REDES OPTICAS

Evolução dos sistemas de comunicação

• A frequência é uma das maneiras de se distinguir os diferentes sistemas de comunicação

• A capacidade de um sistema de comunicação pode ser medida através do produto taxa de

• transmissão vezes a distância do enlace BL, em que B é a taxa de bits e L é a distância entre Repetidores

• Primeira Geração de Sistemas Ópticos• Segunda Geração de Sistemas Ópticos

Aumento do produto taxa de bits vezes distância entre 1850

e 2000.

FIBRA OPTICA

• A fibra óptica permite a transmissão de sinais, com baixas perdas, sobre uma faixa de frequências que é muito maior do que a faixa disponível nos cabos de cobre ou qualquer outro meio de transmissão.• Estrutura:

PERDAS

• PERDAS NO MATERIAL

•PERDAS POR ESPALHAMENTO

•PERDA NO GUIA DE ONDA E MICRO-CURVATURAS

•EFEITOS LINEARES

•DISPERSÃO CROMATICA

•DISPERSÃO POR MODO DE POLARIZAÇÃO

•EFEITOS NÃO-LINERARES

Componentes de um sistemas de comunicação óptica

• TRANSMISSOR

•MODULADOR ÓPTICO

•RECEPTOR

TRANSMISSOR

• O PAPEL DE UM TRANSMISSOR OPTICO É CONVERTER O SINAL DO DOMINIO ELETRICO PARA O OPTICO PARA QUE ELE POSSA SER INSERIDO NA FIBRA.

•ESTRUTURA

TRANSMISSOR

• TIPOS DE FONTES OPTICAS: “LED” E “LASER SEMICONDUTOR”

•EMISSÃO DE LUZ PODE OCORRER POR DOIS PROCESSOS FUNDAMENTAIS: “EMISSÃO ESPONTÂNEA DE LUZ”(OS FOTONS DE LUZ SÃO EMITIDOS EM DIREÇÕES ALEATORIAS, SEM RELAÇÃO ENTRE SI) E “EMISSÃO ESTIMULADA”(AO CONTRARIO DA EMISSÃO ESPONTANEA, ELA OPERA SOB A CONDIÇÃO DE INVERSÃO DE POPULAÇÃO E É INICIADA COM UM FÓTON JÁ EXISTENTE.)

Modulador Óptico•Um dos primeiros passos no projeto de comunicação óptica é decidir como o sinal elétrico será convertidos em uma sequencia de bits ópticos.•Normalmente a saída de uma fonte óptica é modulada aplicando-se o sinal elétrico ou diretamente na fonte óptica(modulação direta) ou a um modulador externo(modulação externa).

Modulação DiretaA modulação direta de lasers(DML – directly modulated laser) é a maneira mais fácil de imprimir informação sobre uma portadora óptica.A informação é modulada sobre a corrente de controle do laser, resultando num formato de modulação em intensidade binária.

Modulação Externa•A modulação externa é usada na transmissão de altas taxas de bits, devido a maior velocidade de chaveamento proporcionada por esse tipo de modulação. •Ela pode ser feita através de duas formas: utilizando moduladores de eletro-absorção e moduladores Mach-Zehnder.Os moduladores de eletro-absorção (EAMs), são estruturas de semicondutor pin cujo limiar de absorção poder ser modulado pela aplicação de uma tensão externa, dessa forma alterando o índice de refração do dispositivo •Os moduladores Mach-Zehnder, Mach-Zehnder modulator (MZM), são moduladores externos baseados no interferômetro Mach-Zehnder, que utiliza o princípio de interferências construtivas e destrutivas entre as fases dos sinais que se propagam por cada braço do modulador.

RECEPTOR• A função dos receptores ópticos é recuperar os dados originalmente transmitidos por uma fonte luminosa através de um sistema de comunicação por fibra óptica. Seus componentes básicos são: fotodetector, pré-amplificador eletrônico e outros elementos eletrônicos para o processamento do sinal

•Tipos de receptores: receptores por detecção direta e receptores por detecção coerente(homodina e heterodina)

RECEPTORES POR DETECÇÃO DIRETA

RECEPTORES POR DETECÇÃO COERENTE

RECEPTORES POR DETECÇÃO COERENTE• Homódino: para o qual a frequência local coincide com a frequência da portadora óptica portanto não há translação para uma frequência intermediária.• Heteródino: para o qual a frequência do oscilador local é diferente da frequência da portadora óptica, e a frequência intermediaria é da ordem da região de microondas.

•Porque detecção coerente em vez detecção direta?

•Uma das vantagens de se utilizar detecção coerente é que a sensibilidade do receptor pode ser melhorada teoricamente em torno de 20dB em comparação com os sistemas de detecção direta.•Outra grande vantagem é que essa técnica abre portas para o uso de diferentes tipos de modulação do sinal, além da modulação em amplitude.

RECEPTORES POR DETECÇÃO COERENTE• Homódino: para o qual a frequência local coincide com a frequência da portadora óptica portanto não há translação para uma frequência intermediária.• Heteródino: para o qual a frequência do oscilador local é diferente da frequência da portadora óptica, e a frequência intermediaria é da ordem da região de microondas.

•Porque detecção coerente em vez detecção direta?

•Uma das vantagens de se utilizar detecção coerente é que a sensibilidade do receptor pode ser melhorada teoricamente em torno de 20dB em comparação com os sistemas de detecção direta.•Outra grande vantagem é que essa técnica abre portas para o uso de diferentes tipos de modulação do sinal, além da modulação em amplitude.

MODULAÇÃO OPTICA

•O campo óptico( que pode ser tanto elétrico quanto magnético) de um sinal de luz pode ser descrito como:•E(T)=A(T)*cos[w(t)+Q(t)]•Há basicamente quatro características que podem ser exploradas para modular esse sinal: amplitude, fase e frequência além da polarização da luz, resultado respectivamente nos seguintes formatos ASK, PSK, FSK e Pol-SK. •Tipos de formatos mais utilizados: os de modulação de intensidade e de fase.

•Dentro de cada grande grupo há subgrupos baseados nas características de modulação auxiliares, tais como: modulação com memória ou sem memória, modulação com chirp ou sem chirp

MODULAÇÃO DE INTENSIDADE•A modulação em intensidade é aquela cuja potência do sinal é alterada de forma que representa o símbolo a ser enviado, no caso dos sistemas de comunicações digitais pode ser representado pela ausência ou presença de luz na fibra.•As modulações OOK é o tipo de modulação mais popular utilizado nas mais diversas aplicações. Isso se dá devido a sua simplicidade e baixos custos de implementação. Essa modulação possui a vantagem de permitir ao transmissor de ficar ocioso durante a transmissão de um bit “zero”, conservando assim energia. •Já como desvantagem a possibilidade de surgir um sinal indesejado, durante a transmissão, devido o nivelamento incorreto da potência transmitida ou perdas.•Tipos:NRZ, Return-to-Zero (Retorna a Zero) (RZ) 50% e RZ 33%.

MODULAÇÃO EM FASE(DIFERENCIAL)

•A modulação em fase, como o próprio nome diz, utiliza o chaveamento na fase óptica para carregar a informação• Na modulação DPSK, a potência óptica aparece em cada slot de bit. A informação é codificada nos deslocamentos de fase, 0 ou , entre bits adjacentes.•Ela pode ser dividida em duas formas, de acordo com a Figura 2.1, em NRZ-DPSK e RZ-DPSK. Na NRZ-DPSK a potência óptica ocupa todo o slot do bit, já na RZ-DPSK apenas parte dele

Componentes para simular a modulação NRZ-DPSK.

Componentes para simular a modulação RZ-DPSK.