Este documento proporciona una introducción a las comunicaciones ópticas y la tecnología DWDM. Explica conceptos clave como multiplexación óptica, las técnicas WDM, DWDM y CWDM, y los componentes principales de una red DWDM como transpondedores, multiplexadores, amplificadores ópticos y filtros. También describe la grilla de canales ITU, bandas C y L, y factores que determinan la necesidad de amplificación.

1. COMUNICACIONES ÓPTICAS FUNDAMENTOS capítulo 3 Francisco Apablaza M. Septiembre 2010 [email_address]

8. WDM: Conceptos generales Ganancia de Multiplexión n n m Σ Fi = Σ Mo  Σ Cm = BW k=1 k=1 k=1 Cm Multiplexor Demultiplexor Fi1 Fi2 Fi3 . . Fin Mo1 Mo2 Mo3 . . Mon “ canales”

9. WDM: Conceptos generales WDM en un filamento, usado en PON y también, TDM + TDMA: Time Division Multiple Access

10. WDM: Conceptos generales DWDM y CWDM DWDM = D ense W avelength D ivision M ultiplexing, usado en redes de transporte de larga distancia CWDM = C oarse W avelength D ivision M ultiplexing, usado en redes de transporte metropolitanas

14. WDM: Conceptos generales CONCEPTOS BÁSICOS DE DWDM: evolución

15. WDM: Conceptos generales Señal DWDM Santiago-Norte: ejm.

18. WDM: Conceptos generales CONCEPTOS BÁSICOS DE DWDM

22. WDM: Componentes Diagrama general de un sistema DWDM Puntos de Referencia

25. WDM: Mux-Demux por prisma : Se hace pasar un rayo de luz policromático por un prisma y las diferentes longitudes de onda son refractadas en ángulos diferentes. Estos rayos luego son enfocados por un lente hasta el punto de entrada a una nueva fibra. El mismo proceso puede ser usado a la inversa para multiplexar.

26. WDM: Mux-Demux por difracción: Esta técnica se basa en el principio de difracción de la luz y se hace incidir un rayo policromático de luz sobre un arreglo de líneas finas, que reflejan o transmiten la luz, cada longitud de onda se difracta de manera diferente en la rejilla lo que hace que salgan hacia sitios diferentes en el espacio. Después se enfocan con un lente hasta la fibra correspondiente.

27. WDM: Mux-Demux por filtrado: La idea de esta técnica es sencilla y consistes en sobreponer filtros hasta que solo quede la longitud de onda deseada. Su uso no es práctico cuando hay muchas longitudes de onda multiplexadas ya que se requieren muchos filtros puestos en cascada.

29. WDM: Optical Add/Drop Multiplexer Los optical add/drop multiplexer son dispositivos que permiten insertar o remover una o varias señales ópticas en un determinado punto de la fibra. Esto lo hacen sin necesidad de tener que hacer una conversión óptica-eléctrica-óptica.

30. WDM: Transpondedor Modula la portadora asignada ADM STM-16 ROUTER SWITCH LADO CLIENTE OTU 2,5 Gb OTU 600 Mb OTU 1 GbE MUX  1  3  2

32. WDM: Transpondedor Disminuye ancho espectral LADO CLIENTE LADO DWDM  nm 20 dB 1310 nm 1552,5 nm  nm 20 dB

34. WDM: Regeneradores 1R= Retransmisión. los primeros transponders fueron “basura entra basura sale" en que su salida era análoga a la entrada, la salida era una 'copia' de la señal óptica recibida, practicamente sin limpiar la señal. Esto limita el alcance del sistema. Sólo se monitoreba la potencia recibida. . 2R= Re-temporización y Re-transmisión. Estos trnaspondedores no fueron muy comunes y utilizaban un método cuasi-digital “Schmitt-triggering” para limpiar la señal. Hubo un rudimentario monitoreo de los parámetros análogos. 3R= Re-temporización, Re-transmisión, Re-forma. Los Transponders 3R son totalmente digitales y con capacidad de monitoreo de las secciones SDH utilizando los bytes A1 y A2 del “overhead” para determinar la calidad. Se podrán tener transponder 3R capaces de ejecutar una 3R multi-rate en ambas direcciones.

37. WDM: Erbium Doped Fiber Amplifier {EDFA} Fibra de Si dopada con Erbio Laser de bombeo a  p  980 nm ó 1480 nm Señal de entrada 1530-1560 nm acoplador Aislador Señal de salida 1530 -1560 nm

38. WDM: Erbium Doped Fiber Amplifier {EDFA} El erbio es un elemento terrestre que no es muy común que cuando es excitado emite luz alrededor de los 1.540 nm (la longitud de onda de baja pérdida usada en DWDM). Una señal débil entra en la fibra dopada con erbio, ahí un láser inyecta una luz a 980 o 1.480 nm. Esta luz estimula los átomos de erbio que liberan su energía almacenada como luz adicional a 1.550 nm. Este proceso continúa a lo largo de toda la fibra haciendo que la señal se vuelva más fuerte. Este proceso también añade ruido a la señal.

39. WDM: Erbium Doped Fiber Amplifier {EDFA} Los parámetros de importancia de un amplificador son: la ganancia, uniformidad de la ganancia, el nivel de ruido y el poder de salida. Los EDFA típicos producen ganancias de 30 dB o más y tienen potencia de salida de +17 dB o más. De estos parámetros nombrados los más importantes son el nivel de ruido, que debe ser bajo y el gain flatness ya que todas las señales deben ser amplificadas uniformemente. La amplificación hecha por los EDFA es dependiente de la longitud de onda pero puede ser corregida con filtros. El nivel de ruido debe ser bajo ya que el ruido, al igual que la señal, es amplificado. Este efecto es acumulativo y no puede ser filtrado. La relación señal/ruido es un factor limitante en el numero de amplificadores que pueden ser concatenados. En la práctica una señal puede viajar sin ser amplificada por 120 Km. A distancias mayores de 600 Km hay que regenerar la señal, no basta sólo con amplificarla. Los EDFA solo amplifican la señal y no realizan las funciones 3R (reshape, retime, retransmit). Los EDFA están disponibles para las bandas C y L.

41. Respuesta Espectral EDFA: WDM: Resumen Características EDFA Factor de Ruido EDFA

42. WDM: Amplificador SOA (Semiconductor optical amplifier, SOA) Los amplificadores ópticos de semiconductor tienen una estructura similar a un láser Fabry-Perot salvo por la presencia de un antireflectante en los extremos. El antireflectante incluye un antireflection coating y una guía de onda cortada en ángulo para evitar que la estructura se comporte como un láser. El amplificador óptico de semiconductor suele ser de pequeño tamaño y el bombeo se implementa de forma eléctrica. Podría ser menos caro que un EDFA y puede ser integrado con otros dispositivos (láseres, moduladores,...). Sin embargo, en la actualidad, las prestacionesno son tan buenas como las que presentan los EDFAs. Los SOAs presentan mayor factor de ruido, menos ganancia, son sensibles a la polarización, son muy no lineales cuando se operan a elevadas velocidades... Su elevada no-linealidad hacen atractivos los SOAs para aplicaciones de procesado como la conmutación todo óptica o la conversión de longitud de onda. También se está estudiando su uso para implementar puertas lógicas.

43. WDM: Amplificador RAMAN Estos dispositivos se basan en amplificar la señal óptica mediante el efecto Raman. A diferencia de los EDFAs y de los SOAs, los amplificadores Raman se basan en un una interacción no lineal entre la señal óptica y la señal de bombeo de alta potencia. De esta forma, la fibra convencional ya instalada puede ser usada como medio con ganancia para la amplificación Raman. Sin embargo, es mejor emplear fibras especialmente diseñadas (fibra altamente no lineal) en las que se introducen dopantes y se reduce el núcleo de la fibra para incrementar su no linealidad. La señal de bombeo se puede acoplar a la fibra tanto en la misma dirección en la que se transmite la señal (bombeo codireccional) o en el sentido contrario (bombeo contradireccional). Es más habitual el bombeo contradireccional para evitar la amplificación de las componentes no lineales. El máximo de ganancia se consigue a 13 THz (unos 100 nm) por debajo de la longitud de onda de bombeo. Para obtener una buena amplificación es necesario usar potencias de bombeo elevadas (de hasta 1 W y hasta 1,2 W para amplificación en banda L en fibra monomodo estándar). Normalmente se emplean más de dos diodos de bombeo. El nivel de ruido que se obtiene es bajo especialmente cuando se usa junto con EDFAs.

44. WDM: DIAGRAMA DE OJO un ejm. Método utilizado para evaluar la calidad general del sistema de transmisión digital

45. WDM: CWDM (Coarse Wave Division Multiplex) El multiplexado por división aproximada (gruesa) de longitud de onda ( CWDM ) es un sistema que pertenece a la familia de multiplexion por divisiòn de longitud de onda (WDM), se utilizó a principios de los años 80 para transportar señal de video (CATV) en conductores de fibra multimodo, fue estandarizado por la ITU-T (internacional Telecommunication Union – Telecommunication sector), cuya norma es: ITU-T G.694.2 en el año 2002 DWDM utiliza componentes ópticos más complejos, para mayores distancias de transmisión y mayores capacidades, por lo cual son más caros que CWDM, la cual esta desarrollada especialmente para zonas metropolitanas, ofreciendo anchos de banda relativamente altos a un costo mucho más bajo, ésto debido a los componentes ópticos de menor complejidad, limitada capacidad y distancia, por lo cual es la más competitiva a corta distancia.

46. WDM: CWDM (Coarse Wave Division Multiplex)

49. FIN