Pràctica 2 (2016)

Pràctica Español
Universidad Universidad Politécnica de Cataluña (UPC)
Grado Ingeniería de Sistemas de Telecomunicación - 3º curso
Asignatura Comunicacions Òptiques (CO)
Año del apunte 2016
Páginas 14
Fecha de subida 18/05/2016
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Comunicaciones Ópticas (3A) Prácticas de laboratorio Sistemas ópticos Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions Escola d'Enginyeria de Telecomunicació i Aeroespacial de Castelldefels (EETAC) Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) Anna Castán Barón Práctica 2 – Sistemas ópticos Presentación La Practica 2 consta de varios ejercicios. El objetivo es evaluar el impacto de parámetros de transmisión en la calidad de la señal transmitida.
Fecha límite de entrega: 19 de abril/21 de abril de 2016.
Se debe entregar la práctica antes de la fecha y hora prevista a través de la correspondiente entrada en ATENEA.
El nombre del documento deberá ser el siguiente: <nombre_estudiante>_Practica2.<extensión> Los formatos permitidos son .doc y .pdf.
2 Práctica 2 – Sistemas ópticos Introducción El objetivo de esta práctica es analizar el espectro óptico de emisión de una fuente óptica de tipo LASER y además evaluar el efecto de la propagación en fibra de las señales ópticas.
Se considere el siguiente esquema del modelo de simulación (Figura 1), obtenido mediante la herramienta de simulación Virtual Photonics Inc. (VPI).
Figura 1: Modelo de simulación para una cavidad óptica resonante En el esquema anterior: •! El módulo PRBS (Pseudo Random Bit Sequence) se utiliza para generar la secuencia aleatoria de bits transmitidos.
•! El módulo NRZ implementa la codificación utilizada.
•! El módulo RiseTime reproduce el tiempo de respuesta del transmisor laser (Figura 2).
Figura 2: Simulación del tiempo de respuesta •! El módulo SM Rate Eq simula el comportamiento del laser a partir de las ecuaciones de ritmo.
Cuando el valor de ganancia del material semiconductor compensa las pérdidas de la cavidad (por absorción) y las pérdidas de las caras reflectantes, el láser empieza a emitir por emisión estimulada (efecto lasing).
3 Práctica 2 – Sistemas ópticos Ejercicios Ejercicio 1 Abrir los ficheros Practica2_ejercicio1.dds y Practica2_ejercicio1_1.dds; se considere el espectro óptico de emisión del laser. Medir en ambos casos, el número de modos de oscilación, las longitudes de onda emitidas y la separación entre modos consecutivos.
Para el fichero: " Practica2_ejercicio1.dds " podemos apreciar las siguientes imágenes que nos muestran la simulación de dicho fichero.
Para saber el número de modos de oscilación que dicha simulación nos presenta debemos observar a partir de los -30dBm de potencia óptica cuantos picos hay. En la imagen tenemos marcado que solo hay 1 modo, así mismo podemos afirmar que no habrá separación entre modos consecutivos por el simple hecho que solo hay un modo. Para saber la longitud de onda: !p nos fijamos en el cursor vertical donde tenemos marcado que dicha longitud de onda se encuentra en 193.1THz. Para poner bien las unidades sabemos: !" = $ 3 · 10^8 = % 193.1./0 !p2 = 1553.5945 4 Práctica 2 – Sistemas ópticos Para el fichero: "Practica2_ejercicio1_1.dds" podemos apreciar las siguientes imágenes que nos muestran la simulación de dicho fichero.
Como en la simulación anterior debemos apreciar a partir de la potencia óptica de -30dBm, cuantos números de modos hay. En esta simulación vemos con la segunda imagen que hemos hecho un 'zoom' que hay 3 modos de oscilación. Podemos apreciar con los markers que la separación entre modos esta descrito como !p − !22, o2bien2!1 − !p2.2 !" = $ 3 · 10^8 = = 1553.5945 %" 193.1./0 !2 = !1 = $ 3 · 10^8 = = 1553.6245 %1 193.097./0 $ 3 · 10^8 = = 1553.58345 %2 193.102./0 5 Práctica 2 – Sistemas ópticos Asi que la separación entre modos: !p − !22 = 21553.59nm2 − 21553.583nm2 = 0.0745 , o2bien2!1 − !p22 = 21553.62nm2 − 21553.59nm = 0.03nm Ejercicio 2 Abrir ahora el fichero Practica2_ejercicio2.dds y lanzar la simulación. Se considere la salida del laser (laser output). Se observen en primer lugar las fluctuaciones causadas por el ruido y por el fenómeno del ringing.
Estimar la tasa de transmisión (RB) del sistema.
Para calcular la tasa de transmisión Rb del sistema sabemos que su definición nos dice que es la inversa del tiempo de bit. Para ello podemos calcular dicha tasa de transmisión de dos formas distintas.
1. Marcamos con los markers el tiempo de 1 bit transmitido (dicho Tb es de 1.125ns), y hacemos la inversa: .B = 624C2 − 263.1254C = 1.1254C AB = 6 1 1 = = 888.89DB"C .B 1.1254C Práctica 2 – Sistemas ópticos 2. Sabemos que para una transmisión total de 127.98ns/1.125ns que es el tiempo que tarda en transmitirse un solo bit, nos da el numero de bits transmitidos -> 113.76 = 114bits.
AB = 114BFGC = 890.625DB"C 1284C 7 Práctica 2 – Sistemas ópticos Ejercicio 3 Se considere ahora un sistema completo (Figura 3).
Figura 3: Sistema de transmisión completo Una de las herramientas para visualizar las prestaciones de un sistema de transmisión es el diagrama de ojo (Eye Diagram); un ejemplo se representa en la figura 4.
Figura 4: Diagrama de ojo del sistema óptico completo Abrir ahora el fichero Practica2_ejercicio3.dds y lanzar la simulación. Se valore la calidad de la transmisión mediante el diagrama de ojo, al variar la longitud del tramo de fibra óptica (parámetro lenght) y el coeficiente de dispersión de la fibra (DM). Se explique las razones del comportamiento que se observa.
Para explicar las razones del comportamiento cuando variamos estos dos parámetros, primero vamos a dejar fijo la longitud de la fibra variando la dispersión y a continuación dejaremos fijo la dispersión y variaremos la longitud.
Empezamos fijando la longitud a 10km, a continuación 48km, 100km, 152.5km y finalmente 200km.
Definiré un comportamiento bueno cuando el ojo del diagrama este abierto y podamos apreciar cuando se transmite un bit u otro. Cuando el ojo no se pueda apreciar bien abierto definiremos el comportamiento como malo ya que al transmitir un bit intervendrá las fluctuaciones.
8 Práctica 2 – Sistemas ópticos H = 10I5 Comportamiento "C I5 · 45 √ J5 = 122 "C I5 · 45 √ J5 = 20 "C I5 · 45 √ J5 = 42 H = 48I5 J5 = 42 "C I5 · 45 J5 = 122 "C I5 · 45 J5 = 20 "C I5 · 45 Comportamiento √ √ √ 9 Práctica 2 – Sistemas ópticos H = 100I5 "C I5 · 45 √ J5 = 122 "C I5 · 45 √ J5 = 20 "C I5 · 45 J5 = 42 H = 152.5I5 J5 = 42 10 Comportamiento "C I5 · 45 J5 = 122 "C I5 · 45 J5 = 20 "C I5 · 45 √ Comportamiento Práctica 2 – Sistemas ópticos H = 200I5 J5 = 42 Comportamiento "C I5 · 45 J5 = 122 "C I5 · 45 J5 = 20 "C I5 · 45 A continuación podemos observar que fijamos la dispersión y vemos como varia el diagrama de ojo en función de la longitud que variamos. Definiré un comportamiento bueno cuando el ojo del diagrama este abierto y podamos apreciar cuando se transmite un bit u otro. Cuando el ojo no se pueda apreciar bien abierto definiremos el comportamiento como malo ya que al transmitir un bit intervendrá las fluctuaciones.
11 Práctica 2 – Sistemas ópticos J5 = 42 "C I5 · 45 Comportamiento √ H = 10I5 H = 105I5 √ H = 200I5 J5 = 12 "C I5 · 45 H = 10I5 H = 105I5 H = 200I5 12 Comportamiento √ √ Práctica 2 – Sistemas ópticos J5 = 20 "C I5 · 45 H = 10I5 H = 105I5 Comportamiento √ √ H = 200I5 Una vez hemos concluido este estudio realizado podemos afirmar primero de todo que cuando el ojo del diagrama no se ve ninguna línea su comportamiento es bueno, por lo contrario consideramos un comportamiento malo. Podemos ver y afirmar que encontramos varios lindares de longitud para una dispersión que genera un comportamiento de la transmisión no deseado. Eso se debe a la dispersión LM debida por la fibra. Por el caso de la dispersión de J5 = 4 NO·PO la longitud lindar es de 150km LM aproximadamente. Por el caso de la dispersión J5 = 12 NO·PO la longitud lindar estaría LM aproximadamente sobre los 150km, ídem para la dispersión J5 = 20 NO·PO . De esa forma podemos apreciar que para un mismo valor de coeficiente de dispersión la señal produce distorsión a medida que aumenta la longitud de la fibra. La dispersión INTRAMODAL afecta proporcionalmente a la longitud de la fibra, y se nota mucho más cuándo la longitud son tramos elevados, como en nuestro caso los 200km.
13 Práctica 2 – Sistemas ópticos Ejercicio 4 El objetivo de este ejercicio consiste en evaluar la relación entre la corriente de polarización (I) y la potencia óptica emitida (Popt). Deducir la corriente umbral del láser (Ith) y explicar la curva Popt-I.
Determinar la relación ΔPopt/ΔI.
Figura 5: Relación P-I Para evaluar la relación entre la corriente de polaización y la potencia óptica emitida apreciamos la grafica relación P-I. Para ello observamos que dicha grafica nos muestra dos pendientes distintas, una que va hasta los 20mA y otra que va de los 20mA hasta los 60mA. Se define la corriente de Theshold la corriente que va hacia los 20mA y dicha corriente nos indica el rango de corrientes por las cuales el laser se comporta como un LED. A partir de los 20mA hacia adelante el láser se comporta propiamente como un láser. Las corrientes menores que las de Theshold sirven para compensar las perdidas de la cavidad del laser. Si analizamos la grafica como la variación de potencia optica emitida, una por el LED y otra como láser, dividido por la variación de corriente, veriamos que para LED es aproximadamente 0 y que para LASER aumenta proporcionalmente con la potencia.
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