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Problemas propuestos - Comunicaciones Ópticas - Curso 2008/2009 - Diseño y Sistemasa un régimen de 10 Gbits/s y que, para que no haya diafonías (crosstalk), se requiere que estén separados (en Hz) al menos 4 veces surégimen de trabajo. Sabiendo que se cumple correctamente el balance de potencias (no lo limita), determine RAZONADAMENTE:a) Tras dibujar un esquema del sistema que une las dos ciudades (indicando los componentes básicos que lo integran),determine el número de canales que se transmiten por el mismo, y si con el sistema se logra un producto del régimen totalpor la distancia (R B xL =300 Tbps·Km) determine la distancia entre las dos ciudades.b) Determine el ancho de banda (en nm) que ocupa el sistema en la tercera ventana de transmisión de la fibra y si se ocupa elancho de banda total del mínimo de atenuación que típicamente tiene la citada ventana.c) Si las pérdidas en exceso del multiplexor es de X (dBs) y que todos sus “rutas” presentan las mismas pérdidas de insercióndetermine literalmente éstas últimas.4. Para unir dos centrales telefónicas mediante un enlace de comunicaciones por fibra óptica punto a punto, se dispone dela siguiente tecnología:Transmisor: Basado en láser Fabry-Perot; inyecta en fibra una potencia media de 2,44mW; la longitud de ondacentral es de 1550nm (aunque puede comprarse con cualquier valor entre 1540 y 1560nm); la anchura espectral eficaz dela fuente es de 0,2nm; el tiempo de subida (10..90%) es de 35ps; la señal óptica tiene una relación de extinción de -10dB.Receptor: basado en fotodiodo PIN; con sensibilidad de -16dBm a 1550nm y al régimen binario de 2,5Gbps;tiempo de subida (10..90%) de 35ps; y se sabe que está limitado por el ruido shot, y que por tanto la sensibilidad eslinealmente proporcional al régimen binario.Fibra óptica: fibra monomodo de dispersión aplanada; atenuación de 0,2dB/km en tercera ventana; parámetro dedispersión de primer orden D igual a +5,5ps/nm/Km en toda la tercera ventana; se ha medido también su parámetro dePMD que es de 0,19ps/√Km.Este enlace debe transportar una señal digital SDH (JDS) con modulación NRZ a una distancia de 80Km, con BERinferior a 10 -12 .Se pide:a) Determinar el régimen binario máximo de transmisión debido al efecto de la atenuaciónb) Determinar el régimen binario máximo de transmisión debido al efecto de la dispersiónComo la señal a transmitir es de 10Gbps (STM-64), se propone configurar un sistema WDM de 4 canales de 2,5Gbpscada uno, añadiendo a los componentes anteriores:- Dos “add/drop multiplexers” (ADMs) para la necesaria extracción y unión posterior de los cuatro tributarios demenor velocidad- Un multiplexor en longitud de onda, con pérdidas de inserción para todas las entradas de 1dB.- Un demultiplexor en longitud de onda, con pérdidas de inserción para todas las salidas de 1dB.Y se quieren utilizar longitudes de onda de emisión normalizadas. la ITU-T recomienda un canal central, situado en193,1THz, y el resto de canales alrededor de este canal de referencia, equiespaciados en frecuencia 25, 50 o 100GHz.Se pide:c) Dibujar un croquis del WDM sistema completod) Proponer cuatro longitudes de onda de trabajo para los cuatro transmisores del sistema WDMe) Determinar si el sistema así configurado permitirá enviar la señal de 10GbpsFórmulas: Ancho de banda de un sistema paso bajo de primer orden:3fdB0,35= ; gausiano: f3∆ T10..90%dB0,187=σEnsanchamiento eficaz debido a la dispersión cromática de primer orden fuera del punto de dispersión mínima: σcro= L ⋅ D ⋅ σ λσ ≈ D ⋅Ensanchamiento eficaz debido a la dispersión del modo de polarización:PMD PMD⎛1+r ⎞exPenalización al receptor por relación de extinción: δRE= 10⋅log ⎜ ⎟⎝ 1 − rex⎠5. Se muestra en la figura el esquema de un sistema de comunicaciones con tecnología WDM que transmite dos señalesde 1Gbps cada una. De él se sabe lo siguiente:• La fuente es un láser DFB emitiendo en tercera ventana, y genera una señal óptica digital NRZ conpotencias máxima y mínima de 1,8mW y 0,2mW respectivamente.• La fuente es un láser Fabry-Perot emitiendo en segunda ventana, generando una señal óptica digital NRZcon potencia media de +3dBm y relación de extinción de 10dB.• El dispositivo es ideal.• La fibra óptica es una fibra estándar Corning SMF-28e de 50Km de longitud (datasheet en el problema 1)L


Problemas propuestos - Comunicaciones Ópticas - Curso 2008/2009 - Diseño y Sistemas• El dispositivo tiene pérdidas de inserción para la puerta de salida superior de 5dB para tercera ventana y de15dB para el resto de lambdas. La puerta de salida inferior tiene 5dB de pérdidas de inserción para la segundaventana y de 15dB para el resto.• Los fotodiodos y son fotodiodos PIN de InGaAs con longitud de onda de corte de 1400nm yresponsividad máxima de 0,53 A/W.• Los amplificadores y tienen una ganancia de 490.200 V/A.SE PIDE:a) Dibujar lo que mostraría un analizador de espectros ópticos en el punto A, poniendo valores correctos deamplitud de señal (eje vertical) y longitud de onda (horizontal).b) Dibujar lo que mostraría un analizador de espectros ópticos en el punto B, poniendo valores correctos deamplitud de señal (eje vertical) y longitud de onda (horizontal).c) Dibujar lo que mostraría un osciloscopio en el punto Cd) Dibujar lo que mostraría un osciloscopio en el punto D6. Una red de fibra óptica para interconectar 8 casas a una central telefónica, con régimen binario simétrico de 155Mbps,codificación NRZ y BER=10 -9 , se basa en una estructura de red pasiva óptica (PON), de acuerdo al siguiente diagrama:


Problemas propuestos - Comunicaciones Ópticas - Curso 2008/2009 - Diseño y SistemasSe conocen los siguientes datos• La comunicación bidireccional se consigue sobre la misma fibra óptica usando dos longitudes de onda diferentes:1310nm y 1550nm.• Los acopladores “ACO” actúan como acopladores direccionales (o giradores) con pérdidas de inserción de 1dB,independientes de la longitud de onda.• El repartidor 1x8 presenta una relación de acoplo de 1/8 y pérdidas en exceso de 1,37dB, para todas las longitudesde onda.• La fibra óptica es estándar de telecomunicación, con pérdidas de 0,4dB/Km en 2ª ventana y 0,2dB/Km en 3ªventana. El tramo entre la central y el repartidor es de 2Km, y entre éste y las casas tiene entre 1 y 8 Km delongitud.• Todas las conexiones ópticas (marcadas en el diagrama como • ) pierden 0,1dB.Se pide:a) Se dispone de dos tipos de transmisores: basados en láser DFB emitiendo en 1550nm; y basados en láser FPemitiendo en 1310nm; ambos inyectan en fibra una potencia óptica media de 0dBm. Se ha decido usar el primero(DFB) en el OLT, y el segundo (FP) en la ONU. Justificar razonadamente esta decisión, a priori, sin hacercálculos, en términos de atenuación, dispersión y costeb) Se dispone de dos tipos de receptores ópticos: basados en fotodiodo PIN de InGaAs con longitud de onda de cortede 1650nm; y basados en APD con longitud de onda de corte de 1400nm. Indicar razonadamente, a priori, sinhacer cálculos, dónde es más conveniente usar cada uno de ellos: en el OLT o en la ONUc) Realizar un balance gráfico de potencias (o de atenuación) que recoja la evolución de la potencia óptica enfunción de la distancia, para ambos sentidos de la comunicación, para el hogar más lejano.d) Determinar la sensibilidad necesaria de ambos receptores, si se contempla un margen de seguridad de 6dB.Si los parámetros que se conocen de los receptores son (a la temperatura de 27 ºC):• Para el receptor basado en PIN: Responsividad de 0,8 A/W @ 1550nm, resistencia de carga de 50 ohmios, anchode banda de 311 MHz, figura de ruido del amplificador de 3dB, resto de parámetros ideales.• Para el receptor basado en APD: Responsividad de 0,7 A/W @ 1310nm, resistencia de carga de 50 ohmios, anchode banda de 311MHZ, ganancia por avalancha M = 1000, figura de ruido del amplificador de 3dB, figura de ruidodel APD de 3dB, resto de parámetros ideales.Y si la tasa de error exigida de 10 -9 se corresponde con una relación S/N igual a 20dB, se pide:e) Determinar si los receptores están limitados por ruido térmico o shot en las condiciones de uso en el sistemaf) Determinar si ambos receptores conseguirán la sensibilidad exigida.Fórmulas:S=N22 2I OP ⋅ m ⋅ f t4⋅ K ⋅T ⋅ f23dB⋅ Famp2⋅q⋅ f3dB ⋅ ( IoP + IoS + IoF ) ⋅M ⋅ FAPD+144444424444443 RLSHOT14 424443( )TÉRM + AMP7. Un sistema de comunicaciones ópticas no guiado con propagación atmosférica presenta la arquitectura mostrada en lafigura. Se le aplica una señal e(t) NRZ de 100Mbps con valores lógicos: “0”=0V; “1”=3,3V. La atenuación atmosféricapuede considerarse despreciable.El driver del transmisor tiene ganancia de 0,05 A/V. La corriente de bias es de 70mA, mientras que la fuente de luz(NEC NX8563LA) tiene los parámetros descritos en la hoja de características adjunta. La longitud de onda de emisión(que puede elegirse a voluntad al comprar la fuente) es de 1550nm. La fuente incorpora de fábrica una salida de fibraóptica, de longitud despreciable. Se sabe que la salida de esta fibra proyecta un patrón (spot) de radiación circular, conuna apertura numérica de 0,11, y la distribución de luz en el patrón de iluminación puede considerarse uniforme.NOTA: para escoger entre los valores mínimo, típico y máximo de cada parámetro, elegir siempre el caso peor.


Problemas propuestos - Comunicaciones Ópticas -Curso 2008/2009 - Diseño y SistemasDel receptor se sabe que incorpora un amplificador de transimpedancia y un fotodiodo PIN con área fotodetectora de8,22cm 2 , que está perfectamente enfrentado al transmisor, en el centro del spot de iluminación. La sensibilidad delconjunto del receptor es de -40dBm para la tasa de error exigida de 10 -9 y el régimen binario de 100Mbps.SE PIDE DETERMINAR:a) La potencia óptica recibida situando el receptor a 100 metros de distancia.b) Decir si el sistema cumplirá los criterios de calidad.c) Proponer un cambio lo más barato y sencillo posible que haga funcionar al sistema.8. Dos empresas diferentes (A y B) están situadas en un edificio de oficinas, con sendas redes de área local Ethernetindependientes. Por falta de espacio, da la casualidad de que ambas empresas quieren poner otra sede en un edificiocercano, situado a 2Km del edificio original. Ambas empresas desean unir sus redes de área local entre edificios medianteun enlace de fibra óptica, que deberá ser diferente para cada empresa por razones de confidenciabilidad.Al ingeniero encargado del proyecto se le ocurre realizar ambos enlaces sobre una única fibra alquilada para reducir elcoste, y utilizando una multiplexación WDM para llevar ambas señales de forma independiente.Cada red de área local Ethernet tiene accesible, en uno de sus routers, un puerto con dos señales eléctricas: una de salida,digital RZ a 1Gbps, y otra de entrada con las mismas características. Se trata de conectar entre sí los puertos que hay encada sede de la empresa (A), y lo mismo para la (B) (ver figura).`Empresa ARed Ethernet1GbpsRouterRouterEmpresa ARed Ethernet1GbpsEmpresa BRed Ethernet1GbpsRouter2 KmRouterEmpresa BRed Ethernet1GbpsPara realizar esta tarea, se dispone de los siguientes elementos:1. Un transmisor basado en láser FP emitiendo en segunda ventana (ver DATASHEET)2. Un transmisor basado en láser FP emitiendo en tercera ventana (ver DATASHEET)3. Una bobina de fibra óptica estándar (SMF28e, ver DATASHEET en problema 1)4. Acopladores de fibra óptica de dos entradas y una salida, con pérdidas de inserción de 0,5dB a todas laslongitudes de onda. Cuando se usan al revés (una entrada y dos salidas) presentan pérdidas de inserción de3,5dB en cada puerta.5. Unos filtros de fibra óptica paso-banda para tercera ventana, que presentan unas pérdidas en la zona de1550nm de 0,5dB, y de 40dB para otras ventanas de transmisión.


Problemas propuestos - Comunicaciones Ópticas - Curso 2008/2009 - Diseño y Sistemas6. Unos filtros de fibra óptica paso-banda para segunda ventana, que presentan unas pérdidas en la zona de1310nm de 0,5dB, y de 40dB para otras ventanas de transmisión.7. Receptores según DATASHEET. La sensibilidad de este receptor se sabe que es proporcional al régimenbinario, y el valor indicado de -20dBm está calculado a 1Gbps.8. Una máquina “fusionadora” muy cara que realiza conexiones ópticas con pérdidas prácticamente nulas.SE PIDE:a) Realizar sobre la figura anterior un esquema que resuelva el problema con los elementosdisponiblesDeterminar si el sistema funciona debido a la atenuaciónb) Determinar si el sistema funciona debido a la dispersiónc) Indicar si es probable que aparezcan efectos no lineales en el canal ópticoSe quiere valorar la posibilidad hacer funcionar en el futuro este mismo enlace a 10Gbps.d) Determinar si el enlace funcionará sin tocar nada, a esta nueva velocidad, teniendo en cuenta los efectos de laatenuación, dispersión y efectos no lineales.e) Si el sistema no funciona, proponer uno o más cambios, con criterios de mínimo coste, que lo pueda hacerfuncionar.Nota: elegir los valores correspondientes al caso peor.

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