FIBRA

1. Perspectiva histórica 1
1.1.1 Necesidad de fibra óptica de comunicaciones 2
1.1.2 Evolución de los Sistemas Lightwave 4
1.2 Conceptos básicos 8
1.2.1 Señales analógicas y digitales 8
1.2.2 Multiplexación Canal 11
1.2.3 formatos de modulación 13
1.3 Comunicación Óptica Sistemas 16
Componentes del sistema 1.4 Lightwave 17
1.4.1 Fibras ópticas como canal de comunicación 18
1.4.2 transmisores ópticos 18
1.4.3 receptores ópticos 19
Problemas 20
Referencias 21
Capítulo 1
introducción
Un sistema de comunicación transmite información de un
lugar a otro, ya separados por unos pocos kilómetros o por
distancias transoceánicas . La información se llevó a menudo
por una onda portadora electromagnética cuya frecuencia
puede variar de unos pocos megahercios varios cientos de
terahercios . Sistemas de comunicación óptica utilizan

2. portadora alta frecuencias ( ~ 100 THz ) en la región visible o
en el infrarrojo cercano de la electromagnético espectro . A
veces se llaman sistemas de ondas de luz para distinguirlos de
microondas sistemas , cuya frecuencia portadora es
típicamente menor por cinco órdenes de magnitud
(~ 1 GHz). Los sistemas de comunicación de fibra óptica son
los sistemas de ondas luminosas que emplean fibras ópticas
para la transmisión de información . Tales sistemas se han
desplegado en todo el mundo desde 1980 y que han
revolucionado el campo de las telecomunicaciones. De hecho ,
la tecnología de ondas de luz , junto con la microelectrónica ,
condujo a la aparición de la " era de la información ", durante
la década de 1990 . Este libro describe la comunicación de
fibra óptica
sistemas de una manera integral. Se hace hincapié en los
aspectos fundamentales , pero
También se discuten las cuestiones de ingeniería pertinentes .
En este capítulo introductorio se presenta los conceptos
básicos y proporcionar el material de fondo. Sección 1.1 da
una histórica perspectiva sobre el desarrollo de los sistemas
de comunicación óptica . Sección 1.2 portadas conceptos tales
como formatos de modulación analógica y señales digitales , la
multiplexación de canales, y . Méritos relativos de los
diferentes sistemas de ondas de luz se discuten en la Sección
1.3 . la última sección se centra en los componentes básicos de
un sistema de comunicación de fibra óptica.
1.1 Perspectiva histórica
El uso de la luz para propósitos de comunicación se remonta a
la antigüedad si interpretamos comunicaciones ópticas en un
sentido amplio [ 1 ] . La mayoría de las civilizaciones han

3. utilizado espejos , fuego balizas o señales de humo para
transmitir una única pieza de información (como la victoria
en una guerra ) . Esencialmente la misma idea fue utilizada
hasta finales del siglo XVIII a través de lámparas de señales ,
banderas, y otros dispositivos de semáforos . La idea se
extendió aún más , a raíz de una sugerencia de Claude Chappe
en 1792 , para transmitir mecánicamente mensajes
codificados a través de distancias largas ( ~ 100 km) en el uso
de estaciones repetidoras intermedias
[ 2 ] , actuando como regeneradores o repetidores en el
lenguaje de hoy en día . Figura 1.1
muestra esquemáticamente la idea básica. La primera de esas
"telégrafo óptico" se puso en servicio
entre París y Lille (dos ciudades francesas a unos 200 km de
distancia) en julio de 1794. Antes de 1830, la red se había
expandido por toda Europa [1]. El papel de la luz en estos
sistemas era simplemente para hacer visibles las señales
codificadas de modo que pudieran ser interceptados por el
estaciones de relevo. Los sistemas de comunicación opto-
mecánicos del siglo XIX eran inherentemente lento. En la

4. terminología de hoy en día, la tasa de bits efectiva de tales
sistemas era menos de 1 bit por segundo (B <1 b / s).
Necesidad de comunicaciones de fibra óptica
El advenimiento de la telegrafía en 1830 sustituyó a la
utilización de la luz por la electricidad y comenzó la era de las
comunicaciones eléctricas [ 3 ] . La velocidad de bits B podría
aumentarse a ~ 10 b / s
por el uso de técnicas de codificación nuevos , tales como el
código Morse . El uso del compuesto intermedio estaciones
repetidoras permite la comunicación a larga distancia ( ~
1000 km) . De hecho , la
primer cable telegráfico transatlántico éxito se puso en
funcionamiento en 1866. telegrafía
utilizado esencialmente un esquema digital a través de dos
pulsos eléctricos de diferentes duraciones( puntos y rayas del
código Morse ). La invención del teléfono en 1876 trajo un
cambio importante en la medida en se transmiten señales
eléctricas en forma analógica a través de un variando
continuamente la corriente eléctrica [ 4 ] . Técnicas eléctricas
analógicas eran a dominar sistemas de comunicación para un
siglo más o menos .
El desarrollo de las redes telefónicas de todo el mundo
durante el siglo XX
conducido a muchos avances en el diseño de sistemas de
comunicación eléctricos . El uso de cables coaxiales en lugar
de pares de hilos mayor capacidad del sistema
considerablemente. La primer sistema de cable coaxial ,
puesta en circulación en 1940 , era un sistema de 3 MHz capaz
de transmisión de 300 canales de voz o un solo canal de

5. televisión. El ancho de banda de tales sistemas está limitado
por las pérdidas de cable dependientes de la frecuencia , que
aumentan rápidamente durante frecuencias más allá de 10
MHz . Esta limitación llevó al desarrollo de microondas
sistemas de comunicación en el que una onda portadora
electromagnética con frecuencias en la gama de 1-10 GHz se
utiliza para transmitir la señal mediante el uso de modulación
adecuado técnicas .
Fue puesto El primer sistema de microondas que funciona en
la frecuencia portadora de 4 GHz
en servicio en 1948. Desde entonces , ambos sistemas
coaxiales y de microondas han evolucionado
considerablemente y son capaces de operar a velocidades de
bits ~ 100 Wals . El coaxial más avanzada
sistema se puso en servicio en 1975 y opera a una velocidad
de bits de 274 Mb / s . Una severa inconveniente de este tipo
de sistemas coaxiales de alta velocidad es su pequeño espacio
repetidor (~ 1 km), lo que hace que el sistema relativamente
caro de operar . la comunicación de microondas

6. sistemas permiten generalmente que para una separación
repetidor más grande , pero su tasa de bits también es
limitada por la frecuencia de la portadora de tales ondas . Una
figura de uso de méritos para la comunicación sistemas es el
producto con velocidad de bits distancia , BL , donde B es la
velocidad de bits y L es el espaciado repetidor . La Figura
1.2 muestra cómo el producto BL se ha incrementado a
través tecnológica los avances en el último siglo y medio. Los
sistemas de comunicación con BL ~ 100 (Mb / s ) - km
estaban disponibles para 1970 y se limita a tales valores ,
porque de limitaciones fundamentales.
Se realizó durante la segunda mitad del siglo XX que un
aumento de varios órdenes de magnitud en el producto BL
sería posible si las ondas ópticas fueron utilizados como el
portador . Sin embargo, ni una fuente óptica coherente ni un
adecuado medio de transmisión estaba disponible durante la
década de 1950 . La invención del láser y su demostración en
1960 resolvió el primer problema [ 5 ] . A continuación, la
atención se centró en la búsqueda de formas para el uso de luz
láser para las comunicaciones ópticas . Muchas ideas fueron
avanzado durante la década de 1960 [ 6 ] , siendo la más
notable la idea de confinamiento de luz utilizando una
secuencia de lentes de gas [ 7]

7. Se sugirió en 1966 que las fibras ópticas pueden ser la mejor
opción [ 8 ] , como se
son capaces de guiar la luz de una manera similar a la guía de
electrones en cobre
cables . El principal problema fue las elevadas pérdidas de
fibras -fibras ópticas disponibles
durante la década de 1960 tuvo pérdidas en exceso de 1,000
dB / km. Un gran avance se produjo en
1970 cuando las pérdidas de fibra podrían reducirse por
debajo de 20 dB / km en la región de longitud de onda
cerca de 1 jum [ 9 ] . Casi al mismo tiempo, los láseres
semiconductores de GaAs , de funcionamiento continuo
a temperatura ambiente , se han demostrado [ 10 ] . La
disponibilidad simultánea de
fuentes ópticas compactas y unas fibras ópticas de baja
pérdida llevaron a un esfuerzo a nivel mundial para el
desarrollo

8. los sistemas de comunicación por fibra óptica [ 11 ] . La figura
1.3 muestra el aumento en la
capacidad de los sistemas de ondas de luz se dio cuenta
después de 1980 a través de varias generaciones de
desarrollo
[ 12 ] . Como se ve allí, el despliegue comercial de los sistemas
de ondas de luz seguido
la fase de investigación y desarrollo de cerca. El progreso ha
sido hecho rápido , como es evidente
de un aumento en la tasa de bits en un factor de 100.000
durante un período de menos de 30
año . Las distancias de transmisión también han aumentado
de 10 a 10.000 km en el mismo
período de tiempo . Como resultado , el producto tasa de bits a
distancia de los sistemas de ondas luminosas modernas
pueden
exceda en un factor de 107 en comparación con los sistemas
de ondas de luz de primera generación .
1.1.2 Evolución de los Sistemas Lightwave
La fase de investigación de los sistemas de comunicación de
fibra óptica se inició en torno a 1975 . la enormes progresos
realizados durante el período de 25 años que se extiende
desde 1975 hasta 2000 lata pueden agrupar en varias
generaciones distintas. La figura 1.4 muestra el aumento en el
BL producto durante este período de tiempo tal como se
cuantifica a través de varios experimentos de laboratorio [ 13
] .
La línea recta corresponde a una duplicación del producto BL
cada año. En todos los

9. Aumento en el producto BL durante el período 1975-1980 a través de varias generaciones
sistemas de ondas de luz. Diferentes símbolos se utilizan para las generaciones sucesivas.
(Después de la Ref. [13].;
© 2000 IEEE, reproducido con permiso).
generación, aumenta BL principio, pero luego empieza a saturar ya que la tecnología
madure.
Cada nueva generación trae un cambio fundamental que contribuye a mejorar el sistema
rendimiento aún más .
La primera generación de sistemas de ondas luminosas operados cerca de 0,8 firn y
GaAs utilizadas
láseres semiconductores . Después de varios ensayos de campo durante el período 1977-
1979 , estos sistemas llegó a estar disponible comercialmente en 1980 [ 14 ] . Ellos
funcionan a una velocidad de 45 Mb / s y permitió separaciones repetidoras de hasta 10
km. El espaciado de repetidor más grande en comparación con 1- km espaciamiento de los
sistemas coaxiales fue una motivación importante para los diseñadores de sistemas
porque disminuye los costes de instalación y de mantenimiento asociados con cada uno
repetidor .
Quedó claro durante la década de 1970 que el espaciamiento del repetidor se podría
aumentar considerablemente haciendo funcionar el sistema de ondas de luz en la región
de longitud de onda cerca de 1,3 JUM , donde pérdida de la fibra es inferior a 1 dB / km .
Además, las fibras ópticas presentan dispersión mínima en esta región de longitud de onda
. Esta situación llevó a un esfuerzo a nivel mundial para el desarrollo de los láseres y
detectores que operan cerca de 1.3 Jim semiconductores InGaAsP .
El segundo generación de sistemas de comunicación de fibra óptica está disponible
desde principios de 1980, pero la tasa de bits de los primeros sistemas se limita a por
debajo de 100 Mb / s debido a la dispersión en fibras multimodo [ 15 ] . Esta limitación fue
superada por el uso de fibras de modo único . Un experimento de laboratorio en 1981
demostró la transmisión a 2 Gb / s más de 44 Km. De fibra de modo único [ 16 ] . La
introducción de sistemas comerciales poco después. Por 1987 , los sistemas de ondas de
luz de segunda generación , que funciona a velocidades de bits de hasta 1,7 Gb / s con una
separación repetidor de unos 50 km , estaban disponibles comercialmente .

10. El espaciamiento del repetidor de los sistemas de ondas de luz de la segunda generación se
vio limitada por las pérdidas de fibra a la longitud de onda de funcionamiento de 1,3 SSM (
típicamente 0,5 dB / km ) . pérdidas de fibras de sílice convertido mínimo cerca de 1.55
jum . De hecho , una pérdida 0.2-dB/km se realizó en el año 1979 en esta región del
espectro [ 17 ] . Sin embargo , la introducción de
la tercera generación sistemas de ondas de luz que funcionan a 1,55 firn se retrasó
considerablemente por una fibra de gran dispersión cerca de 1,55 jiim . Los láseres
convencionales semiconductores InGaAsP no podían ser utilizado a causa de la
propagación de impulsos que ocurren como resultado de la oscilación simultánea de
varios modos longitudinales . El problema de dispersión puede ser superada , ya sea
mediante el uso fibras desplazado dispersión diseñados para tener mínima dispersión
cerca de 1,55 Jum o limitando el espectro de láser a un único modo longitudinal . Se
siguieron Ambos enfoques durante la década de 1980 . En 1985 , los experimentos de
laboratorio indicaron la posibilidad de transmitir información a velocidades de bits de
hasta 4 Gb / s en distancias superiores a 100 km [ 18]. Sistemas de ondas de luz de tercera
generación que funcionan a 2,5 Gb / s se comercializaron en el año 1990 . Tales sistemas
son capaces de funcionar a una velocidad de bits de hasta 10 Gb / s [ 19 ] . Se logrará un
mejor rendimiento utilizando fibras de dispersión desplazada en combinación con láseres
oscilante en un único modo longitudinal .
Un inconveniente de los sistemas de 1.55-/im tercera generación es que la señal se
regenera
periódicamente mediante el uso de repetidores electrónicos separados típicamente por
60-70 km . la espaciamiento repetidor se puede aumentar mediante el uso de una
detección homodina o heterodina esquema , ya que su uso mejora la sensibilidad del
receptor . Tales sistemas se denominan a los sistemas de ondas de luz como coherentes .
Sistemas coherentes estaban en fase de desarrollo en todo el mundo durante la década de
1980 , y sus posibles beneficios se demostraron en muchos sistemas experimentos [ 20 ] .
Sin embargo , se pospuso la introducción comercial de tales sistemas Con el advenimiento
de los amplificadores de fibra en 1989 .
La cuarta generación de sistemas de ondas de luz hace uso de la amplificación óptica
para
el aumento de la separación de repetidor y de multiplexación por división de longitud de
onda ( WDM ) para el aumento de la tasa de bits . Como se ve en las figuras 1.3 y 1.4 , el
advenimiento de la técnica WDM alrededor de 1992 comenzó una revolución que dio lugar
a la duplicación de la capacidad del sistema cada 6 meses más o menos y dado lugar a
sistemas de ondas de luz que funcionan a una velocidad de bits de 10 Tb / s por 2001 . En
la mayoría de los sistemas WDM , las pérdidas de fibras se compensan
periódicamente utilizando erbiumdoped amplificadores de fibra espaciadas 60-80
km de distancia. Estos amplificadores se desarrollaron después de
1985 y se empezó a comercializar en 1990. Un experimento de 1991 mostró la
posibilidad de transmisión de datos de más de 21.000 kilómetros en 2,5 Gb / s , y
más de 14.300 kilometros en
5 Gb / s , utilizando una configuración de recirculación de bucle [ 21 ] . Esta
evolución indica que
un , , sistema de transmisión submarina óptica de próxima - amplificador era
factible para intercontinental
la comunicación . En 1996, no sólo la transmisión de más de 11.300 kilometros en un poco

11. velocidad de 5 Gb / s se ha demostrado mediante el uso de cables submarinos reales [ 22 ]
, sino comercial sistemas de cables transatlánticos y transpacíficos también estuvieron
disponibles. Desde entonces, un gran número de sistemas de ondas de luz submarinos se
han desplegado en todo el mundo .
La figura 1.5 muestra la red internacional de sistemas submarinos alrededor de 2005 [ 23
] .
El enlace de fibra óptica de 27.000 kilómetros alrededor del mundo (conocido como FLAG)
entró en funcionamiento en 1998 , que une muchos países de Asia y Europa [ 24 ] . Otra
onda de luz principal
sistema, conocido como África Uno estaba operando en el año 2000 , sino que da la vuelta
al continente africano y cubre una distancia de transmisión total de cerca de 35.000 km [
25]. Varios sistemas WDM fueron desplegados a través de los océanos Atlántico y Pacífico
durante 1998-2001 en respuesta
que el aumento inducido por Internet - en el tráfico de datos , sino que aumentaron la
capacidad total
por órdenes de magnitud . En efecto , tal despliegue rápido condujo a un nivel mundial
el exceso de capacidad que resultó en la explosión de la llamada " burbuja de las
telecomunicaciones " en 2001
El cambio en las pendientes de las líneas punteadas en la Figura 1.3 , que se producen en
torno a 2001 , refleja
esta realidad.
El énfasis de la mayoría de los sistemas de ondas luminosas WDM es en el aumento de su
capacidad de
transmitir más y más canales a través de la técnica WDM . Con el aumento
ancho de banda de la señal , a menudo no es posible amplificar todos los canales utilizando
un solo amplificador .
Como resultado , nuevos esquemas de amplificación ( tales como la amplificación Raman
distribuida )
se han desarrollado para cubrir la región espectral que se extiende 1,45-1,62 SSM .
Este enfoque dio lugar en 2000 a un 3,28 Tb / s experimento en el que 82 canales , cada
operativo
a 40 Gb / s , se transmitieron más de 3000 km. Dentro de un año , la capacidad del sistema
se podría aumentar a cerca de 11 Tb / s ( 273 canales WDM , cada uno operando a 40 Gb /
s )
pero la distancia de transmisión se limita a 117 km [ 26 ] . En otro experimento de
grabación,300 canales, cada uno operando a 11,6 Gb / s , se transmiten a través de 7380
kilometros , resultante en un producto BL de más de 25.000 ( Tb / s ) km [ 27 ] . Sistemas
terrestres comerciales con la capacidad de 3,2 Tb / s, que transmiten 80 canales (cada uno
a 40 Gb / s ) con el uso de
Amplificación Raman, estaban disponibles a finales de 2003 . Dado que la primera
generación sistemas tenían una capacidad de 45 Mb / s en el año 1980 , hay que destacar
que la capacidad de salto por un factor de más de 70.000 durante un período de 25 años .
La quinta generación de sistemas de comunicación de fibra óptica se refiere a la
ampliación la gama de longitud de onda sobre la cual un sistema WDM puede operar
simultáneamente .
La ventana de longitud de onda convencional , conocida como la banda C , cubre la
longitud de onda variar desde 1,53 hasta 1,57 jum . Se está extendiendo tanto en el lado

12. largo y corto de longitud de onda ,lo que resulta en las bandas L y S , respectivamente . La
técnica de amplificación Raman puede ser utilizado para las señales en las tres bandas de
longitud de onda . Por otra parte , un nuevo tipo de fibra , conocido como la fibra seca ha
sido desarrollado con la propiedad de que las pérdidas de fibra son pequeñas sobre toda la
región de longitud de onda que se extiende desde 1,30 hasta 1,65 ; IIM [ 28 ] . La
disponibilidad de tales fibras y nuevos esquemas de amplificación pueden dar lugar a
sistemas de ondas de luz con miles de
Canales WDM .
Conceptos Básicos
Esta sección presenta algunos conceptos básicos comunes a todos los sistemas de
comunicación.
Comenzamos con una descripción de las señales analógicas y digitales y describimos cómo
un análogo
la señal se puede convertir en forma digital . Después consideramos el tiempo y
frequencydivision
multiplexación de señales de entrada, y concluir con una discusión de varios modulación
formatos .
1.2.1 Señales analógicas y digitales
En cualquier sistema de comunicación , información a transmitir está generalmente
disponible como
una señal eléctrica que puede tomar forma analógica o digital, [ 48 ] . En el caso analógico ,
la
señal (por ejemplo , corriente eléctrica ) varía continuamente con el tiempo , como se
muestra esquemáticamente
en la figura 1.6 ( a) . Ejemplos conocidos son señales de audio y de vídeo resultantes
cuando
un micrófono convierte la voz o una cámara de vídeo convierte una imagen en una señal
eléctrica
señal. Por el contrario, la señal digital sólo toma unos valores discretos. En el binario
representación de una señal digital sólo dos valores son posibles. El caso más simple de un
señal digital binaria es uno en el que la corriente eléctrica es encendido o apagado , como
se muestra en
Figura 1.6 ( b )
. Estas dos posibilidades se conocen como "bit 1 " y " bit 0 "
(bit es un contratado
forma de dígitos èinary ) . Cada bit dura un cierto período de tiempo Tg , conocido como el
bit
período o ranura poco . Desde un bit de información se transmite en un intervalo de
tiempo de Tg , la

13. velocidad de bits B , definida como el número de bits por segundo , es simplemente B = Tgl
. Un bien conocido
ejemplo de señales digitales es proporcionada por los datos informáticos . Cada letra del
alfabeto
junto con otros símbolos comunes ( números decimales , signos de puntuación , etc ) es
asignado un número de código ( código ASCII) en el rango de 0 a 127 , cuya representación
binaria
corresponde a una señal digital de 7 bits . El código ASCII original ha sido extendida para
representar
256 caracteres transmitidos a través de bytes de 8 bits . Ambas señales analógicas y
digitales
se caracterizan por su ancho de banda , que es una medida de los contenidos espectrales
de la
señal. El ancho de banda de la señal representa el rango de frecuencias contenidas dentro
de la
señal y se determina matemáticamente a través de su transformada de Fourier .
Una señal analógica se puede convertir a formato digital por muestreo a intervalos
regulares
de tiempo [ 48 ] . La figura 1.7 muestra el método de conversión de forma esquemática . El
muestreo
tasa se determina por el ancho de banda de A / de la señal analógica . De acuerdo con el
muestreo
teorema [ 49 ] , una señal de ancho de banda limitado puede ser plenamente representada
por muestras discretas ,
sin pérdida de información , siempre que la frecuencia de muestreo fs satisface la
Criterio de Nyquist [ 50 ] , fs > 2A / . La primera etapa consiste en el muestreo de la señal
analógica en
la frecuencia correcta. Los valores muestreados pueden tomar cualquier valor en el rango
0 < A < Amax ,
donde Amax es la amplitud máxima de la señal analógica dada . Supongamos que
Amax se divide en intervalos discretos (no necesariamente equiespaciados ) M . Cada
muestreado
valor se cuantifica para corresponder a uno de estos valores discretos . Claramente , este
procedimiento conduce a ruido adicional , conocido como ruido de cuantificación , que se
suma a la
ruido ya presente en la señal analógica .
El efecto del ruido de cuantificación se puede minimizar eligiendo el número de discreta
niveles tales que M> Amax / A ^ v , donde AN es la amplitud del ruido de la raíz cuadrada
media
de la señal analógica . La relación Amax / Au se llama el rango dinámico y se relaciona con
la relación señal a ruido ( SNR ) por la relación
SNR = 201og10 ( Amax / AIV ) , (1.2.1 )

14. donde SNR se expresa en decibelios (dB ) unidades. Cualquier relación R se puede
convertir en
decibelios utilizando la definición general 101og10 / ? (ver Apéndice A). La ecuación (
1.2.1 )
contiene un factor de 20 en lugar de 10 , simplemente porque la SNR para señales
eléctricas es
definido con respecto a la energía eléctrica , mientras que A está relacionada con la
corriente eléctrica
( o voltaje ) .
Los valores muestreados cuantificados pueden ser convertidos a formato digital mediante
el uso de un adecuado
técnica de conversión . En un esquema , conocido como posición de pulso modulación de
pulso
posición dentro de la ranura de bits es una medida del valor muestreado . En otra ,
conocida como
de duración de pulso de modulación , la duración de impulso varía desde poco a poco de
acuerdo con
el valor muestreado . Estas técnicas se utilizan raramente en comunicación óptica práctica
sistemas , ya que es difícil de mantener la posición de pulso o anchura de pulso para una
alta precisión
durante la propagación en el interior de la fibra. La técnica utilizada casi universalmente ,
conocido
como modulación por impulsos codificados ( PCM ) , se basa en un esquema binario en el
que la información
es transportada por la ausencia o la presencia de pulsos que son por lo demás idéntico . la
código binario es usado para convertir cada valor muestreado en una cadena de 1 y 0 bits.
la
número de M bits necesarios para codificar cada muestra está relacionada con el número
de cuantizada

15. niveles de señal M por la relación
M = 2m o m = log2M .
La velocidad de bits asociada con la señal digital PCM está dado por lo tanto
B = mfs > { 2AF ) og2M , ( 1.2.3)
donde , se utilizó el criterio de Nyquist , fs > 2AF . Al tomar nota de que M> Amax / AN y
utilizando la ecuación . (1.2.1 ), junto con log2 10 « 3.33 ,
ß > (A / / 3 ) SNR , ( 1.2.4)
donde la relación señal ruido se expresa en decibelios (dB ) unidades.
La ecuación ( 1.2.4 ) proporciona la tasa de bits mínima requerida para la representación
digital
de una señal analógica de ancho de banda de A / y una SNR específica . Cuando SNR > 30
dB , la
tasa de bits requerida excede 10 (A / ) , lo que indica un aumento considerable en el ancho
de banda
requisitos de señales digitales . A pesar de este aumento , el formato digital es casi siempre
utilizado para sistemas de comunicación óptica . Esta elección se hace a causa de la
un rendimiento superior de los sistemas de transmisión digital . Sistemas Lightwave
ofrecen tales
un enorme incremento en la capacidad del sistema ( por un factor de ~ 105 ) en
comparación con microondas
sistemas que algún ancho de banda puede ser objeto de comercio para mejorar el
rendimiento .
Como ilustración de la ecuación . ( 1.2.4) , considere la conversión digital de una señal de
audio
generada en un teléfono. La señal de audio analógica contiene frecuencias en el rango
0,3 a 3,4 kHz con un ancho de banda de A / = 3.1 kHz y tiene un SNR de aproximadamente
30 dB. ecuación
( 1.2.4 ) indica que B > 31 kb / s . En la práctica, opera un canal de audio digital
a 64 kb / s . La señal analógica se muestrea a intervalos de 125 jus ( fs = frecuencia de
muestreo 8
kHz ) , y cada muestra está representada por 8 bits . La tasa de bits requerida para un
vídeo digital
la señal es más alto por más de un factor de 1000 . La señal de televisión analógica tiene un
ancho de banda
~ 4 MHz con una SNR de aproximadamente 50 dB . La velocidad de bits mínima de la
ecuación . ( 1.2.4)
es de 66 Mb / s . En la práctica, una señal de vídeo digital requiere una velocidad de 100
Mb / s o más
a menos que se comprimen mediante un formato estándar (tales como MPEG- 2 ) .
1.2.2 Canal Multiplexing
Como se ve en la discusión anterior , un canal de voz digital funciona a 64 kb / s . más
sistemas de comunicación de fibra óptica son capaces de transmitir a una velocidad de
más de
1 Gb / s . Para utilizar plenamente la capacidad del sistema , es necesario transmitir
muchos canales
de forma simultánea a través de multiplexación . Esto se puede lograr a través de división
de tiempo

16. multiplexación ( TDM ) o la multiplexación por división de frecuencia ( FDM ) . En el caso
de TDM ,
bits asociados con diferentes canales se intercalan en el dominio del tiempo para formar
un
flujo de bits compuesto. Por ejemplo , la ranura de bits es de aproximadamente 15 ^ es
para un canal de voz único
operando a 64 kb / s . Cinco de tales canales pueden ser multiplexados a través de TDM si
el bit
corrientes de canales consecutivos con retraso, por 3 SSS . Figura 1.8 ( a) muestra la
resultante
flujo de bits esquemáticamente a una velocidad binaria compuesta de 320 kb / s .
En el caso de FDM , los canales están separados entre sí en el dominio de la frecuencia .
cada
canal se realiza por su propia onda portadora . Las frecuencias portadoras se espacian más
que el ancho de banda de canal, de manera que los espectros de canal no se superponen,
como se ve la figura
1.8 ( b ) . FDM es adecuado tanto para señales analógicas y digitales y se utiliza en la
radiodifusión
de canales de radio y televisión. TDM se implementa fácilmente para señales digitales
y se utiliza comúnmente para las redes de telecomunicaciones . Es importante darse
cuenta de que
TDM y FDM se puede implementar tanto en los dominios eléctricas y ópticas ; óptico

17. FDM se refiere a menudo como WDM . El capítulo 6 se dedica a la multiplexación en el
dominio óptico
técnicas . Esta sección cubre TDM eléctrica , que se emplea universalmente para
multiplexar un gran número de canales de voz en una corriente eléctrica de un solo bit .
El concepto de TDM se ha utilizado para formar jerarquías digitales . En América del Norte
y Japón , el primer nivel corresponde a la multiplexación de 24 canales de voz con un
compuesto
velocidad de bits de 1.544 Mb / s ( jerarquía DS- 1 ) , mientras que en Europa 30 canales
de voz
se multiplexan , lo que resulta en una tasa de bits compuesta de 2,048 Mb / s . La velocidad
de bits de la
señal multiplexada es ligeramente mayor que el simple producto de 64 kb / s con el
número
de canales a causa de los bits de control adicionales que se agregan para separar (
demultiplexar )
los canales en el receptor final . La jerarquía de segundo nivel se obtiene mediante la
multiplexación
4 DS - 1 canales TDM . Esto se traduce en una tasa de bits de 6,312 Mb / s ( jerarquía DS - 2
)
para América del Norte o Japón y 8.448 Mb / s para Europa. Este procedimiento se
continuó
obtener jerarquías de nivel superior. Por ejemplo , en el quinto nivel de la jerarquía , la
tasa de bits
convierte 565 Mb / s para Europa y 396 Mb / s para Japón.
La falta de una norma internacional en el sector de las telecomunicaciones durante la
Década de 1980 condujo a la aparición de una nueva norma , primero llamada de la red
óptica síncrona
(SONET ) y más tarde llamó la jerarquía digital síncrona o SDH [ 51 ] - [ 53 ] . lo
define una estructura de trama síncrona para la transmisión de señales digitales TDM . El
básico
bloque de construcción de la SONET tiene una velocidad de bits de 51,84 Mb / s . El
correspondiente óptico
señal se conoce como OC- 1 , OC donde significa portadora óptica . El edificio básico
bloque de la SDH tiene una velocidad de bits de 155,52 Mb / s y se conoce como STM - 1 ,
donde
STM significa un módulo de transporte síncrono . Una característica útil de la SONET y

18. SDH es que los niveles más altos tienen una tasa de bits que es un múltiplo exacto de la
tasa de bits básica .
Tabla 1.1 enumera la correspondencia entre SONET y SDH tasas de bits para varios
niveles.
La SDH proporciona un estándar internacional que parece estar bien adoptado . De hecho ,
sistemas de ondas de luz que operan a nivel STM- 64 (B « 10 Gb / s ) están disponibles
desde
1996 [ 19 ] . ( OC- 768 ) los sistemas STM- 256 comerciales que operan cerca de 40 Gb / s
se convirtieron en
disponibles para el año 2002 .
1.2.3 formatos de modulación
El primer paso en el diseño de un sistema de comunicación óptico es decidir cómo el
señal eléctrica se convierte en un flujo de bits óptica . Normalmente , la salida de
una fuente óptica tal como un láser semiconductor se modula mediante la aplicación de la
eléctrica
la señal , ya sea directamente a la fuente óptica o a un modulador externo . Hay dos
opciones para el formato de modulación de la corriente de bits óptica resultante . Estos se
muestran
en la figura 1.9 y se conocen como el retorno a cero ( RZ ) y anti-retorno a cero ( NRZ )
formatos . En el formato RZ , cada impulso óptico que representa el bit 1 es más corto que
el bit
ranura , y su amplitud vuelve a cero antes de la duración de bit ha terminado. En el
formato NRZ ,
el impulso óptico permanece encendida durante la ranura de bits y su amplitud no baja a
cero entre dos o más sucesivos bits 1 . Como resultado , ancho de pulso varía dependiendo
en el patrón de bits , mientras que sigue siendo la misma en el caso de formato RZ . Una
ventaja
del formato NRZ es que el ancho de banda asociado con el flujo de bits es menor que
que el formato RZ aproximadamente en un factor de 2 , simplemente porque se producen
transiciones de encendido y apagado
un menor número de veces. Sin embargo, su uso requiere un control más estricto de la
anchura de pulso y puede llevar
a efectos de bits de patrón dependiente de si el pulso óptico se propaga durante la
transmisión. la
Formato NRZ se utiliza a menudo en la práctica debido a un ancho de banda de señal más
pequeña asociada
con ella.
El uso del formato RZ en el dominio óptico comenzó a atraer la atención de todo
1999 después de que se ha encontrado que su uso puede ayudar al diseño de onda de luz
de alta capacidad
sistemas [ 54 ] - [ 56 ] . Por ahora , este formato se utiliza casi exclusivamente para los
canales WDM
diseñados para funcionar a 40 Gb / s o más . Un ejemplo de la utilidad del formato RZ
es proporcionado por los llamados sistemas de pseudo - lineales [ 57 ] que emplean
relativamente corto OP

19. pulsos ticos que se propagan a través de múltiples ranuras de bits más rápidamente se propagan
por la fibraenlace . Esta propagación se reduce la potencia de pico y reduce el impacto de varios
no lineal
efectos que pueden resultar perjudiciales contrario. Las legumbres son finalmente comprimen de
nuevo a
su anchura original usando una técnica de gestión de dispersión . Tales sistemas típicamente
emplear una variante interesante del formato RZ , conocida como la zona de respuesta
modulada pulsada ( o CRZ )
formato , en el que los pulsos ópticos se prechirped antes de su lanzamiento en la fibra .
Una cuestión importante se relaciona con la elección de la variable física que es modulada
para codificar los datos sobre la portadora óptica . La onda portadora óptica antes de la
modulación es
de la forma
EO ) = eßcos (A * ) f - < / > ) = ERE [ AEXP ( i0 - idiota )] , ( 1.2.5)
donde E es el vector de campo eléctrico , E es el vector unidad de polarización , a es la amplitud
,
( OQ es la frecuencia de la portadora , y 0 es la fase . La dependencia espacial de E se suprime
por simplicidad de notación . Uno puede elegir para modular la amplitud A, el
frecuencia ( Do, o la fase < j). En el caso de la modulación analógica , los tres modulación
opciones son conocidos como modulación de amplitud ( AM ) , modulación de frecuencia ( FM
) , y
modulación de fase ( PM) . Como se muestra esquemáticamente en la figura 1.10 , la misma
modulación
técnicas se pueden aplicar en el caso digital y se llaman modulación por amplitud de
desplazamiento
( ASK ) , por desplazamiento de frecuencia (FSK ) , y por desplazamiento de fase (PSK ) ,
dependiendo
si la amplitud, la frecuencia , o la fase de la onda portadora se desplaza entre la
dos niveles de una señal digital binaria . La técnica más simple consiste en simplemente
cambiando
la potencia de la señal entre dos niveles , uno de los cuales se ajusta a cero , y a menudo se
llama
on- off keying ( OOK ) para reflejar la naturaleza de encendido y apagado de la señal óptica
resultante. hasta
Recientemente , OOK era el formato de elección para la mayoría de los sistemas de ondas de luz
digitales
.

20. 1.- Calcular la frecuencia de portadora para sistemas de comunicación óptica que operan a
0.88, 1.3 y 1.55 firn. ¿Qué es la energía del fotón (en eV) en cada caso?

21. 1.3 Supongamos que un sistema de comunicación digital puede ser operado a una
velocidad de bits de hasta
a 1 % de la frecuencia portadora . ¿Cuántos canales de audio a 64 kb / s pueden ser
transmitida sobre una portadora de microondas a 5 GHz y una portadora óptica a 1,55 jtim
?
1.4 Un script conferencia de 1 hora se almacena en el disco duro de la computadora en el
formato ASCII.
Estimar el número total de bits suponiendo una tasa de entrega de 200 palabras por
minutos y un promedio de 5 letras por palabra . ¿Cuánto tiempo se tarda en transmitir el
escritura a una velocidad de 1 Gb / s ?
1.5 Un sistema de comunicación digital de 1.55 - jum funcionando a 1 Gb / s recibe un
promedio
potencia de -40 dBm en el detector . Suponiendo que 1 y 0 bits son igualmente
probable que se produzca , se calcula el número de fotones recibidos dentro de cada 1 bit .
1.6 Una señal de voz analógica que puede variar a lo largo del rango de 0-50 mA es
digitalizada por
toma de muestras a 8 kHz . Los primeros cuatro valores de muestra son 10 , 21 , 36 , y 16
mA .
Escribe la señal digital correspondiente (una cadena de 1 y 0 bits) mediante el uso de un 4
-bit
representación para cada muestra .
1.7 Dibuje la variación de la potencia óptica con el tiempo para un flujo digital de bits NRZ
010111101110 asumiendo una tasa de bits de 2,5 Gb / s . ¿Cuál es la duración de la
pulso óptico más corta y más ancha ?
1.8 Un sistema de comunicación de fibra óptica 1.55 - jiim está transmitiendo señales
digitales a través
100 km a 2 Gb / s . El transmisor lanza 2 mW de potencia media en la fibra
por cable, que tiene una pérdida neta de 0,3 dB / km . ¿Cuántos fotones inciden sobre la
receptor durante un solo 1 bit ? Supongamos que los bits 0 llevan ningún poder , mientras
que 1 bits
están en la forma de un impulso rectangular ocupando la ranura poco toda (formato NRZ )
.

22. 1.9 A 0.8 ; receptor óptico Um necesita al menos 1.000 fotones para detectar los bits 1 con
precisión.
¿Cuál es la longitud máxima posible del enlace de fibra de 100 Mb / s
sistema de comunicación óptica diseñado para transmitir -10 dBm de potencia media ?
La pérdida de la fibra es de 2 dB / km a 0,8 firn . Asumir el formato NRZ y una rectangular
forma de impulso .
1,10 Un transmisor óptico 1,3 - JUM se utiliza para obtener un flujo de bits digital a una
velocidad de bits
de 2 Gb / s . Calcular el número de fotones contenidos en un solo 1 bit cuando el
potencia media emitida por el transmisor es 4 mW . Suponga que los bits 0 llevan
ninguna energía .