Transcript Pérdidas - Sistemas de Transmisión

Institución Universitaria de Envigado
Facultad de Ingenierías
Ingeniería Electrónica
Docente: José Jaime Cárdenas Tamayo
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Ley de Snell
Reflexión
Refracción
Tipos de Fibra:
Índice Escalonado
Índice Gradual
Modos de Transmisión:
Multimodo
Monomodo
Espectro lumínico
Ventanas de Tx
• Fabricación
• Cables
- Tipos
- Código de colores
• Tipos de Conectores
• Empalmes
• Pérdidas
• Dispersión
• Dispositivos
• Normas
• Catálogo
• Equipos de medición
Método por fusión de vidrio
Método OVD (Outside Vapor Deposition)
Si, además, se
imprime al
quemador un
movimiento de
vaivén en sentido,
se obtiene por
capas, una preforma
porosa de vidrio
Método OVD (Outside Vapor Deposition)
Método VAD (Vapor Axial Deposition)
• El colapso (contracción) de
la preforma se produce
con la ayuda de un
calefactor anular a
continuación de la
deposición, quedando la
preforma transparente.
Para secar la preforma, es
decir, eliminar la humedad
residual, se hace circular
cloro gaseoso en torno de
la misma.
Método M-VCD (Modified Chemical Vapor Deposition)
El propio tubo
constituye la sección
externa del vidrio del
recubrimiento y las
capas que se depositan
en su interior
conforman la sección
interna del
recubrimiento y del
núcleo.
Método M-VCD (Modified Chemical Vapor Deposition)
Método PCVD
(Plasma Activated Chemical Vapor Deposition)
Dado que a la llama de plasma se le imprime un rápido movimiento
de vaivén a lo largo del tubo, se pueden producir más de 1000 capas
delgadas, lo cual permite incrementar la exactitud del perfil de
índices de refracción.
Estirado de la FO
Tipo PAL
Núcleo
(1) Elemento Central de Refuerzo (E.C.R.) dieléctrico compuesto de fibra de vidrio, recubierto con
polietileno en función del número de fibras del cable.
(2) Tubos Activos Holgados de PBT, conteniendo de 2 a 12 f.o.
Cubierta
(3) (P) Primera cubierta de Polietileno.
(4) (K) Cabos de fibra de aramida de elevado módulo, como elemento de refuerzo resistente a la
tracción.
(5) (ES) Acero copolímero corrugado como elemento de refuerzo a la tracción y protección
antirroedores.
(6) (P) Segunda cubierta de Polietileno.
Cable Auto-soportado
Tipo Pack
Cable Submarino
Cable Tipo Ribbon (Cinta Listón)
Conectores por Fibra Desnuda
Conectores por Fibra Desnuda
Conectores por Alineación de Virola
Conectores según tipo de conectorización
ST (una marca registrada de AT&T) Tiene una montadura de
bayoneta y una férula larga y cilíndrica de 2.5 mm usualmente
de cerámica o polímero para sostener a la fibra. Y debido a que
tienen un resorte interno, se debe asegurar que se insertan
adecuadamente. Si tiene pérdidas altas, se procedes a
conectarlos nuevamente para ver si se tiene una mejor
conexión y menor pérdida.
El conector SC es un conector de broche, también con una férula
de 2.5 mm. que es ampliamente utilizado por su excelente
desempeño. Fue el conector estandarizado en TIA-568-A, pero
no fue utilizado ampliamente en un principio porque tenía un
costo del doble de un ST. En la actualidad es solo un poco más
costoso y más común, ya que se conecta con un movimiento
simple de inserción que atora el conector. También existen
configuraciones duplex.
Conectores según tipo de conectorización
El FC fue uno de los conectores monomodo más populares
durante muchos años. También utiliza una férula de 2.5
mm., pero algunos de los primeros utilizaban cerámica
dentro de las férulas de acero inoxidable. Se atornilla
firmemente, pero debe asegurarse que tienen la guía
alineada adecuadamente en la ranura antes de apretarlo.
Ha sido reemplazado por los SCs y los LCs.
El LC es un conector con factor de forma pequeña que
utiliza una férula de 1.25 mm., de la mitad del tamaño que
el SC. Es un conector que utiliza en forma estándar una
férula cerámica, de fácil terminación con cualquier
adhesivo. De buen desempeño, altamente favorecido para
uso monomodo.
Conectores según tipo de conectorización
Además del conector SC Duplex, ocasionalmente puede ver los
conectores dúplex FDDI y ESCON que son apropiados para sus
redes específicas. Usualmente son utilizados para conectar
equipos hasta una salida en la pared, pero el resto de la red
tendrá conectores ST o SC. Debido a que ambos utilizan férulas
de 2.5 mm., pueden ser acoplados a los conectores SC o ST con
adaptadores para estos conectores.
FDDI - arriba – tiene una cubierta fija sobre las férulas
ESCON - abajo – la cubierta sobre las férulas tiene un resorte
que permite que esta cubierta se retraiga
Conectores según tipo de conectorización
Acabado de las caras del extremo de la fibra
Empalme Mecánico simple
Por Pegamento
Por pegamiento por “Manguito”
Múltiple Mecánico
Térmico Simple
Térmico Simple (descripción)
Dispersión en las
fibras ópticas
Los rayos que viajan en una fibra óptica disponen siempre de
diferentes caminos para llegar de un extremo a otro de la fibra.
Como es posible que cada uno de estos caminos tenga una
velocidad diferente, dependiendo del índice de refracción y de la
longitud de onda, se producirán ensanchamientos temporales de
los pulsos cuyo efecto se acumula con la distancia. Este conjunto
de efectos forman un parámetro llamado dispersión, que define
la capacidad máxima de información que, por unidad de
longitud, se puede transmitir por una fibra óptica, por lo que
puede medirse en términos de retardo relativo o de la máxima
frecuencia pasante que admite.
DISPERSIÓN INTERMODAL
Las distintas velocidades y direcciones asociadas a las longitudes de onda
que viajan en la fibra pueden permitir la propagación de diferentes
modos y que el número de ellos es tanto mayor sea el núcleo de la fibra.
Esto implica que dos rayos de la misma longitud de onda que incidan
simultáneamente, pero con distintas direcciones, llegarán en momentos
diferentes al receptor. Es un parámetro característico de las fibras
multimodo.
Para evitar este tipo de dispersión, se usa fibras multimodo de índice
gradual. (no se presenta en fibras ópticas monomodo).
DISPERSIÓN DEL MATERIAL
Es el principal causante de la dispersión, y consiste en
que el índice de refracción del silicio, material usado
para fabricar las fibras ópticas, depende de la
frecuencia. Por ello, las componentes de distinta
frecuencia, viajan a velocidades diferentes por el
silicio.
Aún en ausencia de dispersión material, es decir,
aunque los índices de refracción del núcleo y del
revestimiento sean independientes de la longitud de
onda, si la longitud de onda varía, seguiría
produciéndose el fenómeno de la dispersión debido a
la dispersión por guiado de onda.
DISPERSIÓN EN GUIA DE ONDA
Para comprender esta componente hay que
recordar que la potencia de un modo se propaga
parcialmente por el núcleo y parcialmente por el
revestimiento. El índice efectivo de un modo se
sitúa entre el índice de refracción del núcleo y del
revestimiento, acercándose más a uno u otro
dependiendo de cuál sea el porcentaje de la
potencia que se propaga por ellos (si la mayor
parte de la potencia está contenida en el núcleo, el
índice efectivo estará más cerca del índice de
refracción del núcleo).
La distribución de la potencia de un modo entre el
núcleo y el revestimiento depende de la longitud
de onda, si la longitud de onda cambia, la
distribución de potencia también cambia,
provocando un cambio en el índice efectivo o
constante de propagación del modo.
DISPERSIÓN DE MODO DE POLARIZACIÓN PMD
La Dispersión por Modo de Polarización, PMD, es un efecto de dispersión óptico,
que limita la calidad de la transmisión en los enlaces de fibra óptica. Su control
limita fuertemente la capacidad de transmisión a altas velocidades,
especialmente en aquellos por encima de los 10 Gbps. Es un parámetro difícil de
medir y compensar dada su naturaleza estadística, y depende fuertemente de las
condiciones físicas del cable (ambientales y mecánicas).
El origen físico de la PMD es fundamentalmente la birrefringencia de la fibra.
Estas diferencias se producen por imperfecciones en el proceso de fabricación de
la fibra o como resultado de fuerzas externas que producen doblados y tensiones
en la fibra. Si la fibra fuera perfecta, con una geometría uniforme, homogeneidad
en el material y sin efectos de tensión, ambos modos se propagarían
exactamente a la misma velocidad y no existiría degradación sobre los bits
transmitidos.
DISPERSIÓN DE MODO DE POLARIZACIÓN PMD
DISPERSIÓN CROMÁTICA
La Dispersión Cromática de una fibra se expresa en ps / (nm*km),
representando el retraso, o incremento de tiempo (en ps), para una fuente con
una anchura espectral de 1 nm que viaja en 1 kilómetro de la fibra. Esto
depende del tipo de fibra, y limita el ancho de banda o la distancia de
transmisión para una buena calidad de servicio.
El ensanchamiento que sufren los pulsos de luz, denominados dispersión, es un
factor crítico que limita la calidad de la transmisión de señal sobre enlaces
ópticos.
La dispersión es una consecuencia de las propiedades físicas del medio de
transmisión. Las fibras monomodo, usadas en redes ópticas rápidas, están
sujetas a la Dispersión Cromática que causa un ensanchamiento de los pulsos de
luz según la longitud de onda, y a la Dispersión de Modo de Polarización (PMD)
que provoca un ensanchamiento del pulso según la polarización. Un
ensanchamiento excesivo provocará una superposición de los pulsos y errores
en la decodificación.
La luz que se propaga en un conductor de fibra óptica
experimenta una atenuación produciendo una pérdida
de energía. Para cubrir grandes distancias sin emplear
regeneradores intermedios se deben de mantener estas
pérdidas en lo mínimo posible. La atenuación de un
conductor de fibra óptica es un parámetro importante
para la planificación de redes de cables para
telecomunicaciones ópticas y la producen
principalmente fenómenos físicos como son absorción y
dispersión.
Estas pérdidas se deben a
fenómenos internos a la fibra.
Se debe a la interacción existente
entre los fotones que viajan por la
fibra y las moléculas que
componen el núcleo. La energía
fotónica se cede en parte a las
moléculas de sílice que van
encontrando los fotones en su
camino, produciendo vibraciones
en las mismas.
Por Absorción de Impurezas
La pérdida por absorción es definida como la conversión de energía
lumínica en calor, fenómeno que sucede al interior de la fibra.
La sílice fundida (SiO2) que se emplea a pesar de ser 8000 veces más
pura que el vidrio común, contiene impurezas como iones de metales
(Fe, Cu, Cr y Ni). Esta contaminación puede ocasionar picos de
atenuación.
La concentración de iones metálicos se da en el número de partes por
billón (ppb) que causarían una atenuación de 1 dB/Km, en su pico de
absorción.
Otro problema es los iones hidróxido (OH-), cuya causa son las
moléculas de agua que han sido atrapadas en el vidrio durante el
proceso de fabricación. Dichos iones, en una concentración de una
parte por billón (ppb) en la sílice, causan las siguientes atenuaciones:
Curva característica de Pérdidas
Pérdidas intrínsecas por curvatura
Siempre que la fibra se somete a una curvatura por bobinado,
tendido, etc., se origina una atenuación adicional por el hecho de
que la interfaz núcleo- revestimiento deja de ser geométricamente
uniforme: la luz se refleja en algunos puntos con ángulos diferentes
de los inicialmente calculados, por lo que deja de verificarse en
ellos el principio de reflexión total y, en consecuencia, se produce
una fuga de modos hacia el revestimiento.
Pérdidas intrínsecas por
microcurvatura
Los defectos que ocasionan las llamadas pérdidas por
microcurvaturas son las irregularidades entre el núcleo y el
revestimiento, las fluctuaciones de diámetro (error de
elipticidad) y, fundamentalmente, las deformidades del eje
de la fibra (error de concentricidad).
Las pérdidas consiguientes presentan la particularidad de
que afectan toda la banda de información y varían poco con
la longitud de onda, y también que sólo se origina
atenuación cuando las irregularidades periódicas están
separadas menos de una longitud L.
Pérdidas por uniones por
factores intrínsecos
Son propios de las fibras ópticas y se dan en la fabricación de
éstas.
Cuando se unen fibras ópticas con diferentes parámetros, se
presentan pérdidas en la transmisión de la luz.
Pérdidas por uniones por
factores extrínsecos
Son aquellos que se presentan durante las labores de
empalmería de las fibras ópticas. Por lo general, este tipo de
pérdidas se dan debido a fallas humanas o a fallas de los
equipos que se utilizan en esta actividad.
Pérdidas extrínsecas por acoples
Estas pérdidas se generan por el acoplamiento de los
fotoemisores (LED-LD) y los fotodetectores
(FOTODIODO-PIN).
En las fibras que poseen mayor diámetro en el núcleo
presentan menos pérdidas por acople.
La fibra cuyo diámetro del núcleo es muy reducido
presenta una pérdida por acoplamiento muy elevada;
por esto se requiere la utilización de fuentes de mayor
potencia a la entrada, tal como un diodo láser (LD) y la
utilización de lentes.
Para la transmisión de señales luminosas a través de una
fibra óptica se requieren en su comienzo en y su final
elementos de emisión y recepción adecuados para convertir
señales eléctricas en ópticas y viceversa. Las fuentes ópticas
son transductores que generan una onda portadora óptica
que será modulada por las señales eléctricas procedentes de
un equipo analógico o digital. Los detectores ópticos
demodulan la portadora óptica recibida a través de la fibra,
recuperando la señal eléctrica de información, a la que se
somete posteriormente a procesos de amplificación, filtrado
en la recepción.
La transmisión por FO consiste en convertir una señal eléctrica en una óptica, que
puede estar formada por pulsos de luz (digital) o por un haz de luz modulado
(analógica). La señal saliente del transmisor, se propaga por la fibra hasta llegar al
receptor, en el cual se convierte la señal nuevamente a eléctrica.
En la actualidad los láser son usualmente fabricados a partir de materiales
semiconductores (Diodo láser, LD).
Además de los láseres, también se usan los diodos emisores de luz, LED. Ellos fueron
desarrollados en la década de los 70's y son sencillos y baratos. Lamentablemente
emiten una luz de gran ancho de banda y como irradian en forma esférica, solamente
una pequeña parte de la potencia puede ser introducida en la fibra.
• LED (Diodo emisor de luz): La emisión de
fotones es espontánea al activarse: poca
potencia, amplio ancho de banda espectral,
limitada velocidad de modulación. Su costo es
inferior al láser. Adecuado para distancias
pequeñas y medias (LAN, lazo de abonado)
• LD (Diodo laser): La emisión de fotones es
coherente, se activan simultáneamente, en fase:
gran potencia, espectro reducido, altas
velocidades de modulación. Es más costoso que
el LED y genera más calor. Adecuado Grandes
distancias y altas velocidades de transmisión.
Tx en HUB
Tx de 1 CH
Optical Transceiver
En las comunicaciones por fibra óptica se usan como detectores de luz,
principalmente los diodos PIN (P-intrínsec-N) y APD (Avalanche Photo Diodes).
El comportamiento de estos semiconductores ha sido constantemente
mejorado, especialmente en los que se refiere al tiempo de elevación del pulso
y sensibilidad. En la actualidad se presentan en tamaños adecuados para ser
acoplados en las fibras ópticas.
•Sensibilidad de recepción: Dependiendo de la velocidad, de 0.1 a 10 Gb/s,
desde -50 a -20 dBm. El diodo APD ofrece una mayor sensibilidad que el PIN. El
PIN es de menor costo.
• Uso: 850nm => APD y PIN, 1300nm => APD, 1500nm => APD
Rx TDT
Nodo Unidireccional
Transceiver (Tx y Rx)
RX en HUB
Multiplexan (juntan) o demultiplexan (separan) la potencia óptica
de diferentes longitudes de onda:
A wide wavelength
division multiplexer
(WWDM), separa o
combina dos señales
dentro de un rango. 850
nm + 1310 nm, ó
1310 nm + 1550 nm
DWDM (dense wavelength
division multiplexing), espacio
entre canales de 1,6 nm
(200GHz) a 0,8 nm (100 GHz).
Uso de λ muy próximas en
3ªventana. Amplificadores
ópticos y láseres VCSEL (Diodo
Láser de Emisión Superficial
con Cavidad Vertical), costosos.
CWDM (coarse-grosor
wavelength division
multiplexing) El espacio típico
entre canales es de 20 nm. Uso
económico de tecnología WDM,
sobre las 3 ventanas (14701610nm).
Componente Pasivo utilizado para
modificar la radiación óptica que le
atraviesa, alterando la distribución
espectral.
Encaminamiento y conmutación de
señales en función de su λ.
Parámetros característicos
– Pérdidas de inserción en la banda
de paso.
– Aislamiento (mínimo 40 dB)
– Reflectancia
– Longitud de onda de operación
El atenuador, es un componente
óptico pasivo compacto, usado
para administrar la potencia de la
señal óptica. Valor de atenuación
desde 1 a 20dB.
Aplicación típica en cabeceras de
distribución o en los primeros
nodos.
– Atenuadores fijos
– Atenuadores en línea (Baja
atenuación por reflexión)
– Atenuadores variables
El amplificador de fibra dopada más común es el
EDFA (del inglés, Erbium Doped Fiber Amplifier)
que se basa en el dopaje con Erbio de una fibra
óptica. El erbio es un elemento terrestre que no
es muy común que cuando es excitado emite luz
alrededor de los 1530 nm .
Algunas características típicas de los EDFAs
comerciales son:
- Frecuencia de operación: de 1530 a 1605 nm.
- Para el funcionamiento en banda menores a
1480 nm son necesarios otros dopantes.
- Baja figura de ruido (típicamente entre 3-6 dB)
- Ganancia entre (15-40 dB)
- Ganancia interna: 25 - 50 dB
- Variación de la ganancia: +/- 0,5 dB
El EDFA no presenta una ganancia uniforme con la longitud de onda. Debido a la
saturación según crece la potencia de entrada la ganancia disminuye hasta llegar a
un punto en que se mantiene constante. El máximo de ganancia se alcanza
alrededor de los 1530-1535nm. Como puede verse en la figura a potencias altas la
respuesta de la ganancia en todo el rango de la banda C (1530-1565nm) es bastante
plano lo cual no sucede a potencia de entrada más bajas. Esto es un grave
inconveniente en los sistemas WDM, ya que no todos los canales se amplifican por
igual.
G.650. Definición y métodos de prueba de los parámetros pertinentes a las fibras
monomodo
G.651. Características de un cable de fibra óptica multimodo de indice gradual de
50/125 um
G.652. Carácterísticas de un cable de fibra óptica monomodo
G.653. Carácterísticas de un cable de fibra óptica monomodo con dispersión desplazada
G.654. Carácterísticas de un cable de fibra óptica monomodo con pérdida minimizada a
una longitud de onda de 1550 nm.
G.655. Características de un cable de fibra óptica monomodo con dispersión desplazada
nula.
G.656. Características de las fibras y cables con dispersión distinta de cero para el
transporte de servicios banda ancha.
Fibra Multimodo
Fibra Monomodo
OTDR (Optical Time Domain Reflectometer)
• Cuando se aplica luz dentro de la
fibra óptica, la retrodispersión y
la refracción de luz de Fresnel
regresan hacia la fuente de luz.
Utilizando este fenómeno, es
posible hacer una evaluación de
los siguientes aspectos:
• Localización de la falla
• Pérdida óptica entre dos
secciones transversales
• Pérdida en la unión (empalme )
Fibra óptica
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Luz de fuente
Dispersión de
Rayleigh
Reflexión de
Fresnel
Medidores de Potencia
• La longitud de onda de la fuente
puede ser un factor crítico en la
realización de medidas de pérdida
exactas, dado que la atenuación
de la fibra es sensible a la longitud
de onda especialmente en las
longitudes de onda cortas.
• Sistemas de comunicaciones ópticas, Daniel Pastor Abellán, Universitat Politècnica de València, Ed. Univ.
Politéc. Valencia, 2007, ISBN 8483630613, 9788483630617, 307 páginas
• Tendencias Tecnológicas de las Redes de Fibra óptica de larga distancia, Jorge Ernesto Torres Gómez,
COMTELCA, Foro Centroamericano en Tecnologías y Servicios de Telecomunicaciones, 28 de Julio de
2005.
• Tecnología y elementos de conexión y conectividad:
http://www.conectronica.com/Conectores-Fibra-%C3%93ptica/
• Principios de teoría de las comunicaciones, Raúl Ibarra, Editorial Limusa, 2007. ISBN9681857526,
9789681857523, 321 páginas.
•FIBRA ÓPTICA PARA NGN - DISPERSIÓN CROMÁTICA Y PMD, Noviembre de 2009, www.telnet-ri.es
•Tutorial de Comunicaciones Ópticas. Tema I: Propagación de señales en F.O.
http://delibes.tel.uva.es/tutorial/Tema_I/Dispersion/dispersion.html
• Prácticas de fotónica, C. Lario, Daniel Pastor Abellán, Francisco Cruz Lario Esteban, José Capmany
Francoy, D. Pastor, Universidad Politécnica de Valencia. Departamento de Comunicaciones,1995, 92
páginas
•Capítulo 1 – Conceptos, diseño y materiales. TELNET. Julio de 2008.
• Catálogos materiales y sistemas de comunicaciones:
www.absaweb.com.mx/catalogos/CATALEG%20OPTRAL%2020%20Version%20rapida.pdf