Capacidade de transmitir informação Fibra Óptica Capacidade de transmitir informação

Capacidade de transmitir informação Capacidade  taxa máxima de transmissão fiável C = B log2 (1 + S/N) [Lei de Shannon] B – largura de banda do canal BT - ritmo de transmissão máximo BT ~ 2 B Para transmitir ao ritmo BT ~ é necessário um canal com uma largura de banda B = BT /2 (código NRZ) ou B = BT (código RZ).

Transmissão do sinal na Fibra Óptica Atenuação Dispersão

Distorsão do sinal - aumenta com B e L B – ritmo de transmissão L – espaçamento entre repetidores Capacidade de um sistema de comunicação Mede-se produto BL 1970 – 100 Mb/s – km 2000- > 10 12 Mb/s – km

Mecanismos de dispersão da fibra óptica O PCM (Pulse Code Modulation) é um dos métodos usados em sistemas de comunicação com fibras ópticas para modular a luz portadora. A diferença (dispersão) dos tempos de grupo das várias componentes espectrais contidas no impulso, dá origem à sua distorção. Dispersão intermodal Ocorre em fibras a operar em regime multimodal. Os modos apresentam vg diferentes (excepto quando são degenerados). b) Dispersão material O índice de refracção da fibra, n1, varia com ω. Dispersão estrutural Dispersão do guia de ondas (estrutura dieléctrica que guia as ondas). As dispersões b) e c) estão presentes quer em fibras em regime unimodal quer em regime multimodal e são ambas proporcionais à largura de banda do impulso transmitido.

Dispersão na fibra óptica V

Regime multimodal (descrição da óptica geométrica) Dispersão intermodal n2 n1 ∟' Өi Øt Øi ∟ Raios meridionais Velocidade máxima: modo cujos raios são praticamente axiais. Velocidade mínima: modo cujos raios incidem na interface núcleo/baínha segundo Raio axial b) Raio meridional extremo

Ritmo de transmissão máximo: A dispersão intermodal conduz ao espraiamento dos impulsos transmitidos o que se traduz na diminuição do ritmo de transmissão Impulso de duração 2 Δtc → Ritmo de transmissão máximo: Soluções para reduzir/eliminar dispersão intermodal: a) Fibras de núcleo não homogéneo b) Fibras monomodo

Fibra multimodal ρ n (ρ) Perfil gradual Perfil parabólico Fibra monomodal Tempo de transmissão do sinal: Para reduzir/eliminar a dispersão intermodal: - utilizam-se fibras ópticas unimodais - utilizam-se fibras ópticas multimodais com índice de refracção variável n1 (ρ). A velocidade de propagação aumenta com ρ porque n1 diminue com ρ, o que compensa os percursos maiores a percorrer pelos raios associados aos modos de ordem superior.

Alargamento do impulso Dispersão traduzida na eq. característica: D (ω, kz) = 0 Atraso de grupo por unidade de comprimento: Indice de grupo Δ λ << λ0 λ0 λ

Dispersão material Largura espectral Coeficiente de dispersão Alargamento do impulso O coeficiente de dispersão M caracteriza o alargamento do impulso devido às variações do índice de refração do núcleo (sílica) com o comprimento de onda (ω).

Dispersão estrutural É intrínseca a todos os sistemas de propagação guiada. Traduz a dependência de λ das constantes de propagação no núcleo e na baínha. A dispersão estrutural só é relevante em fibras monomodo para regiões de λ em que o coeficiente de dispersão material se aproxima de zero (ex: λ ═ 1300 nm)

Dispersão numa FO Variação dos parâmetros modais com a frequência (normalizada)

Distribuição de potência na fibra óptica A potência transportada pela está distribuida no núcleo e na baínha Factor de confinamento de potência 

Atenuação

Atenuação 1ª geração  ~0.8 m 2ª geração  ~ 1.3 m 3ª geração  ~ 1.55 m 4ª geração aumento B multiplexagem; amplificação óptica 1500 km 2Gb/s 5ª geração propagação de solitões 12 000 km 2.4 Gb/s (experimental)

Espaçamento L entre repetidores Influência da atenuação Atenuação ═> Amplificação b) Distorção dispersiva ═> Regeneração (da forma do sinal) Atenuação Prec = Fs n h f BT n – nº de fotões que o receptor precisa para detectar 1 bit hf – energia de um fotão (h-cte Planck, 6.626 ×10-34 Js) Bt – ritmo de transmissão Fs – factor de segurança (Fs > 1) B0 – ritmo de transmissão de referência (bits/s) L Pin

L0 – espaçamento associado ao ritmo de referência B0. BT Variação lenta B0

Espaçamento entre repetidores: atenuação e distorção A conjugação dos efeitos devidos à atenuação e á distorção conduz aos seguintes resultados: - a atenuação é o factor limitativo para os ritmos de transmissão baixos. - a distorção é o factor limitativo para os ritmos de transmissão altos. L (log) B (log) atenuação distorção

Progressos nas FO