C i i Ó tiComunicaciones ÓpticasTEMA 1: Sistemas de Comunicaciones Ópticas, Conceptos Básicos
(Las figuras y tablas extraídas de los textos recomendados del curso, sonpropiedad intelectual de sus respectivas editoriales, y aquí se reproducencon el único objetivo de ayudar al alumno)
Paloma Rodríguez Horche
Dpto de Tecnología Fotónica y Bioingeniería
con el único objetivo de ayudar al alumno)
Dpto. de Tecnología Fotónica y BioingenieríaE.T.S.I. Telecomunicación
Universidad Politécnica de Madrid
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-1
Universidad Politécnica de Madrid
Tema 1Sistemas de Comunicaciones Ópticas Conceptos BásicosSistemas de Comunicaciones Ópticas, Conceptos Básicos
1 Si t d C i i Ó ti1. Sistemas de Comunicaciones Ópticas– Fundamentos– Formatos de Modulación– Elementos de un sistema– Balances de potencia y tiempo
2. Técnicas de Multiplexación– Sistemas TDM– Sistemas WDM– Multiplexación por polarización
3. Evolución de los sistemas
4 R d ó i4. Redes ópticas– Tipos de redes y su evolución
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-2
1. SISTEMAS DE COMUNICACIONES ÓPTICASÓPTICAS
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-3
datos eléctricos datos eléctricos
1. Sistemas de Comunicaciones Ópticas
divisores
(splitters)
empalmesdatos eléctricos datos eléctricos
OO G
amplificadores
Transmisorconectores
Receptor
EEO Gt
reflexiones
Transmisor Óptico: Convierte datos eléctricos en datos ópticos adaptados a la transmisión La modulación habitual es digital en amplitud (intensidad) con tasa binaria B
conectores reflexiones
La modulación habitual es digital en amplitud (intensidad), con tasa binaria B (bits/s)
Convierte corriente eléctrica en potencia óptica
Canal: Fibra ópticap Respuesta dependiente de la longitud de onda Las discontinuidades atenúan y reflejan Puede incorporar divisores pasivos, filtros...
Receptor convierte potencia en corriente limitado por relación Señal a Ruido SNR Regenera la señal digital con posibles errores (BER: bit error rate)
Amplificador Amplifica la señal en el dominio óptico
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-4
Introduce ruido adicional
Diferencial en enlaces ópticos: Banda óptica
La diferencia con respecto a otras tecnologías está en la banda de frecuenciasLa diferencia con respecto a otras tecnologías está en la banda de frecuencias que se emplea para realizar la transmisión de señales:
• La banda propia de las comunicaciones ópticas en general se extiendeLa banda propia de las comunicaciones ópticas, en general, se extiende desde el infrarrojo hasta el ultravioleta.
• La banda empleada para la transmisión por fibra óptica comprende unaLa banda empleada para la transmisión por fibra óptica comprende una región de frecuencias situadas en el infrarrojo cercano
800 nm = 0,8 m 1,675 m=1675 nm
375Thz = 3,75 1014 Hz 1,791 1014 Hz=179,1 Thz
(1 nm = 10-9 m)
(1 m = 10-6 m)
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-5
(1 m = 10 6 m)
Diferencial en enlaces ópticos: Banda óptica
caracteriza la señal depende del medio: 0/n
z) (m)
p 0
0(m)
X ray
-radiationcosmic radiation10-12
10-10
1020
1018
Visible Light:380 - 760 nm (nm)0(nm)
U.V.
X-ray
10-8
10 1018
1016
greenblueviolet 400
500
I R
10-61014
orangeyellowgreen 500
600I.R.
10-41012
Milimetric
red700
TV Radio1
10-21010
108
MilimetricMicrowave Optical
Communication
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-6
TV - Radio1 108
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-7
Relaciones Fundamentales
S l ió d l ió l
22
2E ó H
t
0 exp j( t kz ) Solución de la ecuación escalar
de ondas electromagnéticas
Velocidad de fase de la luz en un medio dieléctrico homógeneo sin pérdidas
1 Velocidad de la luz en el vacío
0
22
nt z
1 c
n phv
Velocidad de la luz en el vacío
Í
c = 0 ≈ 3·108 m/s
0
k
→ Frecuencia angular
Índice de refracción
Frecuencia angulark → vector de onda→ frecuencia óptica l d d d
1
1
ph
ph m
n c
cn c
v v
v→ longitud de onda 1 ph mn cn n
v
2
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-8
0 00
2mVacio k Medio de índice n k nk y
n
Relación entre Espectros y Longitudes de Onda
2c 2
2d c
d
d c 1
2d
1
2
1300 nm
1 nm 175 GHz
1 nm 125 GHz
1 2
1550 nm
1550 nm
100 GHz 0.8 nm
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-9
Anchuras eficaces rms (root mean square)
• Las señales, tanto temporales como espectrales, pueden tener formas arbitrarias f(t), f(), f(), f()
Se modelan a través de sus anchuras eficaces rms ()
Señales temporales ( ) (Anchura temporal rms) tf t
pueden tener formas arbitrarias f(t), f(), f(), f() anchuras eficaces rms ()
2 2
2
2
( )
( )t
t f t dt
f t dt
Señales espectrales ( ), ( ), ( ) , , (Anchuras espectrales rms)f f f
2 2
2
2
( )f d
2
2 2
2
( )
( )
f d
f d
2 22
( )c
2 ( )f d
2
2 2
2 2 2
( )
( )( )
f d c
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-10
2 2 222
( )( )
c
f d
Anchura a media altura FWHM (Full width at half maximun)FWHM (Full width at half maximun)
La relación entre y FWHM depende de la forma del pulsoLa relación entre y FWHM depende de la forma del pulso
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-11
I(t) t= 10 ps
Pulso Gaussiano de Intensidad I(t)2
2( ) exp
2
Anchura temporal rmst
tI t
0.8
1
1.2t 10 psFWHM = 23,5 psTr = 16,9 ps
1
2
Anchura temporal rms
FWHM 2 2·ln 2 2 35
t
0.4
0.6
0.8
FWHM 2 2 ln 2 2,35
(10% 90%) 1,69 t t
r tT
0
0.2
-60 -40 -20 0 20 40 60
Ti ( )
2 2
Su transformada de Fourier
( ) exp ( ) expI I
Tiempo (ps)
1 2
I() = 7,96 GHzFWHM 18 7 GH2 2
( ) exp ( ) exp2 2
1 1 ; Anchura espectral r
2 4
I I
ms 0.8
1
1.2 FWHM = 18,7 GHzFWHM = 0,15 nm
(@1550 nm)
2 4t t
FWHM 2,35 0 2
0.4
0.6
2 2
,
1
4 tc c
0
0.2
-60 -40 -20 0 20 40 60
Frecuencia (GHz)
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-12
0,637( ) @1550
( )t
nm nmps
Frecuencia (GHz)
Cuanto básico
1/
( )fotónJs s
E h J346 63·10h Js
Cte de Plank
-eV Energia cinética de un e acelerado
electrónVq
E qV
6,6310h Js
19
eV Energia cinética de un e acelerado
por una diferencia de potencial de V voltios 1 ( ) 1,6 ·10 ( )eV q J J
hc
1, 24
( ) ( )fotón
h qE eV eV
q m
/Watios Fotones seg
P N h Julios
Ej:
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-13 1,24 1,240,8 eV 1,55 1550
0,8m m nm
m
Potencias, energías y fotones en pulsos
Ppeak
T
• Pulso de potencia de pico P ; duración y periodo T• Pulso de potencia de pico Ppeak; duración y periodo T• Potencia media <P> = Ppeak /T• Energía de un pulso: Epulse = Ppeak∙ Energía de un pulso: Epulse Ppeak • Energía en un periodo Eperiod= <P> T = Ppeak∙ = Epulse• Número de fotones de un pulso: Npulse = Epulso / h = Ppeak∙ / hp p p
• Número de fotones de un periodo: Nperiod = Npulse
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-14
Naturaleza corpuscular de la conversión Optoelectrónica (I)
Interacción Radiación-Materia
AbsorciónE2, N2
AbsorciónE1, N1
Emisión Espontánea
Emisión EstimuladaSe genera un fotón igual al incidente Luz coherente
• Misma frecuenciaMi F
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-15
• Misma Fase• Misma Dirección
TX RXNaturaleza corpuscular de la conversión Optoelectrónica (II)
E
Oe- h
E
Oe-h
TX RX
• La generación y detección optoelectrónica en dispositivos
EFotoemisor optoelectrónico
EFotodetector optoelectrónico
La generación y detección optoelectrónica en dispositivos semiconductores se basa en la generación de un fotón a partir de un electrón y en la generación de un electrón a partir de un fotón, respectivamente El principio físico se detalla más adelante al estudiarrespectivamente. El principio físico se detalla más adelante al estudiar emisores y receptores.
• Ello implica que la potencia óptica generada en el transmisor (fotones por segundo) es aproxidamente proporcional a la corriente (electrones por segundo), y a la raíz de la potencia eléctrica aplicada
– P I (P )1/2– Popt‐TX ITX(Pele‐TX) /
• Similarmente la corriente eléctrica generada en el receptor es proporcional a la potencia óptica incidente, por lo que la potencia eléctrica es proporcional al cuadrado de la potencia óptica.
– IRX Popt‐RX Pele‐RX (Popt‐RX)2
• Por ejemplo si la potencia óptica en el receptor disminuye un factor 2 (3
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-16
• Por ejemplo, si la potencia óptica en el receptor disminuye un factor 2 (3 dB), la potencia eléctrica generada disminuye un factor 4 (6 dB)
Formatos de Modulación
E(t) = ê A(t) cos (ω(t)t + (t)) Datos digitales
Parámetro modulado de la portadora
Datos analógicos
Datos digitales
A → Amplitud AMAmplitude-Shift
Keying
(ASK)
ω→ Frecuencia FMFrequency-Shift
ω→ Frecuencia FMKeying (FSK)
F PMPhase-Shift → Fase PMPhase Shift
Keying (PSK)
Polarization-ê → Polarización Shift Keying
(PoSK)
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-17
Formatos digitales en Sistemas de comunicaciones ópticasg p
Tradicional: Modulacíon binaria en amplitud (intensidad), On-Off Shiftp ( ), ff fKeying (OOK), con detección directa. Sistemas denominados
Intensity Modulation/ Direct Detection (IM/DD).
A partir de 2005 aumenta el empleo de nuevos formatos, con modulación en fase y a veces también amplitud, y detección coherente. Los formatos más empleados son:
DPSK Diff ti l Ph Shift K i DPSK: Differential Phase Shift Keying
QPSK: Quaternary Phase Shift Keying
QAM Q d t A lit d M d l ti QAM: Quadrature Amplitude Modulation
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Modulación PSK (Phase Shift Keying)
1 → una fase Si la diferencia es de 180º
0 → otra bifase PSK-Binario
1 → cambia la faseDPSK (“Differential PSK”) 0 → mantiene la anterior
QPSK (Quaternary Phase Shift Keying) 00 → 0 01 → π/211 → π10 3 /2
Cada 2 bits → una fase
10 → 3π/2
Differential QPSK (DQPSK)
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ff Q ( Q )
Códigos digitales
-Suministran al receptor información de reloj muestrear en tiempos de máxima S/N
-Introducen información redundante detectar y corregir errores cometidos en la transmisión
Introducen información redundante detectar y corregir errores cometidos en la transmisión
-Optimizar el ancho de banda
optimizar el uso de los canales aumentar S/N
-Tipos: NRZ, RZ, Manchester, De Bloque
p , , , q
No retorno a cero0 0 0 0 001 11 1
No retorno a cero NRZ
Retorno a cero RZ
Señal de reloj
Bifase o Manchester (1B2B)
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( )
TB
B = 1/ TB
NRZ (No Return to Zero)
El l t d l ti d bit
RZ (Return to Zero)
El l t d l ti• El pulso ocupa todo el tiempo de bit
– Tp = TB• La potencia óptica no cae a cero
• El pulso ocupa una parte del tiempo de bit
– Tp = TB ∙ dc , dc = duty cycleLa potencia óptica no cae a cero entre bits 1 sucesivos
• La anchura del pulso depende del ú d í b l i l
p B c c y y
– Caso típico dc = 0,5
• La potencia óptica cae a cero entre bit 1 inúmero de símbolos iguales
consecutivos
• El ancho de banda es la mitad que la
bits 1 sucesivos
• Todos los pulsos de datos tienen la misma anchuraq
tasa binaria
– máxima frecuencia cuando la secuencia es 101010 cuyo
• El ancho de banda es, como mínimo, la tasa binaria
á i f i d lsecuencia es 101010, cuyo periodo son 2 bits
• No mantiene la potencia media de la
– máxima frecuencia cuando la secuencia es 111111, cuyo periodo es 1 bit
señal
• Dificulta la recuperación de reloj
• Más sensible que el formato RZ a
• No mantiene la potencia media de la señal
• Si hay muchos ceros seguidos se
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• Más sensible que el formato RZ a efectos no lineales y dispersión
• Si hay muchos ceros seguidos se puede perder el reloj
Espectros eléctricos de señal de datos NRZ y RZ
aa
pote
ncia
e po
tenc
i
50%
ectr
al d
e
pect
ral d
e 50%
dad
Esp
e
idad
Esp
Den
sid
Den
s
F iF i FrecuenciaFrecuencia
T = TB (tiempo de bit) = 1/B B
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Prevención de pérdida de reloj y fluctuaciones de amplitud independientemente del mensaje
Necesidad de potencia media constante, equilibrando el número de "0" y "1".
amplitud, independientemente del mensaje
• Códigos de bloque mBnB, con n>m (p.ej. 4B5B, usado en FDDI o 8B10B en FiberChannel))
• Transforman un bloque de m bits e otro de n bits a transmitir• Al menos dos transiciones por bloque (pueden detectar o corregir errores)
P l i l id d bi i B i bi h• Para la misma velocidad binaria B, requieren mayor bit ratemayor ancho de banda (Btransmisión ≠ Bseñal)
• Aleatorizadores (scramblers)
• Puesto que no modifican los requisitos de ancho de banda es el método mas• Puesto que no modifican los requisitos de ancho de banda, es el método mas usado
• A veces en combinación con códigos de bloque• Los más utilizados son los aditivos o síncronos que suman a la secuencia de• Los más utilizados son los aditivos o síncronos, que suman a la secuencia de
datos una señal seudoaleatoria procedente de un registro de desplazamiento que se reinicia al comienzo de la trama.
• En condiciones extremas pueden perder reloj
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En condiciones extremas pueden perder reloj
Transmisor Óptico
• Basados en diodos semiconductor (tema 4)Saturación debida a calentamiento
• Tipos: LED (diodo emisor de luz) y LD (diodo láser)
• Características principales:
i i
Popt (W)
– Curva Potencia‐corriente
– Potencia media en fibra
A h t l (ó ti ) P I
LED
– Anchura espectral (óptica)
– Ancho de banda eléctrico
PLED = LEDILED
ILED
LED– Distancias moderadas; redes locales, o enlaces a bordo
LD
ILED
Popt (mW)(aviones, barcos, vehículos, sensores)
– Eficiencia de acoplo a la fibra limitada
– En desuso en Telecomunicaciones
LD
Emisión a partir de corriente umbral
LD:– Distancias cortas y largas.
– Alta eficiencia de acoplo a fibra
PLD = LD (ILD - Ith )corriente umbral
Ith
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Alta eficiencia de acoplo a fibra
– El más utilizado en TelecomunicacionesIth
ILD
Anchura espectral de la fuente
LD-MLM
FWHM
FWHM: Anchura espectral a mitad de altura:
• LED: 50 ‐ 150 nm
LD-SLM
• LD‐MLM (Multi‐Longitudinal‐Mode): 1‐5 nm
• LD‐SLM (Single‐Longitudinal‐Mode): 0.00001 0 001nm ‐ 0.001 nm
• Las fuentes estrechas se ensanchan en modulaciónmodulación
Modulación On/Off Keying (OOK) en LEDff y g ( ) La corriente es conmutada entre ION y cero
La potencia óptica conmuta entre P y cero La potencia óptica conmuta entre PON y cero
Si la señal es NRZ aleatorizada (scrambled) con igual número de ceros y unos, o se usa un código Manchester, la potencia media emitida esunos, o se usa un código Manchester, la potencia media emitida es
PLED = PON /2
datos
IONLED
Popt
P
ILED
ION
ILED
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Modulación On/Off Keying (OOK) en LD
La conmutación desde corriente cero produce oscilaciones y no permite altas velocidades de transmisión (tema 4)
ff y g ( )
altas velocidades de transmisión (tema 4)
Para evitarlo se polariza el láser por encima del umbral.
ILED El láser emite potencia tanto en el estado ON,
datos NRZ
Imod IpolLD
como en el OFF:mod o
o
on LD p l th
off LD p l th
ON P I I I
OFF P I I
Popt Se denomina Relación de Extinción a la relaciónentre ambas: rex = Pon /Poff
ooff LD p l th
Pon
ex on / off
La potencia media emitida para señales NRZaleatorizadas o manchester es
ILD
Imod
Ith
Poff
Ipol
PLD = (Pon+Poff)/2 = (1+rex) Poff/2
• Para la misma potencia media, el pulso tienemenor excursión pico a pico cuanto menor r
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Imod
Ioff
pol
Ion
menor excursión pico a pico cuanto menor rex
Modulación Directa/Externa (LD)
DATA MODULACIÓN DIRECTA (DML):
sólo amplitud hasta 2.5 - 10 Gbps
SMF
LD
DRIVER SMF
LD
DATA
SMFDC SOURCEEXTERNAL
MODULATOR
LD
MODULATOR
MODU ACIÓN EXTERNA (EM )MODULACIÓN EXTERNA (EML)
amplitud y/o fase 10 40 Gbps
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10- 40 Gbps
Receptor: Características de los Fotodiodos (PD)Receptor óptico → Conversor óptico‐eléctrico
• Convierte la potencia óptica Popt encorriente eléctrica Ip (tema 5)
p p p
p
• Ip (fotocorriente generada) esproporcional a Popt (potencia ópticaincidente) si el fotodiodo estáincidente) si el fotodiodo estácorrectamente polarizado en inversa(Vpol < 0)
• La Responsividad del fotodiododepende de su eficiencia cuántica (relación entre electrones generados y( g yfotones incidentes) y esaproximadamente proporcional a lalongitud de onda hasta una lambdalongitud de onda, hasta una lambdamáxima (gap): Vpol PDRpol
/pI qA W
/pI q /
opt
A WP h c
/optP h
- PIN
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Tipos:- PIN - APD (Avalanche Photodetector)
Receptores de fibra óptica
+VccPre-
Front End Canal lineal Recuperación de datos
AFiltro
+ Datos
amplificador
A
amplificador
Fotodiodo
Cto decisión
A
RL
+Ecualizador
Recuperación de
μA
Control de prelojt
ganancia Automático
El l d dif l f di d ( 5)• El receptor completo consta de diferentes etapas tras el fotodiodo (tema 5) para convertir la señal óptica en datos eléctricos
• Si se emplea un preamplificador integrado con el fotodiodo la salida es directamente una tensión y la Responsividad se mide en V/W
• Un receptor se caracteriza por su Sensibilidad, que es la potencia mínima que debe recibir para asegurar: i) la máxima tasa de error permitida y depende del p g ) p y pcircuito decisión (receptor digital); o ii) la máxima SNR permitida (receptor analógico)
• La respuesta en frecuencia se caracteriza por su ancho de banda f
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-30
a espuesta e ecue c a se ca acte a po su a c o de ba da
Fibra Óptica
nn1 > n2
n1
típica SMF típica MMF
n2
• Tipos: monomodo (single mode fiber SMF) y multimodo (multimodefiberMMF)
C í i li i l fib di d i ió
( ) 1 (0)LP L P
• Características que limitan la fibra como medio de transmisión:
• Atenuación: pérdida de potencia de la señal
10( ) 1 (0)10 [ / )] 10log
(0) ( )
LP L PdB km
P L P L
• Dispersión temporal: ensanchamiento temporal de los pulsos transmitidos
• Interferencia entre pulsos (ISI)
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• Limita la máxima tasa binaria en transmisión digital
Dispersión en sistemas digitales
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Atenuación de la Fibra y concepto de “ventanas”
Normativa de características de fibras monomodo estándar para 2ª y 3ª
Normativa de características de fibras monomodo estándar para 2ª y 3ª
10
2ª ventana 2ª ventana 1ª ventana1ª ventana 3ª ventana3ª ventana
Fibra óptica tradicional
estándar para 2 y 3 ventana
ITU-T G.652 y G.657
estándar para 2 y 3 ventana
ITU-T G.652 y G.657
n (d
B/km
) 1260-1360
0,3 dB/Km @ 1,31 m
1260-1360
0,3 dB/Km @ 1,31 m
800-900nm
2,5 dB/Km @ 0,85 m
800-900nm
2,5 dB/Km @ 0,85 m
1530-1625
0,2 dB/Km @ 1,5 m
1530-1625
0,2 dB/Km @ 1,5 m
208 THzFibra óptica tradicional
(planta instalada)
Fibra óptica actual
(fibra “seca”)
1
Ate
nuac
ión
OH‐
( )
0 1
A
0,1800 1000 1200 1400 1600 1800
(nm)
Ventanas: regiones espectrales en que las primitivas fibras tenían mínimos locales de g p q patenuación.
Primera ventana: 850nm + 50nm
Segunda ventana: 1310 nm + 50nm Segunda ventana: 1310 nm + 50nm
Tercera ventana: 1550 ‐20nm/+75nm
Actualmente se tiende a utilizar un continuo entre 1240nm y 1625nm
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-33
Componentes pasivos y sus parámetros
1
Componentes pasivos Interconexionado óptico (tema 2)
PP
23
PP
1
-Características fundamentales ( )
Transmisión 10log (Pérdidas de insercción)
f
P
2
1
Transmisión 10log (Pérdidas de insercción)
Reflexión 10log ( 40 ) (Pérdidas d
P
Ptípico dB
e retorno)
3
Reflexión 10log ( 40 ) (Pérdidas dtípico dBP
e retorno)
-Tipos
Acopladores
Conectores
Atenuadores
Multiplexores, Filtros
Aisladores Filtros
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-34
Aisladores, Filtros
Amplificadores Ópticos
Bombeo
Amplificador óptico mplifica directamente la señal ópticaA
P P
Pin
Bombeo
Pout
Ganancia 10log (dB)
-Características
out outdb
in in
P PG G
P P
Características
Ganancia
Potencia de Saturación (Máxima potencia de salida)Potencia de Saturación (Máxima potencia de salida)
Ancho de banda óptico
Tiempo de respuestaTiempo de respuesta
Ruido
Tipos-Tipos
Semiconductor Optical Amplifier (SOA)
Doped Fiber Amplifier (DFA)Doped Fiber Amplifier (DFA),
el más empleado es el EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier)
RAMAN Amplifier
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RAMAN Amplifier
Regeneradores de señal: 1R, 2R ó 3R
Redes OOO (ó ti ó ti ó ti )
Recuperan la señal original, tras su degradación por la transmisión en línea, reconstruyendo su amplitud, forma y tiempo
Redes OEO (óptico‐ eléctrico‐óptico) Procesado en el dominio eléctrico
Redes OOO (óptico‐ óptico‐óptico) Procesado en el dominio óptico con señales de
control eléctricas y/u ópticas
Rx Tx versus
Regeneration (1R) – La señal óptica es amplificada para compensar las pérdidas de potencia No se aplica al dominio eléctrico en el dominio óptico es un amplificadorpotencia. No se aplica al dominio eléctrico, en el dominio óptico es un amplificador óptico
Regeneration and Reshaping (2R) Amplifican y recuperan la forma de la señalRegeneration and Reshaping (2R) –Amplifican y recuperan la forma de la señal. Repetidor de una señal digital. Configuración conseguida actualmente en el dominio óptico; mejora el SNR y compensa dispersiones
Regeneration, Reshaping and Retiming (3R) Amplifican, recuperan la forma y la frecuencia de reloj eliminando el jitter. Repetidores clásicos del dominio eléctrico
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-36
(sincronización de bit y recuperación de datos). Dominio óptico en I+D
Limitaciones (Balances) de un enlace
o Balance de Potencia análisis de pérdidaso Balance de Potencia, análisis de pérdidas.
Límite por S/N (analógico) o BER (digital)
l d d bido Balance de Tiempos de subida.
Límite por dispersión temporal
Los balances ("budget" en inglés) nos indican, en forma aproximada la máxima distancia o tasa binaria en un enlace
Transmisor ReceptorOptico
TransmisorOptico
Receptor
aproximada, la máxima distancia o tasa binaria en un enlace
Tramo de fibra CTramo de fibraLC
emisorPreceptorP
C pérdidas del canal (channel loss)
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-37
CL: pérdidas del canal (channel loss)
Balance de Potencia
-Receptor
min
( )R
recept
Sensibilidadreceptor S
P P maxor
saturaciónreceptor
P
P
( )Rp p
( )P P C M L ( ) min max
Margen de ( ) seguridad( )
( )emisor dB L S
Sensibilidadreceptor dB dB
P P C M L
( ) max min( )emisor dB L SP P C M L ( ) Margen de
seguridad( )saturaciónreceptor
P dBdB
Pérdidas del Canal C (dB)
- Conectores- Fibra
Empalmes
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-38
Pérdidas del Canal, CL (dB) - Empalmes- Otros componentes
Análisis de pérdidas
TransmisorP
Fibra ÓpticaReceptorPrPemisorPr
• Pérdidas de acoplo: Potencia inyectada en fibra.
Pemisor
• Pérdidas en fibra ≡ L
• Pérdidas en empalmes
ptic
a PinyPreceptor ≥ Sensibilidad del Receptor (SR)
p
cia
Óp
Pr
Di t i L
Pot
en
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-39
Distancia, L
Ejemplo (I)Diseñar un enlace punto a punto de 60 km de longitud para lo que se dispone de los siguientes componentes (utilice un margen de seguridad de 3 dB):
Fibra AllWave® de LucentTechnologies
g p ( g g )
Transmisor: LD-FP
0= 1,31 µm
Pe = 0 dBm
Otros datos
α ió = 0 9 dBαconexión 0,9 dB
αempal = 0,1 dB ¿Qué receptor se debe seleccionar, de entre los ,mostrados en la figura, para mantener un BER de 10-9 ?
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-40
Ejemplo (II)
Sensibilidad del Receptor
BER100 200 500
Bdatos (Mb/s)BER=10-9
10-4
8
10-6
10-10
10-8
10-12
Potencia Recibida (dBm)
-38 -34 -30
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-41
Pe (dBm) ≥ Sr (dBm) + CL (dB) + M (dB)Pe (dBm) ≥ Sr (dBm) + CL (dB) + M (dB)
CL = (dB/km) L + Nºconect conect (dB) + Nºemp emp (dB)
/ / Cα = 0,4 dB/Km
αtotal = 0,42 dB/Km CL = 27 dB
M 3 dB
carrete
empalmeTOTAL L
)(
M = 3 dB
carreteL
Lcarrete = 6,4 KmPr = - 30 dBm
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-43
Pr 30 dBm
Ejemplo: ResultadoSensibilidad del Receptor
BER100 200 500
Bdatos (Mb/s)BER=10-9
10-4
8
10-6
10-10
10-8
BER=10-9
10-12
Potencia Recibida (dBm)
-38 -34 -30
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-44
Balance de tiempos de subida (I)
2 2 2 2
2 2 2 2
( ) ( ) ( ) ( )r sistema r emisor r fibra r receptorT T T T
0,7
0 3
NRZB
( )
0,35( ) Uno de los posibles criterios
0 7
r sistemaT RZB
d
0,7
c
cd
dRZ
B
Ideal
Real
( ) Parámetro del fabricanter emisorT
Real
2 2
( ) (modal) (GVD)r fibra r rT T T
( )
0,35r receptor
receptor
Tf
Tr
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-45
Ciclo de trabajocd
Tiempo de la fibra
• Intermodal (modal): Diferencia entre los tiempos de propagación de losmodos que se propagan por una fibra multimodomodos que se propagan por una fibra multimodo.
0,44 qLT
Bo→ Ancho de banda en 1 km (Mhz.km) Fabricante
L L it d d Fibr(modal)o
TB
L → Longitud de Fibra
q → factor de concatenación0,5 < q < 1
Medio: q = 0,75EmpíricaEmpírica
• Intramodal (crómática): dependencia del índice de refracción con lalongitud de onda n = n()
t D L
longitud de onda, n = n()
1ª Ventana (-100 ps/nm km)
2ª V t ( 3 / k )( )r GVDt D L D = 2ª Ventana ( 3 ps/nm km)
3ª Ventana (17 ps/nm km)La relación anterior es una
GVD Group velocity dispersion; D Coeficiente de Dispersión (ps/nm. km)L Longitud de Fibra (km)
aproximación poco válida, pero empleada en cuanto a orden de
magnitud
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-46
L Longitud de Fibra (km) Ancho espectral de la Fuente (nm)
magnitud
Balance de tiempos de subida (II)
0 1 0 1 0 70NRZ
Btsys
7,0
RZB velocidad de bit
50%B
tsys
35,0
By
0 7
22
2 2
0,7
0,35 0, 44 0,35( )
q
NRZB
LRZ T D L
(emisor)0
, , ,( )
0,7
rreceptor
c
RZ T D LB B f
dRZ
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-47
cdRZ
B
Caso PrácticoTransmisor: 0 = 1550 nm = 0 1 nm t = 0 1 nsFibra: 0,1 nm te 0,1 ns Piny = 0 dBmα = 0,5 dB/km
D = 17 ps/nm.kmpLc = 10 km Sensibilidad Receptor
Sistema: NRZ 10
25
bps)
Sistema: NRZ
αempl = 0,1 dB ¿Lmáx? 5
10
nari
a (G
b
α cnctr = 1,2 dB
M = 5 dB 1
2,5
Tasa
Bin
Ms = 5 dB
BER = 10-9 0,25
1T
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-48-35 -29 -25 -22 -19 -15
Resultado
2
Pe (dBm) ≥ Sr (dBm) + CL (dB) + MS (dB)
400 0
2
222 35,0
esys fLDtt
350,0
400,0 recf
t7,0
250,0
300,0
2,5 Gbps
DispersiónT
sys Bt
34 5 km por potencia
150,0
200,0
P t ix (k
m) L =
34,5 km por potencia
130 km por dispersión
50,0
100,0Potencia
Lm
áx 130 km por dispersión
0,00 2 4 6 8 10
Tasa Binaria (Gbps)
α = 0,2 dB/km
α cnctr = 0,2 dB L = 93,3 km
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-49
Tasa Binaria (Gbps) cnctr
É Ó2. TÉCNICAS DE MULTIPLEXACIÓN
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-50
Multiplexación en Comunicaciones Ópticas
Obra Civil
M di d
• Más fibraMedio de transmisión Óptico
Má
• SDM – Space Division Multiplexing
• Técnicas de WDM Más • Técnicas de multiplexado
El t i ETDM• Tiempo: TDM Time Division Multiplexing
Válido para señales digitales.G l l d d ó i (J í di i l )
Electronic → ETDM
Optical → OTDM
Generalmente empleado en redes ópticas (Jerarquías digitales)• Código:
CDM Code Division Multiplexing (técnicas de espectro ensanchado)
F i ó i WDM L i d d O d WDM W l h Di i i
p g ( p )
OFDM Orthogonal frequency-division multiplexing o Discrete Multi-tone Modulation (DMT)
SCM Subcarrier Multiplexing
• Frecuencia óptica: WDM→ Longitud de Onda: WDM Wavelength Division Multiplexing
Válido para señales analógicas y digitales
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-51
Ó2.1 TDM EN SISTEMAS ÓPTICOS
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-52
TDM en sistemas ópticos
Multiplexación electrónica en el tiempoen el tiempo
(E)TDM: (Electronic) Time Division Multiplexing
Muy empleado
Multiplexación óptica 53 p pen el tiempo
OTDM: Optical Time DivisionMultiplexing
E I+D
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-53
Fuente: J.A. Martín Pereda
En I+DEn I+D
Jerarquías Digitales (TDM)
TDM eléctrico: 1 canal digital de voz 64 kbps (8kHz@8bits, llamado DS0)TDM eléctrico: 1 canal digital de voz 64 kbps (8kHz@8bits, llamado DS0)
T1/J1: 24× 1,544 Mbps 30× 2,048 Mbps E1
T2/J2: 4×T1/J1 6,312 Mbps 4×E1 8,448 Mbps E2PDH
T2/J2: 4 T1/J1 6,312 Mbps 4 E1 8,448 Mbps E2… … …
T4: 6×T3 274,176 Mbps 4×E3 139,264 Mbps E4
SONET(STS) SDH B(Mbps) Canales
OC‐1 ‐‐ 51,84 672
OC‐3 STM‐1 155,52 2016
OC‐9 STM‐3 466,56 6048
OC‐12 STM‐4 622,08 8064
OC‐18 STM‐6 933,12 12096
OC 24 STM 8 1244 16 16128OC‐24 STM‐8 1244,16 16128
OC‐36 STM‐12 1866,24 24192
OC‐48 STM‐16 2488,32[2,5Gbps] 32.256OC 48 STM 16 2488,32[2,5Gbps] 32.256
OC‐192 STM‐64 9953,28[10Gbps] 129.024
OC‐768 STM‐256 39813,12[40Gbps] 516.096
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-54
OC: Optical Carrier STM: Synchronous Transport Mode PDH: Plesiochronous Digital Hierachy SDH: Synchronous Digital Hierachy
2.2 SISTEMAS WDM
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-55
Sistemas WDM
TX1
WDM: Wavelength Division Multiplexing
Amplificador óptico AO1
RX1
Amplificador óptico -AO
TX2
1
RX2( )
1
2
2(1,2,..n)
2
TXN RXMultiplexor Demultiplexor
n
RXn
n
osc1 n
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-56
AO
Ventajas de WDM
• Gran ancho de banda de i ió L ñ ltransmisión: La señal permanece
en el dominio óptico.
C ibl é i d• Compatible con otras técnicas de Multiplexación
• Transparencia: Independencia de la tasa de bit y protocolo de loscanales puede trasmitir simultáneamente IP, SDH (SONET),Gigabit Ethernet, etc.
• Escalabilidad: Facilidad de agregar nuevos canales segúndemanda
• Provisión dinámica: Capacidad de proveer nuevos servicios debanda ancha en pocos días
• Coste: Sobre todo al utilizar amplificadores para un conjunto de
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-57
canales sin necesidad de demultiplexar.
Ancho de banda de la fibra óptica
B/k
m
100
1015 THz1ª 14 THz
208 THz
ació
n d
B
(a)1
(b)
OH-
Ate
nu
a0,1
(b)
43 THz
1000800Longitud de onda, (nm)
0,01 1200 1400 1600 1800
Nuevas bandas Banda Nombre Rango (nm) Comentarios
Banda-O Original 1260-1360 Segunda ventana
Sól ibl fib
Nuevas Fibras Nuevas
Banda-E Extendida (Extended) 1360-1460Sólo accesible a fibras
AllWave
Banda-S Corta (Short) 1460-1530 Parte alta de 3ª ventana Nuevas posibilidades de transmisión Banda-C
Convencional (Conventional)
1530-1565 3ª ventana en rango EDFA
B d L L (L ) 1565 1625 Lí i EDFA
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-58
Banda-L Larga (Long) 1565-1625 Límite rango EDFA
Banda-U Ultra-larga (Ultra Long) 1625-1675 Sin explotar
Nomenclatura y Parámetros
• Cada canal tiene una diferente → Longitud de onda central del canal i i (nm ó µm) o Frecuencia óptica central del canal ii i (nm ó µm) o Frecuencia óptica central del canal i,
Frecuencia central nominal i (THz)
• Separación entre canales ópticos contiguos
separación entre canales h (GHz) h (nm)separación entre canales ch (GHz), ch (nm) (límite impuesto por la tasa binaria)
• Ancho del canal (el mínimo está determinado por el ancho espectral de la fuente en• Ancho del canal (el mínimo está determinado por el ancho espectral de la fuente en CW, el valor real depende de la tasa binaria)
• Número de canales → N• Número de canales → N
• Capacidad del sistema (b/s) → NBT (Número de canales por velocidad de bit de cada canal)
• Ancho de banda óptico total → N chb/s b/s
En la práctica 0 5TB COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-59
• Eficiencia espectral → s sEn la práctica 0,5Hz Hz
T
ch
Tipos de WDM según ch
WWDM- wide wavelength division multiplexing 1ª-2ª ventana
(Primeros sistemas WDM)(Multiplexación por división de longitud de onda amplia )
ch > 50 nm( )
2ª-3ª ventana
DWDM- dense wavelength division multiplexing
Todos los canales (Multiplexación por división de longitud de onda densa )
en Banda C
Bandas C y Lch < 8 nm
(Multiplexación por división de longitud de onda densa )
Bandas C y L
CWDM- coarse wavelength division multiplexing( )(Multiplexación por división de longitud de onda gruesa o aproximada)
Bandas continuas 20
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-60
desde la O a la L ch = 20 nm
DWDM: Plan de frecuencias ITUG.694.1
196.1 THz1528.77 nm
192.1 THz1560 61 nm
198.5±1.4 THz(1510±10 nm)
193.1 THz1552 52
193.0 THz1553.33 nm
193.2 THz1551.72 nm
Canal de Supervisión
1528.77 nm 1560.61 nm(1510±10 nm) 1552.52 nm
100 GHz100 GHz
Supervisión
50 GH50 GHz
• Frecuencias equiespaciadas (Normas siempre en HZ) NO en longitud de onda: – Separación de 100 GHz, 50 GHz, 25 GHz y 12,5 GHzSeparación de 100 GHz, 50 GHz, 25 GHz y 12,5 GHz
• Frecuencia central (Krypton line)193.1 THz (1552.52 nm)
i = 193,1 n × 0,1100 Ghz
n → nº entero100 Ghz
= 193 1 n × 0 05
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-61
i = 193,1 n × 0,05
n → nº entero50 Ghz
Selección de separación entre canales/tasa binaria
10 Gb/ss
0,8nm@1552nm
( 10 Gb/s 10%)
100 GHz
B
0,4nm@1552nm50 GHz
2,5 Gb/s s
@
( 40 Gb/s 80%)B
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-64
WDM de bajo coste CWDMITU-T G.694.2ch = 20 nm
E 1360-1460
2
O1260-1360
S 1460-1530
C 15301565
L 15651625
50 THz
2
12,5 THz1,5
OH
1
OH-(a) (b)
1
1291
1311 1351
1331 1451
1551
1371
1391
1411
1431 1471
1491
1511
1531 1571
1591
0,5
1291 1331 14511371 1411 1491 1531 1571
0
1200 1400 16001300 1500
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-65
1200 1400 1600
Longitud de onda, (nm)
1300 1500
Ventajas CWDM
• CWDM se diseña como sistema de transporte básico, donde l á t ti ison muy pocos los parámetros a optimizar.
• La simplicidad del diseño facilita a los operadores la adopción e implementación de esta tecnologíae implementación de esta tecnología.
• Permite el uso de todo tipo de fibras.
A h i f i l d• Aprovecha infraestructuras ya instaladas.
• Debido a su bajo coste permite la funcionalidad de “extraer y ti ” d t ill di t d ticontinuar” en redes metro en anillo mediante nodos activos,
regenerando cada uno de los canales CWDM en cada uno de los nodos del anillo diseño CWDM regenerativolos nodos del anillo diseño CWDM regenerativo
• El diseño de un CWDM regenerativo aventaja a su afín DWDM, en precio, sencillez de diseño y operación.DWDM, en precio, sencillez de diseño y operación.
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-66
Comparación de Tecnologías
TFF: Thin Film Filter
AWG: Array Waveguide
DFB: Distributed Feedback
FBG: Fiber Bragg Grating
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-67
AWG: Array Waveguide FBG: Fiber Bragg Grating
Características del WDM
Muchos canales en una fibra: Mucha potencia en una longitud de onda:
• Fuentes sintonizables y ancho de
Mucha potencia óptica
línea estrecho• Necesidad de multiplexores y
demultiplexores (filtros)Mucha potencia óptica
por la misma fibra
p ( )• Tecnología de conmutación selectiva
en longitud de onda o en bandas ópticasópticas
Posible Diafonía entre canales WDM
Efectos no lineales
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-68
Multiplexación por Polarización (PM)•Cada polarización se modula independientemente
•Se aumenta la transmisión un factor dos sin modificar el espectro
•Ejemplo: PM‐32QAM x 8 canales WDM
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-69
Fuente: http://www.ntt.co.jp/news2012/1209e/image/120920a_6.gif
Ó3. EVOLUCIÓN DE LOS SISTEMAS ÓPTICOSÓPTICOS
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-70
* El apartado 3 no se considera materia de examen
Generaciones históricas
RecepciónRecepción Coherente
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-71
Nota: En esta gráfica B0 es B(Fundamentals of Photonics,2nd Ed., B.E.A Saleh and M.C. Teich, Wiley, New York, 2007)
Tasa binaria demostrada en trasmisión transoceánicatransoceánica
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-72
100G Transmission Over Transoceanic Distance With High Spectral Efficiency and Large CapacityJin-Xing CaiLightwave Technology, Journal ofVolume: 30 , Issue: 24 2012 , Page(s): 3845 - 3856
Tasa binaria transmitida por una única fibra óptica
Fuente: Essiambre and Tkach, IEEE Proc. 100, 1035 (2012)
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-73
, , ( )
Fuente: P J Winzer J Lightwave Techno 30 3824 (2012)
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-74
Fuente: P.J. Winzer, J. Lightwave Techno. 30, 3824 (2012)
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-75
Ó4. REDES ÓPTICAS
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-76
Redes Ópticas: Nomenclatura y Estándares
Nomenclatura en redes que emplean fibra óptica Estándares Se emplea en
Estándares más empleados
Nombre Comentarios
emplean fibra óptica Estándares Se emplea en
SDH (ITU) Metro, troncales
E h (IEEE802 3)SAN LAN acceso
Redes de acceso
También llamadas “Última Milla”, FTTX (X = Home, Building, Curb, Cabinet)
Ethernet (IEEE802.3)SAN, LAN, acceso, (metro)
Fiber Channel (ANSI) SAN)
Redes metro(MAN)
También llamadas de agregación, agregan y distribuyen tráfico en grandes
xPON (ITU, IEEE, ...) Acceso
OTN (ITU) Troncales
(MAN)zonas urbanas
Redes troncales
También llamadas de transporte, “backbone”, “core”
FTTX: Fiber To The X
ITU: International Telecommunication Union
Redes locales (LAN)
Entorno local (oficina, hogar, universidad...)
LAN: Local Area Network
MAN: Metropolitan Area Network
Redes de almace-namiento
(SAN)
Distancias cortas y gran cantidad de datos
PON: Passive Optical Network
OTN: Optical Transport Network
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-77
(SAN)SAN: Storage Area Network
Elementos en redes ópticas: OADM, OXC
( )(1,2,..n) (1,2,..n)
OADM: Optical Add drop MultiplexerOADM OADM: Optical Add-drop Multiplexer
Local TX and RX
(i,j) (i,j)
i i
i i
i i
i ii i
i i
i i
OXCOXCi i
i i
i i
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-78OXC: Optical Cross Connect
Local TX and RX
Tendencias en arquitectura de redes
N t k E l ti O ti ATMNetwork Evolution Options
FTTHVDSLRadio/Mobile
(100 Mb/s)(50 Mb/s)
C
(10 Mb/s)
Direct optical access(SDH, ATM, WDM, IP, other)
open opticalinterface
UMTS
ATM: AsyncronousTransfer Mode
ACCE
SS
IP:ATM
PON(ATM) (Super)
Copper+ ADSL
PON(ATM)xGPON/xEPON
(SuperPON/WPON)
xGPON/xEPONor xGE p2p
LTE
ORT
/
SDH
WDM
SDH: ADM
Packet OADM
Metro Ethernet / MPLSEvolución a GMPLS
(enrutado óptico)
TRAN
SPO 32 x 10 Gb/s
OADM WDM
SDH: DXCPacket OXC
Conmutación de Paquetes
PhotonicTransport Layer OXC
1 Tb/s WDM
PaquetesLector óptico de cabecera de tramaRegeneradores 3R
Chapter 2 - p13
Para aprovechar al máximo la posibilidades que ofrece la capa de transporte fotónica se requieren tecnologías de conmutación y de filtrado -rentables y flexibles- en todo el espectro de aplicación, y de bajo consumo (Redes Verdes).
“Roadmap towards the Optical Communication age”. A European view by the HORIZON project and the ACTS Photonic Domain. Nov 1999 draft editionAuthors : P. Lagasse, P. Demeester, A. Ackaert, W. Van Parys,B. Van Caenegem (IMEC), M. O'Mahony, A Tzanakaki (UoE),K. Stubkjaer (DTU), J. Benoit(ENST)
Redes troncales
• Arquitecturas en línea illo en anillo.
• Interconexiones entre redes mediante OXC o router óptico
• Inserción y extracción de canales – OADM.
• Nodos con grooming(optimización del tráfico a diferentestráfico a diferentes niveles de velocidad de trama)
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-80
Fuente: The handbook of optical communication networks / Mohammad Ilyas, Hussein T. Mouftah [editors]. (Electrical engineering handbook series; 30) 2003 by CRC Press LLC
Ejemplo de red metro
Dominio óptico
Tecnología de conmutaciónTecnología de conmutación óptica
Redes metropolitanasRedes metropolitanas, suelen ser las redes de agregación (agrupan diferentes servicios)
El equipamiento de cada nodo configura la capacidad de la red.
Significado de las siglas:Significado de las siglas:
Fuente: The handbook of optical i ti t k / M h d Il
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-81
communication networks / Mohammad Ilyas, Hussein T. Mouftah [editors]. (Electrical engineering handbook series ; 30) 2003 by CRC Press LLC
Optical Transport Network
• 1980s – SDH: tráfico de voz (Tecnología TDM)
• 2000s –Nace OTN (Optical Transport Network); convive con el desarrollo del SDH para
OTN (ITU G 709) l l t d t d DWDM d d
• 2000s Nace OTN (Optical Transport Network); convive con el desarrollo del SDH para WDM y transporte de datos (EoS‐ Ethernet) en NG‐SDH ( Next‐Generation SDH)
• OTN (ITU G.709) regula el entramado entre redes DWDM y redes dediferentes tipos que mayoritariamente transportan paquetes de datos
Permite el transporte de cualquier tipo de protocolo existente actualmente yPermite el transporte de cualquier tipo de protocolo existente actualmente yprovee de la flexibilidad para futuras incorporaciones
La jerarquía de transporte óptico OTH (optical transport hierarchy) multiplexaOTU (O ti l Ch l T t U it ) i t t d dOTUs (Optical Channel Transport Units) que consisten en tramas de carga dedatos OTP (Optical Transport Payload) entramadas entre sí, y suscorrespondientes cabeceras.
Multiplexado en el tiempo más eficienteConmutación de servicios de gran ancho de bandaMayor FEC (Foward Error Correction):Mayor FEC (Foward Error Correction):
Permite multiplexar mayor número de canales ópticosMantener una señal durante más tiempo en el dominio óptico (sistemas de b ó ti )
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-82
bypass óptico)
Fuente: Ciena
Optical Transport Hierarchy
Tasa de bit comercial
Señal de ClienteTipo de señal
OTU
OTU Velocidad o tasa de bit
(Gb/s)
OPU Payload Rate (Gb/s)
Fuente: Ciena
comercial ( / )
2,5 G
STM‐1/OC‐3, STM‐4/OC12, STS‐48/STM‐16,FC‐100/200 1GbE, CMGPON
OTU1 2,6661 2,48832
10GbE LAN OTU1e 11,049 10,3215
10GSTS‐192/STM‐64/OC‐192, FC‐400/800, 10GbE WAN, 10GbE LAN…
OTU2 10,709 9,995310G 400/800, 10GbE WAN, 10GbE LAN…
10GBASE‐R/10GFC OTU2e 11,095 10,356
40G STS‐768/STM‐256 OTU3 43,018 40 15040G STS 768/STM 256 40,150
4 x ODU2e OTU3e1 44,5709 41,6111
Up to 4 10GBASE‐R OTU3e2 44,5833 41 5995Up to 4 10GBASE‐R 41,5995
100G 100GBASE‐R, 100GbE OTU4 111,80997 104,35597
• La OTH define las tramas y señales de cada OTU (siempre en TDM) de cada• La OTH define las tramas y señales de cada OTU (siempre en TDM) de cada canal (lambda) en DWDM, para agregar a las diferentes tributarias (SDH, Ethernet, Fibre Channel)
á d d f d l d l
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-83
• Los sucesivos estándares ITU van definiendo la arquitectura del transporte DWDM
Optical Transport Hierarchy
Client Signal Type Client Signal
OTN Line Signal (G.709)
OTUk Line Rate (kbit/s)
OPUk Payload Rate (kbit/s)
SONET/SDH STS‐48/STM‐16 OTU1 2,666,057 2,488,320
SONET/SDH STS‐192/STM‐64 OTU2 10,709,225 10,037,629
/Ethernet/Fibre Channel 10GBASE‐R/10GFC OTU2e 11,095,727 10,356,012
SONET/SDH STS‐768/STM‐256 OTU3 43,018,413 40,150,519SONET/SDH STS 768/STM 256 OTU3 43,018,413 40,150,519
Ethernet Up to 4 10GBASE‐R OTU3e2 44,583,355 41,611,131
Ethernet 100GBASE R OTU4 111 809 973 100 376 298Ethernet 100GBASE‐R OTU4 111,809,973 100,376,298
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-84
Conceptos importantes del Tema 1
Fundamentos de COPT: espectros, frecuencia y longitud de onda, fotones...onda, fotones...
Formatos de modulación: OOK (NRZ y RZ) el más empleado
Elementos de un sistema: TX RX fibra componentes pasivosElementos de un sistema: TX, RX, fibra, componentes pasivos, OA, y sus características principales
Ventanas atenuación dispersiónVentanas, atenuación, dispersión
Balances de potencias y de tiempos
Multiplexación: TDM WDM PMMultiplexación: TDM, WDM, PM
DWDM y CWDM: ventajas e inconvenientes
B d d COPTBandas de COPT
Redes ópticas: nomenclatura, estándares
dComponentes para redes: OADM, OXC
Tendencias en redes: OTN
COPT-TFB-UPM-(13-14)-1-85
ADM Add‐drop Multiplexer OTN Optical Transport Network
Acrónimos en redes
ATM Asynchronous Transfer Mode OTP Optical Transport Payload
CWDM Coarse Wavelength Division OTUs Optical Channel Transport UnitsCWDM Coarse Wavelength Division Multiplexing
OTUs Optical Channel Transport Units
DWDM Dense Wavelength Division M l i l i
OXC Optical Cross ConnectMultiplexing
FTTX Fiber to the X (H, Home; B, Building; C, Curb; Cab,
PON Passive Optical Networkg; , ; ,
Cabinet; Ex, Exchange)
IP Internet Protocol SAN Storage Area Network
LAN Local Area Network SDH Synchronous Digital Hierarchy
MAN Metropolitan Area Network STM Synchronous Transport Mode
OADM Optical Add‐drop Multiplexer STS Synchronous Transfer Signal
OC Optical Carrier SONET Synchronous Optical NETworkOC Optical Carrier SONET Synchronous Optical NETwork
OLT Optical Line Terminal TDM Time Division Multiplexing
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OTH Optical transport hierarchy WDM Wavelength Division Multiplexing