UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILEFACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERIA

ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL ELECTRONICA

ANALISIS DE OPCIONES TECNOLOGICAS DE MODULACION YMULTIPLEXACION EN LAS REDES OPTICAS DE 100 Gbps Y MAS.

Trabajo de Titulacion para optar alTıtulo de Ingeniero Civil en Electronica

PROFESOR PATROCINANTE:Sr. Nestor Fierro Morineaud

NELSON ENRIQUE HERNANDEZ ROMERO

VALDIVIA 2015

Agradecimientos

En primer lugar deseo expresar mis agradecimientos a mis profesores, por la orientacion y los

conocimientos aportados, tambien una mencion especial para mi profesor patrocinante, por la de-

dicacion y apoyo que ha brindado a este trabajo, por el respeto a mis sugerencias e ideas y por la

direccion y el rigor que ha facilitado a las mismas.

Asimismo, agradezco a mis companeros por compartir proyectos e ilusiones,.por las muchas ex-

periencias que hoy me sirven para seguir creciendo personal y profesionalmente.

Gracias a mis amigos, que hicieron de esta etapa de me vida, una de las mas entretenidas, hicieron

mucho mas a mena la estadıa, en la hermosa ciudad de Valdivia.

Gracias a mi familia, a mis hermanas por esa union infranqueable, por su inmenso apoyo en todo

momento, a mi padre por ser la chispa que me impulso a estudiar electronica, siempre alentando

cada etapa de mi vida, a mi madre por ser la mejor, a toda prueba, incondicional.

Pero, sobre todo, gracias a mi companera de vida Paulina, a mis hijos, por su paciencia, com-

prension y solidaridad con este proyecto, por el tiempo que me han concedido, un tiempo robado

a la historia familiar. Sin su apoyo este trabajo nunca se habrıa escrito y por eso, este trabajo es

tambien el suyo.

3

Indice general

Resumen 7

Introduccion 8

1. Capıtulo I. Definicion, descripcion y analisis para una red de fibra optica 10

1.1. Parametros fundamentales de un enlace de Fibra Optica . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.1.1. Longitud de Onda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.1.2. Ancho de Banda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.1.3. Distancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.2. Conceptos basicos en las comunicaciones Opticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.2.1. Ley de Snell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.2.2. Angulo crıtico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.2.3. Reflexion Total Interna (TIR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.2.4. Angulo de aceptacion y cono de aceptacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.3. Principales componentes Opticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.3.1. Fuentes de luz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.3.2. Fotodetectores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.3.3. Fibra Optica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

1.4. Topologıa de las Redes Opticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

1.4.1. Redes Punto a Punto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

1.4.2. Red de Anillo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

1.4.3. Red Malla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

2. Capıtulo II: Degradacion de las senales. 24

2.1. Atenuacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.1.1. Perdidas por absorcion del material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.1.2. Perdidas lineales por dispersion espacial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2.1.3. Perdidas no lineales por dispersion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.1.4. Perdidas por curvas de la fibra optica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

2.1.5. Perdidas por conexion y empalmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2.2. Dispersion temporal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

2.2.1. Dispersion temporal intramodal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

4

5

2.2.2. Dispersion temporal intermodal o modal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

2.2.3. Dispersion del modo polarizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2.3. Ventanas de operacion opticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

3. Capıtulo III. Formatos de Modulacion para Alta Velocidad. 38

3.1. Formatos de Modulacion para Sistemas de 100 Gbps. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

3.1.1. Modulacion de Amplitud para 100 G Baudios . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

3.1.2. Sistema para 100 Gbps utilizando Formatos de Modulacion Multinivel . . . . 41

3.1.3. Formato (RZ-) DQPSK y Deteccion Directa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

3.1.4. Formato de Modulacion RZ-DPSK-3ASK y Deteccion Directa . . . . . . . . . 42

3.1.5. PM-DQPSK (DP-DQPSK) con Demux por Polarizacion y Deteccion Directa 43

3.1.6. OP-FDM-RZ-DQPSK y Deteccion Directa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

3.1.7. PM-QPSK (DP-QPSK) y Deteccion Coherente . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

3.1.8. PM-OFDM-QPSK (DP-OFDM-QPSK) y Deteccion Coherente . . . . . . . . 46

3.1.9. Tolerancia de los Formatos de Modulacion en Sistemas de 100Gbps . . . . . . 46

3.1.10. Principales caracterısticas para Formatos de Modulacion en 100 Gbps . . . . 46

3.2. Formatos de Modulacion para Sistemas de 100 Gbps y Mas. . . . . . . . . . . . . . . 47

3.2.1. Formatos de Modulacion de Portadora Unica . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

3.2.2. Realizaciones y demostraciones M-QAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

3.2.3. Descripcion general en una Portadora para opciones M-QAM . . . . . . . . . 50

3.2.4. Formato de Modulacion Multi Portadora - Transmision Optica OFDM . . . . 52

4. Capıtulo IV: Multiplexaciones y Redes Elasticas OFDM 54

4.1. WDM Wavelength Division Multiplexing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

4.1.1. CWDM Coarse Wavelength Division Multiplexing . . . . . . . . . . . . . . . 57

4.1.2. DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing . . . . . . . . . . . . . . . . 58

4.1.3. Comparacion CWDM vs DWDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

4.2. Nyquist WDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

4.2.1. Largo del Sımbolo vs Espectro del canal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

4.2.2. Senales Muestreadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

4.2.3. Implementacion de un Transmisor de Impulsos Nyquist . . . . . . . . . . . . 66

4.2.4. Experimento, Transmision de Nyquist WDM 32.5 Tbit/s, con Single-laser . . 68

4.3. OFDM, Orthogonal Frequency-Division Multiplexing . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

4.3.1. Sıntesis de los tipos de senales en O-OFDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

4.3.2. Tipos de deteccion de senales O-OFDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

4.3.3. Dispositivo experimental O-OFDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

4.4. Redes Elasticas Basados en OFDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

4.4.1. Beneficios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

4.4.2. Las tecnologıas a nivel de Nodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

6

4.4.3. WXC (Wavelength Cross Connect) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

5. Capıtulo V: Conclusiones y comentarios finales. 94

6. Capıtulo VI Anexo, lista de abreviaturas 102

7

Resumen

En este trabajo, se analizan las distintas opciones tecnologicas de Modulacion y multiplexacion

en las redes opticas de 100Gbps y mas, realizando un repaso de las principales caracterısticas

tecnicas, en las redes de fibra optica con sus ventanas de operacion, caracterısticas de las fibras y

topologıas. Se estudian la influencia de las degradaciones en la trasmision de las senales. Tambien

se destacan los cuadros comparativos con las diferentes modulaciones en los que se describen sus

tasa de sımbolos, tasa de trasmision, espaciamiento por canal, alcances de trasmision, entre otras

caracterısticas. Se muestran las multiplexaciones que se utilizan actualmente y las que se vislumbran

a futuro. Con diagramas de transmisores, para altos regımenes binarios, muchos de ellos probados

en entornos de laboratorios y campo. Finalmente, conclusiones y comentarios del significado de esta

experiencia, haciendo un contraste con la actualidad de las redes de algunas companıas Chilenas de

Telecomunicaciones.

Abstract

In this paper, the different technological options of Modulation and multiplexing in 100Gbps

optical networks and more, are discussed by reviewing the main technical characteristics in optical

fiber networks, their transmission windows, characteristics of the fibers, and topology. The influen-

ce of degradation in the transmission of signals is studied. A highlight of this document are the

comparative tables with the different modulations in which their symbol rate, transmission rate,

channel spacing, scope of transmission, among other characteristics, are detailed. Currently used

multiplications, and those which are expected to be used in the future, are shown. Diagrams of

transmitters for high signaling rates, many tested in laboratory and field environments. Finally,

conclusions and opinions of the meaning of this experience are described by contrasting them to

current networks of some Chilean telecommunications companies.

Introduccion

Actualmente, el trafico de Internet en la red mundial se esta duplicado cada dos anos, y se preve,

que para el ano 2016, un trafico global de 1,3 zetabyte (1 billon de gigabytes), como se muestra en

el Cuadro 0.1. Este importante aumento en el trafico se debe a varios factores, tales como: aumento

en el numero de dispositivos moviles y usuarios de Internet, velocidades de datos mas rapidas, la

expansion de las redes Wi-Fi y el crecimiento de las redes sociales, comunicacion a traves de video

en tiempo real y de alta definicion (HD). Chile no es la excepcion en la explosiva demanda de

comunicacion, los servicios de Banda Ancha e Internet movil, han presentado un crecimiento de un

49,2 % entre enero y diciembre de 2012 [2].

Debido a este explosivo aumento en la demanda de trafico, las redes opticas futuras requieren sis-

temas de transmision con mayores capacidades, mas flexibles y con mejores relacion precio-calidad.

Teniendo en cuenta la prevision anterior se puede decir que las redes opticas apoyaran operaciones

en magnitudes cercanas a los Tbps por canal en un futuro proximo, posiblemente sustituir el anti-

guo sistema Wavelength Division Multiplexing (WDM) con 40 Gbps por canal, utilizado en redes

troncales. Otro reto es predecir los cambios en la demanda de ancho de banda y trafico, causadas,

por las tecnologıas incipientes, como el vıdeo bajo demanda, el cloud computing y la red e Internet

Protocol Television (IPTV) [3]. Este trabajo de titulacion, proponen estudiar las nuevas opciones

tecnologicas, tanto de modulacion como multiplexacion para trasmisiones superior a los 100Gbps,

que nos permitan mejorar la arquitectura actual y mostrar las innovaciones ad-hoc a los nuevos

requerimientos, alcanzando una alta eficiencia espectral con las diferentes tecnicas de modulacion y

multiplexacion, logrando un mejor aprovechamiento de los canales sin desperdiciar ni un solo hertz.

Por lo tanto en este trabajo, se realiza una breve descripcion de conceptos basicos de los compo-

nentes de una red de fibra optica, en el primer capıtulo, posteriormente se abordan las degradacion

de las senales, informacion fundamental para el aprovechamiento de los recursos de la red (capıtulo

Trafico IP 2012-2017

Ano 2012 2013 2014 2015 2016 2017

Tipo por mes

Internet Fija 31.339 39.295 47.987 57.609 68.878 81.818

IP corporativo 11.346 14.679 18.107 21.523 24.740 27.668

Datos moviles 885 1.578 2.798 4.704 7.437 11.157

Total 43.570 55.553 68.892 83.835 101.055 120.643

Cuadro 0.1: Expectativas del trafico IP. Cisco [1]

8

9

II), luego dar paso al estudio de las modulaciones, el cual se encuentra dividido en dos etapas,

primeramente con formatos que permitan alcanzar los 100Gbps, con modulaciones QPSK o OOK,

entre otros, mientras que para la segunda parte se detallaran los formatos que logran alcanzar

velocidades de 400 Gbps a 1 Tbps utilizando formatos M-QAM (capitulo III). En ambas etapas,

para 100 Gbit/s y velocidades mas altas, se realizan comparaciones de los desempeno, junto con

las principales caracterısticas de los formatos de modulacion. En el cuarto capıtulo se analizan los

formatos de multiplexacion clasicos establecidos como WDM y los formatos mas emergentes como

N-WDM o O-OFDM, con ejemplos del funcionamiento de sus transmisores y receptores, tambien se

abordan las redes elasticas OFDM, con sus esquemas y configuraciones. Finalmente en el capıtulo

V se dan las conclusiones y observaciones, para el desarrollo de las redes de Fibra Optica de nueva

generacion,

Objetivos generales

• Realizar un estudio detallado de las modulaciones y multiplexaciones, actuales y futuras para

redes opticas de alta velocidad (superior a 100Gbps), en donde se describen y comparan las diferentes

tecnicas.

Objetivos especıficos

• Estudiar las diferentes tecnicas de modulacion para altos regımenes binarios como lo son

DQPSK, 16QAM, 32QAM, 64QAM, etc. Analizar las multiplexaciones de alta capacidad ya sea

WDM, DWDM, nyquist WDM, OFDM y OFDM Elastica.

• Identificar cuales son los formatos de modulacion segun el tipo de enlace a emplear y las

multiplexaciones ad-hoc al tipo de red.

• Analizar la influencia de degradaciones u otros fenomenos que pueden perjudicar las transmi-

siones.

1 Capıtulo I. Definicion, descripcion y analisis

para una red de fibra optica

1.1. Parametros fundamentales de un enlace de Fibra Optica

Un enlace de fibra optica esta definido por varios parametros: estructurales, de transmision y de

costos. Los parametros estructurales son los inherentes a la fibra como: perfil de ındice de refraccion,

apertura numerica, diametro del nucleo, longitud de onda de corte.

Por su parte entre los parametros de transmision podemos citar ancho de banda, atenuacion,

longitud de onda operativa, longitud del enlace. En los siguientes topicos definiremos los parametros

mencionados.

1.1.1. Longitud de Onda

La longitud de onda es la distancia que ocupa un ciclo completo de onda. En frecuencias luminosas

la longitud de onda se la puede expresar en terminos de micras (1 µm = 10−6 m), nanometros (1

nm = 10−9 m = 0.001 µm), aunque en el espectro visible es comun ver medidas en Angstrom (1 A

= 10−10 m = 0.0001 µm).

Figura 1.1: Longitudes Operativas de Fibras.

La region que se suele llamar optica es la que abarca aproximadamente desde 50 nm (ultravioleta)

hasta 100 µm. Una fibra optica presenta tres ventanas de transmision, como se aprecia en la figura

1.1, la primera esta situada entre 800 y 900 nm, la segunda entre 1300 y 1400 nm y la tercera entre

1500 y 1600 nm.

10

11

1.1.2. Ancho de Banda

En una fibra optica el ancho de banda es una medida de la capacidad de transmision de datos que

esta puede soportar. La dispersion (ensanchamiento de los pulsos de luz) es el fenomeno que limita

el ancho de banda. Cuando las distancias son muy grandes, o la velocidad de transmision muy alta,

los pulsos se ensanchan, solapandose unos con otros y perdiendose informacion. Para evitarlo hay

que tener en cuenta la maxima velocidad de datos de una fibra[4].

La naturaleza de alta frecuencia de la luz permite llevar informacion a altas velocidades. En

la actualidad los equipos de transmision pueden modular luz a 100 Gbps o mas, una frecuencia

mayor que la que soportan los sistemas electricos convencionales. El concepto de comunicacion

optica puede tambien ser aplicado a escalas pequenas. Mientras que redes con Ethernet operan con

aproximadamente 100 Mbps, las redes basadas en fibras opticas pueden llegar hasta una frecuencia

de 1 Tbps.

1.1.3. Distancia

El efecto de la dispersion aumenta con la longitud de la fibra, y la dispersion limita el ancho de

banda por lo que ambos parametros estan ligados. Por este motivo en las especificaciones tecnicas

de las fibras se suele indicar el producto BL, ancho de banda por distancia. Consecuentemente al

aumentar la distancia de transmision de una fibra se sacrifica la maxima tasa de datos que se puede

alcanzar en dicha fibra y viceversa. Para largas distancias de transmision son preferidas las fibras

monomodo, a su vez estas son usadas con fuentes de precision como laseres; por lo que las largas

distancias implican tambien un mayor costo en la implementacion de un enlace de fibra optica.

1.2. Conceptos basicos en las comunicaciones Opticas

En el siguiente topico desarrollaremos los puntos teoricos mas relevantes para la comprension de

la transmision de datos a traves de la fibra optica.

1.2.1. Ley de Snell

La luz, al tener propiedades ondulatorias se propaga a distintas velocidades segun el medio en que

se encuentre, esto explica el fenomeno de refraccion. Cuando un rayo de luz incide en una frontera

hacia un nuevo material a cierto angulo, el angulo del haz refractado se acercara, o se alejara de la

normal si el segundo medio tiene mayor o menor ındice de refraccion respectivamente.

n1 sin θ1 = n2 sin θ2 (1.1)

12

1.2.2. Angulo crıtico

Cuando la luz viaja desde un medio de mayor ındice de refraccion a uno de menor existe un valor

de angulo de incidencia en el que la luz refractada es paralela a la frontera, al valor de dicho angulo

se lo conoce como angulo crıtico. De la ley de Snell el angulo crıtico se define por la ecuacion 1.2.

sin θc =n2

n1(1.2)

1.2.3. Reflexion Total Interna (TIR)

Los rayos de luz en una fibra optica viajan confinados, esto se logra cuando el angulo de incidencia

dentro de la fibra es mayor que el angulo crıtico y se produce la reflexion total interna del haz de

luz. En caso de ser una fibra escalon la luz viaja en forma de zigzag por el nucleo de la fibra.

θi = θc ⇐⇒ TIR (1.3)

1.2.4. Angulo de aceptacion y cono de aceptacion

Para lograr TIR en la fibra hay que considerar que la luz se refracta primeramente desde el

aire al nucleo de la fibra y despues alcanza reflexion total interna si el angulo de incidencia a la

frontera entre el nucleo y el revestimiento es mayor que el angulo crıtico. Esto es posible si el angulo

refractado de la frontera aire – nucleo es el menor posible, lo que implica que el angulo de incidencia

a la fibra debe tener un valor maximo, a este angulo se le denomina angulo de aceptacion. Como lo

ilustra la figura 1.2 al rotar este angulo alrededor del eje de la fibra se sigue respetando la misma

geometrıa por lo que a nivel tridimensional se habla de cono de aceptacion. El cono de aceptacion

es la region en el espacio dentro de la cual se puede lanzar un haz de luz hacia la fibra y asegurar

la reflexion total interna.

θa = arcsin

(√n2

1 − n2

)(1.4)

1.3. Principales componentes Opticos

La eleccion de componentes opticos adecuados es esencial para asegurar el exito de un enlace de

fibra optica. Un enlace basico de comunicaciones opticas consta de tres bloques funcionales funda-

mentales: emisor, medio y receptor. En primer lugar se encuentran las fuentes de luz, que pueden ser

laseres o diodos emisores de luz. La fuente de luz es alimentada por una serie de circuitos electroni-

cos destinados a generar la senal a transmitir. En segundo lugar esta el medio, que corresponde a la

fibra optica usualmente hecha de sılice, aunque para distancias cortas tambien se usen las fibras de

plastico. Finalmente estan los detectores: fotodiodos. El circuito de recepcion es el mas complejo del

sistema porque ademas incluye bloques recuperadores de senal como filtros, comparadores, y otros.

13

Figura 1.2: Cono de Aceptacion.

1.3.1. Fuentes de luz

Desde el inicio de las comunicaciones opticas, el principal problema fue el de crear fuentes de

luz coherentes. Una fuente optica coherente es aquella que produce ondas luminosas que conservan

variables fısicas similares como fase, frecuencia, amplitud maxima de campo electrico, etc. durante

un tiempo prolongado. Un ejemplo de fuente no coherente es, por ejemplo, la ampolleta con filamento

de tungsteno. La importancia de fuentes coherentes en las comunicaciones radica en que solo con

luz coherente se pueden presentar los fenomenos de la optica fısica como interferencia y difraccion.

Otra caracterıstica fundamental que debe satisfacer la fuente es que sea monocromatica, es decir

con un espectro muy reducido.

1.3.1.1. Diodo emisor de luz (LED)

La generacion de luz en un LED se produce por medio de emision espontanea, un proceso mediante

el cual electrones de la banda de conduccion llenan huecos de la banda de valencia, esta recombina-

cion produce energıa en cantidades discretas denominadas fotones. Los fotones son partıculas que

viajan a la velocidad de la luz, pero que en reposo no tienen masa. El proceso de recombinacion

entre materiales p y n es el mismo que se produce en un diodo semiconductor, con la diferencia de

que para generar luz la tecnologıa del silicio es ineficiente, por eso, se han escogido materiales del

grupo III y V de la tabla periodica como: arsenico (As), fosforo (P), indio (In), galio (Ga), aluminio

(Al) en la composicion de los semiconductores.

El LED de homounion conserva una estructura basica, conformado por materiales de tipo p y n

de un mismo material. La luz producida por un LED de homounion tiene poca direccionalidad por

lo que no son muy utiles como fuentes luminosas para guiarla dentro una fibra optica.

Para mejorar las caracterısticas se desarrollo el LED de heterounion que consiste en una com-

binacion en distintas capas n y p de materiales que producen que la radiacion emitida salga lo

suficientemente concentrada como para conducirla por la fibra optica. Un tipo de LED de estruc-

tura heterogenea es el disenado por C. A. Burrus debido a su alta eficiencia y porque el area activa

es reducida.

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1.3.1.1.1 Caracterısticas tecnicas del LED

Dada la forma de emision de la luz en un LED, la fuente luminosa siempre tendra mayor ancho

espectral que un laser semiconductor. El ancho espectral de la fuente para longitudes de onda de

850 nm es de 20 – 50 nm, y para longitudes de onda de 1300 nm el ancho lınea puede ser de hasta

120 nm. En la figura 1.3 se muestra el ancho de lınea de un LED a 1550 nm.

Una caracterıstica a favor del LED es la linealidad entre la potencia optica de salida en funcion

de la corriente de entrada.

Figura 1.3: Grafica potencia vs longitud de onda de un LED

1.3.1.2. Diodo Laser Semiconductor

El mecanismo de funcionamiento de un laser es similar al de un LED, sin embargo la luz emitida

por un laser es producida por emision estimulada, en donde un foton genera a otro foton con

caracterısticas identicas. De ahı que la luz de un laser es coherente. En la obtencion de luz en un

laser es determinante la retroalimentacion optica, la cual se obtiene a traves de resonadores opticos

que compensan la perdida para mantener el proceso dentro de la cavidad.

1.3.1.2.1 Caracterısticas tecnicas del LED

Al ser de emision estimulada, en el laser hay mayor calidad en las ondas luminosas generadas.

La luz generada por un laser tiene un alto nivel de monocromaticidad, el ancho de lınea es menor

a 1nm para fibras Multimodo, y llega hasta los subpicometros en Monomodo, siendo una ventaja

considerable en las transmisiones a grandes distancias donde la dispersion es mayor si el ancho de

lınea de la fuente es grande. En la figura 1.4 podemos apreciar la aparicion de picos alrededor de

la frecuencia central. La coherencia de la luz emitida por el laser semiconductor tambien es una

ventaja solida sobre el LED. La direccionalidad de la luz laser es superior a la de cualquier otra

fuente optica, esto se debe a la retroalimentacion optica del resonador usado en la generacion de la

luz. Esta ventaja permite facilmente encaminar al pulso luminoso dentro de la fibra optica.

15

Figura 1.4: Grafico, potencia optica de salida vs longitud de onda de un laser

Sin embargo, existen desventajas de parte del laser de semiconductor, uno de ellos es la no linea-

lidad entre la corriente electrica de entrada y la potencia optica de salida, solo se podra considerar

lineal a partir de cierto umbral. Como se puede ver en la figura 1.5 de un laser de fosfuro de aluminio-

indio-galio (InGaAlP), la corriente de umbral distingue dos regiones diferenciadas. La primera, que

corresponde a valores por debajo de esta, tiene su origen en la emision espontanea, base de los

LED’s. La segunda, con una pendiente elevada, es la region de emision estimulada y es en la que

regularmente trabajan los laseres. El valor de Iumb varıa considerablemente de unos tipos de laseres

a otros, siendo un margen normal de densidad de corriente (−→J ) entre 103 a 102 A.cm−2.

1.3.2. Fotodetectores

Un fotodetector basico es el compuesto por materiales tipo p y n, en donde se manifiesta el proceso

de absorcion. Al incidir un foton, cedera energıa para que el electron pase de la capa de valencia a

la capa de conduccion. Al aplicarle una polarizacion inversa la region de agotamiento entre la capa

p y n se incrementa y se produce una corriente. Esta corriente es funcion de la radiacion luminosa

que esta incidiendo sobre el diodo.

1.3.2.1. Fotodetectores PIN

En el fotodiodo pin entre los materiales p y n, es introducida una capa semiaislante y de alta

resisitividad, de silicio intrınseco o ligeramente dopado. De esta forma se obtiene una zona de

deplexion mayor y se incrementa la responsividad al aumentar el numero de fotones absorbidos y

con ello la eficiencia cuantica del fotodiodo. Sin embargo tambien aumenta el tiempo de respuesta

al desplazarse una mayor distancia los electrones. Los fotodiodos pin son de facil fabricacion, alta

fiabilidad y poco ruido y ancho de banda elevado.

16

Figura 1.5: Grafico de potencia optica vs corriente de un laser

1.3.2.2. Fotodetectores Avalancha

Los fotodiodos avalancha pueden tener valores de responsividad muchos mas grandes que los

fotodiodos pin. Esto se logra gracias a la posibilidad de crear pares electron hueco no solo por

la incidencia de fotones sino tambien por el choque de portadores con la malla cristalina, estos

portadores son acelerados repitiendo el proceso obteniendo una ganancia de corriente de aproxima-

damente 100 debido a la ionizacion de impacto. Los fotodiodos avalancha son usados en los casos

en que la potencia optica de la senal recibida es limitada, puesto que son mucho mas sensibles que

los fotodiodos pin, pero a cambio requieren de un mayor voltaje inverso ademas de tener un costo

superior.

1.3.2.3. Corriente Oscura

La curva caracterıstica de un fotodiodo revela que en ausencia de luz existe una corriente que

esta atravesando el semiconductor. A esta corriente se la denomina corriente oscura, y es la causante

de un tipo especial de ruido que se analizara en capıtulos posteriores.

1.3.2.4. Responsividad

La Responsividad (R) corresponde a la corriente obtenida en el fotodiodo sobre la potencia optica

incidente. Este es un parametro de la calidad del diodo, pues nos indica que tan eficiente es para

convertir en senal lumınica a una senal electrica. Valores usuales son de 0.65 A/W para el silicio a

900 nm, 0.45 A/W para germanio a 1.3 µm, y 0.6 A/W para arseniuro de indio galio a 1.3 µm.

17

1.3.3. Fibra Optica

La fibra optica es un material pasivo, transparente, cilındrico y de gran longitud, es el compo-

nente mas usado para confinar y propagar ondas de luz que transportan informacion. El material

caracterıstico de la fibra es la sılice. La fibra, como se ve en la figura 1.6, esta compuesta de tres

partes: el nucleo por donde se propaga la luz, el revestimiento que confina la luz por medio de

reflexion total interna, y el recubrimiento que protege al revestimiento. El ındice de refraccion del

nucleo debe ser mayor que el del recubrimiento para que se produzca TIR. Generalmente en las

especificaciones tecnicas de los fabricantes la informacion de las dimensiones radiales de la fibra solo

aparecen las medidas de nucleo y revestimiento.

Figura 1.6: Estructura interna de la fibra optica

1.3.3.1. Dimensiones usuales de Fibra Optica

En una fibra monomodo el nucleo esta entre 8 y 10 µm, mientras en las fibras multimodo de 50

µm a 100um. El revestimiento de la fibra por lo regular es de 125 µm.

1.3.3.2. Transmision de luz en la Fibra

Para que la luz sea transmitida en la fibra se requiere de un fenomeno fısico, la reflexion total

interna (TIR). La luz al llegar a la frontera entre revestimiento y nucleo se refleja, mas no refracta

debido al angulo con que incide en la frontera. Como consecuencia los rayos de luz viajan confinados

dentro de la fibra. Sin embargo, si la fibra se dobla, el angulo incidente decrecera, si decreciere lo

suficiente ya no habra reflexion total interna, la luz se refractara y se escaparan rayos de la fibra

disminuyendo la potencia de la senal, aquı surge el analisis de perdidas por curvaturas que no

ahondaremos en este documento.

18

1.3.3.3. Clases de Fibras

Las diferentes trayectorias que puede seguir un haz de luz en el interior de una fibra optica

se denomina modo de propagacion. Las fibras opticas utilizadas actualmente en el area de las

telecomunicaciones se clasifican fundamentalmente en dos grupos segun el modo de propagacion:

Fibras Multimodo (Multi Mode) y Fibras Monomodo (Single Mode).

1.3.3.3.1 Fibra Multimodo

Una fibra multimodo es aquella por la que se propagan mas de un modo. Un modo de luz es la

forma en que se propaga la luz en la fibra. El numero de modos determina la distribucion del campo

electrico dentro de la fibra: conforme aumente el numero de modos, el campo electrico se despliega

hacia la frontera entre el nucleo y el revestimiento. Por el contrario, en el modo fundamental la

mayor intensidad de campo electrico viaja por el eje de la fibra. El numero de modos de la fibra

depende del radio del nucleo: para un radio mayor habra mayor numero de modos.

1.3.3.3.2 Fibra Escalon Tambien conocida como ındice abrupto o salto de ındice, se caracteriza

porque el ındice de refraccion en el nucleo se mantiene constante y existe una clara separacion entre

el nucleo y el revestimiento, como en el caso de la figura 1.7. La diferencia entre los ındices de

refraccion del nucleo y el revestimiento es mınima y esta alrededor de las centesimas.

Figura 1.7: Fibra Optica de Indice Escalonado

19

1.3.3.3.3 Fibra Gradual

En este tipo de fibra el ındice de refraccion del nucleo va disminuyendo desde un valor maximo

concentrado en el eje de la fibra hasta coincidir con el ındice de refraccion del revestimiento justo

en la frontera. En la figura 1.8 se ilustra una fibra gradual. Como consecuencia la luz propagada

por dentro de la fibra sufre deflexiones progresivas conservando una trayectoria ondulatoria, que

periodicamente cruza el eje [5].

Figura 1.8: Fibra Optica de Indice Gradual

1.3.3.3.4 Fibra Monomodo

Una fibra Monomodo es aquella donde la propagacion de la luz es por medio del modo funda-

mental. Para lograrlo se reduce ostensiblemente el radio del nucleo (de 8 a 10 µm). El perfil de una

fibra Monomodo es similar a la de Multimodo de ındice escalon. La gran ventaja de usarla es que

al propagarse la luz por el eje de la fibra, se reducen las perdidas por atenuacion, ademas aumenta

la velocidad de transmision porque se elimina la dispersion modal.

Figura 1.9: Propagacion de una Fibra Monomodo

20

Los fabricantes de fibras han desarrollado distintas clases de fibras como: Fibra monomodo

estandar (SMF), Fibra de dispersion desplazada (DSF), Fibra de dispersion desplazada diferen-

te de cero (NZ-DSF) [6].

Caracterısticas Monomodo Gradual Escalonada

Fuente Luminosa Laser Led o Laser Led o Laser

Ancho de banda Extremadamentealto (3Gbps-1Tbps)

Muy amplio(0,2-3Gbps)

Amplio (hasta0,2Gbps)

Empalme Difıcil Difıcil Difıcil

Aplicacion Tıpica Enlaces deTelecomunicaciones

TroncalesTelefonicas de

longitud moderadas

Enlaces entrecomputadoras

Costo El mas costoso Costoso Menor costo

Diametro del nucleo 2-78 μm 50-125 μm 50-125 μm

Diametro delrecubrimiento

15-60 μm 125-440 μm 125-440 μm

Cuadro 1.1: Comparacion entre distintos tipos de fibra

Cuadro comparativo de las Fibras En el Cuadro 1.1, se puede observar algunas diferencias en

las caracterısticas importantes entre los tipos de fibra ya antes mencionados. Una caracterıstica

importante en la que nos basamos la decision usar fibra monomodo es el ancho de banda. La fibra

monomodo puede tener un ancho de banda hasta de 1 Tbps.

1.4. Topologıa de las Redes Opticas

Conocer las estructuras de redes es muy importante a la hora de implementar cualquier tecnologıa

para alta velocidad, ya que cada topologıa implica una necesidad o un requerimiento dependiendo

tambien de las distancias a unir, gracias a los avances en tecnologıas tales como amplificadores

opticos, compensadores de dispersion y los nuevos tipos de fibra. Las Telcos empezaron a emigrar

redes hacia DWDM, por su caracterıstica de velocidad y ancho de banda, y para zonas urbanas

y edificios CWDM, dejando para la proxima decada las nuevas tendencias en Nyquist WDM y

O-OFDM.

En la medida que las soluciones tecnologicas para altas tasas de transmision y largas distancias

se vuelven viables, se acercan rapidamente para insertarse en las redes metropolitanas.

21

Figura 1.10: Fibra optica submarina a nivel Mundial

1.4.1. Redes Punto a Punto

La estructura de una red punto a punto, a grandes rasgos apunta a un tipo de arquitectura de

red en que cada canal de datos se usa para comunicar entre dos “end points” directamente, en el

caso de DWDM, dicha estructura puede ser estructurada con o sin OADM3. Las velocidades en la

cual opera este tipo de red son por canales ultra rapidos de 10 a 40 Gbps y actualmente pueden

logrando tasas de transmision superiores a 100 Gbps, este tipo de redes otorga confiabilidad de la

senal y rapida restauracion de la trayectoria.

Figura 1.11: Red punto a punto

22

En estas redes de larga distancia, el trayecto entre el transmisor y el receptor puede ser de varios

cientos de kilometro y el numero de amplificadores requeridos entre ambos puntos, es tıpicamente

menor que 10 y en las redes metropolitanas, los amplificadores no son necesarios frecuentemente.

La proteccion que presenta esta topologıa, esta provista de una pareja de vıas distintas, en que los

equipos, la redundancia es un nivel de sistema. Ademas presenta lıneas de transmision paralelas

que se conectan a un solo sistema en ambos extremos que contienen transponedores o moduladores,

multiplexores y terminales redundantes.

1.4.2. Red de Anillo.

Esta topologıa son las mas comunes, encontradas en las redes metropolitanas y en tramos de unas

pocas decenas de kilometros. La fibra anillo puede contener solo cuatro canales de longitudes de

onda, ademas tiene menos nodos que canales. Esta arquitectura con OADM permite a los nodos

tener acceso a los elementos de red, por ejemplo routers, switch y servidores, con la subida y bajada

de canales de longitudes de onda. Con el incremento en el numero de OADM, la senal esta sujeta a

perdidas y pueden requerir amplificadores

Figura 1.12: Estructura de anillo

La proteccion que utiliza la red de anillo, se basa en el esquema 1+1, la cual se tiene dos lıneas de

conexion, la informacion se transporta por una de ellas. Ahora en el caso, de que un anillo fallara,

se conmuta la trayectoria al otro anillo.

1.4.3. Red Malla

Corresponde a una red mucho mas robusta, en la cual, su diseno se trabaja en enlaces ya esta-

blecidos o ya existentes. Un ejemplo una malla con una red punto a punto o tambien, varios punto

23

Figura 1.13: Topologıa de red de anillo doble

a punto conformados en malla y posteriormente interconectados con un anillo, utilizando OADM o

no. El sistema de proteccion y restauracion puede estar implementado en rutas compartidas, de esta

manera, se requieren de pocos pares de fibra para la misma cantidad de trafico y no desperdiciar

longitudes de onda sin usar.

Figura 1.14: Topologıa en mallada

2 Capıtulo II: Degradacion de las senales.

Las caracterısticas de transmision son de importancia primordial cuando se evalua el uso de algun

tipo de fibra. Las caracterısticas de mayor interes son la atenuacion (perdidas de senal) y el ancho

de banda.

Otra caracterıstica importante a analizar es el ancho de banda real; este nos determina el numero

de bits que pueden transmitirse por unidad de tiempo. Cuando se consiguio bajar la atenuacion a

valores aceptables se empezo a trabajar en dicho punto consiguiendose anchos de banda de decenas

de GHz. para distancias de varios km.

2.1. Atenuacion

Es probable que la perdida de potencia en un cable de fibra optica sea la caracterıstica mas

importante del cable. Con frecuencia se llama atenuacion a la perdida de potencia, y se entiende

como una perdida de potencia de la onda luminosa al atravesar el cable. La atenuacion tiene varios

efectos adversos sobre el funcionamiento, que incluyen la reduccion del ancho de banda del sistema,

la rapidez de transmision de informacion, la eficiencia y la capacidad general del sistema.

La formula normal con la que se expresa la perdida total de potencia en una fibra es:

A(db) = 10logPsalPent

(2.1)

En la que:

Adb = reduccion total de potencia (atenuacion)

Psal = potencia de salida del cable (watts)

Pent = potencia de entrada al cable (watts)

En general, las fibras multimodo tienden a tener mayores perdidas de atenuacion que los cables

monomodo, debido principalmente a la mayor dispersion de la onda luminosa, producida por las

impurezas. El Cuadro 2.1 muestra la potencia de salida como porcentaje de la potencia de entrada

para un cable de fibra optica a distintos valores de perdida en dB. Un cable con perdida de 3dB

reduce la potencia de salida a 50 % de la potencia de entrada.

Aunque la perdida total de potencia es de gran importancia, la atenuacion de un cable optico se

expresa, en general, en dB de perdida por unidad de longitud. La atenuacion se representa con un

24

25

Perdida (db) Potencia de salida ( %)

1 79

3 50

6 25

9 12,5

10 10

13 5

20 1

30 0,1

40 0,01

50 0,001

Cuadro 2.1: Porcentaje de potencia de salida en funcion de la perdida en dB.

valor positivo de dB, porque por definicion es una perdida. La potencia optica, en Watts, medida a

determinada distancia a una fuente de potencia, se puede calcular con la siguiente ecuacion:

P = Pt ∗ 10−Al/10 (2.2)

En la que:

P = valor medido de la potencia (Watts)

Pt= valor de la potencia de transmision (Watts)

A = perdidas de potencia en el cable (dB/km)

l = longitud del cable (Km.)

De igual manera, la potencia optica, en decibelios, es:

P(dB) = P(ent)(dBm)–Al (2.3)

En la que:

P = valor medido de la potencia (dBm)

Pent= potencia de transmision (dBm)

A= perdidas de potencia en el cable (dB/Km.)

Una vez que se sabe como se define la atenuacion queda por conocer los mecanismos por los que

esta se produce. Estos mecanismos dependen de la composicion de la fibra, la tecnica de reparacion y

grado de pureza del material y la estructura de la fibra. Se dividen en areas que incluyen la absorcion

26

del material, la dispersion del material (dispersion lineal y no lineal), perdidas por curvaturas y

microcurvaturas y perdidas por acoplamiento hacia modos no permitidos o con perdidas. Cuando se

analicen las perdidas totales del sistema, ademas se deberan considerar los empalmes y conectores.

Estas areas se resumen en el Cuadro 2.2.

Atenuacion

Absorcion del

Material

Perdidas lineales

por dispersion

espacial

Perdidas no lineales

por Dispercion

Espacial

Curvaturas Conexiones

y

Empalmes

Intrınse-

ca

Extrınse-

ca

Perdidas

de

Rayleigh

Perdidas

de Mie

Dispercion

por esti-

mulacion

de

Brillouin

Dispercion

por Esti-

mulacion

de

Raman

Cuadro 2.2: Division de la atenuacion segun el factor que la produce.

2.1.1. Perdidas por absorcion del material

Estas perdidas son debidas a la composicion de la fibra y al metodo de fabricacion. La potencia

perdida se transforma en calor en la fibra. La absorcion puede ser intrınseca (causada por los

componentes del vidrio) o extrınseca (causada por impurezas no deseadas).

2.1.1.1. Absorcion Intrınseca

Un vidrio de silice tiene muy poca absorcion debida a su estructura atomica en el rango espectral

del infrarrojo cercano. Sin embargo, hay dos mecanismos de absorcion intrınseca en otras zonas del

espectro y que generan una absorcion en el rango entre 0.8 y 1.7µm . Esto puede apreciarse en

la Figura 2.1, donde se muestra la curva de atenuacion en funcion de la energıa del foton y de la

longitud de onda para un material sin ninguna impureza.

Los efectos de la absorcion debido a las vibraciones moleculares pueden limitarse. Por ejemplo,

en algunos vidrios sin contenido en oxidos como los compuestos de fluoruros y cloruros tienen sus

picos de absorcion mucho mas alejados de la zona de interes, por encima de las 50µm, reduciendo

mucho la atenuacion producida por la cola del pico.

2.1.1.2. Absorcion Extrınseca

En fibras comerciales fabricadas por medio de tecnicas de manejo de material fundido las prin-

cipales fuentes de atenuacion son causadas por la absorcion de materiales no deseados que son

tıpicamente metales de transicion. Algunas de las impurezas mas tıpicas se muestran en el Cuadro

2.3, junto con la concentracion necesaria para causar la mencionada atenuacion. La contaminacion

27

Impureza Tipo de Absorcion (nm) Atenuacion (db/km)

Cr3+ 625 1,6

C2+ 685 0,1

Cu2+ 850 1,1

Fe2+ 1100 0,68

Fe3+ 400 0,15

Ni2+ 650 0,1

Mn3+ 460 0,2

V 4+ 725 2,7

Cuadro 2.3: Tipos de impurezas. Perdidas por absorcion causadas por algunas impurezas metalicasionizadas, junto con la longitud de onda de maxima absorcion

por metales de transicion puede reducirse a niveles de concentracion de 10−10 mediante metodos

como la oxidacion en fase vapor que elimina gran parte de este problema.

Figura 2.1: Espectro de atenuacion teorico para los mecanismos de perdidas intrınsecas en vidriosde SiO2-GeO2

Otro problema relacionado con la absorcion extrınseca es la causada por el agua (mas correcta-

mente el ion OH−) disuelta en el vidrio. Este ion esta ligado a la estructura del vidrio y tiene picos

de absorcion por vibracion que pueden estar entre 2.7 y 4.2µm. dependiendo a que punto de la

red del vidrio este ligado. Estas vibraciones fundamentales dan sobre tonos que aparecen de forma

armonica (como si de musica se tratara) a 1.38, 0.95 y 0.72µm como puede verse en la Figura 2.2.

Ademas aparecen combinaciones de los sobre tonos y las absorciones fundamentales del SiO2 a 1.24,

1.13 y 0.88µm con lo que se completa la Figura 2.2. Como todos los picos son bastante abruptos

aparecen valles entre los picos en la zona de 1.3 y 1.55µm donde la atenuacion se reduce, aparecen

lo que se han dado en llamar las ventanas de transmision.

Hay tres ventanas, las dos anteriormente citadas mas otra alrededor de 0.8µm Cuando en trans-

mision por fibra se habla de segunda ventana nos referimos a la transmision en 1.3µm y en tercera

ventana en 1.55µm.

28

Figura 2.2: Espectro de absorcion del ion OH− en la sılice

Si se vuelve a mirar la Figura 2.2 se extranara, que no se cite una ventana a 1.05µm, la explicacion

la podemos encontrar en la Figura 2.3, en ella se presenta una medida real de absorcion de una fibra

monomodo. Aquı se podra apreciar mejor la segunda y tercera ventana de transmision. La primera

viene dada porque en un principio los unicos emisores que existıan con potencia suficiente eran los

laser de GaAs que emiten en el rango de las 0.8µm.

Figura 2.3: Espectro de atenuacion medido para una fibra monomodo de ultra baja absorcion. Enla figura tambien aparecen los lımites teoricos para la absorcion intrınseca y Rayleigh

2.1.2. Perdidas lineales por dispersion espacial

La dispersion lineal transfiere parte de la potencia contenida en un modo de propagacion a otro

modo de forma lineal (proporcional a la potencia del modo). Este proceso produce una atenuacion

ya que parte de la potencia transferida puede pasar a un modo no permitido que sera radiado al

exterior. Otra caracterıstica de este tipo de perdidas es que no hay cambio de frecuencia (o longitud

de onda) en el proceso de dispersion. Hay dos tipos principales en la dispersion lineal la Rayleigh y

la Mie.

29

2.1.2.1. Dispersion Rayleigh o perdidas de Rayleigh

Es el mecanismo de dispersion predominante entre las colas de los picos de absorcion ultravioleta

e infrarrojo. Es causado por las inhomogeneidades de pequena escala, pequenas al compararlas

con el tamano de la longitud de onda transmitida. Estas inhomogeneidades se manifiestan como

fluctuaciones del ındice de refraccion y surgen debido a variaciones de composicion en la fibra que

se producen cuando esta se enfrıa en su fabricacion.

Cuando un pulso de luz se envıa en una fibra, parte del pulso se bloquea por partıculas mi-

croscopicas en el vidrio (llamadas dopantes) y se esparce en todas las direcciones. Una parte de la

luz se esparce de regreso en la direccion opuesta del pulso. Estas reflexiones son conocidas como

backscatter. Las perdidas por efecto Rayleigh son las de mayor influencia para las longitudes de

onda comprendidas entre 400 y 1100nm. Evitarlas favorece, por tanto, la utilizacion de longitudes

de onda lo mas altas posible.

2.1.2.2. Dispersion Mie O perdidas de Mie

La dispersion lineal tambien puede ser causada por inhomogeneidades de un tamano similar

a la longitud de onda transmitida. Son debidas a la estructura no exactamente cilındrica de la

fibra que es causada por imperfecciones de la fibra como las irregularidades en la intercara nucleo-

revestimiento, estas pueden ser la variacion de la diferencia del ındice de refraccion a lo largo de la

fibra, fluctuaciones en el diametro, tensiones o burbujas. Cuando la inhomogeneidad es mayor que

λ/10 la intensidad dispersada depende mucho del angulo.

Esta dispersion puede aminorarse:

• Reduciendo las imperfecciones debidas al proceso de fabricacion.

• Controlar el proceso de la extrusion y recubrimiento.

• Incrementar la diferencia de ındices de refraccion

De este modo se puede reducir este tipo de dispersion a niveles despreciables.

2.1.3. Perdidas no lineales por dispersion

Las fibras opticas no siempre se comportan como canales de transmision lineales en los cuales el

incremento en la potencia de entrada implica un incremento proporcional de la potencia de salida.

Hay varios efectos no lineales que en el caso que nos ocupa, la dispersion, provoca unos incrementos

muy altos en la atenuacion. Este efecto ocurre para elevadas potencias opticas.

Esta dispersion no lineal genera que potencia de un modo sea transferida a otro, tanto en la

misma direccion de propagacion como en la contraria, este otro modo tendra ademas una longitud

de onda distinta. Esta dispersion depende fuertemente de la densidad de potencia optica y solo es

significativa sobre determinados umbrales de potencia.

Los dos tipos de dispersion mas importantes son la dispersion por estimulacion Brillouin y Raman,

ambos tipos solo son observados a altas densidades de potencia en fibras opticas monomodo de gran

30

longitud. Estos fenomenos dispersivos de hecho proporcionan ganancia optica pero con una variacion

de la longitud de onda. Estos fenomenos pueden aprovecharse para amplificacion optica.

2.1.3.1. Dispersion por Estimulacion Raman

La dispersion de Raman se refiere a la interaccion que sufren las ondas opticas con las vibra-

ciones moleculares del material. Las ondas incidentes se dispersan al chocar con las moleculas y

experimentan una reduccion de su frecuencia optica. Este desplazamiento de frecuencia coincide

precisamente con la frecuencia de vibracion de las moleculas (llamada frecuencia de Stokes). Una

cuestion a tener en cuenta se produce cuando se inyectan simultaneamente dos ondas opticas se-

paradas por la frecuencia de Stokes en un medio Raman activo. En este caso, la onda de menor

frecuencia experimentara una ganancia optica generada por, y a expensas, de la onda de mayor

frecuencia (bombeo). Este proceso de ganancia se conoce como dispersion estimulada de Raman

(SRS, Stimulated Raman Scattering) y constituye la base para la fabricacion de los amplificadores

opticos de Raman. La eficiencia del proceso no lineal es directamente proporcional a la potencia de

bombeo, la longitud efectiva de la fibra y un coeficiente de ganancia que depende del material, e

inversamente proporcional al area efectiva de la fibra. El coeficiente de ganancia de Raman crece

de forma aproximadamente lineal hasta una separacion entre portadoras de unos 500cm−1 (1 cm−1

equivale a 30 GHz.). Esto significa que dos canales cualesquiera separados en frecuencia menor de

15THz. se acoplaran entre sı por medio del SRS. Para una longitud de onda de 1550nm, el coeficiente

de ganancia Raman posee un valor maximo en torno a 7*10−12cm./W.

En el caso de un sistema optico mono portadora puede generarse dispersion espontanea de Raman

que posteriormente sea amplificada. No obstante, para que se produzca una degradacion significativa

son necesarias potencias opticas del orden de 1 W. En cambio, en sistemas con multiplexacion de

longitud de onda (WDM) la situacion es bastante diferente, dado que ahora existen multitud de

canales y las senales situadas a longitudes de onda superiores seran amplificadas por los canales

situados a longitudes de onda inferiores. En la region de 1550nm., el perfil de ganancia Raman de la

sılice acoplara canales separados hasta 100 nm., por lo que la degradacion se producira para potencias

opticas bastante inferiores. Para unos cuantos canales, el lımite de potencia decrece como 1/N

debido a que el espectro Raman es bastante ancho y las potencias de todos los canales contribuyen

al proceso de SRS. Conforme se anaden mas canales, el ancho de banda optico ocupado aumenta y

las interacciones entre canales resultan mas significativas, decreciendo el lımite de potencia optica

como 1/N2. Estos resultados se representan en el grafico de la Figura 2.4.

Recientes estudios teoricos y experimentales han demostrado que en un sistema WDM el SRS

conduce a una distribucion de potencia exponencial en los canales que aumenta con la distancia.

Una posible solucion para eliminar estos efectos de diafonıa consiste en el empleo de la tecnica de

inversion espectral. La tecnica de inversion espectral consiste en la conjugacion de la senal optica

y se ha utilizado con exito en la cancelacion de la diafonıa producida por SRS en redes WDM. Su

implementacion se basa en fenomenos no lineales como el mezclado de cuatro ondas o tecnicas de

31

Figura 2.4: Potencia maxima por canal para evitar la influencia de distintos efectos no lineales

generacion de frecuencia diferencia.

2.1.3.2. Dispersion por Estimulacion Brillouin

La dispersion por estimulacion Brillouin puede explicarse como una modulacion de la luz debida

a vibraciones termicas moleculares en el interior de la fibra. La luz dispersada aparece como unas

bandas de frecuencia laterales (como una modulacion de frecuencia), estas bandas laterales aparecen

en transmision en la direccion contraria a la de la luz dispersada.

El proceso no lineal de dispersion estimulada de Brillouin (SBS, Stimulated Brillouin Scattering)

es similar al SRS, salvo que el SBS depende de ondas sonoras en lugar de vibraciones moleculares.

En este aspecto, ambos procesos involucran tres ondas segun las cuales la onda optica incidente

(bombeo) se convierte en una onda de Stokes de mayor longitud de onda por medio de la excitacion

de una vibracion molecular (SRS) o de un fonon acustico (SBS). No obstante, existen importantes

diferencias entre el SBS y el SRS que conducen a consecuencias distintas en el sistema de comuni-

caciones opticas.

En primer lugar, el valor de pico del coeficiente de ganancia en fibras opticas monomodo es dos

ordenes de magnitud superior (4*10−9 cm./W) que el coeficiente de ganancia para el SRS y apro-

ximadamente independiente de la longitud de onda. Como consecuencia de ello, bajo determinadas

condiciones el SBS sera el proceso no lineal dominante. En segundo lugar, el ancho de banda de

ganancia optica del SRS es del orden de 200 cm.−1. Por lo tanto, no existe practicamente reduccion

en la ganancia Raman para laser de bombeo de gran ancho de lınea. El ancho de banda del SBS

en fibras de sılice, por otro lado, es de unos 20-100MHz a 1550 nm y varıa como λ−2. En este caso,

la maxima ganancia del SBS se producira para laser con anchos de lınea inferiores a 20MHz. Adi-

cionalmente y a diferencia del SRS, el cual puede actuar en ambas direcciones, el SBS se produce

32

Figura 2.5: Perdidas por a)Curvaturas; b) Micro curvaturas.

unicamente en la direccion de propagacion opuesta a la del bombeo, generando una onda reflejada

hacia el transmisor y provocando la atenuacion de la potencia optica inyectada. En el caso de fibras

estandar operando a 1550nm. la onda dispersada se encuentra desplazada con respecto a la onda

incidente una frecuencia de unos 11 GHz.

Con respecto al nivel de potencia optica crıtico para el cual el SBS degrada la calidad del sistema,

este se encuentra en torno a los 3 mW. En sistemas multicanal con multiplexacion por longitud de

onda (WDM) puede demostrarse que cada canal optico interactua con la fibra independientemente

de los otros, por lo que la potencia crıtica se mantiene constante aumentando el numero de canales

del sistema. Por ultimo, conviene indicar que el SBS es bastante sensible al formato de modulacion

empleado. Velocidades de modulacion elevadas producen espectros opticos anchos y una reduccion

de la amplificacion estimulada por Brillouin. De este modo, el empleo de modulaciones PSK permite

reducciones mayores que utilizando modulaciones ASK o FSK. Para aumentar el nivel de potencia

crıtico del SBS en sistemas modulados en intensidad suelen utilizarse tecnicas de modulacion de

fase de la portadora optica que no afectan al proceso de deteccion directa. Un efecto beneficioso se

obtendrıa empleando modulacion directa frente a modulacion externa debido precisamente al chip

de frecuencia introducido en el transmisor optico que provoca un ensanchamiento del espectro de

modulacion.

2.1.4. Perdidas por curvas de la fibra optica

Las perdidas por curvatura como se puede ver en la Figura 2.5 a se producen porque los rayos

de luz en el exterior de una curva pronunciada no pueden viajar con suficiente rapidez como para

mantener el ritmo de los demas rayos, y se pierden. A medida que la luz recorre la curva, la luz del

exterior de la misma debe viajar mas deprisa para mantener una fase constante de la onda.

Las micro curvaturas son pequenas desviaciones y tortuosidades que por diversas causas presenta

el eje de la fibra como se muestra en la Figura 2.5 b, por ejemplo cuando se aplica presiones

irregulares a la fibra optica despues de su fabricacion. Con un adecuado control de los procesos de

fabricacion, enfundado y cableado (incluso instalacion) de la fibra optica, se conseguira mantener el

coeficiente adicional de atenuacion debida a microcurvaturas dentro de lımites tolerables.

33

2.1.5. Perdidas por conexion y empalmes

En los cables de fibra pueden presentarse perdidas por acoplamiento en cualquiera de los tres tipos

siguientes de uniones opticas: conexiones de fuente luminosa a fibra, conexiones de fibra a fibra y

conexiones de fibra a fotodetector. Las perdidas en las uniones se deben, a uno de los siguientes

problemas de alineacion: desalineamiento lateral, desalineamiento de entrehierro, desalineamiento

angular y acabados superficiales imperfectos. Estas imperfecciones se ven en las Figuras 2.6 , 2.7,

2.8 y 2.9 .

2.1.5.1. Desalineamiento lateral

Es el desplazamiento lateral o axial entre dos tramos de cables de fibra adjuntos ver Figura 2.6.

La cantidad de perdida puede ser desde un par hasta varias decimas de dB, o hasta varios dB. Esta

perdida suele ser despreciable si los ejes de las fibras se alinean a menos de 5 % del diametro de la

fibra menor.

Figura 2.6: Desalineamiento lateral

2.1.5.2. Desalineamiento de entrehierro.

A veces se llama separacion entre extremos. Cuando se hacen empalmes en fibra opticas, las fibras

se deben tocar realmente. Mientras mas alejadas queden, la perdida de luz sera mayor, ver Figura

2.7.

Figura 2.7: Desalineamiento de entrehierro

34

2.1.5.3. Desalineamiento angular.

Este se ve en la Figura 2.8, y a veces se llama desplazamiento angular. Si el desplazamiento

angular es menor que 2°, la perdida sera menor que 0.5 dB.

Figura 2.8: Desalineamiento angular

2.1.5.4. Acabado superficial imperfecto.

Figura 2.9 Los extremos de las dos fibras adjuntas deben estar muy pulidos y asentar entre sı. Si

los extremos de las fibras estan menos de 3° fuera de la perpendicular, las perdidas seran menores

que 0.5dB.

Figura 2.9: Acabado superficial.

2.2. Dispersion temporal

La dispersion temporal de la senal optica tiene los mismos efectos que para senales electricas,

genera distorsion tanto en senales analogicas como digitales, es como pasar una senal a traves de

un filtro paso bajo. Si analizamos lo que le ocurre a una senal digital que se transmite como pulsos

de luz a traves de una fibra optica los mecanismos de dispersion temporal ensanchan los pulsos

segun avanzan en la fibra. El fenomeno aparece representado en la Figura 2.10 en la cual puede

observarse como cada pulso se ensancha y acaba superponiendose con sus vecinos llegando a ser

indistinguible en la recepcion. Este efecto se conoce como Interferencia entre Sımbolos (en ingles ISI

de Inter Symbol Interference), el numero de errores en la recepcion se incrementa cuando la ISI se

incrementa. La dispersion temporal por si sola limita el ancho de banda para una longitud de fibra

determinada cuando los sımbolos ya no pueden separarse.

35

Figura 2.10: Representacion esquematica del ensanchamiento de los pulsos de luz segun se transmi-ten por la fibra optica

2.2.1. Dispersion temporal intramodal

La dispersion intramodal o cromatica puede darse en todos los tipos de fibra y es debido a que el

emisor optico no es totalmente monocromatico sino que tiene un ancho de banda espectral. En el

caso de los laser el ancho de banda es pequeno pero en los LED’s ya es un porcentaje significativo

respecto a la frecuencia central de emision, este ancho de banda no nulo implica que puede haber

diferencias en la velocidad de transmision de cada una de las componentes espectrales de la senal.

Las diferencias en la velocidad de transmision ensancharan los pulsos de luz dentro de un modo, por

ello se llama intramodal. Las diferencias en los retardos de las diferentes componentes cromaticas

de cada modo pueden ser debidas a dos motivos, las propiedades dispersivas del material de la fibra

(dispersion del material) y al guiado en la estructura de la fibra (dispersion de la guıa-onda).

2.2.2. Dispersion temporal intermodal o modal

El ensanchamiento de los pulsos debido a dispersion temporal intermodal, tambien llamada dis-

persion modal, es debida a los retardos de propagacion entre distintos modos y por tanto no afecta a

las fibras monomodo. Los distintos modos que constituyen un pulso lumınico tienen distintas veloci-

dades de grupo y por tanto el ensanchamiento del pulso depende de las diferencias entre los tiempos

de transmision del modo mas lento y mas rapido. Las fibras multimodo sufren este fenomeno y

entre ellas en mucha mayor medida las de ındice abrupto, por tanto a partir de ahora todos los

comentarios iran dedicados a fibras multimodo.

El ensanchamiento en fibras graduales es mucho menor que el que se obtiene en fibras con ındice

abrupto, la relacion entre ambas puede ser de 100. Esto implica que las fibras graduales tienen una

gran ventaja por su mucho mayor ancho de banda.

36

Figura 2.11: Representacion grafica de la Dispersion por Modo de Polarizacion

2.2.3. Dispersion del modo polarizado

Un mecanismo que contribuye al ensanchamiento del pulso que se propaga por una guıa onda

optica esta relacionado con la birrefringencia de la fibra. Aunque el fenomeno viene caracterizado

por magnitudes de pequeno valor frente a la dispersion cromatica, presenta gran importancia cuando

se trabaja con fibras monomodo que tienen el cero de dispersion cromatica en las proximidades de la

ventana de trabajo. En fibras monomodo, las dos componentes del modo fundamental se encuentran

polarizadas perpendicularmente entre sı como se puede apreciar en la Figura 2.11.

Debido a las asimetrıas del nucleo, es decir a no presentar exactamente el mismo ındice de refrac-

cion ni el mismo diametro, en las dos direcciones perpendiculares de cada componente del modo,

estas se propagaran con velocidades de grupo diferentes y alcanzaran el extremo en tiempos distin-

tos. Este fenomeno se conoce como dispersion del modo polarizado (PMD) y ha sido ampliamente

estudiado en los ultimos anos, debido a su influencia en los sistemas que trabajan con amplificacion

optica en la ventana de los 1550 nm. con fibras de dispersion desplazada (dispersion cromatica casi

nula en las longitudes de onda de trabajo).

2.3. Ventanas de operacion opticas

Como suma de todos los efectos enumerados anteriormente, si se mide la atenuacion espectral

que presenta una fibra optica, se obtiene una curva similar a la reflejada en la Figura 2.12. Aunque

la forma sea similar para casi todas las fibras de sılice, la escala de atenuaciones dependera de la

naturaleza de la fibra: Proceso de fabricacion empleado para obtenerla, materiales que contenga,

estructura geometrica, etc.

Se ha descubierto por medio del analisis matematico y tambien a traves de experimentos que en

varios materiales existen las llamadas ”ventanas opticas”. Esto significa que a unas determinadas

frecuencias, las ondas pasaran a traves de esos materiales mas facilmente que a otras frecuencias

(luminosas). Parece ser que en el caso de las fibras opticas, si tenemos frecuencias por encima de unas

1,28 micras (o en la region infrarroja), los efectos de dispersion y de las perdidas de material debidas

37

Figura 2.12: Perdidas totales en funcion de la longitud de onda

a la propagacion de las ondas tienden a cancelarse unas con otras y crear ”ventanas” (reducidas

perdidas en la fibra). Existen en el espectro tres ventanas de aplicacion, como se aprecia en la Figura

2.13:

• La ventana de 850nm que abarca desde 800nm a los 900nm. Los haces de luz en este rango

tienen potencia, considerada como baja; la mayorıa de los equipos de redes utilizan esta ventana.

La fibra optica multimodo trabaja con esta ventana.

• La ventana de los 1310nm que cubre desde los 1250nm hasta los 1350nm. Esta gama de luz es

invisible y su potencia es alta; solo los equipos de redes de excelente calidad o para cubrir largas

distancias utilizan esta ventana. La fibra optica monomodo trabaja con esta ventana y opcionalmente

la multimodo.

• La ventana de los 1500nm que va desde los 1500nm hasta los 1600nm. Propiamente son emisiones

laser invisibles, su potencia se considera muy alta y sus aplicaciones comerciales se ven muy reducidas

debido al alto costo de los equipos. Solo la fibra optica Monomodo soporta esta ventana.

Figura 2.13: Ventanas de transmision y longitudes de onda para cada una de las bandas

3 Capıtulo III. Formatos de Modulacion para

Alta Velocidad.

En este capıtulo revisaran las opciones tecnologicas para los formatos de modulacion para tasas

de transmision optica de 100 Gbps y mas.

En la primera parte se presenta un resumen de varios formatos de modulacion para 100 Gbps,

cubriendo la clasica electronica, multiplexacion por division de tiempo y 100 Gbps en sistemas NRZ,

velocidad mas alta y soluciones de productos maduros de los proveedores de sistemas en menores

tasas de sımbolo que utilizan modulacion por desplazamiento de fase cuaternaria y division de

polarizacion.

La segunda parte se centra en la proxima generacion de sistemas de transmision cargando datos

con canales superiores a 100 Gbps, por ejemplo, 400 Gbps y hasta 1 Tbps o incluso mas alla,

donde se aplican mayoritariamente modulaciones M-QAM de un unico transportista o multiples

subportadoras electricas y opticas superchannels que tambien forman un canal WDM.

En ambas partes, para 100 Gbs y velocidades mas altas, proporcionan una comparacion de los

desempenos, junto con las principales caracterısticas de los formatos de modulacion.

3.1. Formatos de Modulacion para Sistemas de 100 Gbps.

El Cuadro 3.1 muestra varias formatos de modulacion para 100 Gbps que ya han sido desplegados

o investigadas, por sus propiedades, principalmente en terminos de recepcion (coherente o no cohe-

rente), bits por sımbolo, tasa de sımbolo, constelaciones (con o sin polarizacion multiplexado), senal

de radio canales dentro de la red DWDM y finalmente la eficiencia espectral relacionada. Con la

reduccion en la tarifa del sımbolo, la realizacion del formato de modulacion se vuelve cada vez mas

compleja. Las principales ventajas de elegir sımbolo de baja tarifas son (a) usando baja velocidad

se encuentran componentes maduros con menor consumo de energıa y menor costo y (b) conexion

a la red de canal de 50 GHz.

Nota, la Multimplexacion por Division de polarizacion (PDM) con dos polarizaciones ortogonales

han sido ampliamente diferenciados en su denotacion, PDM, o Multiplexacion por polarizacion

(PM), o polarizacion dual (DP) o polarizacion ortogonal (OP). A continuacion, se describen la

realizacion de experimentos de transmision y los formatos de modulacion resumidos en el Cuadro

3.1.

38

39

Formato de

modulacion

OOK OOK-

VSB

DQPSK RZ-

DPSK-

3ASK

PM-

DQPSK

OP-

FDM-

RZ-

DQPSK

PM-

QPSK

PM-

OFDM-

QPSK

Coh./no coh. No

coherente

No

coherente

No

coherente

No

coherente

No

coherente

No

coherente

coheren-

te

coheren-

te

Bits/Sımbolo 1 1 2 2,5 2x2 2x2 2x2 2x2x2

Tasa de

sımbo-

lo(Gbd)

112 112 56 44 28 28 28 14

Constelacion

DWDM

rejilla (GHz)

Eficiencia

espectral

(bits/s/Hz)

0.5 1 1 2 2 1 2 2

Cuadro 3.1: Principales caracterısticas para los formatos de modulacion de 100 Gbps

3.1.1. Modulacion de Amplitud para 100 G Baudios

El enfoque clasico para la transmision de datos a traves de enlace de fibra optica ha sido el uso

de On-Off-keying (OOK) para modulacion de intensidad binaria a la salida de los transmisores con

ceros y unos. Para velocidades de canal superiores a 10 Gbps, la luz continua de un laser DFB

es modulada, utilizando moduladores externos Mach-Zehnder (MZM) o moduladores de electro-

absorcion (EAM). En el receptor la senal de datos es detectada por un fotodiodo de alta velocidad y

se procesa utilizando la electronica digital de alta velocidad. Se muestra un esquema de la instalacion

de un sistema de OOK modulador en la figura 3.1.

Figura 3.1: Configuracion esquematica de los componentes opto-electronicos de un transmisor OOKtıpico (izquierda) y el receptor (lado derecho).

Para la realizacion de sistemas de 100 Gbps OOK el funcionamiento de componentes electronicos

y optoelectronicos de alta velocidad y ası como la integracion de tecnologıas de envasado, que son

empujados a los lımites de la tecnologıa actual. La obtencion de los datos binarios de 100 Gb, con

relacion 2:1 entre la rejilla del multiplexor y la tasa de simbolo, se realizan con tecnologıa InP

(Indium Phosphide) [7] o SiGe (Silicon Germanium) [8].

40

Varias tecnologıas estan disponibles para ejecutar el modulador de Mach-Zehnder a 1.55μm de

longitud de onda. El modulador prevalente se basa en la tecnologıa de Mach-Zehnder en estructuras

de litio-Niobate que son grandes en tamano para mantener las tensiones de modulacion baja, pero

se benefician del principio de ondas progresivas para lograr un ancho de banda de alta modulacion

de hasta 45-50 GHz. Por otro lado, moduladores-EA son de tamano mas compacto y permitira la

integracion monolıtica con el laser DFB [9, 10] utilizando tecnologıa de procesos estandar para

semiconductores.

En el lado del receptor un fotodiodo de alta velocidad se aplica para la deteccion directa de los

datos opticos a 100 Gbp. Fotodiodos receptores de 100 Gbp OOK basado en las tecnologıas del

InP estan disponibles comercialmente con el ancho de banda requerido > 60 GHz. A la salida del

fotodiodo se realiza el procesamiento electronico. Flip-flops de rapida decision, realizados con SiGe

para demultiplexacion electronica o demultiplexacion basado en InP se utilizan para Demultiplexar,

en conjuntos con circuitos de extraccion de reloj hıbrido. Primeros pasos de integracion entre un

fotodiodo de 100 Gbp y una electronica demultiplexor de 1:2 han sido alcanzado[11] . Recientemente

se han divulgado integrados receptores de 100 Gbp ETDM incluyendo recuperacion de reloj y de-

multiplexar electronica [12]. Un sistema completo de ETDM basado en emisor integrado monolıtico

y modulos receptores se han divulgado [13].

Los sistemas de 100 bit/s basado en OOK , ası como en formato Duo-binario[14] han sido amplia-

mente investigados por distintos equipos de investigacion. Debido a las limitaciones del ancho de

banda de modulacion de amplificador y controlador modulador-MZ a 100 Gbp OOK, el diagrama

de ojo optico es solo parcialmente abierto y los ecualizadores opticos se aplican para mejorar la

calidad de la senal a la salida del transmisor o en la entrada del receptor.

Entre los 100 Gbp los formatos de transmision binarias OOK exhiben senales con perıodo de bit

mas corto y utilizan el gran ancho de banda optico. El ancho de banda optico usado de sistemas

OOK es dos veces la tarifa del sımbolo y, por tanto, la tasa de bits. Para aplicaciones DWDM Nx100

Gbpsp, es posible una separacion entre canales establecidos por la ITU-T con rejillas de 200GHz.

Espaciamientos de canal mınimo de 144 GHz han sido demostrado para 10 x 107 Gbps de transmision

experimental DWDM [15]. Una asignacion mas estrecha del canal puede lograrse mediante filtrado

optico de la senal de salida de 100 Gbps con empinados filtros opticos para lograr una senal optica

de banda lateral vestigial (VSB). El filtrado de VSB puede ser realizado con ecualizador planar

sintonizable en la base del canal, o estructuras periodicas como intercalador optico que exhiben

caracterısticas de filtrado empinadas y filtran todos los canales DWDM simultaneamente. El filtrado

VSB de 100 Gbps OOK permite senales con espaciamiento por canal de 100 GHz y mejora la calidad

de la senal actuando como ecualizador optico para todos los canales DWDM simultaneamente,

debido a sus caracterısticas de paso alto que contrarrestan las limitaciones de ancho de banda del

transmisor.

En determinadas tasas de transmision, los sistemas OOK son generalmente mas sensible a su-

frir distorsiones a traves de la fibra, como dispersion cromatica (CD) y dispersion de modo de

41

polarizacion (PMD). Comparando los sistema OOK a 10 Gbps, la tolerancia de 100 Gbps por in-

compatibilidad de dispersion cromatica es 100 veces menor y para PMD 10 veces menor [16], por

lo tanto, sin la compensacion, las tolerancias CD y PMD de 100 Gbps OOK estan por debajo de 10

ps/nm y solamente cerca de 1 picosegundo, respectivamente.

Sin embargo, varios single channel y experimentos de transmision DWDM usando 100 Gbps OOK

o 100 Gbps en formato PSBT (Phase Shaped Binary Transmision) se han divulgado en la literatura.

Transmision OOK se ha realizado sobre las fibras de laboratorio con un alcance de transmision

tıpicas entre 400 km hasta a 1000 kilometros [17].

La transmision de 107 Gbps OOK-VSB se ha realizado sobre las fibras de laboratorio [18] ası como

de infraestructura de fibra de campo [19] incluyendo compensacion CD y PMD.

3.1.2. Sistema para 100 Gbps utilizando Formatos de Modulacion Multinivel

Con el fin de disminuir los requisitos de ancho de banda de alta velocidad en los circuitos electroni-

cos y componentes opto-electronicos (por ejemplo, DQPSK) se utiliza codificacion de Multiples Ni-

veles. Loa formatos de Codificacion de Multiples Niveles de varios bits en un solo sımbolo, permiten

una reduccion de la tarifa del sımbolo del sistema, disminuyendo la complejidad del transmisor y

el receptor. Por otro lado codificacion Multinivel reduce el consumo de ancho de banda optico del

canal y permite la transmision de WDM con un espaciamiento de canal estrecho DWDM. En este

capıtulo nos estamos enfocando en formatos de modulacion Multinivel que se han aplicado para

ensayos de campo junto con proveedores de sistemas y han sido ya desarrollaron y desplegaron.

3.1.3. Formato (RZ-) DQPSK y Deteccion Directa

La modulacion por desplazamiento de fase cuaternaria (QPSK) duplica la velocidad de lınea

comparado con OOK por codificacion de dos bits en un sımbolo, al aplicar 50 GBaudios para

obtener 100 Gbps. La senal de salida del transmisor tiene principalmente potencia optica constante

y la informacion es transportada en los cuatro estados de fase de optica de la luz emitida en fase.

Modulacion QPSK puede obtenerse mediante el uso de un unico integrado modulador MZ-I/Q que

es accionado por dos senales de modulacion electrica binarios en fase y moduladores en cuadratura

de fase, ver figura 3.2.

Figura 3.2: Configuracion esquematica de los componentes optoelectronicos de un transmisor tıpico,correspondientes al formato DQPSK y el receptor con deteccion directa.

42

Otra forma de generar senales DQPSK es mediante una cascada de dos moduladores de fase para

la modulacion de la fase optica por 0-π/2 y 0-π/4 aplicando las senales de modulacion binaria o

un modulador de fase unica impulsado por una senal electrica de 4 niveles de modulacion. Estos

enfoques no son eficientes en cuanto a tamano, costo y consumo de energıa y el segundo necesita

una senal electrica de 4 niveles de modulacion de alta calidad. En el lado del receptor se aplican

dos interferometros de lınea de retardo opticas (DLI) con retardo de 1 bit para demodular los

componentes en fase y en cuadratura de fase, que tiene una diferencia de fase de ± π/2. Las senales

opticas diferenciales de la salida de los dos demoduladores, alimentan a fotodiodos diferenciales

o fotoreceptores diferenciales que se aplican para el descubrimiento de los cambios de fase de la

senal de QPSK. La recuperacion del reloj electronico clasico, la decision difıcil y la demultiplexion

electronica son realizadas por circuitos de alta velocidad.

Con el fin de recuperar los dos flujos de datos iniciales en el receptor hay una necesidad electronica

de pre-codificacion en el transmisor para generar senales de modulacion I y Q apropiada. La anchura

espectral de la senal 56 Gbaudio DQPSK permite una separacion de canales de 100 GHz para

aplicaciones WDM. Debido a la reducida velocidad de sımbolo DQPSK en comparacion con OOK,

se observan mejores tolerancias del sistema con respecto a la dispersion cromatica y PMD[19]. En

el Cuadro 3.2 resumimos la comparacion de las tolerancias de los sistema de 100 Gbps en formatos

de modulacion.

La transmision a 100 Gbps utilizando el formato de modulacion DQPSK, se ha demostrado a

traves de las fibras, en laboratorios y en campo a 100 Gbps , con una sobrecarga FEC (Forward Error

Correction) a 107 Gbps, 111 Gbps y en 112 Gbps canales de transmision OTU4. Para la demostracion

de transmision en tiempo real con 53,7 Gbaud DQPSK un precodificador se ha implementado en

FPGA y aplicada en una prueba de campo, transmitiendo vıdeo HDTV en directo a traves del

enlace de fibra instalada para llevar en tiempo real el trafico de 10 Gbps por canal .

3.1.4. Formato de Modulacion RZ-DPSK-3ASK y Deteccion Directa

Este enfoque es una combinacion de modulacion ASK mixto y modulacion de fase. La idea de este

enfoque es beneficiarse de la disponibilidad comercial de los componentes maduros para sistemas

de 40 Gbps. Los 2,5 bits son codificados en un sımbolo que conduce a una velocidad de sımbolo de

43 Gbaudios para el apoyo de la velocidad de lınea OTU4 [20] de 112 Gbps. El transmisor que se

muestra en la Figura 3.3 se compone de tres moduladores opticos. El primer MZM genera una senal

modulada, de amplitud nivel tres, el segundo MZM aplica ademas modulacion de fase, produciendo

un formato de modulacion DPSK-3ASK. Finalmente se aplica RZ-carving para contrarrestar las

interferencias entre sımbolos. La constelacion se muestra en el Cuadro 3.1.

En el receptor la senal optica es dividida y distribuida a un receptor DPSK con demodulador

basado en DLI y un receptor ASK. Debido a la limitacion de los niveles modulados ASK, la to-

lerancia OSNR de los formatos de modulacion RZ-DPSK-3ASK tambien esta limitado, finalmente

disminuyen el alcance de transmision .

43

Figura 3.3: Configuracion, de un transmisor y receptor para el formato de transmision DPSK-3ASK.

3.1.5. PM-DQPSK (DP-DQPSK) con Demux por Polarizacion y Deteccion Directa

Una reduccion adicional de la tasa de sımbolos se puede lograr mediante la aplicacion de multi-

plexacion por division de polarizacion (PM) que duplica la velocidad de lınea o reduce a la mitad

la velocidad de sımbolos. Esto conduce a una senal de 100 Gbps con polarizacion multiplexada

DQPSK o polarizacion dual (DP), con una velocidad de sımbolos de 28 Gbaud para apoyar la ve-

locidad de lınea OTU4. La ventaja clave del formatos de modulacion de 28 GBaudios, es el soporte

de transmision DWDM 100G con espaciamiento por canal de 50 GHz.

En un transmisor de PM-DQPSK se necesita un modulador mas complejo que consta de dos

moduladores-MZ-I/Q, incrustados que modulan cada uno la mitad de la luz laser. Se combinan

las dos senales DQPSK polarizadas ortogonalmente, utilizando a un combinador de rayo de po-

larizacion. En comparacion con la modulacion por polarizacion unica DQPSK, se necesitan dos

pre-codificadores cada uno funcionando a 28 Gbaud. Para la transmision en la fibra es necesario

la compensacion de dispersion cromatica, incluso cuando la tolerancia a la dispersion es mayor 4

veces, en comparacion con el formato de modulacion por polarizacion unica DQPSK.

En el lado del receptor se utiliza un demultiplexor por polarizacion, para dividir las dos senales de

datos DQPSK ortogonales, para darles alimentacion al fotodiodo-DLI o al integrado fotorreceptor-

DLI, el DLI tiene un retardo de bits correspondiente a 25-28 Gbaud, ver Figura 3.4. Para una

operacion estable y para evitar sobrecarga, una rapida demultiplexacion por polarizacion automati-

ca, tiene que ser implementada para la adaptacion [21], por el control del tramado demultipexor

por polarizacion de los datos de uno o ambos componentes de polarizacion. Por otro lado, la ba-

ja frecuencia genera ruido golpeteo, este genera en un fotodiodo o un diodo monitor de diafonıa

coherente, si la demultiplexacion por polarizacion no es perfecta se puede aplicar como senal de

realimentacion para la electronica de control [22].

3.1.6. OP-FDM-RZ-DQPSK y Deteccion Directa

Para eliminar el demultiplexor optico automatico de polarizacion rapida, como alternativa, pue-

den utilizar las dos polarizaciones para llevar dos portadoras opticas. Los dos portadores pueden ser

multiplexados y demultiplexan con filtros opticos, como se muestra en la figura 3.5. Las dos porta-

doras opticas con frecuencia bloqueo (FDM), obtenidas al suprimir la portadora RZ-carving, estan

separadas por un filtro optico, modulada por moduladores DQPSK y combinado con la polarizacion

ortogonal (OP). En el receptor, los dos portadores establecidos en dos polarizaciones ortogonales se

44

Formato de

Modulacion

OOKOOK-

VSBDQPSK

RZ-

DPSK-

3ASK

PM-

DQPSK

OP-FDM-

RZ-

DQPSK

PM-

QPSK

PM-

OFDM-

QPSK

Coh./no

coh.

No cohe-

rente

No cohe-

rente

No cohe-

rente

No cohe-

rente

No cohe-

renteNo coherente

Cohere-

nte

Cohere-

nte

DWDM

rejilla

(GHz)

Alcance

estimado

<500 <500 1000 <500 600 1500 1500 2000

Tolerancias ⊕ ⊕ ⊕ ⊕⊕ ⊕⊕Tolerancia

OSNR(db),

*BER

4x10−3

17,5 18,5 15,5 >20 15,5 15,5 <15 <15

Tolerancia

CD

(ps/nm), *2

db penaliza-

cion

±5 ±5 ±22 ±30 ±90 ±90 >> >>

Tolerancia

Max. DGD

(ps), *2 db

penaliza-

cion

4 4 9 10 18 18 >> >>

compatible

con 10G y

40G

⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕

Filtrado con

ROADMs

⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕

Cuadro 3.2: Tolerancias para formatos de Modulacion a 100 Gbps

demultiplexan por un filtro optico. En el Cuadro 3.2 se muestran las portadoras frente a polarizacio-

nes esquematicas. Este formato de modulacion se basa tambien en 28 GBaudios y ha sido titulado

como Multiplexion por Division de frecuencia ortogonal polarizada RZ-DQPSK. Pero debido a la

separacion de dos portadoras opticas en dos polarizaciones se admite solo espaciamiento de canal

de 100 GHz.

3.1.7. PM-QPSK (DP-QPSK) y Deteccion Coherente

Para 100 Gbps de transmision PM-QPSK y deteccion coherente junto con el procesamiento digital

de senal, se han aplicado ampliamente. El principio del transmisor y el receptor PM-QPSK se

muestra en la figura 3.6. A diferencia de los sistemas de deteccion directa sin pre-codificacion en el

45

Figura 3.4: Configuracion esquematica de los componentes optoelectronicos de un transmisor tıpicopara el formato PM-DQPSK y el receptor con demultiplexado polarizacion y la detecciondirecta

Figura 3.5: Configuracion esquematica de los componentes optoelectronicos de un transmisor y unreceptor para el formato OP-FDM-DQPSK.

transmisor, en este caso es necesaria, porque la fase optica se recupera directamente, de una mezcla

coherente, entre la senal optica recibida, y una anchura de lınea estrecha del laser oscilador local.

En el receptor una doble polarizacion optica hıbrida en 90°, que divide la senal entrante de 100Gb

en componentes ortogonales y los combina con la optica del oscilador local, en cuatro diferentes

fotodiodos o fotorreceptores. Las cuatro senales electricas de salida , son convertidas por cuatro

convertidores digitales a analogico de alta velocidad en el dominio electrico y procesada por el DSP.

Debido a la recepcion de senal de amplitud y fase por el receptor coherente, la polarizacion puede

ser demultiplexada electronicamente y distorsiones de fibra, como la dispersion cromatica, o la PMD

se puede compensar mediante el procesamiento digital de senales.

Figura 3.6: Configuracion esquematica de los componentes optoelectronicos de un transmisor tıpicopara el formato PM-QPSK y el receptor intradyne con la deteccion y el DSP coherente.

46

Los experimentos de transmision 100Gbps PM-QPSK, que funcionan a una velocidad de sımbolos

de 25-28 Gbaud, en su mayorıa se han demostrado con el procesamiento de la senal, fuera de las

senales electricas que se miden con los osciloscopios en tiempo real, que actuan como convertidores

rapido A / D [25].

Varios experimentos de transmision DWDM de alta capacidad presentan un espaciamiento de

canal de 50 GHz [26] y con la reduccion de espaciamiento de canal correspondiente a la tarifa del

sımbolo para aumentar aun mas la eficiencia espectral. Formato PM-QPSK con 56 GBaudios se ha

divulgado para la transmision DWDM con tasa de transmision dev224 Gbps [27].

El 2010 se implementaron FPGA como multiplexor, en pruebas de transmision de campo, en

tiempo real [28]. Sin embargo, desde 2010, tambien la primera de un solo canal de 100 Gbps con

formato PM-QPSK segun el acuerdo de implementacion de la OIF (Optical Internetworking Forum)

[29] aparecio disponible en el mercado utilizando un receptor coherente basada en ASIC (Application

Specific Integrated Circuit).

3.1.8. PM-OFDM-QPSK (DP-OFDM-QPSK) y Deteccion Coherente

En el mercado de 100 Gbps, actualmente hay transpondedor que aplican dos espaciados estrechos

de (20 GHz) con portadoras opticas cada una modulada con formato PM-QPSK basado en 14 Gbaud

de modulacion [30]. Este formato de modulacion se ha denotado como DP-o PM-OFDMQPSK y

requiere que el hardware de dos transmisores y receptores PM-QPSK de 50 Gbps .

3.1.9. Tolerancia de los Formatos de Modulacion en Sistemas de 100Gbps

En el Cuadro 3.2 resumimos las tolerancias para los formatos de modulacion de 100 Gbps, se

describen en terminos de OSNR, CD, PMD (DGD), compatibilidad con 10 Gbps y 40 Gbps ve-

locidades de lınea y filtrado con ROADM en cascada. Sin restricciones, el formato de modulacion

PM-QPSK aparece como el formato de modulacion con mejor rendimiento en 100 Gbps. Es por eso

que la OIF ha elegido el formato de 100 Gbps PM-QPSK para desarrollar un acuerdo multi-fuente

de 100 Gbps para interfaces de lınea, que soporta hasta unos 1500 km de transporte en fibra.

3.1.10. Principales caracterısticas para Formatos de Modulacion en 100 Gbps

En el Cuadro 3.3 se resume a las principales caracterıstica de los formatos de modulacion para

100 Gbps con respecto a un area de aplicacion, la disponibilidad del producto, el consumo de energıa

y la huella, relacionados con temas crıticos, su rentabilidad y su idoneidad para la aplicacion de

campo verde (carece de limitaciones) sin las fibras de compensacion de dispersion. El cuadro 3.3

tambien indica las fuertes ventajas de PM-QPSK (DP-QPSK) versus las soluciones alternativas con

y sin receptores coherentes, confirmando que la PM-QPSK puede ser considerado como una solucion

Premium.

47

Formato de

Modulacion

OOK OOK-

VSB

DQPSK RZ-

DPSK-

3ASK

PM-

DQPSK

OP-

FDM-

RZ-

DQPSK

PM-

QPSK

PM-

OFDM-

QPSK

Coh./no

coh.

No

coherente

No

coherente

No

coherente

No

coherente

No

coherente

No

coherente

Cohere-

nte

Cohere-

nte

DWDM

rejilla

(GHz)

Area de

aplicacion

Corto

Alcance

Corto

Alcance

Metrop-

olitano

Metrop-

olitano

Metrop-

olitano

Larga

distancia

Larga

distancia

OIF

Larga

distancia

Disponibilid-

ad del

Producto

No No No No No Si Si Si

Consumo

de energıa y

su huella

⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕

Aspectos

crıticos

Compon-entes E.& O/E

Adapta-tiva &

CD

comp-

ensacion

PMD

Compon-entes E.& O/E

Adapta-tiva &

CD

comp-

ensacion

PMD

Adapta-tiva &

CD

Compon-

entes

PMD en

Fibras

Antiguas

Adapta-tiva &

CD

Compon-

entes

PMD en

Fibras

Antiguas

Pol-Demux,

Adapta-tiva &

CD

Compon-

entes

PMD en

Fibras

Antiguas

Interfac-

es

2x50G

Ninguna

——

Solucion

superior

Interfac-

es

2x50G

Rentabilidad - - Metrop-

olitana

- - - -

Campo

verde

- - - - - - Si Si

Cuadro 3.3: Informacion general sobre las principales caracterısticas de los formatos de modulacionpara 100 Gbps.

3.2. Formatos de Modulacion para Sistemas de 100 Gbps y Mas.

La transmision de senales opticas mas alla de 100 Gbps actualmente son de gran interes en la

investigacion, debido al aumento de la eficiencia espectral . El principal foco esta en el formato

de modulacion multinivel basado en MQAM (modulacion de amplitud en cuadratura) y recepcion

coherente aplicada en una sola portadora, ası como en formatos de modulaciones con multiples

subportadoras. El principal objetivo es maximizar su eficiencia espectral. Con respecto al futuro

potencial de 400 Gbps y 1 Tbps, se ha planteado la necesidad de una red flexible, [31].

48

3.2.1. Formatos de Modulacion de Portadora Unica

Para alcanzar tasas de bits superiores a 100 Gbps sobre una unica portadora, es necesario aplicar

esquemas de modulacion de alto nivel. Recientemente esquemas QAM junto con la multiplexacion

de polarizacion se utilizan para lograr una velocidad de canal de 200 Gbps con 16 QAM. En un

M-QAM o senal 2m-QAM , donde m bits son transmitidos en un solo horario o sımbolo, donde m es

un valor entero. Adicion de polarizacion de la multiplexacion para hacer PM-2m-QAM formato, 2 x

m bits son transmitidos por sımbolo. Las senales de un PM-M-QAM pueden realizarse en principio

por arreglos paralelos de los moduladores PM-QPSK, donde los moduladores son conducidos con

senales de datos binarios, respectivamente. Por ejemplo, se requieren dos moduladores paralelos PM-

QPSK para formar un modulador PM-16QAM. Un enfoque mas compacto y generico se basa en la

reutilizacion de un modulador PM-QPSK, que se muestra en la figura. 3.5, para la generacion de

todos los formatos de modulacion PM-M-QAM, donde los moduladores son conducidos con senales

electricas de varios niveles, como se representa en la figura. 3.6.

Diversas constelaciones [32] se pueden aplicar para el formato de modulacion PM-QAM, por

ejemplo, constelaciones de sımbolos QAM circulares o constelacion cuadratica con diferentes ta-

manos como se representa en el Cuadro 3.4. Con el aumento del numero de sımbolos las distancias

euclidianas entre los sımbolos se reducen significativamente. Por lo tanto, desafortunadamente, la

sensibilidad al ruido o la tolerancia OSNR reduce correspondientemente con el aumento del numero

de sımbolos de una constelacion QAM. Cuadro 3.4 incluye las penalizaciones con valores teoricos

OSNR asumiendo la misma tasa de trasmision en todos los formatos. Segun la teorıa de Shannon el

aumento de la eficiencia espectral (SE) se debe pagar por una SNR superior. La teorıa de Shannon

se ha extendido [33] para describir los lımites de capacidad de transporte y las redes de fibra opti-

ca, incluyendo los impedimentos de fibras clasicas de emision espontanea amplificada, la dispersion

cromatica y la no linealidad de la fibra basado en el efecto Kerr.

La Optimizacion de la SE de senales con constelaciones M-QAM por Nyquist filtrando hacia

Nyquist-WDM (N-WDM) [34] es actualmente de alto interes en investigacion, y ya se ha demos-

trado en las configuraciones de transmision submarinas [35] con RZ en PM-QPSK. En N-WDM, la

separacion entre canales es igual con espaciamiento de canal (fn = 1).

En esta etapa del trabajo no estamos considerando N-WDM con un” Nyquist-Factor” de fn = 1,

pero un valor mas pesimista de fn= 1.56 como referencia para los datos SE de formatos con una sola

portadora mas alla de 100 Gbps. Al considerar fn = 1,56 (= 50 GHz/32 Gbaud) estamos tratando

a todos los formatos con las mismas tolerancias espectrales, obteniendo 100 Gbps PM-QPSK a 50

GHz y una separacion de canales con una velocidad de sımbolo maximo de 32 Gbaud; abordando

mas alta sobrecarga (∼20 %) actualmente considera para la toma de decision suave en base FEC

mejorada. Con 32 Gbaud de velocidad de sımbolos los actuales ” 100 Gbps velocidad de bits de

transmision ” estara 128 Gbps en lugar de ∼112 Gbps en virtud de la velocidad de sımbolos de 28

Gbaud.

49

Formatos

de Modu-

lacion

PM-BPSK PM-QPSK PM-8QAM PM-

16QAM

PM-

32QAM

PM-

64QAM

Bits/

Symbolos2x1 2x2 2x3 2x4 2x5 2x6

Costelaci-

on

Penalizaci-

on

OSNR

0 0 2 4 6 8,5

Cuadro 3.4: Comparacion de los formatos de modulacion 100G y mas; OSNR sanciones relacionadoscon la misma tasa de bits (PM-BPSK sirve como referencia).

Figura 3.7: Configuracion esquematica de los componentes opto-electronicos de un transmisor fle-xible, para multiplexacion por polarizacion de mas alto nivel, formatos de modulacioncomo N-PSK o M-QAM y el receptor con deteccion coherente.

3.2.2. Realizaciones y demostraciones M-QAM

Por ejemplo, para la realizacion de 16QAM se necesita una senal de modulacion electrica de 4-

nivel en cada electrodo. Esto puede ser realizado por la combinacion pasiva de dos senal de datos

electrica con amplitud diferente o usando el procesamiento de senales digitales y la conversion D/A

(DAC), como se muestra en la Figura. 3.7.

La polarizacion de senales multiplexada 16QAM han sido realizada por la generacion de multiples

niveles, utilizando combinacion pasiva de senales binarias para alcanzar 224 Gbps de velocidad por

canal (200G + sobrecarga FEC) [36] y de 448 Gbps velocidad por canal. Para obtener Modulacion

multinivel PM-MQAM (ver Figura 3.7) utilizando un DAC con senal de accionamiento de 4-nivel

usando solo 6 bits para generar 224 Gbs PM-16QAM [37] y con senal de accionamiento 8-nivel

utilizando un DAC con solo 3 bits de resolucion para generar un 257 Gbps de senales PM-64QAM

[38].

50

El procesamiento digital de senales y la conversion D/A en el transmisor es actualmente viable

hasta velocidades de sımbolo de 28-32 Gbaud. Una aplicacion en tiempo real utilizando DSP y

DAC aumenta la complejidad del transmisor, pero da en el otro lado una mayor flexibilidad para

compensar las caracterısticas no lineales del amplificador excitador, el modulador y el cambio de

formato de modulacion [39]. Comparado con un laser transmisor DP-QPSK con linewidth (ancho

de linea) mas estrecho y lineal, son necesarios amplificadores para los transmisores DP-n-QAM.

La configuracion del receptor coherente con multiplexacion por polarizacion QAM es similar al

receptor 100Gbps, pero es necesaria una resolucion mas alta del ADC, para la deteccion de multiples

senales. Ademas el laser oscilador local requiere un menor grosor de lınea.

Utilizando polarizacion con multiplexacion y formato de modulacion QAM se han llevado a cabo

varios experimentos de transmision DWDM de alta capacidad con alta eficiencia espectral. Tasa de

Canal de 240 Gbps se logran con 8PSK [40] y la transmision a mas de 320 kilometros de lınea se

demuestra.

Utilizando DP-16QAM se han demostrado longitudes de transmision, entre 670 hasta 1500 km

[36]. Se aplica RF-asistida optico doble portadora de 112 Gbps multiplexado por polarizacion 16-

QAM para lograr 112 Gbps velocidad de canal.

Se ha aplicado el Formato DP-64QAM para alcanzar 240 Gbps con 12 bits/sımbolo. La modu-

lacion QAM se informa para los canales de velocidad de bits mas bajos de 100 Gbps utilizando

32QAM, 100 Gbps. usando 35QAM, 112 Gbps y 120 Gbps usando 64QAM, 56 Gbps con una

eficiencia espectral de 11,8 bit/s/Hz utilizando DP-256 QAM, 54 Gbps mediante DP-512QAM.

3.2.3. Descripcion general en una Portadora para opciones M-QAM

El Cuadro 3.5 ofrece un resumen sobre las opciones de canal unico M-QAM para 200 Gbps, 400

Gbps y 1 Tbbs, utilizando 100 Gbps como referencia y teniendo en cuenta la multiplexacion por

polarizacion para todas las opciones. Las velocidades de sımbolo mınimos aplicados, son, 28 Gbaud,

y estan abordando el transporte de lınea con un 7 % por encima de la 2ª generacion FEC (mejoras

FEC [41]). Los sımbolos maximos considerados, son superiores (˜20 %) considerado actualmente la

decision suave en base FEC mejorada.

Como ya se ha explicado anteriormente, los datos de la separacion entre canales indicados en el

Cuadro 3.5 pueden parecer pesimistas en comparacion a otros datos publicados [35]. Bajo condicio-

nes de fn=1,56 (= 50 GHz/32 Gbaud), los datos de SE de 400 Gbps PM-256 QAM se limitarıa a 8

bits/s/Hz y la capacidad total en banda C serıa de alrededor de 35 Tbps. Sin embargo, si considera-

mos los enfoques de filtrado de Nyquist [34] y de alto rendimiento MLSI nuestra figura de MQAM

frente SE podrıa cambiar esos 8 bit/s/Hz y obtener posiblemente con opciones M-QAM inferiores:

PM-128QAM, PM-64 QAM o incluso PM-32QAM.

Se anaden las dos opciones de PM-M-QAM 1 Tbps para indicar la necesidad de tarifas de sımbolos

altamente desafiante, considerando los mismos valores de eficiencia espectral (pesimista) que en el

Cuadro 3.5 (fn = 1,56) para los 400 Gbps PM-opciones de MQAM.

51

Formatos

de Modu-

lacion

PM-

QPSQ

PM-

16

QAM

PM-

QPSK

PM-

8QAM

PM-

16

QAM

PM-

32

QAM

PM-

64

QAM

PM-

256

QAM

PM-

32

QAM

PM-

64

QAM

Tasa de

Transmi-

sion

(Gbps)

100 200 400 1000

Velocidad

de

Simbolo

(Gbd)

28-32 28-32 112-128 75-85 56-64 45-51 37-43 28-32 112-128 93-107

Bits/

simbolo

4 8 4 6 8 10 12 16 10 12

Espaciami-

ento por

Canal1

(Ghz)

50 50 200 133 100 80 67 50 200 166

SE

(Bits/s/Hz)

2 4 2 3 4 5 6 8 5 6

N° canales

Banda C

88 44 22 33 44 55 66 88 22 26

Capacidad

Total

(Tbps)

8,8 17,6 8,8 13,3 17,6 22 26,4 35 22 26

ONSR2(db)

@ min

tasa de

baudio

12,2 19,2 18,2 20,2 22,2 24,2 26,7 >30 28,2 30,7

ONSR2(db)

@ max

tasa de

baudio

9,8 16,8 15,8 17,8 19,8 21,8 24,3 >30 25,8 28,3

penalizaci-

on V/S

100G

(db)|

0 7 6 8 10 12 14,5 >20 16 18,5

1) Mismo margen de filtrado, como a 100G

2) Referente a los valores teoricos de 40 Gbps

Cuadro 3.5: Informacion general sobre las opciones de M-QAM para 400 Gbps y 1.000 Gbps utili-zando 100 Gbps (PM-QPSK) y 200 Gbps (PM-16QAM) como referencia.

52

Los valores de sensibilidad OSNR que se muestran en el Cuadro 3.5 se dan con respecto a la

mınima y maximas tasas de sımbolos, todo se hace referencia a un valor teorico OSNR de 8,2 dB

calculado para 40 Gbps PM-QPSK [42]. Los valores OSNR en tarifa mınima del sımbolo estan

relacionados con un factor mınimo de Q = 8,5 dB (maximo BER de 3.8e−3, obtenidos con la mejor

solucion FEC [41] mejorada patentada). Los valores OSNR en maxima velocidad de sımbolo estan

relacionadas con un factor mınimo de Q = 6,4 dB (maximo BER de 1.8e−2 ), apoyado con decision

suave FEC. Teniendo en cuenta el mayor ancho de banda y logro de 3 dB de ganancia extra de

FEC, la ganancia neta para OSNR para la velocidad de transmision mas alta serıa alrededor de 2,4

dB.

Los valores de penalizacion OSNR hacen referencia a 100 Gbps. La pena OSNR, por ejemplo,

para PM-64 QAM a 400 Gbps alcanza los 14,5 dB, lo que significa que pasa una alta constelacion

a 400 Gbps de los transportistas M-QAM, las portadores necesitan ser regenerados antes de 100

Gbps QPSK.

Los principales factores limitantes para altas velocidades de sımbolo son los DAC y ADC. Si

estamos mirando tarifas de sımbolo realista de 43 GBaudios es probable que en un futuro proximo,

400 Gbps unico transportista con PM-64QAM podrıa ser una opcion viable. Sin embargo, la simple

actualizacion e incluso co-propagacion de estos 400 Gbps con opcion 100 Gbps o 40 Gbps parece

un reto debido a las diferentes requisitos OSNR. Como se ha indicado anteriormente, la separacion

entre canales de 67 GHz indicada, podrıa parecer pesimista y la separacion de canales de 50 GHz

podrıa ser factible, pero en el coste de las tolerancias de filtrado son significativamente mas bajos,

que el obtenido con 28-32 Gbaud.

3.2.4. Formato de Modulacion Multi Portadora - Transmision Optica OFDM

En contraste con los formatos de transmision con portadora simple, diversas opciones se habıan

propuesto, dividir los datos transmitidos en multiples subportadoras opticos y electricos tambien.

Solo en casos donde el espaciamiento de frecuencia de estas subportadoras es igual a la tarifa del

sımbolo y se alinean las subportadoras ortogonalmente, el formato puede ser denotado como optico

OFDM. O-OFDM como portadoras de multiples formatos es un enfoque atractivo para apoyar a

los canales de banda ancha [43]. El transmisor y el receptor de los sistemas O-OFDM tienen una

configuracion similar como sistemas basados en QAM. DSP se aplica en el transmisor para formar

la transformada rapida de Fourier inversa (IFFT), ası como en el receptor coherente para formar

la FFT. Por una senal de modulacion apropiada O-OFDM de multiples portadoras se consigue

mediante un unico modulador-MZ-I/Q incrustado o PM-QPSK modulador como multiplexacion de

polarizacion se convierte en el estado de la tecnica tambien conjuntamente con O-OFDM.

O-OFDM puede utilizar un numero elevado de subportadoras electricas de baja velocidad de

sımbolos modulados (unos pocos Mbaudios) cada una modulada por una mayor constelacion de

formato de modulacion M-QAM en combinacion con la modulacion de un cierto numero de canales

opticos bloqueado en frecuencia, tambien denotado como ”superchannels”. El numero de bits/sımbo-

53

lo del canal OFDM, finalmente es determinado por el numero de subportadoras electricas mas el

numero de superchannels opticos. Debido a la forma casi rectangular de senales O-OFDM de trans-

mision de alta capacidad puede realizarse por asignacion de multiples senales OFDM en el dominio

de la frecuencia sin bandas de guardia.

Se han divulgado diversos experimentos de transmision mediante polarizacion multiplexada O-

OFDM y PM-O-OFDM [44], transporte de Tbps superchannels sobre canales submarino [44]. Re-

cientemente pruebas de transmision sobre fibra SM instalada, aplican formato PM-OFDM en co-

propagacion vıa DQPSK de 112 Gbps se divulgan con 253 Gbps, superchannels OFDM con sub-

portadoras que transportan senales QPSK a 400 Gbps superchannel transportan senales 8QAM a

mas de 768 km y superchannels que logran Terabit/s a mas de 454 km y 3.560 km.

4 Capıtulo IV: Multiplexaciones y Redes Elasticas

OFDM

En este capıtulo se analizaran los distintos tipos de multiplexaciones mas relevantes a la hora de

realizar enlaces de fibra optica. Se partiran con las multiplexaciones WDM en donde se revisara sus

distintas variaciones ya sea en CWDM, DWDM, viendo sus capacidades, longitudes de onda, etc.

Luego se dara paso a Nyquist WDM, multiplexacion de ultima generacion junto con las multiplexa-

ciones O-OFDM, en ambas se hara una revision mas profunda, para dar mayor enfasis, a sus grandes

capacidades, estudiando sus transmisores y requerimientos necesarios para alcanzar estas grandes

tasas de transmision. Finalmente se dara paso a las redes Elasticas OFDM, con su arquitectura y

funcionamiento.

4.1. WDM Wavelength Division Multiplexing

En comunicaciones opticas, las senales en el rango de frecuencias de 190 THz, la gente prefiere

hablar de longitudes de onda en nm (por lo general entre 1280 y 1680 nm). Es por eso que los

sistemas FDM en comunicaciones opticas se llaman Wavelength Division Multiplexing (WDM) .

En telecomunicaciones, la multiplexacion por division de longitud de onda, es una tecnologıa

que multiplexa varias senales sobre una sola fibra optica mediante portadoras opticas de diferente

longitud de onda, usando luz procedente de un laser o un LED.

Este termino se refiere a una portadora optica (descrita tıpicamente por su longitud de onda)

mientras que la multiplexacion por division de frecuencia generalmente se emplea para referirse a

una portadora de radiofrecuencia (descrita habitualmente por su frecuencia). Sin embargo, puesto

que la longitud de onda y la frecuencia son inversamente proporcionales, y la radiofrecuencia y la

luz son ambas formas de radiacion electromagnetica, la distincion resulta un tanto arbitraria.

El dispositivo que une las senales se conoce como multiplexor mientras que el que las separa es

un demultiplexor [45]. Con el tipo adecuado de fibra puede disponerse un dispositivo que realice

ambas funciones a la vez, actuando como un multiplexor optico de insercion-extraccion.

Los primeros sistemas WDM aparecieron en torno a 1985 y combinaban tan solo dos senales. Los

sistemas modernos pueden soportar hasta 160 senales y expandir un sistema de fibra de 10 Gbps

hasta una capacidad total 25.6 Tbps sobre un solo par de fibra y mas.

Para Cada aplicacion se asigna a un color especıfico (longitud de onda) para comunicarse con

una estacion remota. La ventaja es que los diferentes colores se pueden transmitir simultaneamente

54

55

Figura 4.1: Vision general de Multiplexacion WDM

utilizando un par de fibra. En el sitio remoto la senal combinada se separa de nuevo en diferentes

colores por un demultiplexor. Generalmente solo un haz de luz con una longitud de onda se trans-

fieren a traves de un par de fibra. La tecnologıa de multiplexacion de longitud de onda proporciona

la capacidad de transmitir mas haces de luz, cada uno con diferentes longitudes de onda, utilizando

el mismo enlace optico. Debido a que las longitudes de onda no interfieren, haces de luz individuales

se pueden separar unos de otros usando filtros simples. Un laser sirve como la fuente de luz y diodo

fotosensible como unidad receptora. La multiplexacion de longitud de onda se diferencia en CWDM

(Coarse Wavelength Division Multiplexing) y DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing)

.

El mecanismo de WDM es una tecnologıa muy compleja, pero sin embargo la idea es muy simple.

Se quiere combinar multiples haces de luz dentro de una unica luz en el multiplexor y hacer la

operacion inversa en el demultiplexor. Combinar y dividir haces de luz se resuelve facilmente un

prisma. Como la fısica basica dice que un prisma curva un rayo de luz basandose en el angulo de

incidencia y la frecuencia, usando esta tecnica, se puede hacer que un multiplexor que combine

distintos haces de luz de entrada, cada uno de los cuales contiene una banda estrecha de frecuencia,

en un unico haz de salida con una banda de frecuencia mas ancha. Como se muestra en la Figura 4.2,

Broad WDM (frecuentemente llamado WDM) utiliza dos longitudes de onda: una onda de 1.310 nm

y una longitud de onda de 1.550 nm. WDM es muy sencillo de implementar. Pueden ser utilizados

Off-the-shelf transmisores opticos sin un control estricto de longitudes de onda . Estas aplicaciones

tambien utilizan multiplexores opticos economicos y demultiplexores con baja perdida de insercion.

En la Figura 4.3 se muestra un diagrama con los componentes requeridos para un sistema WDM.

Los receptores, basicamente, pueden tener mayor o menor sensibilidad y de ahı su posible uso,

56

Figura 4.2: Longitudes de onda WDM

Figura 4.3: Componentes requeridos para un sistema WDM.

ademas dependiendo del tipo de material (Ge, Si, AsInGa, etc.) tienen una sensibilidad especıfica

segun la longitud de onda y, por tanto, su uso es en la 1ª ventana (850 nm), la 2ª (1300 nm) o

bien en la 3ª (1550 nm). En base a estas caracterısticas se dedican a unas u otras aplicaciones. El

fundamento de transmision por fibra se basa en convertir las senales electricas en un codigo optico

para que, a traves de dicha fibra, transporte la informacion con la mayor integridad y garantıa

posible.

Una vez que la senal se ha convertido de formato electrico a optico, existen diferentes mecanismos

de codificacion para el transporte de dichas senales a traves de la fibra que facilitan, en gran medida,

la recuperacion de las mismas en el extremo remoto y las convierten a electricas con la integridad

maxima para los datos transportados: 4B/5B (FDDI), 8B/10B (ESCON, FICON, Fibre Channel,

etc.) o el propio codigo SDH (STM-1, STM-4, etc.).

Ventajas de WDM:

• Permite la transmision simultanea de senales a diferentes longitudes de onda sobre la misma

fibra

57

• Aumenta el ancho de banda

• Solucion economica para alcanzar capacidades muy altas

• Permite alcanzar con amplificadores distancias muy altas.(cientos de kilometros)

4.1.1. CWDM Coarse Wavelength Division Multiplexing

Las longitudes de onda utilizables por los sistemas CWDM fueron estandarizadas por la ITU-T

(International Telecommunication Union) en el ano 2002. La norma, denominada ITU-T G.694.2,

se basa en una rejilla o separacion de longitudes de onda de 20 nm (o 2.500 GHz) en el rango

de 1.270 a 1.610 nm[46]; pudiendo ası transportar hasta 18 longitudes de onda en una unica fibra

optica monomodo. La tecnologıa de CWDM permite el uso de un hilo de la fibra de dos hilos para

admitir varias topologıas de red y velocidades de datos a fin de aumentar exponencialmente la

capacidad de ancho de banda y proporcionar la capacidad de agregar nuevos clientes sin necesidad

de tender un nuevo cable de fibra optica entre sitios. De acuerdo con esto, se tienen dos importantes

caracterısticas inherentes a los sistemas CWDM que permiten emplear componentes opticos mas

sencillos y, por lo tanto, tambien mas baratos que en los sistemas DWDM:

Figura 4.4: Longitudes de onda CWDM

•Mayor espaciamiento de longitudes de onda. De esta forma, en CWDM se pueden utilizar laseres

con un mayor ancho de bandas espectrales y no estabilizados, es decir, que la longitud de onda

central puede desplazarse debido a imperfecciones de fabricacion o a cambios en la temperatura

a la que esta sometido el laser y aun ası, estar en banda. Esto permite fabricar laseres siguiendo

procesos de fabricacion menos crıticos que los utilizados en DWDM, y que dichos laseres no tengan

sofisticados circuitos de refrigeracion para corregir posibles desviaciones de la longitud de onda

debidos a cambios en la temperatura a la que esta sometido el chip; lo cual reduce sensiblemente

el espacio ocupado por el chip y el consumo de potencia, ademas del coste de fabricacion. Por lo

general en CWDM se utilizan laseres de realimentacion distribuida o DFB (DistributedFeed-Back)

modulados directamente y soportando velocidades de canal de hasta 2,5 Gbps sobre distancias de

hasta 80 Km en el caso de utilizar fibra optica G.652.

•Mayor espectro optico. Esto, que permite que el numero de canales susceptibles de ser utilizados

no se vea radicalmente disminuido a pesar de aumentar la separacion entre ellos, es posible porque

en CWDM no se utilizan amplificadores opticos de fibra dopada con Erbio o EDFA (ErbiumDo-

58

pedFilterAmplifier) como ocurre en DWDM para distancias superiores a 80 Km. Los EDFA son

componentes utilizados antes de transmitir o recibir de la fibra optica, para amplificar la potencia

de todos los canales opticos simultaneamente, sin ningun tipo de regeneracion a nivel electrico. Los

sistemas CWDM utilizan, de ser necesario por las distancias cubiertas o numero de nodos en cascada

a atravesar, regeneracion; es decir, cada uno de los canales sufre una conversion optico-electrico-opti-

co de forma totalmente independiente al resto para ser amplificado. El coste de la optoelectronica en

CWDM es tal, que es mas simple y menos caro regenerar que amplificar. Por otro lado, puesto que

los regeneradores realizan por completo las funciones de amplificacion, reconstruccion de la forma

de la senal, y temporizacion de la senal de salida, compensan toda la dispersion acumulada; esto

no ocurre en la amplificacion optica, a no ser que se utilicen fibras con compensacion de dispersion

o DCF (Dispersion Compensation Fiber), de alto coste y que ademas suelen requerir de una etapa

de preamplificacion previa dada la alta atenuacion que introducen.

Ademas, CWDM es muy sencillo en cuanto a diseno de red, implementacion, y operacion. CWDM

trabaja con pocos parametros que necesiten la optimizacion por parte del usuario, mientras que los

sistemas DWDM requieren de complejos calculos de balance de potencias por canal, algo que se

complica aun mas cuando se anaden y extraen canales o cuando DWDM es utilizado en redes en

anillo, sobre todo cuando los sistemas incorporan amplificadores opticos.

CWDM, esta desarrollada especialmente para zonas metropolitanas, ofreciendo anchos de banda

relativamente altos a un coste mucho mas bajo, esto debido a los componentes opticos de menor

complejidad, limitada capacidad y distancia, por lo cual es la mas competitiva a corta distancia.

Ventajas de CWDM:

• Menor consumo energetico.

• Tamano inferior de los laser CWDM,

• Soluciona los problemas de cuellos de botella

• Hardware y costo operativo mas barato referente a otras tecnologıas de la misma familia.

• Anchos de banda mas elevada.

• Es mas sencillo referente al diseno de la red, implementacion y operacion.

• Mayor facilidad de instalacion, configuracion y mantenimiento de la red

• Alto grado de flexibilidad y seguridad en la creacion de redes opticas metropolitanas

4.1.2. DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing

Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) es una tecnica de transmision de senales a

traves de fibra optica utilizan las banda C (1550 nm) y L (hasta 1610 nm) [46] como se aprecia en la

Figura 4.5. Es una tecnologıa que pone los datos de diferentes fuentes, junto a una fibra optica , con

cada senal transmitida en el momento mismo en su propia luz independiente de longitud de onda.

Utilizando DWDM, hasta 80 longitudes de onda (y teoricamente mas) por separado pueden ser

multiplexados en en una sola fibra optica. Cada canal tiene una division en el tiempo multiplexado

( TDM ) De la senal. En un sistema con cada canal lleva 2,5 Gbps (dos mil quinientos millones de

59

Figura 4.5: Longitudes de onda DWDM

bits por segundo), y se pueden entregar hasta 200 mil millones de bits en un segundo por la fibra

optica.

Dado que cada canal se demultiplexa al final de la transmision de vuelta a la fuente original,

diferentes formatos de datos que se transmiten a velocidades de datos diferentes se pueden transmitir

juntos. En concreto, de Internet (IP) de datos, sıncrona de datos de red optica (SONET), y el modo

de transferencia asıncrono ( ATM ) todos los datos pueden viajar al mismo tiempo dentro de la

fibra optica.

DWDM es un metodo de multiplexacion muy similar a la Multiplexacion por division de frecuen-

cia que se utiliza en medios de transmision electromagneticos. Varias senales portadoras (opticas) se

transmiten por una unica fibra optica utilizando distintas longitudes de onda de un haz laser cada

una de ellas. Cada portadora optica forma un canal optico que podra ser tratado independientemen-

te del resto de canales que comparten el medio (fibra optica) y contener diferente tipo de trafico.

De esta manera se puede multiplicar el ancho de banda efectivo de la fibra optica, ası como facilitar

comunicaciones bidireccionales. Se trata de una tecnica de transmision muy atractiva para las ope-

radoras de telecomunicaciones ya que les permite aumentar su capacidad sin tender mas cables ni

abrir zanjas. Para transmitir mediante DWDM es necesario dos dispositivos complementarios: un

multiplexor en lado transmisor y un demultiplexor en el lado receptor. A diferencia del CWDM, en

DWDM se consigue mayor numeros de canales opticos reduciendo la dispersion cromatica de cada

canal mediante el uso de un laser de mayor calidad, fibras de baja dispersion o mediante el uso

de modulos DCM “DispersionCompensation Modules”. De esta manera es posible combinar mas

canales reduciendo el espacio entre ellos. Actualmente se pueden conseguir 40, 80 o 160 canales

opticos separados entre sı 100 GHz, 50 GHz o 25 GHz respectivamente.

El medio de transmision utilizado en DWDM es la fibra optica y, en concreto, la fibra optica

monomodo. La fibra optica monomodo, ademas de soportar mayores anchos de banda que el resto

medios de transmision de senales, ofrece otras muchas ventajas:

• Baja atenuacion, facil instalacion, inmunidad a interferencias electromagneticas

• Alta seguridad de la senal

• Posibilidad de integracion

60

La fibra optima para trabajar con sistemas DWDM es la G.655 o NZDSF (Non Zero Disper-

sionShiftedFibre); aunque con canales de 2,5 Gbps, la DWDM se adapta perfectamente a la fibra

convencional G.652 o SMF (Standard Single ModeFibre), que resulta mucho mas barata y es la

utilizada en la mayor parte de las instalaciones hasta la actualidad.

Figura 4.6: Sistema de comunicacion DWDM

4.1.3. Comparacion CWDM vs DWDM

Como ya sabemos CWDM y DWDM, comparte una parte del espectro, pero la eficiencia en el

uso, es mucho mejor para los sistemas DWDM, pero sus costos son mas altos y su ejecucion es

mucho mas complejo, por eso que cada una de estas multiplexaciones son buenas segun cumplan

con los requerimientos. A continuacion en la Figura 4.7 podemos ver las diferencias en el uso del

espectro.

Figura 4.7: Comparacion de espectros CWDM vs DWDM

Pese a tener corto alcance CWDM es una solucion asequible para conexiones de corto alcance

(entre Campus; Oficinas, etc.) ya que a menor costo se pueden alcanzar velocidades de 2,5 Gbps.

61

Aplicacion/Parametro CWDM acceso/MAN DWDM MAN/WAN DWDM largo

alcance

canales por fibras 4-16 32-80 80-160 y mas

Espectro utilizado O,E,S,C,L C,L C,L,S

Espacio entre canales 20nm (2500GHz) 0,8nm (100GHz) 0,4nm (50GHz) y

0,2nm (25GHz)

Capacidad por canal 2,5Gpbs 10Gbps 10 – 40Gbps

Capacidad de la fibra 20 -40Gbps 100 – 1000Gbps >1Tbps

Tipo de laser DFB sin enfriamiento DFB con enfriamiento DFB con

enfriamiento

Tecnologıa de filtros TFF TFF, AWG, FBG TFF, AWG, FBG

Distancia Hasta 80Km Cientos de Km Miles de Km

Costo bajo medio alto

Complejidad tecnica media alta alta

Amplificacion optica ninguna EDFA EDFA, Raman

Cuadro 4.1: Desempeno y caracterısticas CWDM y DWDM

Pero para Redes MAN DWDM es una solucion de mejor calidad, por su capacidad de alcanzar

grandes velocidades de transmision para implementar multiples servicios dentro de ella, con una

maxima tasa de transferencia en los 1,6 Tbps con 160 Longitudes de Onda de 10 Gbps cada una.

Muchas veces es una propuesta difıcil comparar soluciones DWDM y CWDM pasivas uno contra

el otro. Con las ventajas e inconvenientes de cada uno que es casi identico, los verdaderos diferencia-

dores terminan siendo el numero de canales necesitados por parte del cliente y los costos asociados

con la implementacion de cada sistema. El grafico abajo toma en cuenta el coste del filamento ($

1,00/m) para el arrendamiento de 10 kilometros de fibra en el transcurso de un ano. Como se puede

ver, en la Figura 4.8, a los 16 canales y bajo 16 canales, CWDM es claramente mas economico para

poner en practica.

Figura 4.8: Comparacion de costos para 10 Km de Fibra, de acuerdo al numero de canales.

62

La tecnologıa WDM aparecio para la optimizacion de las redes actuales de Fibra, al igual que en

otras tecnologıas (p.e. par de Cobre xDSL y otros), y aprovechar su ancho de banda al maximo,

usando multiples longitudes de onda para lograr aquello. Sea cual sea la tecnologıa a utilizar, siempre

habra una solucion acorde a las necesidades y capacidad de inversion, siendo CWDM la opcion mas

economica, debido a la simplicidad de los componentes y el menor consumo de energıa, o DWDM

para grandes velocidades, grandes recorridos y altas prestaciones, con un nivel mas corporativo.

4.2. Nyquist WDM

Nyquist WDM es un metodo muy prometedor para generar futuros ”superchannels” con veloci-

dades de bits mas alla de 500 Gbps mediante la concatenacion de multiples canales muy cerca unos

de otros espectralmente despues de filtrar cada uno de ellos muy pero muy bien, con un filtro que

se aproxima a una funcion de transferencia rectangular [48].

Mediante la generacion de pulsos con forma de funcion sinc en el tiempo, se consigue una respuesta

en frecuencia (en caso de que la funcion sinc se extendiese infinitamente) ideal con forma de pulso

rectangular. Como se puede observar en la Figura 4.9 (figura de la derecha), en el caso ideal, no se

produce crosstalk entre bandas adyacentes, ademas si la recepcion esta perfectamente sincronizada

y el muestreo se realiza en el instante optimo, no se produce ISI [47].

Figura 4.9: Respuesta en frecuencia (derecha.) y en el tiempo (izquierda.) de una senal N-WDM.

De todos modos, para ser capaz de poner canales no OFDM ”regulares” muy cerca uno del otro,

su espectro debe ser muy bien filtrado. El espectro mas apretado posible que contenga toda la

informacion de los puntos de muestreo rectangulares entre las frecuencias de Nyquist (positivos y

negativos), en este caso, es la frecuencia fNyquist = 1 / 2T = fT / 2, donde T es la tasa de sımbolo.

Todo exterior que es de alguna manera redundante en un solo canal.

Los estudios de Polito (Politecnico di Torino), lograron una separacion de frecuencia central del

canal en 4f = 1,1 / T mediante el uso de un dispositivo Finisar WaveShaper [48], que no es la

forma mas barata de hacerlo, a pesar de que tambien puede agregar el filtrado de paso alto para

compensar un posible paso bajo en lınea caracterıstica. Su funcion de transferencia se muestra en

la Figura 4.10 .

Un metodo mejor en terminos de eficiencia de costes es modificar la senal de entrada y crear

directamente la forma rectangular en la frecuencia a la salida del modulador. Por tanto, la forma

63

Figura 4.10: Nyquist WDM de acuerdo con la funcion de transferencia del filtro de un solo canal.

de cada bit es la transformacion de Fourier inversa de la rectangular, que es la funcion Sinc con

periodicidad de T = 1 / fmod. Sin embargo, para implementar esta funcion tiene que ser finito y

causal. Para el cumplimiento de estos requisitos, la senal es implementada con ventana y el tiempo

cambio.

4.2.1. Largo del Sımbolo vs Espectro del canal

Pues bien, para obtener un PSD (Power Spectral Density) de la senal rectangular, necesitamos

formas de onda sinc para cada sımbolo. La funcion sinc decae bastante lentamente y se extiende

(idealmente) sobre un numero infinito de ranuras de sımbolos. Sin embargo, podemos truncar los

infinitamente largos sımbolos para extenderse solo sobre un numero finito de intervalos de sımbolo

(que es donde la suma antes de la salida final viene). El truncamiento, por supuesto puede afectar

el espectro, que ya no sera rectangular. Es bastante simple calcular el PSD esperado, utilizando los

sımbolos de dominio de tiempo y el procedimiento descrito mas adelante. En el dominio del tiempo,

la senal es 4.1

E(t) =

∞∑n=−∞

cnsinc

(πt− nTT

)∗∏(

t− nTkT

)(4.1)

donde sinc(x) = sin(x)/x,∏

(t/τ) es un ventana rectangular de ancho τ centrado en τ = 0, y en

cnse actualizan los datos codificados en el sımbolo n. Por lo tanto, la funcion sinc se trunca a una

longitud de k sımbolos. Una tıpica secuencia de salida E(t) para cnε{−1, 1}como se observa en la

Figura 4.11 junto con la forma de un solo sımbolo, para una longitud de sımbolo de 8T (k = 8).

Tenga en cuenta que el tiempo de sımbolo es cero en el centro (el punto de muestreo ideal) de todos

los sımbolos vecinos.

Teniendo en cuenta 4.1, el PSD se puede calcular como 4.2:

64

Figura 4.11: Senal de tiempo tıpica Nyquist WDM como superposicion de las senales moduladaspara multiples sımbolos. Los instantes de muestreo se producen en la secuencia originalBPSK se muestran como marcadores. Un sımbolo de Nyquist WDM con la longitud decodigo 8T tambien se muestra como referencia.

PSD(f) = E(f) ∗ ˜E(f)α[kTsinc(πkT ∗ f) ∗

∏(T ∗ f)

]2(4.2)

donde el ”regular”, significa convolucion, el superındice significa la conjugacion compleja, y la

funcion Π describe una ventana rectangular de anchura 2πT−1. Todo escala con la potencia media

de los sımbolos de datos Cn, por lo cual hay una relacion de proporcionalidad en lugar de una

igualdad. La Figura 4.12 muestra los espectros calculados para diferentes valores de k. Claramente,

cuanto mayor sea la ventana de tiempo asignado sobre la funcion sinc, mas cerca del espectro

sera rectangular. Sin embargo, la ventana de tiempo mas corto de 4T tiene un espectro ya casi

tan bueno como la la Figura 4.10 de WaveShaper. Ademas, los espectros de aspecto similar a los

espectros OFDM, tambien se vuelven mas rectangular como el numero de subcanales (muestras por

sımbolo) se incrementa, mediante la comparacion de 4.2 a la descripcion matematica de un espectro

OFDM vemos que hay diferencias fundamentales.

Las ventanas (rectangular) hace que los lobulos laterales, aparezcan alrededor de 25 dB por debajo

del maximo. Estos causaran alguna interferencia entre sı, este tipo de canales estrechos forman

estos superchannels. Una manera de suprimir estos lobulos laterales sin aumentar innecesariamente

la longitud sımbolo es utilizar una funcion de ventana no rectangular en el dominio del tiempo.

Hay muchas de estas funciones por ahı, algunos de los cuales son mejores que otros. La figura 4.13

muestra el espectro cuando se utiliza la ventana de Hamming.

w(t) = 0, 54 + 0, 46cos

(2π

t

k

)(4.3)

para

−kt2≤ t ≤ kt

2(4.4)

Los lobulos laterales se reducen significativamente y la diafonıa deberıan ser mucho menos. La

funcion ventana puede ser cambiado como parte de las formas de onda almacenados en el pre

procesador en tiempo real y se implementa facilmente.

65

Figura 4.12: canales WDM Nyquist utilizando distintas longitudes de sımbolo (funcion sinc trunca-da), donde los espectros DSP genera- fT / 2 es la frecuencia de Nyquist. Las marcasen el eje verticales tienen una distancia de 10 dB.

Figura 4.13: Espectro de un canal Nyquist WDM, utilizando un generador DSP con longitud desımbolo 8 T, por ventanas utilizando una ventana de Hamming. Las marcas en el ejeverticales tienen una distancia de 10 dB.

4.2.2. Senales Muestreadas

Hasta ahora nos hemos ocupado de senales continuas y hablo sobre el almacenamiento de formas

de onda digital en un FPGA / ASIC, lo cual no tiene mucho sentido. Solo podemos almacenar

senales muestreadas, que requiere cambios ligeros a nuestro razonamiento. En resumen, el muestreo

66

de las formas de onda hace que el correspondiente espectro periodico, pueden incluso solaparse,

como resultados de la teorıa basica de Fourier. El rango espectral libre de esa periodicidad depende

de la frecuencia de muestreo, la anchura de los principales ”lobulo”no hace. Ası podremos controlar

cuanto espectro basicamente ”vacio” aparece entre dos lobulos periodicos.

Si nos muestra las formas de onda sinc en la velocidad de sımbolo (donde tenıamos solo una

unica muestra por sımbolo ya todas las otras muestras son cero) los espectros podrıa solaparse o

al menos ”conectarse” y recibirıan un unico espectro continuo cuya forma entonces solo depende

en la funcion de ejemplo. Para las muestras rectangulares de anchura T, esto se muestra en la

Figura 4.12 . Por sobremuestreo - al igual que se hace en OFDM - causamos los espectros de imagen

”desconeccion” y creamos un tamano arbitrario, (determinado por la cantidad de sobremuestreo)

espacio o brecha, entre los lobulos espectrales que luego pueden ser utilizados para eliminar los no

deseados espectros de imagenes utilizando filtros electricos comunes de paso bajo. Este principio

se muestra en la Figura 4.14. El cero de la funcion sinc envolvente, que resulta de las muestras de

tiempo rectangulares utilizadas, necesariamente ocurre exactamente en el medio de los espectros

de imagen. Si no hay suficiente espacio entre los lobulos principales para permitir el filtrado (curva

discontinua), los espectros de imagen se eliminan por completo (parte inferior de la figura) y nos

quedamos con un espectro de canal casi rectangular, obtenido sin ningun dispositivo Waveshaper

y solo con un de segundo orden del filtro de Gauss y un poco (1,8 Ö) de sobremuestreo. Filtros

mas pronunciadas necesitan menos sobremuestreo, filtros menos abruptos (por ejemplo, filtros de

Bessel-Thomson) pueden necesitar mas.Si se hubiera querido, se podrıa incluso haber introducido

una funcion de transferencia de paso alto para comprobar la validez de los filtros de compensacion

posteriores al modificar la forma de onda almacenada.

4.2.3. Implementacion de un Transmisor de Impulsos Nyquist

La forma de impulsos Sinc de Nyquist se extienden infinitamente en el tiempo y generan un

espectro rectangular (insercion en la Figura 4.15) .Los impulsos de Nyquist se repiten con el es-

paciamiento de impulso T, son modulada con datos complejos, y tienen un ancho de banda total

B =1/T, que es igual a la velocidad de sımbolos. En el siguiente experimento se implementan dos

transmisores de impulsos Nyquist en tiempo real, (ver Figura 4.15) para modular portadoras pares

e impares. La configuracion del transmisor es similar a la aplicacion de un transmisor multi formato.

Sin embargo, para ser capaz de hacer conformacion de impulsos, utilizamos sobre muestreo con dos

muestras por sımbolo. En un primer paso, una secuencia de bits pseudo-aleatorios (PRBS, longitud

215-1) se genera en tiempo real por los dos FPGAs Xilinx (XCV5FX200T). Los sımbolos 16QAM

entran en una respuesta de impulso finito (FIR) con 64 Taps, lo que genera pulsos de Nyquist en

forma de sinc moduladas con los datos. La senal digital resultante se convierte a continuacion en el

dominio analogico utilizando dos VEGA DAC25 (Tx1 en la Figura 4.16 (a)), o dos VEGA DAC-II

(Tx2 en la Figura 4.16 (a)). Diagramas de ojo simulados, se muestran como inserciones en la Figura

4.15. Los convertidores de digital a analogico operan en 25 GSa / s (tasa de muestreo), generando

67

Figura 4.14: Espectro de un canal Nyquist WDM, utilizando un generador DSP con finita sobre-muestreo (1,8 Ö) (arriba). La lınea muestra una funcion de transferencia del filtrode Gauss de segundo orden, figura inferior muestra la salida Nyquist WDM filtradaopticamente. Las marcas en el eje verticales tienen una distancia de 10 dB.

Figura 4.15: Implementacion del transmisor en tiempo real, para los pulsos de Nyquist en formasinc [49, 50]. Dos FPGAs se programan para generar la PRBS (pseudo-random bit se-quence, 215 -1), para realizar una correlacion de sımbolos, y proporcionar conformacionde impulsos con un filtro FIR. Senales en fase (I) y en cuadratura (Q) se conviertenen el dominio analogico utilizando dos VEGA-DAC de alta velocidad . Espectros dela imagen se eliminan con filtros anti-aliasing adicionales, y las senales resultantes am-plificadas por conducir el modulador optico IQ . Inserciones: diagramas ojo simuladospara senales de accionamiento I y Q, sinc-pulso y espectro correspondiente a la salidadel transmisor

68

senales de 12,5 Gbd con un ancho de banda de 6.25 GHz electricos. Filtros de paso bajo electrico con

un ancho de banda de 12 GHz y 3 dB con una supresion > 30 dB a 13 GHz eliminan los espectros

imagen. Despues de la amplificacion, las senales son alimentadas a un modulador IQ optico que a

su vez modula la portadora optica [49].

4.2.4. Experimento, Transmision de Nyquist WDM 32.5 Tbit/s, con Single-laser

Este experimento fue extraıdo del Paper Single-laser 32.5 Tbit/s Nyquist WDM transmission,

este sistema de Nyquist WDM (Figura 4.16 (a)-(c)) se compone de cuatro componentes principales:

la fuente de peine optico, dos transmisores Nyquist WDM como en la Figura 4.15, un emulador de

multiplexacion por polarizacion, y un receptor optico coherente Nyquist WDM.

La fuente de peine optica es en realidad uno de los componentes clave en este experimento. No

solo proporciono una manera rentable y eficiente energeticamente para generar un gran numero de

portadoras opticas, tambien les genera una separacion de frecuencia altamente estable, que es util

para el caso de las tasas de igualdad de sımbolos en todos los canales. Esta fuente de peine utiliza

un tren de pulsos procedente de un laser de modo bloqueado ERGO-XG (MLL) que se amplifica

y se filtra para eliminar las emisiones espontaneas amplificadas. La salida MLL se divide en dos

partes, una de las cuales se amplıa espectralmente en una fibra de cristal fotonico altamente no

lineal [51]. En el conmutador selectivo de longitud de onda (WSS), el peine MLL original es filtrado

con un filtro pasa banda y se rellena el peine ampliado, la muesca filtrada de tal manera que las

secciones inestables en el centro del espectro ampliado se sustituyen por el espectro original MLL.

Este proceso de composicion espectral tambien se explota para igualar el peine de frecuencia y

formar un espectro de salida plana. Para la transmision de Nyquist no hay ningun requisito para

una fase inicial fija de todas las portadoras en relacion con el comienzo de una ranura tiempo de

sımbolo (WDM coherente [52]). Por lo tanto, las dos partes del espectro total de la composicion no

necesitan ser estabilizados contra la otra, como serıa necesario para WDM coherente. Un numero

de 325 portadoras opticas se generan entre 1533,47 y 1566,22 nm con una separacion de 12,5 GHz.

Nuestras mediciones indican que la anchura de lınea de los portadores es significativamente menor

que la anchura de lınea del oscilador local en el receptor (Agilent 81682A - laser de cavidad externa

- ECL -. Anchura de lınea tipo 100 kHz). El MLL se ajusta de modo que los portadores caen sobre

la rejilla ITU. Esto nos permite utilizar de componentes opticos off-the-shelf.

Para la modulacion, las lıneas espectrales se descomponen en portadores pares e impares usando

un des-intercalador optico estandar. Impar e incluso los transportistas se modulan con transmisores

Nyquist TX1 y Tx2, respectivamente, (ver Figura 4.16). Para generar una senal de Nyquist WDM,

se elige la velocidad de sımbolos de 12,5 GBd para igualar la separacion de portadoras de 12,5 GHz.

Ambos transmisores funcionan con fuentes de reloj de muestreo separados, como no se requiere

sincronizacion de sımbolos. Despues de la modulacion, los portadores pares e impares se combinan

en un acoplador optico para formar la senal WDM Nyquist. Las dos salidas de este

69

Figura 4.16: Configuracion Nyquist WDM. (a) Un laser modo bloqueo (MLL) produce un peinede frecuencia (vease recuadro (a)), que esta ampliado en una fibra altamente no lineal(HNLF). Un conmutador selectivo de longitud de onda (WSS) iguala el peine resultantede 325 portadoras y sustituye a la parte central inestable por una copia del peineMLL originales. Un des-intercalador optico (DIL) separa portadoras impares y pares(espectros de potencia en el recuadro (a)). En estas portadoras de los transmisoresTx1 y Tx2 (ver esquematica en la Figura 4.15) codifican los datos 16QAM en formade impulsos de Nyquist en forma de sinc. Multiplexacion de polarizacion se emula.La flecha indica el espectro de potencia optica resultante (recuadro a continuacion(a)). (b) La senal optica se transmite sobre una o hasta tres tramos de Corning SMF-28 con un solo amplificador EDFA. (c) En un receptor de Nyquist WDM coherenteun WSS selecciona un amplio grupo de 60 GHz canales Nyquist ajustadas al anchode banda del analizador de modulacion optica (OMA). Un laser de cavidad externa(ECL - Agilent 81682A) proporciona el oscilador local para el receptor coherente.(d)Espectro de potencia de RF a doble cara despues de la conversion hacia abajo desdeuna portadora optica a 1563,6 nm ( ) y de las portadoras adyacentes ( ). Laforma rectangular de los espectros demuestra la eficacia de la formacion de impulsosde Nyquist.

70

acoplador son entonces retrasadas con respecto a la otra para los datos de correlacion (retardo de

5,3 ns) y combinados en un combinador de haz de polarizacion para emular la multiplexacion por

polarizacion.

La senal se amplifica y se transmite sobre una distancias de 75,78 kilometros a 227,34 km utili-

zando un Corning SMF-28 con EDFA de solo amplificacion. La potencia optima de lanzamiento se

encontro en 18 dBm para la senal completa de Nyquist WDM. Esto corresponde a una potencia de

-7 dBm por portadora.

Despues de la transmision, se selecciona la portadora de interes en un WSS, amplificadas, y

finalmente recibido en un analizador de modulacion optica (OMA - Agilent N4391A). Se realizaron

cuatro etapas de procesamiento de senal antes de la demodulacion 16QAM. En primer lugar, la

dispersion cromatica se compensa. En segundo lugar, un filtro de pared de ladrillo digital selecciona

un portador y elimina todos los restos de los transportistas vecinas. En tercer lugar, el algoritmo

de seguimiento de polarizacion estandar separa las dos polarizaciones, y cuarto, la fase del reloj

se recupera. Solo el filtrado de la pared de ladrillo digital y el algoritmo de estimacion de fase

del reloj tuvieron que ser aplicadas ademas de los algoritmos estandar incluidas en el software

OMA. No se requirio la modificacion de los algoritmos receptores 16-QAM del software OMA.

Utilizando la construccion del algoritmo de estimacion en el desplazamiento de frecuencia, hemos

sido capaces de determinar con precision la frecuencia de desplazamiento de hasta 500 MHz. Esto

permite rastreo de frecuencia sin necesidad de sımbolos piloto, lo que llevarıa a una sobrecarga

adicional. Un ecualizador lineal con 51 Taps se utilizo para compensar la dependencia de la frecuencia

del sistema de transmision general, el PMD no fue compensado.

Para garantizar la calidad de la senal, se mide la magnitud del vector de error (EVM). Derivamos

una proporcion de estimacion bits erroneos (BER) de los datos de EVM [53]. Verificamos esta

estimacion para los puntos seleccionados para apoyar la aplicacion de esta tecnica de estimacion.

El BER se midio para los transportistas en caso de regreso a la espalda y de la transmision a

traves de 227,34 km. Elegimos los portadores que exhiben los valores mas altos de EVM, que nos

permite ofrecer un lımite superior de la BER. La exactitud del metodo de estimacion de BER de se

demostro experimentalmente.

4.2.4.1. Resultados Experimentales

Las mediciones Back-to-Back sirven como referencia para el rendimiento general del sistema,

Figura 4.17 (a). El EVM para casi todas portadoras estaba por debajo del umbral de la segunda

generacion FEC (BER = 2.3 Ö 10−3). La raız cuadrada media del EVM de todas las portadoras

fue de 10,3 %. Figura 4.17 (b, c) muestran los resultados despues de la transmision. El EVM se

degrado un 1,0 % para una distancia de 75,78 km y un 1,7 % para una distancia de 227,34 km.

Esto corresponde a una tasas de errores de bits equivalentes a un BER = 1,2 Ö 10−3 para una

distancia de 75,78 km y BER = 2.2 Ö 10−3 para una distancia de 227,34 km. El EVM para todos

las portadoras y distancias, esta muy por debajo de la limitante EVM para un BER de 1.8 Ö 10−2

71

Figura 4.17: Resultados experimentales de Transmision. Las magnitudes del vector error medidopara todos subportadoras (P - polarizacion 1, - polarizacion 2) y los espectros opticosrecibidos ( ) se trazan para (a) la caracterizacion back-to-back (b) transmision porsobre 75,78 km y (c) la transmision a traves 227,34 km. Para los EVM seleccionados

alrededor de los valores mas altos EVM (a), el BER se midio y los resultados seproporcionan en la Cuadro 4.2 para verificar la confiabilidad de la estimacion de BERa partir de mediciones EVM.

mediante decision suave de proxima generacion FEC [54]. Las diferencias de EVM entre las dos

polarizaciones, especialmente en el rango de longitud de onda externa, son debido a la dependencia

de longitud de onda del acoplador a 3 dB en el esquema de multiplexacion de polarizacion. Una

degradacion adicional se remonta a la ganancia no idealmente aplanado EDFAs que estaban dis-

ponibles para el experimento. Estos EDFAs conducen a los espectros recibidos desigual despues de

72

Distancia de Transmision Longitud de onda (nm) EVM ( %) BER calculado BER medido

Back-to-Back

1563.66 11.0 1.2 x 10−3 1.2 x 10−3

1564.58 11.9 1.9 x 10−3 2.1 x 10−3

1564.68 12.0 2.0 x 10−3 2.3 x 10−3

227,34 Km.1534.15 13.8 5.9 x 10−3 5.7 x 10−3

1534.25 14.8 9.1 x 10−3 9.4 x 10−3

Cuadro 4.2: Comparacion de BER medido y estimado. Medimos BER y EVM para los portadorasque se presentan a continuacion y calculamos un BER equivalente para verificar larelacion EVM – BER.

la transmision. Si se utilizaron EDFAs con mejor aplanamiento de ganancia en un experimento de

este tipo, es de esperar un aumento significativo en la distancia de transmision alcanzable.

Al acercarse al espaciado de los canales de Nyquist, una cierta cantidad de diafonıa lineal es de

esperar debido a las pendientes de los filtros finitos. Entonces respuestas finitas al impulso (FIR)

son implementadas por procesamiento digital de senales en tiempo real [50]. En este experimento,

la diafonıa es muy pequena como se muestra en el espectro de RF en la Figura 4.16 (d). A conti-

nuacion, mostramos los espectros medidos de RF cuando se encienden solo el transmisor 1 ( ) o

el transmisor 2 ( ). Una pequena cantidad se fuga en el reloj de muestreo en el DAC, se puede

observar a 12,5 GHz. Los tonos alrededor de ± 10 GHz se originan en el osciloscopio de muestreo

en el receptor. La degradacion EVM debido a la diafonıa residual se mide entre 1,5 % a 2 %. La

velocidad de lınea de 32,5 Tbps corresponde a una velocidad de datos neta de 26 Tbps para las

senales de transmision (teniendo en cuenta la sobrecarga FEC 25 % [54]).

Para verificar la relacion entre EVM y BER, se opto por medirlos para algunos portadoras selec-

cionadas. Las portadoras seleccionadas se muestran en el Cuadro 4.2. Elegimos ests portadoras de

tal manera que el peor caso EVM para el back-to-back y a los 227 km de transmision estuvieran

incluıdo. En el Cuadro 4.2 se muestran los valores medidos de EVM y BER. Ademas, se calculo una

BER correspondiente a los valores medidos de EVM y estos fueron usados en la ecuacion 4.5.

BER ≈(1− L−1)

log2 Lerfc

[√3 log2 L

(L2 − 1)

1

(kEVMm)2 log2M

](4.5)

Para nuestras senales 16QAM, el numero de niveles de senal en cada una de las cuadratura es L

= 4, el numero de bits codificados en un sımbolo de QAM es log2M = 4, y el formato de modulacion

dependiente tiene un factor k2 = 9/5. El BER calculado solo difiere ligeramente de la BER medida,

apoyando la aplicabilidad de la relacion BER-EVM, que se basa en la hipotesis gaussiana.

La distribucion de puntos de la constelacion es un factor crıtico para la viabilidad de la relacion

BER-EVM y para la operacion libre de error cuando se utiliza un FEC soft-decision [54, 55].

Para apoyar la afirmacion de que nuestras constelaciones medidas siguen la distribucion requerida

X2 (ruido gaussiano aditivo sobre las puntos de la constelacion), que trazan la Figura. 4.18 los

diagrama de constelacion para las portadoras que figuran en el Cuadro 4.2. Ademas, se realizo un

73

Figura 4.18: Analisis estadıstico de las portadoras seleccionadas. Mostramos los diagramas de cons-telacion de las portadoras utilizadas para la verificacion de la relacion BER-EVM pre-sentado en la Cuadro 4.2. El analisis estadıstico de los vectores de error en fase (I

) y en cuadratura (Q ) indican claramente una distribucion de Gauss del ruidoanadido en la medida que se necesita para la BER .

analisis estadıstico de la distribucion de fase (I) y cuadratura de fase (Q) con vectores de error en

el diagrama de la constelacion. Los resultados se muestran la Figura. 4.18 y respaldar la afirmacion

de una distribucion de Gaussiana del ruido anadido.

En resumen, nuestros resultados muestran que una largo del filtro para 64 taps, cuando se utiliza

doble sobre-muestreo es suficiente para implementar un sistema de transmision WDM Nyquist.

Sin embargo, esperamos una mejora adicional al rendimiento de filtro mas largos. La calidad de

recepcion no podrıa ser comparado con experimentos WDM 16QAM como la diafonıa lineal de las

portadoras vecinas limita las EVM.

74

4.3. OFDM, Orthogonal Frequency-Division Multiplexing

La multiplexacion por division de frecuencias ortogonales (OFDM) es una tecnologıa de modu-

lacion basada en la transmision de senales de alta velocidad, mediante la division de la misma en

un numero grande de subportadoras de menor capacidad. Esta division permite ajustar el ancho de

banda de la senal a transmitir, eligiendo unicamente el numero de subportadoras que la generan.

OFDM es una clase especial de modulacion multi-portadora (MultiCarrier Modulation - MCM)

basada en la propiedad de ortogonalidad de todas las senales que forman el canal a transmitir. Esta

propiedad permite concentrar las senales subportadoras en mucho menor ancho espectral que en

el caso de WDM, ya que, utilizando esta tecnica de modulacion, el espectro de las subportadoras

puede solaparse con el resto permitiendo la eliminacion de bandas de guarda entre las mismas.

Puede recibir otros nombres, como por ejemplo DMT (Discrete Multitone Modulation) o COFDM,

si la modulacion anade codificacion de canal.

En el dominio espectral, la propiedad de ortogonalidad se consigue estableciendo que las fre-

cuencias centrales de cada subportadora esten separadas entre sı un multiplo entero del inverso

de la duracion de sımbolo. Es decir, si Ts es la duracion de sımbolo, la frecuencia central de cada

subportadora debera estar separado n/Ts donde n es un numero entero.

En la Figura 4.19 se puede observar como el maximo valor en el espectro de la senal de cualquier

subportadora, coincide con los “ceros” del resto. De esta manera al realizar el muestreo en esos pun-

tos, conseguiremos que no haya solapamiento espectral, y por lo tanto, que la senal de informacion

se pueda recuperar sin error.

Una senal multiportadora s(t) se puede expresar como [56]:

S(t) =∞∑

i=−∞

NSP∑k=1

CkjSk(t− iTs) (4.6)

Sk(t) =∏

(t)ej2πfkt (4.7)

∏(t) =

{1, (0≤t≤Ts) 0, (t < 0, t > Ts) (4.8)

Donde Cjk es el j-esimo sımbolo de informacion correspondiente a la k-esima subportadora, fkes

la frecuencia de cada subportadora, Sk es la forma de onda de la senal subportadora, Nsp es el

numero de subportadoras, Ts es el periodo de sımbolo y∏

(t) es una funcion escalon de duracion

Ts . El sımbolo de informacion detectada en recepcion sera:

C´ki =

ˆ TS

0r(t− iTs)S∗kdt =

ˆ TS

0r(t− iTs)e−j2πfkdt (4.9)

Donde, r(t) es la senal recibida. La condicion de ortogonalidad se produce si hay correlacion entre

cualesquiera dos subportadoras:

75

Figura 4.19: Senal OFDM en el dominio a) frecuencial b) temporal.

δkl =

ˆ Ts

0SkS

∗l dt =

ˆ Ts

0ej2π(fk−fl)tdt = ejπ(fk−fl)Ts sin(π((fk − fl)Ts))

π((fk − fl)Ts)(4.10)

es decir si se cumple con la condicion:

fk − fl = m1

Ts(4.11)

o

fk =k − 1

Ts(4.12)

4f =1

Ts(4.13)

Se puede observar que si las subportadoras estan separadas entre si un multiplo entero del inverso

de la duracion de sımbolo 4�, entonces se pueden recuperar sin solapamiento, ni interferencia entre

sımbolos (Inter Symbol Interference - ISI), con los filtros, representados mediante S∗k en la ecuacion

4.9, centrados en la frecuencia de la subportadora k a recuperar.

Para reducir el impacto de esta distorsion se introduce un intervalo de guarda 4Gy un Prefijo

fijo (cyclic prefix, Figura 4.20) entre los sımbolos OFDM. La duracion del intervalo de guarda

76

Figura 4.20: Sımbolo OFDM en dominio temporal y frecuencial [57].

esta limitada por la maxima diferencia en el retardo (delay spread) introducido por el canal a las

distintas subportadoras. La banda de guarda a introducir debe ser mayor que el maximo delay

spread introducido por la dispersion cromatica del medio optico. Este valor se calcula a partir de la

ecuacion 4.14.

c

f2| Dt | ·Nsc · 4f ≤ 4G (4.14)

Donde c es la velocidad de la luz, � es la frecuencia de la portadora optica, Dt la dispersion

cromatica acumulada en unidades de ps/pm y Nsc el numero de subportadoras. Para reducir la

sobrecarga introducida por la 4G, la duracion del sımbolo debe ser lo mas largo posible, por lo que

el flujo de datos inicial se divide en el mayor numero de subportadoras posible.

La Figura 4.21 muestra un sistema OFDM completo. A la entrada recibe un flujo de datos (bits) en

serie, que primero es convertido a multiples series en paralelo reduciendo ası la velocidad de sımbolo

de los flujos resultantes, que van a ser modulados por las subportadoras. En sistemas de transmision

opticos los canales sufren retardo en funcion de la frecuencia a la que viajan (delay spread). Esta

distorsion implica que, al tener multiples flujos de datos viajando en distintas subportadoras, y

en cada uno de ellos viajen sımbolos intercalados de un flujo de datos comun, puede producirse

interferencia entre sımbolos (ISI) si un “sub-canal” sufre mas retardo que el resto. Ademas, la

condicion de ortogonalidad entre subportadoras debe mantenerse en todo caso.

Estas cadenas de bits seran “mapeadas” en sımbolos pertenecientes a una constelacion de senales.

Para el mapeo de una senal OFDM suelen utilizarse dos tipos de esquema de modulacion: modulacion

por desplazamiento de fase de M sımbolos (M-PSK) o modulacion de amplitud en cuadratura (M-

QAM). La eleccion del tipo de modulacion viene motivada por la distancia del canal que la senal

debe recorrer, el numero de filtros que atravesara la senal, y en general los parametros fısicos de

los elementos pasivos de la red. El ajuste del tipo de modulacion es otro de los aspectos que se

puede variar en las redes elasticas para obtener un mayor aprovechamiento de los recursos de la

77

Figura 4.21: Diagrama de bloques de un sistema OFDM, transmisor y receptor [58]; (IFFT: Inver-se Fast Fourier Transform; FFT: Fast Fourier Transform; DAC: Conversor Digital-a-Analogico; ADC: Conversor Analogico-a-Digital; LO: Oscilador Local; IQ: In-phase/Quadrature phase).

red, es decir, es otro factor a incluir en los algoritmos de planificacion RSA para redes elasticas. Las

subportadoras se modulan mediante la transformada discreta inversa de Fourier

Las subportadoras se modulan mediante la transformada discreta inversa de Fourier (Inverse

Discrete Fourier Transform -IDFT). Despues se introduce el intervalo de guarda entre sımbolos, se

realiza la conversion de digital a analogico, y se filtra la senal paso bajo para eliminar las componentes

fuera de la banda deseada. Por ultimo, se realiza la conversion a la frecuencia RF, y en el caso

optico, se realizarıa una segunda conversion de la frecuencia RF a un canal optico mediante un

modulador Mach Zender (Mach Zender Modulator- MZM). Al lado de la banda deseada se genera

una banda imagen, que debera ser eliminada antes de la transmision mediante un filtro paso banda

(Band Pass Filter-BPF). El proceso en recepcion es analogo usando la transformada discreta de

Fourier (Discrete Fourier Transform - DFT) en este caso, para la demodulacion. Para reducir la

complejidad de computo que introducen las transformadas se hace uso de los algoritmos “rapidos”

para la transformada de Fourier (Fast Fourier Transform - FFT, Inverse Fast Fourier Transform-

IFFT).

OFDM es una tecnologıa muy eficiente en la asignacion de recursos de red gracias a la super-

posicion de subportadoras en el espectro. Tambien ofrece una gran escalabilidad en la generacion

78

Figura 4.22: Tipos de O-OFDM

de canales de datos, ya que se puede ajustar facilmente la velocidad de transmision mediante la

eleccion del numero de subportadoras que forman la senal. Gracias a la division en subportadoras

ofrece gran resistencia a los efectos de distorsion en largas distancias. Y por ultimo, se puede variar

el formato de modulacion con que se mapean los sımbolos de las subportadoras, lo que permite

adaptar la senal al canal por el que va a ser transmitida.

Tecnologıa de transmision optica OFDM

Debido al gran exito de OFDM en redes de acceso inalambrico y de banda ancha, que esta siendo

adoptada como una tecnica de transmision optica en los ultimos anos. La tecnologıa optica OFDM

(OOFDM) se puede utilizar en una amplia gama de sistemas de comunicaciones opticas, incluyendo

la fibra monomodo (SMF) [59], la fibra multimodo (MMF) [60], la fibra optica de plastico (POF),

OFDM-PON (Passive Optical Network) [61], y en los sistemas opticos de comunicacion inalambrica

(OWC). En este trabajo, consideramos principalmente los sistemas de fibra OFDM monomodo.

Actualmente, existen muchas formas de implementar OOFDM [62]. Existen varias clasificaciones

para describir los diferentes esquemas de O-OFDM. Dos formas principales de OFDM optico se han

descrito, como de deteccion directa OFDM optico (DD-OOFDM) y OFDM optica coherente (CO-

OFDM), basado en la tecnologıa de deteccion de senal utilizada. Se han clasificado[59], tres tipos

de sistema CO-OFDM optico, basado en FFT CO-OFDM, All-OFDM optico, y Electro-Optical

OFDM, tanto desde la perspectiva de sıntesis de la senal y de metodos de deteccion.

En este trabajo se describen esquemas opticos OFDM utilizando dos dimensiones: mecanismo de

sıntesis de senal (electrica y optica) y el mecanismo de deteccion de senales (deteccion directa y

deteccion coherente), respectivamente, como se muestra en la Figura 4.22. Electro-Optical OFDM

[59] se clasifico en la categorıa, sıntesis de la senal optica.

4.3.1. Sıntesis de los tipos de senales en O-OFDM

Desde la perspectiva de la sıntesis de la senal, OFDM optico se puede dividir en dos grandes

categorıas, el enfoque basado en FFT (subportadoras generadas en el dominio digital), y el enfoque

optico (subportadoras generadas en el dominio optico).

79

4.3.1.1. Enfoque Basado en FFT

En el enfoque basado en FFT, las subportadoras OFDM se generan en el dominio digital usando

IFFT (Inverse Fast Fourier Transform). El transmisor basado en FFT O-OFDM se compone de

un (RF) transmisor OFDM de radiofrecuencia y un convertidor ascendente (up-converter) de RF a

optica, mientras el receptor contiene un convertidor descendente (down-converter) Optico a RF y

un receptor RF de OFDM.

La funcion del convertidor ascendente y descendente de lectura optica es para modular una senal

en banda base OFDM, en una portadora optica y viceversa. La conversion podrıa ser implementada

con una arquitectura de frecuencia intermedia (IF) ascendente/descendente de conversion o una

arquitectura directa ascendente/descendente de conversion [63], como se muestra en la Figura 4.23.

En la arquitectura, de frecuencia intermedia de conversion ascendente, como se muestra en la

Figura 4.23 (a), la senal OFDM de valor complejo son primero convertidas a una frecuencia inter-

media por fase (I) y en cuadratura (Q), y luego modulada sobre la portadora optica a traves de un

Mach-Zehnder de composicion convencional de un solo modulador (MZM). Ademas de la senal de

banda base original, una banda de imagen tambien se genera con este metodo y se situa al lado de

la banda base original, por lo que se necesita un filtro pasa banda optico (BPF) para eliminar la

banda imagen. La senal optica primero pasa por el convertidor descendente, y luego es realizada la

deteccion electrica I/Q.

En la arquitectura directa de conversion ascendente, como se muestra en la Figura 4.23 (b),

el transmisor optico utiliza un complejo modulador Mach-Zehnder, compuesto de dos MZMs con

desplazamiento de fase de 90 grados, para el convertidor ascendente las partes real / imaginaria de la

senal compleja OFDM, desde el dominio electrico al dominio optico. Para la conversion descendente

directa, el receptor optico OFDM utiliza dos pares de receptores equilibrado y uno optico hıbrido en

90 grados para realizar la deteccion optica I/Q. Tal conversion optica, realiza la modulacion directa

de la senal OFDM en la senal optica sin banda imagen, y por lo tanto no se requiere filtracion optica

en el transmisor.

Las subportadoras generadas electricamente en OFDM, pueden ser modulada en una unica por-

tadora optica, o en multiples portadoras opticas. Estos dos planes se describen como OOFDM de

una sola banda y multi-banda de O-OFDM, respectivamente [64].

4.3.1.2. Banda unica OFDM

La banda unica OFDM modula las subportadoras electricas OFDM, en una sola portadora optica,

a traves del esquema de conversion ascendente/descendente.Uno de los principales retos de esta

unica banda OFDM, es la velocidad de funcionamiento de los dispositivos electronicos, tales como

los DAC / ADC y controladores del modulador, ya que pueden mermar la velocidad de transmision.

80

Figura 4.23: OFDM arquitectura conversion ascendente/descendente: a) Frecuencia intermedia con-version ascendente/descendente; b) Directa conversion ascendente/descendente

Figura 4.24: Diagrama conceptual de ortogonal-banda-multiplexado OFDM (OBM-OFDM).

4.3.1.3. Multi banda OFDM

Un enfoque para superar el cuello de botella producto del procesamiento electrico, es utilizar el

esquema OFDM multi banda, lo que genera un gran numero de subportadoras electricas y las modula

en multiples portadoras opticas, por tanto los datos de cada subportadora pueden ser reducidos.

El principio basico de multi banda OFDM es para dividir la senal OFDM en multiples subbandas,

cada una modulando a un portador optico, manteniendo sus propiedades ortogonales. Como se

muestra en la Figura 4.24, todo el espectro OFDM comprende N bandas de OFDM, cada una de

las subportadoras espaciadas en 4f y la banda de guarda espaciada en 4fG. Cuando la banda de

guarda esta espaciada (4fG), es un multiplo del espaciado de subportadoras (4f), la ortogonalidad

se satisface no solo entre subportadoras dentro de una banda, sino tambien entre subportadoras de

diferentes bandas. La interferencia entre la banda se evita a traves de la ortogonalidad de cada

banda. En consecuencia, 4fG se puede ajustar igual a 4f , donde no es necesario un banda de

guarda. Multiples bandas OFDM pueden generarse a traves de un transmisor optico multiportadora

y banda de multiplexacion. Tras la recepcion, un filtro con un ancho de banda ligeramente mayor que

el ancho de banda de cada banda se puede utilizar para seleccionar la banda deseada .Este concepto

tambien se conoce como OFDM ortogonal-banda-multiplexado (OBM-OFDM), la multiplexacion

de subportadora, o en varios canales OFDM (XC-OFDM) [65].

81

Utilizando multi-banda OFDM, la transmision de alta velocidad se puede lograr sin forzar las

subportadoras que se ejecuten a muy alta tasa transmision, y como tal, los requisitos para los DAC

/ ADC son significativamente mas relajados para cada subportadora.

La O-OFDM basada en FFT descrito en esta seccion tiene ventajas en el diseno la optico sim-

plificado. Sin embargo, este esquema requiere intervalos de guarda, los sımbolos de formacion, o

portadoras piloto, que introducen una sobrecarga adicional en OFDM especıfica de alrededor de

24.8 % en comparacion con formatos de modulacion de portadora unica (dependiendo del diseno

detallado en el sistema). Para limitar la proporcion de gastos generales, un gran numero de subpor-

tadoras (>> 100) se utiliza normalmente en este esquema.

Para superar el problema de sobrecarga basado en FFT O-OFDM, un nuevo esquema recientemen-

te introducido, reduccion del intervalo de Guarda(RGI) CO-OFDM. En el esquema RGI-CO-OFDM,

un GI reducido entre sımbolos OFDM adyacentes, se utiliza para dar cabida a la ISI inducida por

las limitaciones de ancho de banda del transmisor o dispersion por modo de polarizacion de fibra

(PMD), mientras que la dispersion cromatica de la fibra (CD) inducida por ISI se compensa en el

receptor mediante compensacion de la dispersion electrica (EDC). Como resultado, la sobrecarga

y OSNR (Relacion Senal a Ruido Optico) pena debido a la GI se reducen drasticamente. Ademas,

se propuso un esquema Zero-Guard-Intervalo (ZIC) CO-OFDM para eliminar completamente el

GI mediante la realizacion de una compensacion CD y PMD conjunta en la EDC. Al realizar una

comparacion de ZGI-CO-OFDM con RGI-CO-OFDM, se muestra que ZGI-CO-OFDM presenta

una tolerancia PMD superior que el RGI-CO-OFDM anterior, con un pequeno esfuerzo de calculo

adicional razonable.

4.3.1.4. Enfoque Optico

En el enfoque optico, una senal optica OFDM se genera directamente en el dominio optico a traves

de la modulacion de multiples subportadoras opticas, sin el procesamiento de IFFT electrica. La

principal ventaja del enfoque optico es que la electronica de la ADC / DAC se eliminan. Diferentes

enfoques pueden ser utilizados para generar subportadoras OFDM en el dominio optico.

4.3.1.5. All-Optical OFDM

En el esquema All-Optical OFDM [66], el transmisor genera multiples subportadoras opticas,

desde una fuente de luz, de onda continua. Cada subportadora optica se modula entonces indivi-

dualmente, y, finalmente, acopladas crean una senal optica OFDM, como se muestra en la Figura.

4.25 (a). En la creacion de la senal optica OFDM, la condicion ortogonal se satisface a traves de

la conformacion adecuada del pulso y el bloqueo de la subportadora opticas de fase de frecuencia

ortogonal, y la velocidad de transmision (tasa de sımbolos) de cada subportadora opticas es igual a

la separacion de subportadora optica.

82

Figura 4.25: Diagrama del esquema All-optical OFDM: a) Configuracion Transmisor; b) Configura-cion Receptor

A su vez, el receptor demultiplexa cada subportadora opticas por un procesador totalmente optico

DFT, que puede ser implementado mediante la adicion de retardos de fase y un cuidadoso arreglo

de retardos de tiempo en cada subportadora, como se muestra en la Figura 4.25 (b).

4.3.1.6. PDM No-Guard Interval (NGI) CO-OFDM con DSP

En el esquema All-optical OFDM , normalmente un numero bajo (<100) de subportadoras opticas

son preferibles, ya que corresponde a un bajo numero de transmisores y receptores y por lo tanto

minimiza el coste y la complejidad. Con un pequeno numero de subportadoras, el uso de intervalo

de guarda y los sımbolos de formacion para compensar un CD y la distorsion inducida por el PMD

se traducira en una sobrecarga excesiva o capacidad de compensacion limitada. Por lo tanto, un No-

Guard-Intervalo (No-GI) coherente OFDM (CO-OFDM) se ha propuesto, mediante la aplicacion de

un sistema de compensacion lineal basado en el procesamiento de senales digitales (DSP) en lugar

de utilizar GI y formacion de sımbolos [59].

La configuracion del transmisor del regimen de No-GI CO-optico OFDM es similar al esquema

optico OFDM descrito anteriormente. En el lado del receptor, la multiplexacion por division en

polarizacion (PDM) se aplica, con el fin de duplicar la eficiencia espectral y reducir la velocidad de

funcionamiento del ADC y DSP en el lado del receptor. Ademas, un DSP se utiliza para ecualizar

la distorsion lineal con ecualizadores adaptativos ciegos, y cada subportadora se demultiplexa con

una funcion DFT en el DSP [59], como se muestra en la Figura 4.26.

Figura 4.26: Diagrama del esquema No-GI CO-OFDM: a) Configuracion Transmisor; b) Configura-cion Receptor

83

El Cuadro4.3 resume algunos de los trabajos de investigacion mas recientes, relacionados con

O-OFDM, clasificados por los esquemas de sıntesis de senal descritas anteriormente. En la actua-

lidad, tanto los enfoques electricos y opticos de OFDM estan avanzando muy rapidamente, y los

experimentos han mostrado su alta eficiencia del espectro y el rendimiento de la transmision. Sin

embargo, por el momento, es difıcil predecir que esquema O-OFDM dominara el tiempo.

4.3.2. Tipos de deteccion de senales O-OFDM

Desde la perspectiva de la deteccion de senales opticas, OFDM puede clasificarse en deteccion

directa optica de OFDM (DDOOFDM) y deteccion coherente optica OFDM (CO-OFDM).

4.3.2.1. Deteccion Directa

Deteccion directa optica OFDM se realiza mediante el envıo de la portadora optica junto con la

banda base OFDM, de manera que la deteccion directa con un unico fotodiodo se puede utilizar en

el receptor para convertir el campo optico de nuevo en el dominio electrico.

DDO-OFDM puede ser clasificado en dos categorıas en funcion de como se genera la senal OFDM

optica: (1) linealmente mapeado DDO-OFDM, donde el espectro OFDM optico es una copia lineal

de OFDM banda base [59], y (2) no linealmente mapeado DDO-OFDM, donde el espectro OFDM

optico no muestra una replica de OFDM banda base, sino que pretende obtener un mapeo lineal

entre OFDM banda base y la intensidad optica.

La ventaja de deteccion directa optico OFDM es su relativamente simple implementacion, y de

bajo costo. Por lo tanto, DDO-OFDM tiene una gama mas amplia de aplicaciones, como la trans-

mision de larga distancia, la fibra multimodo y corto alcance de transmision por fibra monomodo.

Sin embargo, DDO-OFDM es menos eficiente en su ancho de banda , y tiene una menor sensibilidad

OSNR si lo comparamos con CO-OFDM.

4.3.2.2. Deteccion Coherente (CO-OFDM)

Deteccion coherente, tambien conocida como demodulacion coherente, es una tecnica de fase

bloqueo de la onda portadora para mejorar la deteccion.

En este enfoque, una referencia de fase local del oscilador se mezcla con la senal entrante. De

esta manera, las senales analogicas opticas contienen toda la amplitud, la fase, la polarizacion y

la informacion antes de que sean recibidos por los foto-detectores y se conviertan en flujos digi-

tales. Posteriormente, los datos se recupera por mediante DSP donde se realizan las funciones de

recuperacion de reloj, la ecualizacion, la estimacion de fase de la portadora, y la recuperacion.

Cuando se compara a DDO-OFDM, CO-OFDM mejora el rendimiento en la sensibilidad del

receptor, la eficiencia espectral, y la robustez contra la dispersion de polarizacion, pero requiere

mayor complejidad en el diseno del transceptor. El rendimiento superior de CO-OFDM hace que

sea un excelente candidato para sistemas de transmision de larga distancia, mientras que DDO-

OFDM es mas adecuado para aplicaciones de corto alcance mas rentables.

84

Tipos de OFDM FuenteVelocidad de

linea

Formatos de

Modulacion

N° de

Subpor-

tadoras

Eficiencia

espectral

(b/s/Hz)

Distancia

(km

SSMF)

Enfoque

Basa-

do en

FFT

Banda

Unica

OFDM

Electron. Lett. 2006 10 Gbps BPSK 256 N/A Ne/A

Electron. Lett. 2007 10 Gbps QPSK 128 N/A 1000

J.Lightwave

Technol. 2010865.1 Gbps PDM-32- QAM 1024 7 240

Multi

banda

OFDM

J.Lightwave

Technol. 200825.4 Gbps 4-QAM (QPSK) 256 2 4160

Opt.Express 2008 107 Gbps PDM-QPSK128/band, 5

bands2.7 1000

OFC/NFOEC 2008,

J.Lightwave

Technol. 2009

10121.9 Gbps PDM-QPSK1024/band,

4 bands2 1000

OFC/NFOEC 2009 1.21 Tbps PDM-QPSK340/band,

10 bands3.3 400

J.Lightwave

Technol. 20101 Tbps PDM-QPSK

128/band,

36 bands3.3 600

J.Lightwave

Technol. 2011448 Gbps

PDM-16- QAM,

RGI-COOFDM

128/band,

10 bands5.2

1600

(ULAF)

Opt.Express 2011 112 GbpsPDM-QPSK,

ZGI-COOFDM

128/band, 1

bandsN/A

1600 (si-

mulation)

Enfoque

Opti-

co

All-

Opti-

cal

OFDM

OFC/NFOEC 2002 15 Gbps NRZ 3 1 N/A

OFC/NFOEC 2008 100 Gbps ODB 4 1 20

Opt.Express 2008 100 Gbps RZ 4 0.625 400

Opt.Express 2010 392 Gbps DQPSK, DBPSK 9 N/A N/A

OFC/NFOEC 2010 5.4 and 10.8 TbpsPDM-QPSK/

PDM-16- QAM75 2.88/5.76 N/A

Nat.Photonics 2011 26 Tbps 16-QAM 325 N/A 50

No-

Guard-

Interval

OFDM

OECC 2007 110 Gbps QPSK 22 1 80

ECOC 200813.4 Tbps (134111

Gbps)PDM-QPSK 2 2 9612

Electron. Lett. 2008 1Tbps (10111 Gbps) PDM-QPSK 2 2 2100

OFC/NFOEC 20084.1Tbps (5088.8

Gbps)PDM-QPSK 2 1.65 800

J.Lightwave

Technol. 2009

13.5 Tbps (135111

Gbps)PDM-QPSK 2 2 6248

OFC/NFOEC 2011

112 Gbps, 450

Gbps, and 1.15

Tbps

PDM-QPSK 2,4,103.3(1.15

Tbps)3560

Cuadro 4.3: Trabajos de investigacion de tecnologıas tıpicas en O-OFDM , clasificados por esquemassıntesis de senal

85

4.3.3. Dispositivo experimental O-OFDM

En la Figura 4.27 se muestra la configuracion del transmisor y el receptor OFDM. En el trans-

misor, las limitaciones de velocidad de subcanal impuestas por la electronica pueden ser superadas

mediante el uso de DWDM, donde la posibilidad de componentes espectrales opticamente sintoniza-

dos, precisan en el espacio de frecuencias, para aprovechar de generar directamente las subportadoras

OFDM, con la separacion correcta Au = 2k/T . Un generador de peine optico proporciona estas

subportadoras que luego pueden ser moduladas individualmente. El generador de peine comprende

un unico laser de modo bloqueo (ERGO-XG MLL) con una tasa de repeticion de 25 GHz, seguido

de un amplificador de refuerzo y una fibra altamente no lineal (HNLF) para generar nuevos com-

ponentes de frecuencia por medio de Kerr no lineal. Un ecualizador optico se utiliza para ajustar la

potencia de salida de todas las lıneas espectrales en el mismo valor y separarlos en subportadoras

pares e impares, utilizando un conmutador selectivo de longitud de onda (Wave-talladora). Ambos

conjuntos de subportadoras de frecuencia bloqueada son entonces moduladas individualmente con

senales QPSK o 16QAM (PRBS 215-1) y se combinaron para formar la senal OFDM. Este trans-

misor puede ser considerado como la realizacion de la transformada de Fourier en forma analogica,

equivalente a la transformada discreta realizado (electronicamente) por la IFFT. En tal transmisor,

las limitacion por ancho de banda, pueden causar crosstalk en subcanal, que puede ser mitigado

mediante la insercion de un banda de guarda (correspondiente al prefijo cıclico) entre los sımbolos

[67]. Este intervalo de guarda, sin embargo, reduce la velocidad de sımbolos OFDM. Hemos utilizado

un intervalo de guarda de 15,6 ps, lo que resulta en una velocidad de sımbolo OFDM utilizable de

18 GBd. Para obtener una salida de polarizacion multiplexada, la senal OFDM se divide en un aco-

plador de 3 dB, uno de los flujos de datos se retrasa 5,3 ns para descorrelacionar ambas corrientes,

y luego ambas corrientes se recombinan en un combinador de haz de polarizacion.

El receptor comprende el circuito All-optico de FFT y un analizador de modulacion optica (Agilent

N4391A) que realiza la deteccion coherente en tiempo real y un analisis EVM. El circuito FFT

optico [67] consiste en una cascada de uno a tres DIs (donde se puede hacer un equilibrio entre

calidad y complejidad), seguido por un filtro pasabanda de 1nm (en realidad, una cascada de dos

de esos filtros) para suprimir el Crosstalk de subportadoras espectralmente distantes. El elemento

final de la OFFT es la puerta de muestreo EAM. Un filtro de polarizacion ajustable para realizar la

demultiplexion por polarizacion se inserta antes del recorrido FFT optico, para evitar la dependencia

de polarizacion residual del DIs.

86

Figura 4.27: Transmisor OFDM y configuracion del receptor. Un generador de peine (laser de modobloqueado (MLL) con la fibra altamente no lineal (HLNF)) proporciona un ampliopeine de frecuencias (B). Un conmutador selectivo de longitud de onda (Wave talladora)proporciona un desintercalado, y el poder de ecualizacion deriva en 75 subportadorasque posteriormente se codifican con 18 GBd datos QPSK o 16-QAM cada uno. Canalespares e impares se combinan, y entonces la multiplexacion por polarizacion, generar elcanal de OFDM (C). La FFT optica en el receptor consta de un delay interferometro(DI) en cascada. El DIs con las demoras mas cortas (FSR mayor) han sido reemplazadaspor filtros de banda estrecha, sacrificando algunas prestaciones.

4.3.3.1. Resultados Experimentales

Para evaluar el desempeno del transceptor, trazamos las magnitudes vectoriales de error (EVM)

para ambas polarizaciones en los 75 subcanales, medida con el analizador Agilent. Cada medicion

comprende 210 sımbolos recibidos. Los resultados se muestran en la Figura 4.28 (a) en la parte

superior e inferior con 5,4 Tbps para la senal OFDM con subportadoras QPSK y 10,8 Tbps senal

OFDM con subportadoras 16-QAM , respectivamente. Diagramas de constelacion tıpicos se repre-

sentan en la Figura 4.27 (b). Los sımbolos tienen una forma clara y distinta. Para tener una idea de

la calidad de las senales recibidas hemos realizado estimaciones de la tasa de error de bit (BER) y

que sean compatibles con las definiciones de Agilent EVM. Puede verse que todas las subportadoras

87

QPSK tienen BERs del orden de 1 Ö 10−9. Las medidas de BER con el analizador de modulacion

Agilent proporcionan operacion sin error incluso despues de mediciones larga duracion. EVM para

senales 16-QAM resultaron ser del orden del 12 % y 14 %. Indican que las 75 subportadoras estan

muy por debajo del lımite de FEC 1,9 Ö 10−2 tercera generacion, pero ligeramente por encima del

lımite de FEC 2,3 Ö 10−3 con 7 % de sobrecarga. Estos valores de BER tambien estan cerca del

BER derivados para algunos puntos representativos con el analizador de modulacion de Agilent.

Figura 4.28: (a) La magnitud del vector error de medicion (EVM) y el espectro (eje derecho) de 75subportadoras. El grafico superior muestra el EVM de los datos QPSK OFDM. Laslıneas horizontales discontinuas indican estimaron BER. El grafico inferior muestra losresultados correspondientes a los datos OFDM 16-QAM. La lınea horizontal indicaBER por debajo de la tercera generacion lımite FEC 1,9 Ö 10−2. (b) comparaciondel desempeno de los nuevos tipos de receptor OFDM FFT All-optico con receptoresOFDM alternativos.

Por ultimo, hemos probado el rendimiento del concepto All-optico receptor FFT contra conceptos

receptor OFDM supuestamente mas simples. Comparaciones de rendimiento para diferentes tipos

de receptores OFDM y para una subportadora QPSK representativos se muestran en la Figura 4.28

(b). Si la FFT All-optico de filtro con las tres cascadas de interferometro demora, es reemplazado

por un filtro pasabanda sintonizable de ancho de banda (XTRACT Anritsu) y ajustado para extraer

optimamente una subportadora solo conseguimos EVMs del orden del 41 %. Si se utiliza el Agilent

detector coherente, construıdo filtro de igualacion, obtenemos EVMs del 30 %. Sin embargo el re-

ceptor FFT All-optico, con el filtro ideal emparejado [67] proporciona EVMs de 14,9 %, mostrando

claramente la fuerza del nuevo concepto.

4.4. Redes Elasticas Basados en OFDM

Las redes Elasticas, su principal caracterıstica, es variar la rejilla espectral en la medida que se

requiere, otorgando la demanda requerida segun corresponda. La tecnologıa Gridless o rejilla flexible,

tambien consigue aumentar la eficiencia espectral, pero de una manera completamente diferente, no

88

Figura 4.29: Arquitectura de una rede optica elastica

Figura 4.30: Transceptores con 3 demandas: a) fija; b) flexible.[69]

se trata tanto de meter mas bits/s por hertzio, que es lo que hemos tratado anteriormente, sino de

optimizar los canales, adecuando el tamano del canal al tamano de la senal a transmitir, de manera

que no se desperdicie ni un solo hertzio y que se minimice el despilfarro. La red optica elastica

comprende conmutadores opticos (WXCs) en el nucleo de la red, independiente del ancho de banda

y con transpondedores con ancho de banda variable (BVT) basados, por ejemplo en, OFDM en el

borde de la red. Su arquitectura puede verse en la Figura 4.29.

Otro objetivo de esta red, es proporcionar transporte con alta eficiencia espectral, a varios clientes

mediante la introduccion de un algoritmo de enrutamiento flexible y granular en el dominio optico

[68]. En esta red, los recursos de espectro necesarios para una ruta determinada se dividen total

disponible y se asignan de forma adaptativa (tasa variable) a la trayectoria optica.

Para el desarrollo de esta nueva red es posible que requiera requerira innovaciones en hardware y

software. Los nuevos componentes se desarrollaran y estos seran mas complejos. Tambien sera un

reto y de control de gestion de red, incluyendo el establecimiento del camino optico elastico. Como

ejemplo de estos nuevos dispositivos hay una comparacion entre el transceptor fijo y un flexible, que

es en la Figura 4.30.

89

4.4.1. Beneficios

La introduccion de las redes opticas elasticas, basadas en OFDM puede generar varios beneficios,

incluyendo:

•Servicios de apoyo a la agregacion de granularidad flexibles, lo que permite cabida a diferentes

velocidades de datos.

•Alta eficiencia espectral en forma flexible, la asignacion del espectro, variando de acuerdo a la

velocidad de datos como se puede ver en la Figura 4.31 (e).

•Con la posibilidad de establecer el formato de modulacion y el numero de subportadoras pueden

tener una gama diferente de acuerdo a las necesidades. Se puede observar en la Figura 4.31 (c) las

necesidades de cada demanda (tasa, y distancia), y la figura 4.31 (d) se encuentran las demandas

modulados segun necesidad de la velocidad de transmision y la cantidad de recursos asignados sin

necesidad.

•El consumo eficiente de la energıa, debido a la posibilidad de ”apagar” subportadoras que no

son necesarios.

Figura 4.31: a)Rejilla Fija ; b) Supercanal; c) 5 demandas a sus necesidades espectrales; d) 5 de-mandas de modulacion adptativa; e) 5 demandas con espectro flexible. [69]

Mediante la introduccion de ajustes en el dominio optico, algunos beneficios se obtienen a traves

de la tasa de adaptacion y la distancia de adaptacion que se ha mencionado anteriormente, y se

detallara a continuacion.

90

4.4.1.1. Tasa adaptativa

En las redes opticas convencionales la eficiencia en utilizacion de la red es limitada debido a la na-

turaleza rıgida de la red. Una limitacion es causada por la falta de correspondencia, de granularidad

entre nivel de cliente, que tiene una variedad de requisitos de capacidad, de bajo a 100 Gbps o mas,

y la capa fısica de longitud de onda, que tiene una granularidad grandes y rıgidos de longitud de

onda. Por ejemplo, cuando el volumen de trafico de un cliente no es suficiente para utilizar toda la

capacidad disponible, una parte del ancho de banda se desperdicia. Las redes opticas actuales sua-

vizan este problema con la adicion de secuencias de datos de enrutamiento con tasas de transmision

pequenos, interruptores electricos y opticos TDM y paquetes de conmutadores de transporte Sin

embargo, este enfoque tiene desventajas de costo adicional, el consumo de energıa, especialmente

para las decenas de Gbps tambien por la ineficiencia espectral y operaciones mas complejas debido

al aumento del numero de capas.

Redes opticas elasticas y adaptables mitigan el problema de falta de coincidencia y granularidades

en asignacion dinamica de los recursos mınimos espectrales en el dominio optico [70]. Por lo tanto,

los datos de trafico ofrecen alojamiento eficiente, escalable y preparada para el futuro. El aumento

se ve en la eficiencia al utilizar la red, un enlace optico entre dos nodos. La optica de asignacion

y de adaptacion en redes elasticas (con la tasa de adaptacion) basados en OFDM se compara con

una trayectoria optica de ancho de banda fijo de 100 Gbps con multiplexacion inversa donde este

camino se divide en multiples canales WDM de baja tasa de bits . Cuando la media de aumentos

de las tasas de trafico, la red optica elastica y adaptable tiene una gran ventaja sobre el otro.

4.4.1.2. Distancia adaptativa

Otra limitacion de la eficiencia de la red actual , en terminos de rendimiento de la transmision

, es su diseno basado en el peor de los casos . Este diseno asegura que, en el peor de los casos ,

el camino de la red optica, que en la mayorıa de los casos es el camino mas largo con multiples

repetidores, WXCs se puede transmitir con calidad suficiente. Como resultado, varias trayectorias

opticas , con distancias mucho mas pequenas que el peor de los casos , tendran un amplio margen

no utilizado de OSNR y deterioros no lineales en el receptor final.

En la asignacion de espectro segun la distancia, estos margenes no utilizado para las conexiones

mas cortas pueden tener sus recursos de espectro guardadas, garantizando que la velocidad de datos

permanece constante. Un formato de modulacion espectralmente eficiente, pero al igual que la de

corto alcance 16-QAM se utiliza para camino optico corto, mientras que un formato de modulacion

QPSK, se utiliza en la trayectoria optica mas larga [70]. La asignacion de espectro en base a la

distancia, puede ahorrar recursos del espectro para las rutas cortas, lo que requiere menos recursos

del espectro que la actual asignacion del espectro para el peor de los casos.

91

4.4.2. Las tecnologıas a nivel de Nodos

4.4.2.1. BVT Bandwidth Variable Transponder

La BVT es un dispositivo capaz de soportar multiples velocidades de datos venidas de subporta-

doras y transmitirlas a superportadoras. Para lograr una alta utilizacion de los recursos del espectro,

el BVT necesita para generar la senal optica utilizando solo los recursos de espectro necesarios, de

acuerdo con los tipos de datos y los canales de las condiciones de los clientes. Diferentes enfoques

pueden ser utilizados, algunos de ellos se enumeran a continuacion.

•Establecer el numero de subportadoras: El control del numero de subportadoras se puede hacer

tanto en el dominio optica como en el digital, en funcion del metodo de sıntesis. Para sistemas

OOFDM , el BVT consta de una fuente variable de multiportadoras opticas y modulador optico

multi-portadora. Mediante el ajuste de la luz con diferentes frecuencias de oscilacion es posible

controlar el numero de subportadoras. En la figura 4.32 se observan las tasas de cada subportadora

correspondiente a la granularidad de ajuste.

•Modulacion Adaptativa: Con el ajuste del formato de modulacion es posible obtener diferentes

velocidades de datos. Para aumentar la velocidad de datos de transmision, un formato de modulacion

con mas bits por sımbolo puede ser utilizado, con la limitacion de un OSNR mınimo necesario para

recuperar la informacion, mientras se mantiene una velocidad de sımbolos constante.

•Generacion de senales para superportadora: Para servicios superportadora, muchos canales

OFDM se pueden colocar juntos en un super canal llevando multiples veces la capacidad de un

solo canal OFDM que esta limitado por la capacidad maxima de subportadoras BVT. En primer

lugar, el flujo de datos se divide en varios canales, y despues son moduladas en caminos opticos

OFDM continuo sin banda de la guardia entre ellos.

4.4.3. WXC (Wavelength Cross Connect)

En apoyo de la ruta optica elastica de principio a fin, WXC, todos a lo largo de la ruta de acceso

debe asignar una conexion cruzada de tamano adecuado que coincida con el ancho del espectro.

Por esta razon, el WXC debe configurar la ventana cambiando de manera flexible de acuerdo a la

anchura espectral de la senal optica recibida. El tradicional filtro selectivo de la longitud de onda

(WSS) esta disenado para canales con espaciado fijo, porque, por lo general la relacion entre los

canales WDM es uno a uno (20). Ya la BV-WSS, que es una tecnologıa reciente, esta disenado para

grupo de conmutacion granularidades, con capacidad para el ancho de canal de manera flexible,

como puede verse en la Figura 4.33.

En otro aspecto, WSS con mayor o menor ancho de banda basado en cristal lıquido (SMEM)

o Sistema Mecanico (MEMS), se pueden implementar como elementos de conmutacion para rea-

lizar las conexiones cruzadas con diferentes ancho de banda y frecuencia central. Sus principales

caracterısticas y tipos que se citan a continuacion:

•LCoS-Based BV-WSS: Es una tecnologıa de pantalla cristal lıquido que combina tecnologıas de

92

Figura 4.32: Variacion de velocidad de transmision y ancho de banda mediante el ajuste del numerode subportadoras

semiconductores para crear un mecanismo que muestra el estado solido y de alta resolucion (20).

Los componentes se utilizan para controlar la fase de la luz de cada pıxel para producir un grid y

la deflexion de las vigas.

•MEMS-Based BV-WSS: Este filtro de bloque se basa en una rejilla de difraccion espacio libre,

combinado con un vector de ejes lineales MEMS simple inclinacion. Continua multiples granulari-

dades 13,2 GHz se combinan para formar un filtro de paso de banda mas amplia, permitiendo la

variacion de anchura espectral y la ubicacion de canales seleccionados (21) (22).

•Banda Guardia caracterısticas del filtro: En teorıa, una senal de espectro continuo basado en

OFDM no tiene necesidad de banda de la guardia en el dominio de la frecuencia entre canales

OFDM. Sin embargo, cuando una senal OFDM es transmitida por varias WXCs, las subportadoras

de los bordes del espectro sufren una sancion superior debido a las imperfecciones de los filtros

WSS. Con la inclusion de una banda de guardia entre caminos opticos al lado este problema se

puede reducir por el costo de reducir la eficiencia espectral (2).

Ademas, si el filtrado de WSS es necesario para llevar a cabo las funciones de la retirada y la inclu-

sion en WXC, las senales residuales de canales adyacentes, ademas de los canales de comunicacion

que se han retirado o incluıdo. A fin de evitar multas elevadas debido a la diafonıa, un intervalo de

guardia debe anadirse entre canales adyacentes. El tamano de este intervalo depende de la cantidad

de filtros en cascada y las caracterısticas de filtrado de WSS. Los resultados mostraron que, para

el caso de una transmision de 10 etapas de filtrado gaussiano en cascada con formato de segundo

orden, la banda de guarda para canales con subportadoras OFDM de 10 Gbps es de 30GHz.

•Arquitetura nodal de WXC: A traves de la BV-WSS mencionado anteriormente, un WXC puede

ser construıdo con una arquitectura de difusion y seleccion (15) (24) o no de difusion y seleccion

93

Figura 4.33: Concepto de BV-WSS

Figura 4.34: Arquitectura de un WXC: a) la difusion y seleccion; b) emision, y seleccion.

(25). Esta arquitectura se puede observar en la Figura 4.34.

La arquitectura de la difusion y seleccion, la Figura 4.34 (a), las senales de entrada son trans-

mitidas a todas las puertas de salida y los canales adecuados son seleccionados en cada puerto de

salida utilizando WSS. Arquitectura de difusion/seleccion, la figura 4.34 (b), las senales de entrada

son senasles demultiplexadas de un WSS, y, a continuacion, se dirige a diferentes puertos de salida

utilizando la optica se conecta, combinados con un acoplamiento en el puerto de salida. Los divisores

opticos pueden ser usados para proveer funcionalidad emision multiplexada.

5 Capıtulo V: Conclusiones y comentarios finales.

El alto desempeno de las redes de fibra Optica, no depende unicamente del desempeno individual

de modulaciones o multiplexaciones , sino que la combinacion de ambas permite optimizar los

recursos, y los ajustes se realizan en funcion de las distancias, ancho de banda, trasmision y costo-

beneficio.

En el desarrollo de las modulaciones a 100 Gbps de transporte, tiene ventajas considerables el

formato de modulacion QPSK y DQPSK, formato de modulacion coherente junto con el receptor,

son una de las mejores solucion Metropolitana y de transporte a larga distancia (1500km-2000km)

y han sido ampliamente reconocidas como las mejores y mas rentable. Para la siguiente jerarquıa

de 400 Gbps de transporte, existe un alto deseo de reutilizar las tecnologıas electronicas actuales,

con velocidades de sımbolos de hasta 32 Gbaud, por costos y tambien para hacerlas compatible con

las tecnologıas opticas ROADM con rejilla fija de 50 GHz. La necesidad de una red flexible para

el futuros de los 400 Gbps y 1 Tbps de trasmision, no entra en la red ITU-T, pero este argumento

se basa, en alcanzar velocidades de sımbolos difıciles de lograr, dos o cuatro veces mas alto que

en la actualidad. La solucion actualmente mas prometedora para 400 Gbps de transporte de lınea,

se basa en dos portadoras con 200 Gbps PM-16 QAM moduladas con velocidad de sımbolos de

32 GBaud, el apoyo a una eficiencia espectral de 4 Bit/s/Hz. Con esta solucion, la brecha OSNR

frente a 100 Gbps PM-QPSK puede estar limitada a aproximadamente 4 dB. Si una solucion PM-

MQAM unica portadora es factible, dependera de los avances en los DAC y la velocidad del ADC,

tecnicas de filtrado de Nyquist y la aplicacion de alto rendimiento MLSI. Hacia un transporte 1

Tbps por lınea, una solucion basada en O-OFDM con multiples super-canales opticos con o sin

subportadoras electricas adicionales parece prometedor como opciones una sola portadora requiere

altas velocidades de sımbolos poco realistas que podrıan tecnologicamente no ser viables dentro de

los proximos 10 anos, y altas constelaciones M-QAM, implicarıan la regeneracion OEO despues de

pocos palmos de fibra, debido a limitaciones OSNR.

En este trabajo mostramos que Nyquist WDM es un candidato prometedor para los sistemas de

comunicacion de ultima generacion. Mejora la eficiencia espectral y la distancia de transmision en

comparacion con los sistemas OFDM totalmente opticas previamente investigados. Se demuestra

que la transmision 16QAM Nyquist WDM con una velocidad de sımbolos igual a la separacion entre

portadoras. La conformacion de pulso-Sinc se realiza mediante procesamiento de la senal digital en

tiempo real. Una velocidad de datos total de 32,5 Tbps y una eficiencia espectral neto de 6,4 bit/s/Hz

.

Por otra parte fue necesario incluir las redes Flexibles debido a los grandes beneficios que esta

94

95

otorga a una red ya establecida; estas redes demostraron aumentar la eficiencia espectral, pero de

una manera completamente diferente, no se trata de meter mas bits/s por hertz, que es lo que se

ha intentado siempre, sino de optimizar los canales, adaptando el tamano del canal, al tamano de

la senal a transmitir, de manera que no se desperdicie ni un solo hertz.

Muchas de estas tecnologıas no se utilizan en Chile, pero las necesidades de expandir las tasas

de trasmision, vislumbran que en un futuro proximo se iran integrando, a su vez las empresas de

telecomunicaciones pasan a ser clientes, al momento de crear una nueva red o mejorar sus enlaces,

estas se asesoran por los grandes fabricantes, como INFINERA, Alcatel, HUAWEI, entre otros, a

los que les entregan las distintas especificaciones tanto de distancias, costos y tasas de trasmision,

la que luego los proveedores o Vendor, se encargan de suministrar el equipamiento necesario a los

requerimientos expresados. Actualmente Telefonica del Sur, utiliza un OTN, Alcatel-Lucent 1696

Metrospan, que dispone de 32 canales DWDM y una capacidad, por pelo de fibra de 10 Gbps. Puede

trabajar con multiplexaciones CWDM para entornos metropolitanos y la modulacion utilizada no

se especifica. En Movistar Puerto Montt, utilizan el equipo Alcatel-Lucent 1626 Light Manager, el

cual tiene la capacidad de trasmitir 40 Gbps y 10 Gbps por longitud de onda, puede tolerar 80 y

92 longitudes respectivamente y las modulaciones en las que trabaja son DPSK y PDM-BPSK con

alcances maximo sin regeneracion de 3500Km y 1600Km. En ambas empresas, utilizan la tecnologıa

DWDM como principal carta de multiplexacion, la que esta muy por debajo de la tecnologıa N-

WDM que puede obtener 325 portadoras opticas entre 1533,47 y 1566,22 nm.

Actualmente, se estan lanzando OTN con capacidades de 100Gbps de forma masiva, en provee-

dores como ZTE, INFINERA, CIENA y CISCO, tanto que ZTE [71]vendio 10000 unidades de OTN

en el ano 2014.

Esta investigacion, significo comprimir las tecnologıas mas relevantes, con material actualizado en

un mismo texto, donde se muestran los pro y los contra en el uso de modulaciones y mutiplexaciones,

con tablas y figuras que facilitan el entendimiento. El desarrollo de este trabajo, fue significativo

para fortalecer mis aptitudes como futuro profesional en el area de las comunicaciones por fibra

optica, pudiendo ser un aporte en el desarrollo de nuevas redes y topologıas, cooperando de manera

pro activa en la eleccion y el desarrollo de los componentes para las redes opticas de alta velocidad.

Otro aporte es con fines pedagogicos entregando un material actualizado y en espanol realizando

una sıntesis de lo mejor en tecnologıas de fibra optica.

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Marzo 2015-

6 Capıtulo VI Anexo, lista de abreviaturas

BER: Bit Error Ratio

CD: Choerente Deteccion

CD*: Chromatic Dispersion

CWDM: Coarse Wavelength Division Multiplexing

DAC: Digital-to-analog Converter

DFB: Distributed Feedback Laser

DFFT: Discrete Fast Fourier Transform DP: Dual Polarization

DQPSK: Differential Quaternary Phase-Shift Keying

DSP: Digital Signal Processor

DWDM: Dense Wavelength Division Multiplexing

EAM: Electro-absorption Modulator

EDFA: Erbium Doped Fiber Amplifier

ETDM: Efficient Transportation Decision Making

EVM: Error Vector Magnitud

FEC: Forward Error Correction

FFT: Fast Fourier Transform

FIR: Finite Impulse Response

InP: Indium Phosphide

ISI: Inter-symbol Interference

MCM: Multi-carrier Modulation

MMA: Mean Modulus Algorithm

102

103

MZM: Mach Zehnder Modulator

NWDM: Nyquist Wavelength Division Multiplexing

OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing

O-OFDM: Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing

OOK: On-O-keying

OP: Othogonal Polarization

OSNR: Optical Signal to Noise Ratio

PDM: Polarization Division Multiplexing

PM: Polarization Multiplexing

PSD: Power Spectral Density

QAM: Quadrature-amplitude Modulation

RSA: Routing and. Spectrum Assignment

RSOA: Reflective Semiconductor Optical Amplifier

RZ: Return to Zero

SBS: Stimulated Brillouin Scattering

SF: Soft Decision

SiGe: Silicon Germanium

SSON: Spectrum Switched Optical Networks

VDSL: Very High Speed Digital Subscriber Line

VSB: Vestigial Side Band

WDM: Wavelength Division Multiplexing

WSON: Wavelength Switched Optical Networks

WXC: Wavelength Cross Connect