ecualización Electrónica
- Más práctica
- Bajo Bit Rate
- Abarca sólo algunas LD
- Pérdida de información de fase (fotodetector
responde a intensidad óptica)
20Técnicas 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.
21Fibras 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
22Fibras Compensadoras de Dispersión (DCF)
- Escogemos DCF de modo que
- L2 tan pequeño como sea posible (D2 grande y
negativo)
23Fibras 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)
24Fibras 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.
25Filtros 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
26Filtros 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
27Fiber 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 -
28Fiber 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
29Fiber 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
30Fiber Bragg GratingsCon Chirping
- La principal limitación es que opera como filtro
de reflexión. - Agrega pérdidas cercanas a los 6-dB
31Sistemas 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
32Sistemas 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
33Sistemas Ópticos de Largo Alcance Mapas de
Dispersión Periódicos
Figura 4 Esquema utilizado para pruebas en
laboratorios
34Sistemas 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.
35Sistemas 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.
36Sistemas 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.
37Sistemas 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
38Sistemas 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
39Sistemas 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
40Sistemas de Alta CapacidadDispersión de alto
orden
- Condiciones para un sistema de dos tipos de
fibras
41Sistemas 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 -
42Resumen
- 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
-
43Resumen
- 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
44Preguntas?