V. Práctica 5: Caracterización de un Sistema de Transmisión Digital y sus componentes pasivos

Transcripción

1 V. Práctica 5: Caracterización de un Sistema de Transmisión Digital y sus componentes pasivos En esta práctica se empleará el método del diagrama de ojo para analizar las características de portadoras ópticas moduladas digitalmente. Analizando la forma de onda de la señal óptica recibida, se observará la degradación de la calidad de transmisión de una señal digital a causa de la atenuación y la dispersión introducida por el sistema óptico. Caja de emisores Caja de detectores Caja de generadores MATERIAL NECESARIO 2 adaptadores roscados FC-FC Carrete FO multimodo de 4,5 km 5 cables BNC-BNC Osciloscopio Medidor de potencia óptica 2 WDM 1 acoplador plano 2x2 Sistema XYZ de acoplo entre fibras conectorizadas 2 Adaptadores BNC-50 2 Conectores BNC en T 1 Latiguillo MM FC Se compararán las cualidades de transmisión de un enlace a dos longitudes de onda. Para ello se hará un montaje en WDM, cuyos componentes pasivos se habrán caracterizado previamente. La visualización de señales a ambas longitudes de onda se hará de forma simultánea para que la comparación resulte sencilla. Se comprobarán algunas de las opciones de estructuras de un enlace que ofrecen los dos componentes pasivos que se caracterizan: el acoplador plano 2x2 y el WDM. Nota: A lo largo de la práctica se solicitarán valores de amplitudes de diagrama de ojo, que se deben haber calculado con anterioridad a la realización de la práctica.

2 Laboratorio de Comunicaciones Ópticas Dpto. Tecnología Fotónica CARACTERIZACIÓN DE COMPONENTES PASIVOS V.1. CARACTERIZACIÓN DE UN ACOPLADOR PLANO 2X2 Comprobar el comportamiento de un acoplador plano. Método de medida: Directo, monitorizando la potencia de salida en las ramas del acoplador a dos distintas. Procedimiento experimental: Montaje de los Apartados V.1 (izquierda) y V.2 (derecha). En ambos casos se emplea también el módulo 1300 nm No apague las fuentes en el transcurso de toda la práctica. Realice la secuencia de pasos que se describe a continuación para los dos casos siguientes: 1. Emisor LED a 820 nm 2. Emisor LED a 1300 nm V.1.A. Seleccione la posición AN. en el conmutador AN./DIG. de la caja de emisores. Ajuste el potenciómetro de potencia a una posición intermedia, y manténgalo constante durante toda la medida. Mida el valor de potencia óptica de la fuente, en dbm, Si la potencia emitida por el LED no es estable, espere hasta que se estabilice. V-2

3 Práctica 5: Caracterización de Sistemas y Dispositivos V.1.B. Desconecte el latiguillo y conecte la puerta 1 del acoplador a la salida del LED, según el montaje de la parte izquierda de la figura. V.1.C. Anote la potencia transmitida por el acoplador a las puertas 2, 3 y 4. V.1.D. Repita las medidas, empleando la puerta 2 como entrada, y las puertas 1, 3 y 4 como salidas. Nota: si en algún caso la medida en dbm fuese inviable (Medidor marcando ), y el montaje es correcto, utilice el valor -60 dbm, límite de la sensibilidad del medidor. V.1.E. Una vez realizadas las medidas a ambas longitudes de onda, anote las puertas que actúan como entrada y salidas, y compruebe como se distribuye la potencia de entrada a una y otra. Calcule las pérdidas de inserción, la directividad y la relación de acoplo del dispositivo. V.2. CARACTERIZACIÓN DE UN WDM Determinar la respuesta espectral de un multiplexor/demultiplexor en longitud de onda Método de medida: Directo, midiendo la potencia de salida para una entrada dada, con todas las posibles combinaciones de entradas y salidas, a dos longitudes de onda distintas. Procedimiento experimental Realice el montaje experimental de la parte derecha de la figura. Siga la secuencia de pasos que se describe a continuación para los dos casos siguientes: 1. Emisor LED a 820 nm 2. Emisor LED a 1300 nm (Si no ha variado la potencia, utilice los valores de referencia medidos en V.1.A. En caso contrario repita la medida) V.2.A. Conecte la puerta 1 del WDM a la salida del LED V.2.B. Mida la potencia transmitida por el WDM a las puertas 2 y 3. V.2 C. Repita las medidas utilizando la puerta 2 como entrada y las 1 y 3 como salidas. V.2 D. Repita las medidas utilizando la puerta 3 como entrada y las 1 y 2 como salidas. V.2.E. A partir de los resultados, identifique la puerta común ( nm), así como las puertas de 820 y 1300 nm. Calcule las pérdidas de inserción y el aislamiento. V-3

4 Laboratorio de Comunicaciones Ópticas Dpto. Tecnología Fotónica CARACTERIZACIÓN DE SISTEMAS Cálculos Previos: Cálcule el mínimo valor de amplitud del diagrama de ojo, a 850 nm y 1300 nm, para una tasa de error de bit BER=10-9. Para el cálculo de la tensión de ruido emplee los valores típicos del fabricante, suponiendo que la densidad espectral de ruido es constante y que el receptor no está filtrado. Montaje básico: En la figura se muestra el montaje básico que se utilizará en todos los apartados. En cada apartado se modificará el dispositivo instalado entre los puntos A y B, y se observarán los diagramas de ojo correspondientes a ambas Montaje genérico. Los distintos apartados modifican el dispositivo instalado entre los puntos A y B longitudes de onda de forma simultánea. Tenga en cuenta las siguientes consideraciones: En cada medida de diagrama de ojo deberá anotar la tasa binaria, la frecuencia de sincronismo, la escala horizontal, la escala vertical en cada canal y la apertura en amplitud y tiempo para cada longitud de onda. El osciloscopio tiene menor ancho de banda en las escalas de 1 y 2 mv/div. Por tanto, la mala respuesta en tiempo que se produce al utilizar estas escalas no debe considerarse degradación de la señal. V-4

5 Práctica 5: Caracterización de Sistemas y Dispositivos Diagramas de ojo correspondientes a dos longitudes de onda. Se muestra la posición correcta de los cursores para realizar la medida de la apertura del diagrama en tiempo (arriba) y amplitud (abajo). En el ejemplo se ha escogido el canal 1. V-5

6 Laboratorio de Comunicaciones Ópticas Dpto. Tecnología Fotónica V.3. ENLACE MULTIMODO CORTO: Caracterizar el diagrama de ojo en un enlace con pocos metros de fibra óptica a dos longitudes de onda y diferentes tasas binarias. Método de medida: Se visualizará en el osciloscopio el diagrama de ojo para una portadora óptica en primera ventana y otra en segunda ventana. Las portadoras estarán moduladas digitalmente con dos generadores de señal digital variables en frecuencia. Como señal de sincronismo se utilizará un reloj del propio generador. Procedimiento experimental V.3.A. Realice el montaje de la figura, conectando los puntos A y B con un latiguillo. Asegúrese de que el multiplexor y el demultiplexor están conectados correctamente de acuerdo con la caracterización del WDM que realizó en el apartado anterior. V.3.B. Prepare las condiciones de medida Seleccione la posición DIG. en el conmutador AN./DIG. de los LED y la posición Comparadores OFF (Digital-Out OFF) en la caja de detectores. Con el osciloscopio en sincronismo externo, ajuste los niveles de los canales 1 y 2 para que ocupen algo menos de media pantalla cada uno. Sitúe una traza en la mitad superior y otra en la mitad inferior de la pantalla. V.3.C. Seleccione una tasa binaria de 40 Mbps (posición 10) Ajuste la frecuencia del reloj del generador 3 para obtener los diagramas de ojo a 820 y 1300 nm simultáneamente. Anote la frecuencia de reloj con la que consigue visualizar los diagramas correctamente (hay más de una posible). Mida la apertura del diagrama de ojo para cada caso, tanto en tiempo (horizontal), como en amplitud (vertical). Repita los puntos anteriores empleando una tasa de 20 Mbps (posición 9) V-6

7 Práctica 5: Caracterización de Sistemas y Dispositivos V.4. ENLACE MULTIMODO DE 4,5 KM Caracterizar el diagrama de ojo en un enlace de varios kilómetros de fibra óptica a diferentes longitudes de onda. Determinar la velocidad de transmisión máxima del sistema limitada por dispersión. Método de medida: El mismo que en los apartados anteriores. Procedimiento experimental: V.4.A. Sustituya el latiguillo de fibra del apartado anterior por un carrete de 4,5 km multimodo. Con este carrete, determine las máximas tasas binarias que soporta el sistema a 820 nm y 1300 nm. Anote cuál es la longitud de onda, 820 ó 1300 nm, que limitaría el régimen binario del canal en estas condiciones. V.4.B. Ajuste la tasa binaria a la velocidad límite determinada en el apartado anterior. Mida las aperturas de los diagramas de ojo en ambas longitudes de onda. V.5. ENLACE CON PÉRDIDAS DE POTENCIA Caracterizar el diagrama de ojo de un enlace de fibra óptica con pérdidas de potencia a diferentes longitudes de onda y velocidades de transmisión de datos. Estudiar la degradación de la señal óptica por atenuación con salidas analógicas y digitales. Método de medida: Parcialmente se utilizará el mismo método que en apartados anteriores, haciendo uso de la entrada de modulación digital en el emisor, y la salida analógica en el receptor. En este último apartado se empleará además la salida digital de los receptores y se comprobará que el diagrama de ojo obtenido para cada caso es distinto. Qué es el microposicionador XYZ? Es un dispositivo mecánico que proporciona un desalineamiento controlado entre dos fibras. Se utiliza como atenuador variable, con el fin de simular el efecto de la atenuación en un sistema sin necesidad de utilizar gran longitud de fibra. Consta de tres microposicionadores en las tres direcciones del espacio (suele denominarse eje Z al de propagación de la luz en fibra), que permiten variar la distancia entre dos conectores FC. Cada vuelta completa del tornillo micrométrico corresponde a 0.5 mm. V-7

8 Laboratorio de Comunicaciones Ópticas Dpto. Tecnología Fotónica Procedimiento experimental: V.5.A. Extraiga el carrete del montaje anterior, y coloque el microposicionador XYZ entre los puntos A y B, conectando los latiguillos del XYZ a los WDM. Localice aproximadamente la posición de acoplo máximo midiendo la salida del microposicionador XYZ con el medidor de potencia y manipulando los microposicionadores si es necesario. Conseguida la posición de acoplo máximo, lleve la señal a los receptores y visualice el diagrama de ojo, para ambas longitudes de onda y a la máxima velocidad de transmisión de datos. V.5.B. Manipulando únicamente el eje Z del microposicionador, aumente las pérdidas del acoplador hasta que se degrade la transmisión de cada uno de los canales hasta el valor teórico calculado previamente. Recuerde que el osciloscopio tiene menor ancho de banda en las escalas de 1 y 2 mv/div. Por tanto, la mala respuesta en tiempo que se produce al utilizar estas escalas no debe considerarse degradación de la señal. V.5.C. Para cada longitud de onda, mida la potencia media que recibe el detector en las condiciones del aparatado anterior. Este valor es una estimación de la sensibilidad (véase introducción teórica) del receptor en esas condiciones de trabajo. Determine las pérdidas introducidas por el microposicionador XYZ y la longitud de tendido que introduce las mismas pérdidas a cada longitud de onda. V.5.D. A partir de los valores de amplitud calculados, de la sensibilidad medida y de la responsividad medida en prácticas anteriores calcule la relación de extinción del emisor. V.5.E. Aumente la potencia recibida manipulando los microposicionares y observe ahora los diagramas de ojo empleando las salidas digitales de los receptores. Para ello seleccione la posición Comparadores ON (Digital-Out ON) en la caja de detectores. Compare la amplitud de señal con la obtenida en las salidas analógicas y observe las diferencias en la forma de degradación del diagrama de ojo con respecto a la observada anteriormente. Analice las causas de la diferencia de comportamiento. V-8

9 Práctica 5: Caracterización de Sistemas y Dispositivos V.6. COMPONENTES PASIVOS EN UN ENLACE V.6.A. Los enlaces, en cada uno de los tres montajes anteriores (V.3, V.4 o V.5), son un ejemplo de un Sistema de Comunicaciones Simplex. Con el mismo material se pueden establecer enlaces Full-Duplex (en lo referente al medio de transmisión). Modifique las conexiones necesarias para obtenerlo en el caso V.4. Anote los resultados obtenidos en cuanto a limitaciones del enlace y observe si hay diferencias con el caso simplex. V.6.B. Suponga que sólo dispone de un WDM y de un acoplador plano 2x2, como dispositivos pasivos. Realice de nuevo el montaje del apartado V.5, utilizando las salidas analógicas y sustituyendo uno de los WDM por un acoplador plano. Mantenga el WDM en la posición que considere más adecuada (como multiplexor o como demultiplexor). Mida de nuevo las pérdidas máximas que puede introducir el microposicionador XYZ y compare la longitud de fibra equivalente con la obtenida en V.5. POR FAVOR, AL ACABAR LA PRÁCTICA RECOJAN TODO Y DÉJENLO COMO ESTABA AL PRINCIPIO. SUS COMPAÑEROS SE LO AGRADECERÁN. V-9