OPTISYSTEM

Docente: ING: JOSE NUÑEZ DE ARCO

Nombres ABRAHAM HIDALGO 4897049 L.p.

Carrera: Ingeniería Electrónica

Semestre: NOVENO

TELECOMUNICACIONES III

Fecha: 26-agosto-2015

INDICE

INTRODUCCION.............................................................................................................................4

ANTECEDENTES...........................................................................................................................5

OBJETIVOS.....................................................................................................................................6

OBJETIVO GENERAL...................................................................................................................6

OBJETIVOS ESPECÍFICOS.........................................................................................................6

MARCO TEORICO.........................................................................................................................6

Sistemas de transmisión por fibra óptica y sus componentes......................................6

Enlaces de datos de fibra óptica...........................................................................................6

Fuentes para transmisores ópticos......................................................................................7

Especificaciones estándar de fuentes de fibra óptica.....................................................8

Detectores para receptores ópticos.....................................................................................8

MARCO PRÁCTICO.......................................................................................................................9

Pasos para realizar un proyecto de fibra óptico................................................................9

BIBLIOGRAFIA.-............................................................................................................................25

DIAGRAMA DE BLOQUES..........................................................................................................26

OPTISYSTEM

INTRODUCCION

Optisystem es un software de diseño integral que permite a los usuarios realizar

simulaciones de un diseño de fibra óptica con ciertas características, con el

software se puede planificar, realizar pruebas de ensayo y error, simular enlaces

ópticos en la capa de transmisión de las modernas redes ópticas.

Optisystem es un programa con una interfaz gráfica similar de la herramienta

Matlab, como simulink que permite la simulación de sistemas amortiguados, sub-

amortiguados y sobre amortiguados entre otros sistemas análogos y digitales.

Este simulador permite realizar mezclas de ondas 2,3 hasta cuatro. El entorno que

esta herramienta proporciona da la posibilidad de implementar nuevas

tecnologías, como los distintos múltiples ópticas división de códigos de acceso

(OCDMA), además que entrega un entorno muy sólido para ejecutar desde

diseños básicos hasta los más complejos y simular enlaces ópticos en la capa

física de una variedad de redes ópticas pasivas: BPON, EPON, GPON

APLICACIONES:

Esta herramienta permite realizar o simular ciertas situaciones como:

Visión de próximas redes con modificaciones en unos sistemas

establecidos.

Simulación de sistemas ópticos (redes).

SONET Y SDH de redes en anillo.

Amplificadores, receptores y transistores.

ANTECEDENTES

El software tiene herramientas de análisis en las que se pueden ver diagramas, Q-

factor, como está la señal, cuál es su estado de polarización en cierto punto,

también los diagramas de constelación los cuales son representación de un

esquema de modulación digital en el plano complejo. Los ejes real e imaginario

suelen ser llamados (por In-phase) y Q (porcuadrature). Los puntos en la

constelación representan símbolos de modulación los que componen el alfabeto,

es decir todas las "palabras" que podrán usarse en un intercambio de información.

El concepto de símbolo es muy importante ya que la cantidad de estos en un

esquema de modulación está estrechamente relacionada con la tasa binaria

obtenida, pensemos que si nuestro alfabeto solo consta de 2 símbolos, por cada

uno que se transmita, se transmite un uno (1) o un cero (0). En cambio, si constara

de 4 símbolos cuando se enviara uno se estaría transmitiendo un par 00 o 10 o 01

o 11. Dado un alfabeto con m símbolos, cada uno lleva la información

correspondiente a Log2 m bits. Por otro lado también se puede verificar la

potencia de la señal con la que a llega la señal después de cierto tiempo,

ganancia, figura de ruido entre otros fenómenos.

A medida que los sistemas ópticos son más complejos, los científicos e ingenieros

deben adoptar cada vez técnicas más avanzadas de simulación de software para

asistencia vital a los problemas de diseño. OptiSystem de poder y flexibilidad

facilita diseños fotónicos eficiente y eficaz.

A continuación encontrara la interfaz de dicho software con un sistema de fibra

óptica simple y con algunos de los 300 implementos que tiene el software como

aplicación básico de la herramienta.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL.

- Comprender las herramientas que tiene el software optisystem.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

- Verificar un ejemplo de enlace en el optisystem.

- Reconocer los componentes que tiene un sistema de transmisión del

ejemplo

- Diferenciar las herramientas y librerías que tiene el software en fibra optica

MARCO TEORICO.

Sistemas de transmisión por fibra óptica y sus componentes

 

Enlaces de datos de fibra óptica 

 

Los sistemas de transmisión de fibra óptica utilizan enlaces de datos que

funcionan de forma similar a la que se ilustra en el diagrama de arriba. Cada

enlace de fibra consta de un transmisor en un extremo de la fibra y de un receptor

en el otro. La mayoría de los sistemas operan transmitiendo en una dirección a

través de una fibra y en la dirección opuesta a través de otra fibra para así tener

una transmisión bidireccional. Es posible transmitir en ambas direcciones a través

de una sola fibra pero se necesitan acopladores para hacerlo, y la fibra es menos

costosa que ellos. Una red FTTH óptica pasiva es el único sistema que utiliza

transmisión bidireccional sobre una sola fibra porque su arquitectura de red ya

utiliza acopladores como base.

 

La mayoría de los sistemas utilizan un "transceiver" que incluye tanto un

transmisor como un receptor en un sólo módulo. El transmisor toma un impulso

eléctrico y lo convierte en una salida óptica a partir de un diodo láser o un LED. La

luz del transmisor se acopla a la fibra con un conector y se transmite a través de la

red de cables de fibra óptica. La luz del final de la fibra se acopla al receptor,

donde un detector convierte la luz en una señal eléctrica que luego se acondiciona

de forma tal que pueda utilizarse en el equipo receptor.

Fuentes para transmisores ópticosLas fuentes utilizadas para transmisores ópticos deben cumplir con varios criterios:

operar en la longitud de onda adecuada, ser pasibles de modularse lo

suficientemente rápido para transmitir datos y poder acoplarse de forma eficiente a

la fibra.

Comúnmente se utilizan cuatro tipos de fuentes: LED, láser fabry-perot  (FP), láser

de retroalimentación distribuida (DFB) y láser de cavidad vertical y emisión

superficial (VCSEL). Todos ellos convierten las señales eléctricas en señales

ópticas, pero son muy diferentes entre sí. Los tres son minúsculos dispositivos

semiconductores (chips). Los LED y VCSEL se fabrican sobre pastillas de material

semiconductor para que puedan emitir luz desde la superficie del chip, mientras

que el láser F-P y DFB emiten luz desde el lateral del chip, desde una cavidad del

láser creada en el medio del chip.   

 

Los LED tienen una potencia disponible mucho menor que el láser y su patrón

divergente y amplio de salida de la luz hace que sea más difícil que se acoplen a

las fibras, por lo que se pueden utilizar sólo con fibras multimodo. El láser tiene un

patrón de salida de la luz menor y más estrecho, por lo que se pueden acoplar

fácilmente a fibras mono modo, lo que los hace ideales para transmisiones de alta

velocidad en larga distancia.  Los LED tienen un ancho de banda menor que el

láser y su uso se limita a sistemas que operan a 250 MHz o 200 Mb/s

aproximadamente.  Por otro lado, los láseres tienen una capacidad de ancho

banda muy elevada, por lo que pueden ser útiles en 10 GHz o 10 Gb/s.

Debido al método en el que son fabricados, los LED y VCSEL son más

económicos. Los láseres son más costosos porque es más difícil crear la cavidad

del láser dentro del dispositivo, y recién se podrá probar si el láser funciona

correctamente cuando el chip esté separado de la pastilla del material

semiconductor y tenga cada extremo revestido.

Especificaciones estándar de fuentes de fibra óptica 

Tipo de

dispositivo

Longitud de

onda (nm)

Potencia dentro

de la fibra

(dBm)

Ancho de

banda

Tipo de fibra

LED 850, 1300 -30 a -10 <250 MHz multimodo

Láser Fabry-

Perot

850,1310

(1280-1330),

1550 (1480-

1650)

0 a +10 >10 GHz multimodo,

monomodo

Láser DFB 1550 (1480-

1650)

0 a + 13

(+25 con

amplificador

óptico)

>10 GHz monomodo

VCSEL 850 -10 a 0 >10 GHz multimodo

Detectores para receptores ópticos Los receptores utilizan detectores semiconductores (fotodiodos o fotodetectores)

para convertir las señales ópticas en señales eléctricas. Los fotodiodos de silicio

se utilizan para enlaces de longitud de onda corta (650 para fibra óptica de

plástico, y 850 para fibra multimodo de vidrio). Generalmente, en los sistemas de

longitud de onda larga se utilizan detectores de InGaAs (arseniuro de galio-indio)

ya que tienen menor ruido que los de germanio, que hace que los receptores sean

más sensibles.

 

MARCO PRÁCTICO.

Pasos para realizar un proyecto de fibra óptico

1. Primero debe descargar el programa.

2. Después de realizar la debida instalación del programa encontrara la

siguiente interfaz con varios menús, se empezara a crear un red mono

modo con ciertos implementos (red sencilla), en ocasiones tenemos

implementos para simular más realidad del sistema, se explicara de donde

se sacan todos los implementos y para qué sirven, y que en muchas

ocasiones se pueden cambiar varios elementos por uno solo sin interferir en

el resultado y maximizar el área de trabajo.

Interfaz a la cual la entramos después de realizar la debida instalación es la

siguiente:

3. Luego de tener claro algunos de los menús que se despliegan en la interfaz

se podrá emplear los implementos básicos con los cuales se construye un

sistema óptico sencillo mono modo.

Primero se le da click en la carpeta Default allí se encuentran todas las

herramientas para diseñar un sistema óptico mono modo, por lo tanto para dar

comienzo a este diseño debemos generar una rata de bits que representa la

información a transmitir. La herramienta a trabajar se llama Random Bit Sequence

y se saca después de seguir cierta secuencia y se representa de la siguiente

manera:

Luego de llegar a la dirección de destino que es Random bit sequence

arrastramos el elemento al formulario de manera que ya lo podemos conectar al

otro implemento que necesitamos y queda de la siguiente manera.

Esta señal es necesaria acoplársela a un generador de pulsos eléctricos para

terminar de concretar la información a trabajar y arrastrar la herramienta y

conectarla a la rata de bits (pulso eléctrico generador puede ser RZ a NRZ).

4. Después de generar la información aleatoriamente, se debe generar un

rayo láser con una frecuencia y con una potencia la cual es establecida por

el diseñador y de esta manera se saca la herramienta y se arrastra al

formulario para poder realizar la conexión correcta. Realice el siguiente

procedimiento para sacar el elemento:

Ya con el rayo láser aplicado con una potencia de 87mW y una frecuencia de corte

de 1550nm se procede a colocar un modulador óptico en el cual se mezclara la

información aleatoria generada y el rayo láser (Portadora del sistema) para poder

sacar una señal óptica a la salida del modulador, el nombre de la herramienta es

modulador Mach Zenhder, para llegar a esta herramienta se puede realizar de la

siguiente manera:

Primero se realiza todo el esquema de la red y se configuraran todos los valores

necesarios que están en el diseño ya establecidos.

5. Como a la salida del filtro ya tenemos una señal óptica ya puede ser transmitida

por nuestra fibra por tal habrá que insertar una fibra óptica con la distancia que se

va establecer, también se colocara un amplificador común con una ganancia

determinada para compensar la pérdida que se da al transmitir a 50km, se debe

tener en cuenta que la perdida por la señal es de 0.2dB/km de esta manera con el

amplificador compensaremos el sistema.

Para sacar los dos implementos para este diagrama seguiremos el siguiente

orden:

Se debe tener en cuenta y aclarar que el esquema para diseñó es un sistema de

transmisión mono modo, pero también se puede realizar un sistema Multimodo,

también hay una fibra específica para este que se encuentra en el menú. De la

misma manera como se ha realizado anteriormente se busca el que puede ser

sencillo o se puede implementar un EDFA que es más común y utilizado en los

diseños de fibra óptica, este elemento tiene varios parámetros para configurar

como su ganancia entre otros que son necesarios para que el sistema se vuelva

más real y efectivo.

Cuando llevamos estos implementos al formulario se interconectan de la siguiente

manera:

En estas imágenes los elementos no tienen sus paramentaros configurados más

adelante se deberá configurara para así tener un sistemas mucho más establecido

con la realidad, después de haber recorrido la distancia establecida por el

diseñador un filtro bessel con la frecuencia de corte que inicial mente se determinó

de 1550nm para poder obtener una señal más pura y limpia.

Para colocar dicho implemento se debe obtener del siguiente menú:

Y acoplarla al diagrama de la siguiente manera:

Como ya se obtiene una señal más pura y limpia, se debe cambiar la señal óptica

a una señal eléctrica para poderla recibir eso se logra con un photo detector el

cual realizara la función de detectar los impulsos ópticos y pasarlos a eléctrico,

este es el orden de los menús que se deben seguir para llegar a esta

implementación.

Y en el diagrama queda de la siguiente manera:

Después de realizar la debida conexión se deberá colocar un filtro paso bajos para

poder quitar el ruido generado a bajas frecuencias, aproximadamente el ruido

generado en estos sistemas son demasiados bajos puede estar entre (1Hz –

100Hz) logrando con esto que la señal quede más limpia.

El filtro se puede sacar de los siguientes pasos:

La colocación de dicho filtro es a criterio de cada diseño y según lo que se

necesite variara el tipo de filtro a la salida del sistemas, para verificar el

funcionamiento por etapas del sistemas se ubicara en cada etapa un visualizador

que según de la señal que lleve se colocara sea óptico o eléctrica y los

visualizadores se sacan de la siguiente parte según la etapa de trabajo:

El diagrama total queda de la siguiente manera configurando todo todos los

parámetros:

En este último diagrama se colocan unos visualizadores para saber cómo llega la

señal y como salen después de pasar por ciertos implementos, se procede a

colocar las gráficas que arrojan cada uno de los visualizadores después de

transcurrir por cada etapa.

En los visualizadores eléctricos ahí uno el cual es osciloscopio y el otro analizador

de espectros la diferencia está en la escala con que se muestran los resultados

(GHz o nm).

A continuación se colocara y mostrara algunas herramientas que nos facilitara una

visualización exacta de la señal que estamos generando y que pasa con ella a

medida que va pasando a través de cada implemento con sus respectivos

parámetros.

La primera grafica que se ilustrara la generación de la información aleatoriamente

teniendo como dato desconocido la frecuencia de esta información el elemento

que se coloca es un visualizador de secuencia de binarios y el resultado es el

siguiente:

La figura correspondiente en ese punto es la siguiente:

Luego de codificar la señal binaria generada y de esta manera se puede visualizar

con visualizador de espectros (Señal Eléctrica)

:

Luego se mirara la señal dirigida por el láser con un visualizador de espectro

óptico el visualizador es el siguiente y su salida es equivalente a la siguiente

figura:

El láser tiene una frecuencia de corte de 1550nm y una potencia de 87.5mW

(configuración de parámetros).

Después de verificar que si se está generando el rayo láser a la frecuencia

deseada y con la potencia para el cual está diseñado el sistema ira tanto la señal

codificada y el rayo láser (Portadora la escogencia de codificación de los pulsos

generados se debe realizar en la factibilidad para corregir errores y la

retransmisión), entran a un modulador en donde se realizara la conversión de

eléctrica a óptica.

A la salida del modulador tenemos como resultado una señal óptica a una

frecuencia ya establecida y es la siguiente:

Después se coloca la fibra óptica por la cual se va a enviar la información y con

una distancia establecida y con un amplificador para compensar la pérdida de

0.2dB/Km y colocaremos este dispositivo con una ganancia de 5dB 

Después del filtro la señal a través de recoger 50km y antes del filtro es la

siguiente:

Después de reducir el ruido mediante el filtro necesitamos convertir nuestra señal

óptica a eléctrica mediante una foto detector encargado de tomar los pulsos

ópticos y convertirlos a señal eléctrica.

La grafica después del photo transistor es la siguiente y se acopla un filtro pasa

bajas con la intensión de eliminar el resto de ruido restante el cual está entre los

(10-100Hz) con la intensión de eliminar ruido de línea.

La figura que se verá a continuación se verá con el visualizador de espectros en

función de la frecuencia.

Y al verla con el osciloscopio es en función del tiempo.

Luego se colocara un diagrama de ojo para verificar si el sistema de fibra óptica y

se conecta la salida de la creación de información aleatoria, y luego después del

photo transistor y después del filtro y la respuesta de los sistemas es de la

siguiente manera es:

Mapa Mental. De esta manera es como se realiza un sistema sencillo de fibra

óptica mono modo. Corresponde a un gráfico que muestra la superposición de las

distintas combinaciones posibles de unos y ceros en un rango de tiempo o

cantidad de bits determinados. Dichas combinaciones transmitidas por el enlace,

permiten obtener las características de los pulsos que se propagan por el medio

de comunicación, sean estos por medio de FIBRA, COAXIAL y enlaces satelitales,

etc. El gráfico se forma superponiendo los trazos de la salida del filtro receptor en

un osciloscopio.

Ejemplo:

CONCLUSIONES.-

- Se logró verificar el funcionamiento de un ejemplo de enlace del software

optisystem

- Se reconoció y entendió los componentes de un sistema de transmisión de

fibra óptica.

- Se pudo diferenciar las herramientas y librerías que tiene el software.

BIBLIOGRAFIA.-

- MAURICIO AMÉSTEGUI. (2007). GUIA PARA LA ELABORACION DE UN PERFIL DE PROYECTO DE GRADO EN INGENIERÍA ELECTRONICA. UMSA: UMSA.

- PORFIDIO TINTAYA. (2014). PROYECTO DE INVESTIGACION. LA PAZ-BOLIVIA: INSTITUTO DE ESTUDIOS BOLIVIANOS.

- ROBERTO HERNANDEZ SAMPIERI. (2010). METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION. MEXICO D.F.: McGRAW-HILL.

- WWW.OPTIWARE.COM

- WWW.DISCOVERYCHANNEL.LA

DIAGRAMA DE BLOQUES.