redes opticas
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REDES OPTICAS
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Evolução dos sistemas de comunicação
• A frequência é uma das maneiras de se distinguir os diferentes sistemas de comunicação
• A capacidade de um sistema de comunicação pode ser medida através do produto taxa de
• transmissão vezes a distância do enlace BL, em que B é a taxa de bits e L é a distância entre Repetidores
• Primeira Geração de Sistemas Ópticos• Segunda Geração de Sistemas Ópticos
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Aumento do produto taxa de bits vezes distância entre 1850
e 2000.
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FIBRA OPTICA
• A fibra óptica permite a transmissão de sinais, com baixas perdas, sobre uma faixa de frequências que é muito maior do que a faixa disponível nos cabos de cobre ou qualquer outro meio de transmissão.• Estrutura:
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PERDAS
• PERDAS NO MATERIAL
•PERDAS POR ESPALHAMENTO
•PERDA NO GUIA DE ONDA E MICRO-CURVATURAS
•EFEITOS LINEARES
•DISPERSÃO CROMATICA
•DISPERSÃO POR MODO DE POLARIZAÇÃO
•EFEITOS NÃO-LINERARES
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Componentes de um sistemas de comunicação óptica
• TRANSMISSOR
•MODULADOR ÓPTICO
•RECEPTOR
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TRANSMISSOR
• O PAPEL DE UM TRANSMISSOR OPTICO É CONVERTER O SINAL DO DOMINIO ELETRICO PARA O OPTICO PARA QUE ELE POSSA SER INSERIDO NA FIBRA.
•ESTRUTURA
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TRANSMISSOR
• TIPOS DE FONTES OPTICAS: “LED” E “LASER SEMICONDUTOR”
•EMISSÃO DE LUZ PODE OCORRER POR DOIS PROCESSOS FUNDAMENTAIS: “EMISSÃO ESPONTÂNEA DE LUZ”(OS FOTONS DE LUZ SÃO EMITIDOS EM DIREÇÕES ALEATORIAS, SEM RELAÇÃO ENTRE SI) E “EMISSÃO ESTIMULADA”(AO CONTRARIO DA EMISSÃO ESPONTANEA, ELA OPERA SOB A CONDIÇÃO DE INVERSÃO DE POPULAÇÃO E É INICIADA COM UM FÓTON JÁ EXISTENTE.)
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Modulador Óptico•Um dos primeiros passos no projeto de comunicação óptica é decidir como o sinal elétrico será convertidos em uma sequencia de bits ópticos.•Normalmente a saída de uma fonte óptica é modulada aplicando-se o sinal elétrico ou diretamente na fonte óptica(modulação direta) ou a um modulador externo(modulação externa).
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Modulação DiretaA modulação direta de lasers(DML – directly modulated laser) é a maneira mais fácil de imprimir informação sobre uma portadora óptica.A informação é modulada sobre a corrente de controle do laser, resultando num formato de modulação em intensidade binária.
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Modulação Externa•A modulação externa é usada na transmissão de altas taxas de bits, devido a maior velocidade de chaveamento proporcionada por esse tipo de modulação. •Ela pode ser feita através de duas formas: utilizando moduladores de eletro-absorção e moduladores Mach-Zehnder.Os moduladores de eletro-absorção (EAMs), são estruturas de semicondutor pin cujo limiar de absorção poder ser modulado pela aplicação de uma tensão externa, dessa forma alterando o índice de refração do dispositivo •Os moduladores Mach-Zehnder, Mach-Zehnder modulator (MZM), são moduladores externos baseados no interferômetro Mach-Zehnder, que utiliza o princípio de interferências construtivas e destrutivas entre as fases dos sinais que se propagam por cada braço do modulador.
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RECEPTOR• A função dos receptores ópticos é recuperar os dados originalmente transmitidos por uma fonte luminosa através de um sistema de comunicação por fibra óptica. Seus componentes básicos são: fotodetector, pré-amplificador eletrônico e outros elementos eletrônicos para o processamento do sinal
•Tipos de receptores: receptores por detecção direta e receptores por detecção coerente(homodina e heterodina)
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RECEPTORES POR DETECÇÃO DIRETA
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RECEPTORES POR DETECÇÃO COERENTE
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RECEPTORES POR DETECÇÃO COERENTE• Homódino: para o qual a frequência local coincide com a frequência da portadora óptica portanto não há translação para uma frequência intermediária.• Heteródino: para o qual a frequência do oscilador local é diferente da frequência da portadora óptica, e a frequência intermediaria é da ordem da região de microondas.
•Porque detecção coerente em vez detecção direta?
•Uma das vantagens de se utilizar detecção coerente é que a sensibilidade do receptor pode ser melhorada teoricamente em torno de 20dB em comparação com os sistemas de detecção direta.•Outra grande vantagem é que essa técnica abre portas para o uso de diferentes tipos de modulação do sinal, além da modulação em amplitude.
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RECEPTORES POR DETECÇÃO COERENTE• Homódino: para o qual a frequência local coincide com a frequência da portadora óptica portanto não há translação para uma frequência intermediária.• Heteródino: para o qual a frequência do oscilador local é diferente da frequência da portadora óptica, e a frequência intermediaria é da ordem da região de microondas.
•Porque detecção coerente em vez detecção direta?
•Uma das vantagens de se utilizar detecção coerente é que a sensibilidade do receptor pode ser melhorada teoricamente em torno de 20dB em comparação com os sistemas de detecção direta.•Outra grande vantagem é que essa técnica abre portas para o uso de diferentes tipos de modulação do sinal, além da modulação em amplitude.
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MODULAÇÃO OPTICA
•O campo óptico( que pode ser tanto elétrico quanto magnético) de um sinal de luz pode ser descrito como:•E(T)=A(T)*cos[w(t)+Q(t)]•Há basicamente quatro características que podem ser exploradas para modular esse sinal: amplitude, fase e frequência além da polarização da luz, resultado respectivamente nos seguintes formatos ASK, PSK, FSK e Pol-SK. •Tipos de formatos mais utilizados: os de modulação de intensidade e de fase.
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•Dentro de cada grande grupo há subgrupos baseados nas características de modulação auxiliares, tais como: modulação com memória ou sem memória, modulação com chirp ou sem chirp
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MODULAÇÃO DE INTENSIDADE•A modulação em intensidade é aquela cuja potência do sinal é alterada de forma que representa o símbolo a ser enviado, no caso dos sistemas de comunicações digitais pode ser representado pela ausência ou presença de luz na fibra.•As modulações OOK é o tipo de modulação mais popular utilizado nas mais diversas aplicações. Isso se dá devido a sua simplicidade e baixos custos de implementação. Essa modulação possui a vantagem de permitir ao transmissor de ficar ocioso durante a transmissão de um bit “zero”, conservando assim energia. •Já como desvantagem a possibilidade de surgir um sinal indesejado, durante a transmissão, devido o nivelamento incorreto da potência transmitida ou perdas.•Tipos:NRZ, Return-to-Zero (Retorna a Zero) (RZ) 50% e RZ 33%.
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MODULAÇÃO EM FASE(DIFERENCIAL)
•A modulação em fase, como o próprio nome diz, utiliza o chaveamento na fase óptica para carregar a informação• Na modulação DPSK, a potência óptica aparece em cada slot de bit. A informação é codificada nos deslocamentos de fase, 0 ou , entre bits adjacentes.•Ela pode ser dividida em duas formas, de acordo com a Figura 2.1, em NRZ-DPSK e RZ-DPSK. Na NRZ-DPSK a potência óptica ocupa todo o slot do bit, já na RZ-DPSK apenas parte dele
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Componentes para simular a modulação NRZ-DPSK.
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Componentes para simular a modulação RZ-DPSK.