1 Comunicaciones Comunicaciones Ópticas pticas Tema 10 Tema 10 Sistemas de Sistemas de C.O C.O. Objetivos Objetivos Conocer arquitecturas más complejas Conectar los aspectos telemáticos y de transmisión Conocer sus aplicaciones, prestaciones y consideraciones de diseño de: Sistemas WDM Redes troncales basadas en JDS/SDH Redes LAN ópticas Distribución de TV por cable (HFC) Sistemas de radio sobre fibra Sistemas no-guiados Sistemas FFTH 10 Sistemas de 10 Sistemas de C.O C.O. . Objetivos Objetivos Índice ndice 1. Sistemas WDM 2. Redes troncales basadas en JDS/SDH 3. Redes LAN ópticas 4. Distribución de TV por cable (HFC) 5. Sistemas de radio sobre fibra 6. Sistemas no-guiados 7. Sistemas FFTH 10 Sistemas de 10 Sistemas de C.O C.O. . Índice ndice
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ComunicacionesComunicacionesÓÓpticaspticas
Tema 10Tema 10Sistemas de Sistemas de C.OC.O..
ObjetivosObjetivos
� Conocer arquitecturas más complejas
� Conectar los aspectos telemáticos y de transmisión
� Conocer sus aplicaciones, prestaciones y consideraciones de diseño de:� Sistemas WDM
� Redes troncales basadas en JDS/SDH
� Redes LAN ópticas
� Distribución de TV por cable (HFC)
� Sistemas de radio sobre fibra
� Sistemas no-guiados
� Sistemas FFTH
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� ObjetivosObjetivos
ÍÍndicendice
1. Sistemas WDM
2. Redes troncales basadas en JDS/SDH
3. Redes LAN ópticas
4. Distribución de TV por cable (HFC)
5. Sistemas de radio sobre fibra
6. Sistemas no-guiados
7. Sistemas FFTH
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� ÍÍndicendice
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Sistemas WDMSistemas WDM
• Es una técnica de multiplexación de canales utilizando diferentes portadoras ópticas (fuentes de luz), en diferentes longitudes de onda
WDM = Wavelength Domain Multiplexing
• La multiplexación y demux. se realiza en el dominio óptico
• Es posible porque las ventanas de mínima atenuación de la fibra son “anchas”: caben múltiples portadoras sin solaparse
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� Sistemas WDMSistemas WDM
Sistemas WDMSistemas WDM
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� Sistemas WDMSistemas WDM
Sistemas WDMSistemas WDM
• ¿Cuantos canales caben? depende de:� Anchura de las ventanas de mínima atenuación:
• 2º ventana: ~12THz
• 3º ventana: ~15THz
• En fibras de bajo contenido OH- (sin “pico” de absorción en torno a 1400nm): ~50THZ = 50.000GHz
� Separación entre canales ∆λ∆λ∆λ∆λcanal para evitar solapamientos
¡solapamiento = crosstalk!
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� Sistemas WDMSistemas WDM
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Sistemas WDMSistemas WDM
• Se han normalizado la λλλλ y ∆λ∆λ∆λ∆λcanal (grids):
� Las tres ventanas de transmisión:
• 3 canales espaciados >200nm
� Coarse WDM (cDWM) – ITU-T G.694.2 (2002)
• 18 canales espaciados 20nm, de 1270-1610nm
� Dense WDM (dWDM) – IUT-T G.694.1 (2002)
• Espaciados de 200, 100 y 50GHz (ultra-dense = uDWDM)
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� Sistemas WDMSistemas WDM
Arquitectura de un sistema WDMArquitectura de un sistema WDM
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� Sistemas WDMSistemas WDM
Fibra óptica
λ2
λ3
λ4
λ1
λ2
λ3
λ4
Mux WDM DeMux WDM
λ1
Espectro óptico con múltiples portadora en la fibra óptica
Arquitectura de un sistema WDMArquitectura de un sistema WDM
• Transmisor: un transmisor completo para cada canal + un multiplexor WDM
� Importancia de los parámetros de anchura espectral ∆λ∆λ∆λ∆λ y estabilidad de la λλλλ0 con el tiempo y la temperatura.
• Canal de F.O. convencional único� La atenuación de la fibra y la ganancia de los A.O. depende de λλλλ:
atenuación/amp. diferente de cada canal.
� La potencia conjunta puede ser muy alta: se excitan efectos no-lineales fácilmente, que produce producen crosstalk “no-lineal”entre canales.
• Receptor: demultiplexor + un receptor para cada canal� Al ser los fotodiodos dispositivos de “banda ancha”, las
imperfecciones del demux. generan crosstalk “lineal” adicional.
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� Sistemas WDMSistemas WDM
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Consideraciones de diseConsideraciones de diseñño de un o de un sistema WDMsistema WDM
• Separación mínima entre canales:
• Se puede hacer el diseño para el peor canal:� El que sufra más atenuación / menos ganancia
� El que trabaje en la zona de mayor dispersión cromática
� Donde se genere más crosstalk por efectos no-lineales
• Contabilizar pérdidas de los mux/demux
• Receptor: penalizar la sensibilidad por el crosstalkentre canales
canal canal∆ν 4 ∆ν 4B fuenteR ó ν≥ ⋅ ≥ ⋅ ∆
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Ejemplos de sistemas WDMEjemplos de sistemas WDM
• Primera prueba de campo: cable “Rioja” entre Santander y Porthcurno (UK): 4x3,5Gbps, 4x930 Km, 1995.
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� JDS: Futuro: Procesado JDS: Futuro: Procesado óópticoptico
Acceso local
OpticalOptical Digital Cross Digital Cross ConnectConnect
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OpticalOptical Switch MatrixSwitch Matrix
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Espejos
Interferométrico
Burbujas
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ODXC basado en MEMSODXC basado en MEMS
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� JDS: Futuro: Procesado JDS: Futuro: Procesado óópticoptico
Ejemplos de redes JDSEjemplos de redes JDS
• Retevisión (Auna)
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� JDS: EjemplosJDS: Ejemplos
Ejemplos de redes JDSEjemplos de redes JDS
• Red de Auna� Anillos troncales STM-16 (2,5Gbps) x 4ch WDM
� Fibras propias y de terceros (“fibra oscura”)
� Transporte de:
• Telefonía
• Internet (IP sobre ATM sobre MPLS)
• Red troncal GSM para Amena
• Televisión Digital Terrestre (TDT) en STM-1
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� JDS: EjemplosJDS: Ejemplos
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Ejemplos de redes JDSEjemplos de redes JDS
• Universidad de Cantabria� Red LAN/MAN en el campus con enlaces:
• Troncales: Gigabit Ethernet con– Fibra monomodo entre edificios– Fibra multimodo entre switches dentro de edificios
• De usuario: 100Base-T sobre par trenzado
� Conexiones remotas con edificios:
• Conexiones punto a punto basadas en IP sobre ATM
� Enlace con el exterior: 622Mbps proporcionado por Rediris
• Red REDIRIS2 basada en JDS, conexión oeste a Asturias y este a Bilbao
• IP sobre ATM sobre MPLS
• Transporte sobre F.O. de la red de REE (Albura) y Ono
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� JDS: EjemplosJDS: Ejemplos
Ejemplos de redes JDSEjemplos de redes JDS
• Universidad de Cantabria: Rediris
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� JDS: EjemplosJDS: Ejemplos
Ejemplos de redes JDSEjemplos de redes JDS
• Universidad de Cantabria: Conectividad exterior
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Ejemplos de redes JDSEjemplos de redes JDS
• Universidad de Cantabria: red GÉANT
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� JDS: EjemplosJDS: Ejemplos
ÍÍndicendice
1. Sistemas WDM
2. Redes troncales basadas en JDS/SDH
3. Redes LAN ópticas
4. Distribución de TV por cable (HFC)
5. Sistemas de radio sobre fibra
6. Sistemas no-guiados
7. Sistemas FFTH
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� ÍÍndicendice
Redes LAN/MAN Redes LAN/MAN óópticaspticas
• Ethernet:
� Tecnología de interconexión multipunto de ordenadores.
� Estándar del IEEE (802.3), primeros productos en 1982.
� Define:• Formato de tramas (bits)• Protocolo de acceso al medio (MAC)• Electrónica de conexión al medio (hardware)
• Medio físico de transmisión: cable coaxial, UTP, F.O.
� Ha evolucionado desde 10Mbps a 10Gbps� Nexo común: protocolo CSMA/CD
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EvoluciEvolucióón de Ethernetn de Ethernet
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� Redes LAN/MAN Redes LAN/MAN óópticaspticas
10Mbps 1982 IEEE-802.3 Coax/UTP/Fibra
100Mbps (FastE) 1992 IEEE-802.3u Coax/UTP/Fibra
1Gbps (GBE) 1995 IEEE-802.3z UTP/STP/Fibra
10Gbps (10GBE) 2002 IEEE-802.3ae Fibra
GigabitGigabit EthernetEthernet
• Medio físico y distancia máxima� 1000Base-CX Shielded Twisted Pair (STP) 25m
� 1000Base-T Unshielded Twistet Pair (UTP) <100m
� 1000Base-SX 850nm LED c/ fibra MM 300m
� 1000Base-LX 1310nm LED c/ fibra MM 500m
1310nm láser c/ fibra SM 3Km
• Problema: CSMA/CD ���� Carrier extension
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� Redes LAN/MAN Redes LAN/MAN óópticaspticas
10 10 GigabitGigabit EthernetEthernet
• Medio físico y distancia máxima� 850nm fibra MM serie 65m
� 1310nm fibra SM serie 10Km
� 1550nm fibra SM serie 40Km
� 1310nm fibra MM WDM 4ch 300m
� 1550nm fibra SM WDM 4ch 10Km
• Problema: CSMA/CD ���� Sólo punto a punto
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� Redes LAN/MAN Redes LAN/MAN óópticaspticas
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ÁÁmbito de aplicacimbito de aplicacióónn
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� Redes LAN/MAN Redes LAN/MAN óópticaspticas
10GBE
GBE
Ejemplo de red LAN/MANEjemplo de red LAN/MAN
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� Redes LAN/MAN Redes LAN/MAN óópticaspticas
ÍÍndicendice
1. Sistemas WDM
2. Redes troncales basadas en JDS/SDH
3. Redes LAN ópticas
4. Distribución de TV por cable (HFC)
5. Sistemas de radio sobre fibra
6. Sistemas no-guiados
7. Sistemas FFTH
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� ÍÍndicendice
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Redes HFC: Redes HFC: ¿¿ququéé son?son?
• Redes Híbridas Fibra-Coaxial
• Tradicionalmente: Distribución punto-multipunto de señales de TV con:
� Multiplexación de canales por subportadora eléctrica en la cabecera
� Red troncal de fibra óptica en árbol
� Conversión O/E a cable coaxial antes de llegar al usuario
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� Redes HFC: IntroducciRedes HFC: Introduccióónn
Redes HFC: Redes HFC: ¿¿ququéé son?son?
• Ahora: Nuevos servicios, señales digitales, canal de retorno
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� Redes HFC: IntroducciRedes HFC: Introduccióónn
ANILLOPRIMARIO
ANILLOSECUNDARIO
RED DEDISTRIBUCION
TV
NODOSSECUNDARIOS
NODOS PRIMARIOSDE 40.000 A 60.000 HOGARES
2.000 HOGARES
NODOSTERMINALES
500 HOGARES
CABECERA
PUNTO DEDISTRIBUCIONDEL EDIFICIO
TELEFONIAEQIPOS PARADISTRIBUCION
Red troncalRed troncalRed de Transporte
Interurbano (SDH + HFC)
Fibraóptica
Fibraóptica pares
Red de alimentaciónde pares telefónicos
pares Red de distribución de pares
Cablesiamés
Acometida
STBPTR
RIC
CM
Red Interior de Cliente
Punto deTerminación
de Red
Amplificador RF
coaxial
tap Red de distribucióny acceso de coaxial
15.000HP
Nodo Primario
NP
NP
NPNP
NP
Cabecera
NF Telefónico
500HPNodo Final
NF
NF
NFT
NFTNF
PTR
RIC
siamés
CTpares
(caja terminal)
STM-1+
HFC
Red troncalsecundaria
STM-1 (155.5 Mbps)
STM-4+
HFC
Red troncalprimaria
STM-4 (622.0 Mbps)
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� Redes HFC: Arquitectura y topologRedes HFC: Arquitectura y topologííaa
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Red de distribuciRed de distribucióónn
• Red “Overlay” con separación de servicios
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� Redes HFC: Arquitectura y topologRedes HFC: Arquitectura y topologííaa
Red de distribuciRed de distribucióónn
• Separación en la acera
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� Redes HFC: Arquitectura y topologRedes HFC: Arquitectura y topologííaa
Red de distribuciRed de distribucióónn
• Separación en el hogar
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� Redes HFC: Arquitectura y topologRedes HFC: Arquitectura y topologííaa
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Consideraciones de diseConsideraciones de diseññoo
• Hay una fuerte atenuación de la señal hasta el nodo secundario ���� relación S/N� Hay que equilibrar las pérdidas� Se trabaja en 3ª ventana y con amplificación óptica� Medida: CNR Carrier to Noise Ratio
• La dispersión produce:� Limitación en el ancho de banda de transmisión� Cancelación periódica de la modulación
• No linealidades de los equipos ���� distorsión� Linealidad del conv. O/E, E/O y amp. eléctricos� Medida: CSO Composite Second Order
CTB Composite Triple Beat
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� Redes HFC: CaracterizaciRedes HFC: Caracterizacióón y medidasn y medidas
Ejemplo de red HFC: Ejemplo de red HFC: OnoOno
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� Redes HFC: EjemploRedes HFC: Ejemplo
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� Redes HFC: EjemploRedes HFC: Ejemplo
P. Ópt. 6,5 dBmC.N.R. 57,0 dBC.S.O. 70,8 dBC.T.B. 66,2 dB
P. Ópt. 8,6 dBmC.N.R. 53,8 dBC.S.O. 70,6 dBC.T.B. 66,3 dB
P. Ópt. 11,2 dBmC.N.R. 53,8 dBC.S.O. 70,6 dBC.T.B. 66,3 dB
P. Ópt. 3,2 dBmC.N.R. 53,8 dBC.S.O. 70,6 dBC.T.B. 66,3 dB
CABECERA SC1
EPA800-A(EP r)
EO
OTXE90A(TX r)
1550 nm
Divisor
1:2
EO
OTXE090A(TX n)
1550 nm
Divisor
1:2
EPA800-A(EP n)
NP 1A
SCUAPPC-B(1)
Acoplador
70:30
SCUAPPC-B(2)
Torrelavega
SCUACCP-B(DOWN 1B)
NP 1B
OAAS815D-A(D1 r)
2 x 13 dBm
OAAS815D-A(D1 n)
2 x 13 dBm
70%
30%
OAH02x16(D2 n)
2 x 16 dBm
OAH02x16(D2 r)
2 x 16 dBm
SCUAPPC-B(3)
Gama
(Castro Urdiales)
41,8 Km / 11,65 dB
SCUAPPC-B(4)
Ramal 3
3,1 Km / 1.0 dB
1,8 Km / 0.6 dB
P. Ópt. 1,9 dBmC.N.R. 56,9 dBC.S.O. 70,8 dBC.T.B. 66,5 dB
24 Km / 8..3 dB
P. Ópt. 12,7 dBmC.N.R. 54,1 dBC.S.O. 70,5 dBC.T.B. 66,0 dB
P. Ópt. 14,5 dBmC.N.R. 53,4 dBC.S.O. 70,5 dBC.T.B. 66,0dB
P. Ópt. 6,5 dBmC.N.R. 57,0 dBC.S.O. 70,8 dBC.T.B. 66,2 dB
P. Ópt. 8,6 dBmC.N.R. 53,8 dBC.S.O. 70,6 dBC.T.B. 66,3 dB
P. Ópt. 11,2 dBmC.N.R. 53,8 dBC.S.O. 70,6 dBC.T.B. 66,3 dB
P. Ópt. 3,2 dBmC.N.R. 53,8 dBC.S.O. 70,6 dBC.T.B. 66,3 dB
CABECERA SC1
EPA800-A(EP r)
EO
OTXE90A(TX r)
1550 nm
Divisor
1:2
EO
OTXE090A(TX n)
1550 nm
Divisor
1:2
EPA800-A(EP n)
NP 1A
SCUAPPC-B(1)
Acoplador
70:30
SCUAPPC-B(2)
Torrelavega
SCUACCP-B(DOWN 1B)
NP 1B
OAAS815D-A(D1 r)
2 x 13 dBm
OAAS815D-A(D1 n)
2 x 13 dBm
70%
30%
OAH02x16(D2 n)
2 x 16 dBm
OAH02x16(D2 r)
2 x 16 dBm
SCUAPPC-B(3)
Gama
(Castro Urdiales)
41,8 Km / 11,65 dB
SCUAPPC-B(4)
SCUAPPC-B(4)
Ramal 3
3,1 Km / 1.0 dB
1,8 Km / 0.6 dB
P. Ópt. 1,9 dBmC.N.R. 56,9 dBC.S.O. 70,8 dBC.T.B. 66,5 dB
24 Km / 8..3 dB
P. Ópt. 12,7 dBmC.N.R. 54,1 dBC.S.O. 70,5 dBC.T.B. 66,0 dB
P. Ópt. 14,5 dBmC.N.R. 53,4 dBC.S.O. 70,5 dBC.T.B. 66,0dB
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ÍÍndicendice
1. Sistemas WDM
2. Redes troncales basadas en JDS/SDH
3. Redes LAN ópticas
4. Distribución de TV por cable (HFC)
5. Sistemas de radio sobre fibra
6. Sistemas no-guiados
7. Sistemas FFTH
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� ÍÍndicendice
Sistemas de radio sobre fibra (Sistemas de radio sobre fibra (RoFRoF))
• Surgen de la necesidad de transportar señales de RF en sistemas de datos y telefonía por radio (GSM, UMTS, LMDS, …) entre:� La antena y la estación base
� Estaciones base
� Estaciones base y centrales
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� Sistemas de radio sobre fibraSistemas de radio sobre fibra
Servicios y bandas de frecuenciaServicios y bandas de frecuencia
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� Sistemas de radio sobre fibraSistemas de radio sobre fibra
MVDS40GHz
MBS60GHz
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¿¿porquporquéé es interesante la es interesante la RoFRoF??
• Las frecuencias involucradas son muy altas: por encima de las posibilidad de los cables de cobre para distancias de más de unos pocos metros
• Se puede separar la antena del resto del sistema� Instalación en entornos más preparados
� ¡Cobertura en interiores!
• Permite más clientes/tráfico por estación que los enlaces por microondas� Ejemplo: enlace típico BTS-MSC: 2Mbps (Minilink)
La idea es centralizar la inteligencia
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� Sistemas de radio sobre fibraSistemas de radio sobre fibra
Cobertura en interioresCobertura en interiores
• Centralización de las múltiples antenas necesarias en túneles, metro, centros comerciales, edificios…
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� Sistemas de radio sobre fibraSistemas de radio sobre fibra
CentralizaciCentralizacióón de estaciones basen de estaciones base
• La transmisión óptica permite distancias de decenas de Km
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� Sistemas de radio sobre fibraSistemas de radio sobre fibra
Unidad de antena remota
(RAU)
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TransmisiTransmisióón transparenten transparente
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� Sistemas de radio sobre fibraSistemas de radio sobre fibra
La RAU esmás simple
El ancho de banda muy elevado
TransmisiTransmisióón en n en frecfrec. intermedia. intermedia
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� Sistemas de radio sobre fibraSistemas de radio sobre fibra
La RAU esmás compleja
El ancho de banda menor: ¡F.O. multimodo!
Consideraciones de diseConsideraciones de diseññoo
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� Sistemas de radio sobre fibraSistemas de radio sobre fibra
• Son sistemas de subportadora eléctrica (SCM sub-carrier multiplexing)� Es crítica la linealidad de todos los equipos:
• Especialmente la curva P-I de la fuente de luz ����importancia del índice de modulación m
• Frecuencias altas + distancias cortas:
¡limita la dispersión!
• La dispersión causa:� Limitación en el ancho de banda
� Cancelación periódica de la modulación
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Efecto de la dispersiEfecto de la dispersióón en n en RoFRoF
10 Sistemas de 10 Sistemas de C.OC.O. . �������� Sistemas de radio sobre fibraSistemas de radio sobre fibra
• Una solución:
Ejemplo de sistema Ejemplo de sistema RoFRoF
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