Tema 10 Sistemas de CO

Comunicaciones
Ópticas
Tema 10
Sistemas de C.O.
Objetivos
ƒ
Conocer arquitecturas más complejas
ƒ
Conectar los aspectos telemáticos y de
transmisión
ƒ
Conocer sus aplicaciones, prestaciones y
consideraciones de diseño de:
¾
Sistemas WDM
¾
Redes troncales basadas en JDS/SDH
¾
Redes LAN ópticas
¾
Distribución de TV por cable (HFC)
¾
Sistemas de radio sobre fibra
¾
Sistemas no-guiados
¾
Sistemas FFTH
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Objetivos
1
Índice
1. Sistemas WDM
2. Redes troncales basadas en JDS/SDH
3. Redes LAN ópticas
4. Distribución de TV por cable (HFC)
5. Sistemas de radio sobre fibra
6. Sistemas no-guiados
7. Sistemas FFTH
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Índice
Sistemas WDM
• Es una técnica de multiplexación de
canales utilizando diferentes portadoras
ópticas (fuentes de luz), en diferentes
longitudes de onda
WDM = Wavelength Domain Multiplexing
• La multiplexación y demux. se realiza en el
dominio óptico
• Es posible porque las ventanas de mínima
atenuación de la fibra son “anchas”: caben
múltiples portadoras sin solaparse
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Sistemas WDM
2
Sistemas WDM
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Sistemas WDM
Sistemas WDM
• ¿Cuantos canales caben? depende de:
ƒ Anchura de las ventanas de mínima atenuación:
• 2º ventana: ~12THz
• 3º ventana: ~15THz
• En fibras de bajo contenido OH- (sin “pico” de
absorción en torno a 1400nm): ~50THZ = 50.000GHz
ƒ Separación entre canales ∆λcanal para evitar
solapamientos
¡solapamiento = crosstalk!
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Sistemas WDM
3
Sistemas WDM
• Se han normalizado la λ y ∆λcanal (grids):
ƒ Las tres ventanas de transmisión:
• 3 canales espaciados >200nm
ƒ Coarse WDM (cDWM) – ITU-T G.694.2 (2002)
• 18 canales espaciados 20nm, de 1270-1610nm
ƒ Dense WDM (dWDM) – IUT-T G.694.1 (2002)
• Espaciados de 200, 100 y 50GHz (ultra-dense = uDWDM)
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Sistemas WDM
Arquitectura de un sistema WDM
Mux WDM
DeMux WDM
λ1
λ2
λ1
λ2
λ3
λ3
λ4
Fibra óptica
λ4
Espectro óptico con múltiples
portadora en la fibra óptica
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Sistemas WDM
4
Arquitectura de un sistema WDM
• Transmisor: un transmisor completo para cada canal +
un multiplexor WDM
ƒ Importancia de los parámetros de anchura espectral ∆λ y
estabilidad de la λ0 con el tiempo y la temperatura.
• Canal de F.O. convencional único
ƒ La atenuación de la fibra y la ganancia de los A.O. depende de λ:
atenuación/amp. diferente de cada canal.
ƒ La potencia conjunta puede ser muy alta: se excitan efectos nolineales fácilmente, que produce producen crosstalk “no-lineal”
entre canales.
• Receptor: demultiplexor + un receptor para cada canal
ƒ Al ser los fotodiodos dispositivos de “banda ancha”, las
imperfecciones del demux. generan crosstalk “lineal” adicional.
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Sistemas WDM
Consideraciones de diseño de un
sistema WDM
• Separación mínima entre canales:
∆ν canal ≥ 4 ⋅ RB ó ∆ν canal ≥ 4 ⋅ ∆ν fuente
• Se puede hacer el diseño para el peor canal:
ƒ El que sufra más atenuación / menos ganancia
ƒ El que trabaje en la zona de mayor dispersión cromática
ƒ Donde se genere más crosstalk por efectos no-lineales
• Contabilizar pérdidas de los mux/demux
• Receptor: penalizar la sensibilidad por el crosstalk
entre canales
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Sistemas WDM
5
Ejemplos de sistemas WDM
• Primera prueba de campo: cable “Rioja” entre
Santander y Porthcurno (UK): 4x3,5Gbps,
4x930 Km, 1995.
• Sistemas instalados:
ƒ SCO submarinos: TAT-14 (8x10Gbps c/fibra)
ƒ Red pan-europea i-21: 20.900Km, 160 canales x 10 Gbps
x 192 fibras = 300 Tbps; 8 anillos auto-reparados con
protocolo ATM o IP sobre JDS.
ƒ Enlaces troncales de telefonía: p.e. Auna: 8x2,5Gbps,
enlaces de hasta 120 Km, anillos JDS.
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Sistemas WDM
Índice
1. Sistemas WDM
2. Redes troncales basadas en JDS/SDH
3. Redes LAN ópticas
4. Distribución de TV por cable (HFC)
5. Sistemas de radio sobre fibra
6. Sistemas no-guiados
7. Sistemas FFTH
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Índice
6
JDS: ¿Qué es?
•
Estándar de la ITU-T
•
Para redes multipunto
•
Basado en TDM
•
Con nodos y enlaces
¾
Nodos para extracción/inserción y encaminamiento de la
información
¾
Enlaces basados en fibra óptica (y radio)
•
Herencia de la red JDP/PDH
•
Pensada para transmitir
conversaciones telefónicas
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â JDS: Introducció
Introducción e historia
Jerarquía JDS: “E0”
• Muestreo
ƒ 8000 m/s (cada 125µs)
ƒ 8 bits de resolución
... 01010101 10100111 0011 ...
• Codificación: PCM
125µs
• Régimen binario: 64Kbps
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â JDS: Jerarquí
Jerarquía de señ
señales
7
Jerarquía JDS: “E1” y más...
01010101
• Reúne 32 “tributarios”
ƒ 30 canales de voz digitalizada
ƒ 2 canales de señalización,
sincronismo, alineamiento, ...
0 ...
... 31
125µs
• Trama G.704 ó Trama de 2Mbps
• Más agregados:
E1 = 32 E0
2Mbps
E2 = 128 E0
8Mbps
E3 = 16 E1
34Mbps
E4 = 64 E1
140Mbps
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C.O. Â JDS: Jerarquí
Jerarquía de señ
señales
Jerarquía JDS: STM-1
• Unidad fundamental de transporte a 155Mbps
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â JDS: Jerarquí
Jerarquía de señ
señales
8
Jerarquía JDS: STM-1
• La trama STM-1 contiene:
ƒ Carga útil (Payload)
ƒ Cabecera de 9x9 bytes con información de:
• Alarmas y mantenimiento
• Indicadores de calidad
• Detección y corrección de errores
• Origen y calidad del reloj
• Mecanismos de protección
• Situación del payload (punteros)
• ...
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â JDS: Jerarquí
Jerarquía de señ
señales
Jerarquía JDS: STM-1
• Contenedor virtual (VC Virtual Container)
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â JDS: Jerarquí
Jerarquía de señ
señales
9
Jerarquía JDS: STM-N
• Multiplexación de STM-1’s
• Se han estandarizado:
STM-0
51Mbps
STM-1
155Mbps
STM-4
622Mbps
STM-16
2.5Gbps
STM-64
10Gbps
STM-256
40Gbps
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C.O. Â JDS: Jerarquí
Jerarquía de señ
señales
Equipos para JDS
• Multiplexor Terminal
ƒ Inicio y final del camino de la información: PTE Path
Terminating Equipment
ƒ Acceso de usuarios
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â JDS: Equipos
10
Equipos para JDS
• Multiplexor de inserción/extracción (ADM
Add/Drop Multiplexer)
ƒ Inserción y extracción de tributarios en una señal STM-N
ƒ Útil para redes en anillo
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â JDS: Equipos
Equipos para JDS
• Transconector Digital (DXC Digital Cross
Connect)
ƒ Funciones complejas de multiplexación y mapeo de
tributarios
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C.O. Â JDS: Equipos
11
Equipos para JDS
• Regenerador “3R”
ƒ Están siendo sustituidos
actualmente por amplificadores
ópticos
Repeater
Noise
Laser
Detector
Loss
Modulator
clock
Original
Optical
Pulse
Long
distance
Fiber
Dispersion
“Distorted”
Distorted”
Pulse by fiber
Electrical
Amplifier
Regenerated Long
Optical
distance
Pulse
Fiber
Buffer
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C.O. Â JDS: Equipos
Terminales de línea
• Realizan la transmisión a medias y largas
distancias mediante un interfaz eléctrico-ópticoeléctrico
• En el planteamiento inicial, solo hay elementos
ópticos en la transmisión a distancia
• Especificaciones en las normas:
ƒ G.957 (1999) “Interfaces ópticas ... JDS”, hasta STM-16
(2.5Gbps) sin amplificación óptica (<80Km)
ƒ G.692 (1998) “Interfaces ópticas multicanal con AO ”, hasta
STM-64, hasta 32 canales WDM
ƒ G.691 (2003) “Interfaces ópticas STM-64 ... JDS c/ AO”, STM64, con amplificación óptica (no en línea)
ƒ G.693 (2003) “Interfaces ópticas intra-office”
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â JDS: Equipos
12
Terminales de línea
• Se especifica una configuración genérica:
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â JDS: Equipos
Terminales de línea
• Y varias aplicaciones para diferentes:
ƒ Longitud de onda (λ):
1310 y 1550nm
ƒ Fibra óptica:
G.652 (Estándar)
G.653/G.654 (Dispersión desplazada)
G.655 (Dispersión aplanada)
ƒ Distancia:
<2Km (intra-centrales)
~15 Km (corta distancia)
~80Km (larga distancia)
<640Km (muy larga dist., A.O.)
ƒ Régimen binario:
STM-1 a STM-256
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â JDS: Equipos
13
Terminales de línea
• Especificaciones para STM-1 (155Mbps)
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â JDS: Equipos
Terminales de línea
• Especificaciones para STM-1 (155Mbps)
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â JDS: Equipos
14
Terminales de línea
• Especificaciones para STM-1 (155Mbps)
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â JDS: Equipos
Terminales de línea
• Transmisor
ƒ Entrada con niveles LVDS o PECL
ƒ Codificación NRZ
ƒ Señal aleatorizada (scrambler) para evitar largas series de
ceros o unos consecutivos
N
DATOS
DATOS
CLOCK
Driver
Serializador
N:1
LATCH
Laser
F.O.
CLOCK
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C.O. Â JDS: Equipos
15
Terminales de línea
• Canal de fibra óptica
ƒ Atenuación
dB/km
Coeficiente de atenuación
3
2
1
C
D
A
B
1360
1260
0
1200
1280
1300
1430
1335
1480
1400
Longitud de onda
1500
1580
1600 nm
T1509000-92
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C.O. Â JDS: Equipos
Terminales de línea
• Canal de fibra óptica
ƒ Dispersión
Fibra estándar G.652
(estándar)
Fibra G.652 y G.654
(estándar)
Fibra G.655
(disp. aplanada)
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â JDS: Equipos
16
Terminales de línea
• Receptor
ƒ Basado en APD
ƒ Sensibilidad para BER = 10-10 o 10-12
ƒ Penalización de 1dB
F.O.
N
DATOS
TIA
AMP
Recup.
Reloj
De-serializ.
1:N
CLOCK
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C.O. Â JDS: Equipos
Arquitectura
• Desde el punto de vista de la señal: dispositivos
que atraviesa entre dos destinos.
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C.O. Â JDS: Arquitectura
17
Arquitectura
• Doble anillo auto-reparable
ƒ APS Automatic Protecction Switching (50ms)
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â JDS: Arquitectura
Arquitectura
• Doble anillo auto-reparable con 4 fibras
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â JDS: Arquitectura
18
Arquitectura
• Ejemplo de anillo
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â JDS: Arquitectura
Arquitectura
• Redes complejas: concatenación de anillos
mediante ADMs y DXCs
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â JDS: Arquitectura
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Integración de otros servicios
• Se hace necesario en la actualidad transportar
otros protocolos, no sólo voz:
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ATM
Frame Relay
TCP/IP
Ethernet
VPN
• Idea general:
ƒ Insertar las celdas/paquetes/tramas en un VC
• Problemas:
ƒ Eficiencia (tamaño, sincronismo y overhead)
ƒ Enrutamiento, ...
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C.O. Â JDS: Integració
Integración de otros servicios
MPLS
• Multi Protocol Label Switching
• Estandarizado por la IETF
IP+Optical
Provider
Traffic
Provisioned
Engineering
VPNs
IP+ATM
Any
GMPLS
Transport
MPλS
Over MPLS
MPLS
Network Infrastructure
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C.O. Â JDS: Integració
Integración de otros servicios
20
MPLS
• Etiqueta: identificador dinámico genérico con
ƒ Posición fija
ƒ Tamaño fijo
Celda ATM
GFC
VPI
VCI
PTI
CLP HEC
DATA
Label
Paquete PPP (TCP/IP)
PPP Header
Label Header
Layer 3 Header
Trama Ethernet
MAC Header
Label Header
Layer 3 Header
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C.O. Â JDS: Integració
Integración de otros servicios
MPLS
3. Se elimina la
etiqueta y se
entrega el paquete
ORIGEN
DESTINO
1. Se recibe el paquete, se
analiza el destino, y se etiqueta
2. Se conmutan los
paquetes en base a
su etiqueta
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â JDS: Integració
Integración de otros servicios
21
Futuro: procesado óptico
• Nuevas funciones realizadas en el dominio óptico
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â JDS: Futuro: Procesado óptico
Futuro: procesado óptico
• ¿Por qué?
ƒ Simplificación Ö menor coste
ƒ Transparencia
ƒ Mayor velocidad de conmutación
ƒ Mayor régimen binario
• ¿Se puede hacer?
ƒ Conmutación de:
• Camino físico (fibras)
• Lambdas (WDM)
¡GMPLS!
• Time slots (extracción de tributarios)
• Paquetes/celdas/tramas (enrutado, QoS, ...)
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â JDS: Futuro: Procesado óptico
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Elementos de red ópticos
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â JDS: Futuro: Procesado óptico
Optical Add/Drop Multiplexer
Acceso local
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â JDS: Futuro: Procesado óptico
23
Optical Digital Cross Connect
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â JDS: Futuro: Procesado óptico
Optical Switch Matrix
Interferométrico
Espejos
Burbujas
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â JDS: Futuro: Procesado óptico
24
ODXC basado en MEMS
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â JDS: Futuro: Procesado óptico
Ejemplos de redes JDS
• Retevisión (Auna)
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â JDS: Ejemplos
25
Ejemplos de redes JDS
• Red de Auna
ƒ Anillos troncales STM-16 (2,5Gbps) x 4ch WDM
ƒ Fibras propias y de terceros (“fibra oscura”)
ƒ Transporte de:
• Telefonía
• Internet (IP sobre ATM sobre MPLS)
• Red troncal GSM para Amena
• Televisión Digital Terrestre (TDT) en STM-1
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â JDS: Ejemplos
Ejemplos de redes JDS
• Universidad de Cantabria
ƒ Red LAN/MAN en el campus con enlaces:
• Troncales: Gigabit Ethernet con
– Fibra monomodo entre edificios
– Fibra multimodo entre switches dentro de edificios
• De usuario: 100Base-T sobre par trenzado
ƒ Conexiones remotas con edificios:
• Conexiones punto a punto basadas en IP sobre ATM
ƒ Enlace con el exterior: 622Mbps proporcionado por Rediris
• Red REDIRIS2 basada en JDS, conexión oeste a Asturias y
este a Bilbao
• IP sobre ATM sobre MPLS
• Transporte sobre F.O. de la red de REE (Albura) y Ono
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â JDS: Ejemplos
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Ejemplos de redes JDS
• Universidad de Cantabria: Rediris
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â JDS: Ejemplos
Ejemplos de redes JDS
• Universidad de Cantabria: Conectividad exterior
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â JDS: Ejemplos
27
Ejemplos de redes JDS
• Universidad de Cantabria: red GÉANT
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â JDS: Ejemplos
Índice
1. Sistemas WDM
2. Redes troncales basadas en JDS/SDH
3. Redes LAN ópticas
4. Distribución de TV por cable (HFC)
5. Sistemas de radio sobre fibra
6. Sistemas no-guiados
7. Sistemas FFTH
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Índice
28
Redes LAN/MAN ópticas
• Ethernet:
ƒ Tecnología de interconexión multipunto de
ordenadores.
ƒ Estándar del IEEE (802.3), primeros productos en
1982.
ƒ Define:
•
•
•
•
Formato de tramas (bits)
Protocolo de acceso al medio (MAC)
Electrónica de conexión al medio (hardware)
Medio físico de transmisión: cable coaxial, UTP, F.O.
ƒ Ha evolucionado desde 10Mbps a 10Gbps
ƒ Nexo común: protocolo CSMA/CD
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Redes LAN/MAN ópticas
Evolución de Ethernet
10Gbps (10GBE)
1Gbps (GBE)
100Mbps (FastE)
10Mbps
2002 IEEE-802.3ae
1995 IEEE-802.3z
1992 IEEE-802.3u
1982 IEEE-802.3
Fibra
UTP/STP/Fibra
Coax/UTP/Fibra
Coax/UTP/Fibra
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Redes LAN/MAN ópticas
29
Gigabit Ethernet
• Medio físico y distancia máxima
ƒ 1000Base-CX Shielded Twisted Pair (STP)
25m
ƒ 1000Base-T Unshielded Twistet Pair (UTP)
<100m
ƒ 1000Base-SX 850nm LED c/ fibra MM
300m
ƒ 1000Base-LX 1310nm LED c/ fibra MM
500m
1310nm láser c/ fibra SM
3Km
• Problema: CSMA/CD Ö Carrier extension
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Redes LAN/MAN ópticas
10 Gigabit Ethernet
• Medio físico y distancia máxima
ƒ 850nm fibra MM serie
65m
ƒ 1310nm fibra SM serie
10Km
ƒ 1550nm fibra SM serie
40Km
ƒ 1310nm fibra MM WDM 4ch
300m
ƒ 1550nm fibra SM WDM 4ch
10Km
• Problema: CSMA/CD Ö Sólo punto a punto
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Redes LAN/MAN ópticas
30
Ámbito de aplicación
10GBE
GBE
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Redes LAN/MAN ópticas
Ejemplo de red LAN/MAN
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Redes LAN/MAN ópticas
31
Índice
1. Sistemas WDM
2. Redes troncales basadas en JDS/SDH
3. Redes LAN ópticas
4. Distribución de TV por cable (HFC)
5. Sistemas de radio sobre fibra
6. Sistemas no-guiados
7. Sistemas FFTH
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Índice
Redes HFC: ¿qué son?
• Redes Híbridas Fibra-Coaxial
• Tradicionalmente: Distribución punto-multipunto de
señales de TV con:
ƒ Multiplexación de canales por subportadora eléctrica en la cabecera
ƒ Red troncal de fibra óptica en árbol
ƒ Conversión O/E a cable coaxial antes de llegar al usuario
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Redes HFC: Introducció
Introducción
32
Redes HFC: ¿qué son?
• Ahora: Nuevos servicios, señales digitales, canal de retorno
ANILLO
PRIMARIO
CABECERA
NODOS PRIMARIOS
DE 40.000 A 60.000 HOGARES
EQIPOS PARA
DISTRIBUCION
TELEFONIA
TV
PUNTO DE
DISTRIBUCION
DEL EDIFICIO
ANILLO
SECUNDARIO
NODOS
TERMINALES
NODOS
SECUNDARIOS
500 HOGARES
2.000 HOGARES
RED DE
DISTRIBUCION
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Redes HFC: Introducció
Introducción
Red troncal
Red de Transporte
Interurbano (SDH + HFC)
Red troncal
secundaria
Cabecera
STM-1
+
HFC
NP
STM-4
+
HFC
NP
NF
Nodo Primario
15.000HP
NP
Fibra
óptica
NP
Fibra
óptica
NP
NFT
NF Telefónico
Red de alimentación
de pares telefónicos
pares
pares
NFT
Red de distribución de pares
siamés
NF
Red troncal
primaria
CT
pares
Nodo Final
500HP
P
T
R
(caja terminal)
NF
RIC
Amplificador RF
coaxial
Acometida
STM-4 (622.0 Mbps)
STM-1 (155.5 Mbps)
Cable
siamés
Punto de
Terminación
de Red
Red de distribución
y acceso de coaxial
tap
P
T
R
STB
CM
RIC
Red Interior de Cliente
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Redes HFC: Arquitectura y topologí
topología
33
Red de distribución
• Red “Overlay” con separación de servicios
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Redes HFC: Arquitectura y topologí
topología
Red de distribución
• Separación en la acera
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Redes HFC: Arquitectura y topologí
topología
34
Red de distribución
• Separación en el hogar
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Redes HFC: Arquitectura y topologí
topología
Consideraciones de diseño
• Hay una fuerte atenuación de la señal hasta el
nodo secundario Ö relación S/N
ƒ Hay que equilibrar las pérdidas
ƒ Se trabaja en 3ª ventana y con amplificación óptica
ƒ Medida: CNR Carrier to Noise Ratio
• La dispersión produce:
ƒ Limitación en el ancho de banda de transmisión
ƒ Cancelación periódica de la modulación
• No linealidades de los equipos Ö distorsión
ƒ Linealidad del conv. O/E, E/O y amp. eléctricos
ƒ Medida: CSO Composite Second Order
CTB Composite Triple Beat
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Redes HFC: Caracterizació
Caracterización y medidas
35
Ejemplo de red HFC: Ono
1A1F
1A1E
1A1G
1A1H
1B1C
1B1A
GW
STM-1
1A1D
1A1C
SC1_1B_SM_GW2
GW
1641
SM
D
1A1A
1A1B
1B1H
1A2F
1A2E
3XSTM1e
GW
16515
M
1A2A
1A2B
1A3F
1A3E
1B1F
1A2E
1A3G
SC1_ST4_ATP_1_1
SC1_1A_SM_GW2
E
1A2C
1B1G
1A2G
STM-1
1A2D
1B1D
189XE12
SC1_1_A_SM_GW1
W
W
STM-4
SC1_ST4_ATP_1_1
E
16515
M
1A3H
4XSTM1e
GW
STM-1
SC1_1A_SM_GW3
GW
SC1_1B_SM_GW2
1A3D
1A3C
1Aª3B
1A4F
1A4G
1A3A
1B2F
1A4E
1A4H
REP SYNC
INTERFAZ ELÉCTRICO
INTERFAZ ÓPTICO
STM_1 (155.5 Mbps)
STM_4 (622.0 Mbps)
GW
STM-1
1B2E
SC1_1A_SM_GW3
1A4D
1A4C
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Redes HFC: Ejemplo
Ejemplo de red HFC: Ono
P. Ópt.
C.N.R.
C.S.O.
C.T.B.
CABECERA SC1
3,2 dBm
53,8 dB
70,6 dB
66,3 dB
70:30
NP 1A
70%
SCUAPPC-B
(1)
2 x 13 dBm
1:2
Acoplador
3,1 Km / 1.0 dB
30%
NP 1B
1,8 Km / 0.6 dB
1550 nm
Divisor
E
SCUACCP-B
(DOWN 1B)
OAAS815D-A
(D1 n)
O
EPA800-A
(EP n)
Torrelavega
OTXE090A
(TX n)
24 Km / 8..3 dB
SCUAPPC-B
(2)
2 x 16 dBm
OAH02x16
(D2 n)
Gama
(Castro Urdiales)
SCUAPPC-B
(3)
2 x 13 dBm
41,8 Km / 11,65 dB
1:2
OAAS815D-A
(D1 r)
2 x 16 dBm
1550 nm
Divisor
E
Ramal 3
O
EPA800-A
(EP r)
OTXE90A
(TX r)
P. Ópt.
C.N.R.
C.S.O.
C.T.B.
SCUAPPC-B
(4)
OAH02x16
(D2 r)
6,5 dBm
57,0 dB
70,8 dB
66,2 dB
P. Ópt.
C.N.R.
C.S.O.
C.T.B.
1,9 dBm
56,9 dB
70,8 dB
66,5 dB
P. Ópt.
C.N.R.
C.S.O.
C.T.B.
12,7
54,1
70,5
66,0
dBm
dB
dB
dB
P. Ópt.
C.N.R.
C.S.O.
C.T.B.
P. Ópt.
C.N.R.
C.S.O.
C.T.B.
8,6 dBm
53,8 dB
70,6 dB
66,3 dB
P. Ópt.
C.N.R.
C.S.O.
C.T.B.
11,2
53,8
70,6
66,3
dBm
dB
dB
dB
14,5 dBm
53,4 dB
70,5 dB
66,0dB
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Redes HFC: Ejemplo
36
Índice
1. Sistemas WDM
2. Redes troncales basadas en JDS/SDH
3. Redes LAN ópticas
4. Distribución de TV por cable (HFC)
5. Sistemas de radio sobre fibra
6. Sistemas no-guiados
7. Sistemas FFTH
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Índice
Sistemas de radio sobre fibra (RoF)
• Surgen de la necesidad de transportar
señales de RF en sistemas de datos y
telefonía por radio (GSM, UMTS, LMDS, …)
entre:
ƒ La antena y la estación base
ƒ Estaciones base
ƒ Estaciones base y centrales
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Sistemas de radio sobre fibra
37
Servicios y bandas de frecuencia
MVDS
40GHz
MBS
60GHz
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Sistemas de radio sobre fibra
¿porqué es interesante la RoF?
• Las frecuencias involucradas son muy altas: por
encima de las posibilidad de los cables de cobre
para distancias de más de unos pocos metros
• Se puede separar la antena del resto del sistema
Ö Instalación en entornos más preparados
Ö ¡Cobertura en interiores!
• Permite más clientes/tráfico por estación que los
enlaces por microondas
ƒ Ejemplo: enlace típico BTS-MSC: 2Mbps (Minilink)
La idea es centralizar la inteligencia
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Sistemas de radio sobre fibra
38
Cobertura en interiores
• Centralización de las múltiples antenas necesarias
en túneles, metro, centros comerciales, edificios…
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Sistemas de radio sobre fibra
Centralización de estaciones base
• La transmisión óptica permite distancias de
decenas de Km
Unidad de
antena remota
(RAU)
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Sistemas de radio sobre fibra
39
Transmisión transparente
La RAU es
más simple
El ancho de banda muy elevado
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Sistemas de radio sobre fibra
Transmisión en frec. intermedia
La RAU es
más compleja
El ancho de banda menor: ¡F.O. multimodo!
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Sistemas de radio sobre fibra
40
Consideraciones de diseño
• Son sistemas de subportadora eléctrica
(SCM sub-carrier multiplexing)
ƒ Es crítica la linealidad de todos los equipos:
• Especialmente la curva P-I de la fuente de luz Ö
importancia del índice de modulación m
• Frecuencias altas + distancias cortas:
¡limita la dispersión!
• La dispersión causa:
ƒ Limitación en el ancho de banda
ƒ Cancelación periódica de la modulación
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Sistemas de radio sobre fibra
Efecto de la dispersión en RoF
• Una solución:
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Sistemas de radio sobre fibra
41
Ejemplo de sistema RoF
• Brite-cell
ƒ Transmisión transparente 0..2,1GHz (p.e. UMTS)
ƒ SMF, láser DFB en 2ª ventana, L<1,5Km, hasta 48 antenas
ƒ Se uso en los juegos
olímpicos de Sidney:
500.000 personas
en 1,5Km2
(500 antenas)
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Sistemas de radio sobre fibra
Índice
1. Sistemas WDM
2. Redes troncales basadas en JDS/SDH
3. Redes LAN ópticas
4. Distribución de TV por cable (HFC)
5. Sistemas de radio sobre fibra
6. Sistemas no-guiados
7. Sistemas FFTH
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Índice
42
Sistemas no guiados
• El canal de transmisión es la atmósfera o el vacío
• Sistemas de corta distancia (interiores)
a
­
­
• Larga distancia
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Sistemas no guiados
Consideraciones de diseño
• Atmósfera:
ƒ Atenuación variable con el tiempo atmosférico
• Modelos para estimar las pérdidas del canal
• Necesidad de un diseño estadístico (tiempo de servicio)
ƒ Pérdidas por desalineamientos Tx-Rx
ƒ Es un canal no dispersivo
ƒ No hay efectos no-lineales con niveles de potencia típicos
• Añadir al ruido la radiación de fondo solar
• Ojo con los aspectos de seguridad para las
personas: PTX-máxima
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Sistemas no guiados
43
Ejemplos de S.C.O. no guiados
• Corta distancia:
ƒ Estándar Irda® (1993) 9k6..4Mbps, 2m
ƒ 802.11-IR (1997) 2Mbps, 25m
• Larga distancia atmosférico:
WaveStar® OpticAir® de Lucent
ƒ Hasta 5 Km. Rb=2,5 Gbps
(10 Gbps con 4 canales WDM)
ƒ
λ = 1550 nm , tracking automático,
cuatro haces simultáneos
ƒ Tx: láser DFB + amplificador óptico: 1W
• Entre satélites: Proyecto europeo SILEX (2001)
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Sistemas no guiados
Índice
1. Sistemas WDM
2. Redes troncales basadas en JDS/SDH
3. Redes LAN ópticas
4. Distribución de TV por cable (HFC)
5. Sistemas de radio sobre fibra
6. Sistemas no-guiados
7. Sistemas FFTH
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Índice
44
Fiber-To-The-X
10 Sistemas de C.O.
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Fiber-To-The-Home
• “Bucle de abonado” basado en fibra óptica
• Solución a largo plazo al “first mile issue”
X ¡NO!
PON: Passive
Optical Network
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Sistemas FTTH
45
Arquitectura de una PON
• Ventajas:
ƒ Menos fibras y TX/RX ( $ )
ƒ Todos los equipos activos
en interiores
ƒ Actualización sin cambiar
elementos intermedios de red
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Sistemas FTTH
Estándares para FTTH
• Se busca:
ƒ Nuevos servicios y ventajas para el usuario (para
justificar sus costes)
ƒ Facilidad de gestión para el operador
ƒ Compatible/interoperable con lo ya existente
• Estándares en liza:
ƒ ATM sobre PON (APON): ITU-T G.983
ƒ Ethernet sobre PON (EPON): en desarrollo por IEEE
ƒ GPF sobre PON (GPON): ITU-T G.984 (en desarrollo)
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Sistemas FTTH
46
Estándar G.983 (ATM sobre PON)
• Definiciones
ƒ OLT (Optical Line Terminal): equipos E/O en la
central
ƒ ONU/ONT (Optical Network Unit): equipos E/O de
usuario
ƒ ODN (Optical Distribution Network): red pasiva de
fibra óptica
ƒ Downstream: tráfico hacia el usuario
ƒ Upstream: tráfico hacia la central
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Sistemas FTTH
Estándar G.983 (ATM sobre PON)
• Capacidad
ƒ 64 usuarios
ƒ Downstream de 155 o 622MBps
ƒ Upstream de 155Mbps
• Tecnología
ƒ Fibra estándar SMF G.652
ƒ OLT: Láser FP/DFB 1550nm
ƒ ONT: Láser FP 1310nm
¡WDM!
ƒ Codificación NRZ con scrambling
ƒ BER < 10-10
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Sistemas FTTH
47
Compartición del medio: TDMA
Downstream
/ Seguridad
Upstream
/ Sincronización
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Sistemas FTTH
Consideraciones de diseño
• Todo está especificado para que funcione
correctamente
• Pérdidas de la fibra: 10..30dB Ö distancia
• Transmisor:
ƒ Potencia inyectada en fibra: -4..+4dBm
ƒ Relación de extinción < -10dB
ƒ Anchura espectral eficaz < 1,4nm
ƒ SMSR > 30dB (láser DFB)
• Potencia en el receptor: -33 .. -8 dBm
10 Sistemas de C.O.
C.O. Â Sistemas FTTH
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