05 - Capitulo 1 - Introduccion

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Capítulo 1 
 
Introducción 
 
 
 
1.1.- Antecedentes 
 
Desde épocas remotas, el hombre ha utilizado la comunicación para transmitir 
información. El modo de llevar a cabo esta comunicación ha sufrido 
innumerables modificaciones a lo largo de la Historia, evolucionando desde las 
primitivas señales de fuego, que transmitían mensajes de gran simplicidad, 
hasta los modernos enlaces ópticos, que transportan miles de millones de bits 
cada segundo. 
 
La idea de utilizar fibra de vidrio para transmitir pulsos ópticos fue propuesta 
originalmente por Alexander Graham Bell a finales del siglo XIX; sin embargo, 
esta propuesta tuvo que esperar alrededor de 80 años para ser llevada a la 
práctica de forma eficaz, ya que fue entonces cuando tuvieron lugar dos hechos 
decisivos: 1) aparecieron las primeras fibras de vidrio con pérdidas 
relativamente bajas a la longitud de onda de la luz utilizada en la comunicación 
y 2) la electrónica bajó sus precios hasta niveles aceptables para fabricar 
transceptores y amplificadores comerciales [1]. 
 
A día de hoy, las comunicaciones ópticas han adquirido un papel fundamental 
en la transmisión de elevados volúmenes de datos a grandes distancias. Las 
comunicaciones ópticas están presentes, actualmente, en la mayor parte de los 
enlaces intercontinentales. Además, los gobiernos y las compañías de 
telecomunicaciones de la gran mayoría de los países desarrollados están 
impulsando la implantación de enlaces de fibra óptica para cubrir las 
Proyecto Fin de Carrera Capítulo 1. Introducción 
 
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comunicaciones nacionales, llegando incluso a instalarse este tipo de medio de 
transmisión en el bucle de abonado, sustituyendo al obsoleto par de cobre, que 
ha alcanzado el límite de su capacidad y no es capaz de soportar los modernos 
servicios que ofrecen los proveedores de telecomunicaciones. Esta tecnología 
que acerca la fibra óptica hasta el domicilio del abonado se conoce como Fiber 
To The Home (FTTH) [3]. 
 
Los tres hitos principales que han hecho posible la expansión de las 
comunicaciones sobre fibra óptica son los siguientes [1]: 
 
- La invención del diodo LASER, a final de la década de 1950. 
 
- El desarrollo de fibras de vidrio de bajo coste, en la década de 1970. 
 
Este hito fue posible gracias a las investigaciones de Charles K. Kao, 
quien, en 1966, realizó una profunda labor para determinar un modo 
eficaz de transmitir luz a grandes distancias sobre fibras ópticas. De 
acuerdo con sus conclusiones, con una fibra de vidrio de alta pureza, era 
posible transmitir señales de luz con bajas pérdidas a una distancia de 
100 Km, sobrepasando con exceso los 20 metros que se alcanzaban con 
las tecnologías comunes de fabricación de fibras de vidrio disponibles en 
la década de 1960. Los cálculos hechos por Charles K. Kao le supusieron 
la concesión del premio Nobel de Física en el año 2009 [4]. 
 
- La invención del amplificador basado en fibra dopada con erbio (Erbium 
Doped Fiber Amplifier, EDFA), en la década de 1980. 
 
Actualmente, la atención en el campo de las comunicaciones ópticas está 
centrada en las llamadas All Optical Networks. Éstas son redes en las que el 
rutado entre usuarios finales se llevará a cabo completamente en el dominio 
óptico, evitando conversiones al dominio eléctrico, lo que supone un 
considerable incremento en la capacidad de los enlaces de datos [2]. 
 
En realidad, ya existen redes ópticas en las que el rutado se efectúa en el 
dominio óptico, aunque estas redes aún distan de ser tan eficientes como 
aquellas en las que el rutado se realiza en el dominio electrónico. La causa 
principal de este hecho es la gran complejidad que encierra la fabricación de 
memorias ópticas, lo que hace extremadamente difícil la implementación de los 
búferes requeridos para llevar a cabo la tarea de rutado. 
 
Por otro lado, a medida que la complejidad de los servicios ofrecidos por los 
proveedores de telecomunicaciones crece y el número de usuarios aumenta, la 
cantidad de datos que cursan las redes incrementa, lo que hace necesaria la 
utilización de formatos de modulación apropiados, capaces de transportar 
grandes cantidades de tráfico con una tasa de error de bit despreciable. Este 
proyecto se centra en el estudio de dichos formatos de modulación, prestando 
especial atención a su comportamiento frente a fenómenos lineales y no-
lineales propios de los canales de comunicaciones ópticas. 
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1.2.- Fundamentos de un sistema de comunicaciones ópticas 
 
Los componentes básicos de un sistema de comunicaciones ópticas se 
muestran en la Fig. 1.1 [1]. 
 
Figura 1.1. Esquema general de un sistema de comunicaciones ópticas. 
 
A grandes rasgos, el funcionamiento del sistema mostrado en la Fig. 1.1 es el 
expuesto a continuación1 [1]: 
 
- El modulador adapta la señal recibida del codificador electrónico a las 
características del canal óptico. 
 
- La fuente de luz (LED o LASER) emite luz en función del esquema 
impuesto por el modulador y focaliza el haz producido en el interior de la 
fibra óptica, que hace las funciones de canal de comunicaciones. 
 
- La luz viaja en el interior de la fibra hasta alcanzar el receptor (se han 
obviado posibles amplificadores entre el transmisor y el receptor). 
Durante este viaje, los pulsos de luz que se propagan en el interior de la 
fibra pueden experimentar ensanchamiento, debido al fenómeno de 
dispersión cromática, y/o pérdida de potencia. 
 
- En el receptor, los pulsos de luz excitan un fotodetector, produciéndose 
pulsos de corriente eléctrica que son proporcionales a la amplitud de los 
pulsos ópticos recibidos. 
 
- La señal eléctrica producida por el fotodetector es amplificada. Tras la 
amplificación, un detector aísla los pulsos eléctricos, recuperando el reloj 
con el que se transmitió la señal original. 
 
Una vez recuperado este reloj, es posible decodificar la secuencia de bits 
recibida y, por tanto, recuperar la información que se transmitió. 
 
1 Esta descripción está muy simplificada. Se pueden aplicar diversos formatos de modulación, lo que 
modificaría ciertos detalles del sistema mostrado en la Fig. 1.1, aunque el concepto general permanece 
inalterado. 
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Como se adelantó al final del apartado anterior, actualmente, los sistemas 
ópticos no se utilizan únicamente como sistemas punto a punto, sino que 
también son utilizados para distribuir señales entre diferentes usuarios a través 
de métodos de rutado más o menos complejos. En este sentido, los sistemas 
basados en multiplexión por división en longitud de onda (Wavelength Division 
Multiplexing, WDM) han alcanzado gran relevancia, ya que permiten compartir 
el soporte de comunicación, incluyendo los amplificadores ópticos (Optical 
Amplifiers, OAMP), entre diversos canales, cada uno de ellos asociado a una 
longitud de onda diferente. Mediante la introducción de multiplexores ópticos 
de agregado y extracción de canales (Optical Add and Drop Multiplexers, 
OADM), es posible aumentar la complejidad del rutado de señales. 
 
La Fig. 1.2 muestra un sistema óptico WDM capaz de realizar tareas de rutado 
a través de OADMs. 
 
 
Figura 1.2. Esquema general de un sistema WDM. 
 
Los componentes básicos de un sistema WDM son los mismos que los 
presentes en un enlace óptico común, tales como fuentes, moduladores, 
amplificadores, acopladores, filtros y detectores, más aquellos elementos 
propios del sistema WDM, como multiplexores y dispositivos de 
agregado/extracción de canales, entre otros. 
 
 
1.3.- Ventajas y limitaciones de un sistema de comunicaciones 
ópticas 
 
En la actualidad, es comúnmente aceptado que los sistemas ópticos de 
comunicación ofrecen innumerables ventajas sobre los sistemas eléctricos, 
haciendo de los primeros la opción preferida en aquellos escenarios en los que 
se requiere un canal con unelevado ancho de banda y una probabilidad de 
error de bit despreciable. 
 
Algunos de los motivos que hacen de los sistemas de comunicaciones ópticas la 
opción deseable en los casos citados son los siguientes [1]: 
 
 
 
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- Coste del material 
 
Para una capacidad de transmisión dada, el coste de la fibra de vidrio 
es significativamente menor que el de el par de cobre. 
 
- Capacidad de datos 
 
Tomando como referencia una conversación telefónica, el cable 
coaxial más eficiente soporta unos 2.000 canales de voz, lo que, 
asignando una capacidad de 64 Kb/s a cada canal, supone una 
capacidad total de 128 Mb/s. Esta capacidad es casi mil veces inferior 
a la capacidad que un único canal de un sistema WDM puede 
soportar con las tecnologías actuales. 
 
Utilizando una única longitud de onda por fibra, se han probado 
experimentalmente sistemas operando a 100 Gb/s [5] [6]. En el caso 
de que se multiplexen varios canales en una misma fibra óptica, es 
posible aumentar esta capacidad unas diez veces, aproximadamente, 
proporcionando capacidades de transmisión que, sobre cualquier otro 
medio, son completamente impensables. Estas asombrosas 
capacidades de transmisión, junto con las bajas pérdidas que este 
medio de transmisión ofrece en la actualidad, convierten a la fibra 
óptica en el medio más utilizado en la actualidad para enlaces de 
largo alcance y alta fiabilidad. 
 
- Inexistencia de interferencia electromagnética 
 
Debido a la ausencia de conexiones eléctricas, no es posible ni captar 
ni crear interferencias electromagnéticas, que, en sistemas de otra 
naturaleza, representan una de las fuentes principales de ruido. Esta 
es una de las razones por las que el porcentaje de errores en los 
sistemas ópticos es despreciable. 
 
El hecho de que las interferencias electromagnéticas no afecten a las 
comunicaciones soportadas por fibra óptica implica que, por ejemplo, 
en un entorno industrial, los datos que se transfieren sobre este 
medio son inmunes al ruido generado por motores, lo que supone 
una ventaja notable sobre las comunicaciones soportadas por hilos de 
cobre. 
 
En una red de área extensa (Wide Area Network, WAN), las 
posibilidades de rutado crecen enormemente con respecto al caso de 
que se utilice cable de pares como medio de transmisión, ya que, 
utilizando fibra óptica, es posible hacer el tendido cerca de líneas 
eléctricas o de distribución de agua sin riesgo alguno para personas. 
 
 
 
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- Distancia entre regeneradores 
 
A medida que una señal se propaga por un canal de comunicación, 
ésta pierde potencia e incrementa su nivel de ruido. 
 
El método tradicional seguido para restaurar la señal, amplificando la 
potencia y, en ocasiones, eliminando el ruido, consiste en hacerla 
pasar por un amplificador o un regenerador. 
 
Puesto que hoy en día es posible fabricar fibras de vidrio con muy 
baja atenuación (del orden de 0.2 dB/Km), la distancia media entre 
regeneradores en sistemas actuales de comunicaciones ópticas oscila 
entre los 80-100 Km, en el caso de EDFAs, y los 100-160 Km, para 
los amplificadores de Raman [7]. 
 
El número de regeneradores y la espaciación entre ellos es un factor 
determinante en el precio total del enlace óptico. 
 
- Capacidad de datos abierta 
 
La capacidad teórica del total de fibra instalada es enorme, lo que 
implica que los sistemas existentes pueden soportar la capacidad 
extra que demanden los futuros servicios conforme estos vayan 
apareciendo en el mercado. Las únicas modificaciones que habría que 
hacer en el sistema serían adaptar los equipos en ambos extremos 
del canal (transceptores) y actualizar los regeneradores. 
 
A pesar de las numerosas e importantes ventajas, algunas de las cuales, han 
sido citadas anteriormente, que un sistema de comunicaciones ópticas presenta 
sobre un sistema de comunicaciones eléctrico convencional, los sistemas 
ópticos también presentan algunas limitaciones a tener en cuenta. 
 
Algunas de estas limitaciones son: 
 
- Unión de fibras 
 
Dos fibras se unen mediante empalmes por fusión. Este método 
consiste en elevar la temperatura de los dos extremos a empalmar de 
las fibras que se van a unir y fundir dichos extremos entre sí. Para 
obtener un buen resultado, con pérdidas de potencia de señal 
despreciables, es necesario emplear equipos de precisión. Es 
especialmente difícil llevar a cabo la fusión bajo determinadas 
condiciones climatológicas, por lo que ciertos entornos son 
especialmente adversos. 
 
En los primeros tiempos de los sistemas de fibra óptica (a comienzos 
de la década de 1980), se utilizaban conectores que permitían 
conectar y desconectar fibras sin necesidad de emplear el proceso de 
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fusión. Estos conectores introducían pérdidas muy elevadas en el 
sistema (alrededor de 3 dB por conector). En los últimos años, los 
conectores para fibras con núcleos de mayor diámetro (fibras 
multimodo) han mejorado hasta el punto de que es posible introducir 
varios de estos conectores en una red de área local (Local Area 
Network, LAN) sin que se produzcan pérdidas importantes del nivel 
de señal. 
 
- Coste de los equipos 
 
Aunque es cierto que el precio de los transceptores ópticos ha 
decrecido notablemente en los últimos años, todavía es, 
aproximadamente, el doble que el de aquellos que trabajan en el 
dominio eléctrico de la señal. 
 
- Curvatura de las fibras 
 
A medida que la luz viaja por el interior de la fibra óptica, se 
producen sucesivas reflexiones en el interfaz que separa la cubierta 
de la misma de su núcleo, siendo este fenómeno el que hace posible 
el guiado de la luz. 
 
Estas reflexiones sólo ocurren si el ángulo que forman el rayo de luz 
que viaja en el interior de la fibra y la recta normal a la superficie de 
incidencia de dicho rayo de luz en el punto de incidencia es superior a 
un ángulo crítico. Si la fibra se dobla excesivamente, la luz escapa de 
ella, disminuyendo drásticamente la potencia óptica que llega al 
receptor. 
 
El radio de curvatura máximo permisible es específico de cada tipo de 
fibra, ya que depende de la diferencia entre los índices de refracción 
de la cubierta y del núcleo de la misma. Mientras mayor sea esta 
diferencia, menor será el radio de curvatura mínimo tolerado. Por 
tanto, hay que tomar una solución de compromiso, ya que, por 
determinados motivos, conviene mantener está diferencia a un valor 
pequeño. 
 
Las ventajas y desventajas que muestran los sistemas ópticos deben ser 
evaluadas para cada entorno en el que se pretenda realizar una instalación. Por 
ejemplo, el tipo de fibra que es apto en una red LAN puede ser inadecuado 
para una red WAN. 
 
 
 
 
 
 
Proyecto Fin de Carrera Capítulo 1. Introducción 
 
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1.4.- Fenómenos básicos en un sistema de comunicaciones 
ópticas 
 
Es necesario hacer una introducción a algunos fenómenos básicos propios de 
un sistema de comunicaciones ópticas, ya que serán citados en numerosas 
ocasiones en capítulos posteriores. 
 
1.4.1.- Propagación de señales en fibras ópticas. Efectos lineales 
 
1.4.1.1.- Dispersión cromática (Chromatic Dispersion, CD) 
 
Dispersión es el efecto por el cual las diferentes componentes espectrales que 
componen un haz de luz se propagan a diferente velocidad en el interior de una 
guía de ondas, tal como una fibra óptica, llegando al receptor en diferentes 
instantes de tiempo [2]. Esto se traduce en un ensanchamiento temporal de los 
pulsos recibidos con relación a los pulsos transmitidos, tal como muestra la Fig. 
1.3. 
 
λ1
λ2
λ3
Longitud 
recorrida
Tx Rx
tiempo
t1
t2
t3
λ1
λ2
λ3
n1
n2
n3
n1 > n2 > n3
 
(a) 
 
(b) 
Figura 1.3. Fenómeno de dispersión cromática. (a) Velocidad de propagación de distintas componentes espectrales. 
(b) Efecto del fenómeno de dispersión cromática en los pulsos ópticos. 
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La CD se debe a dos motivos diferentes [2]: 
 
- El índice de refracción del silicio es dependiente de la longitud de onda 
de la luz que se propaga por él; es decir, 
 
 nn  
 
por lo tanto, diferentes componentes espectrales percibirán diferentes 
índices de refracción y puesto que 
 
n
c
v  
 
siendo v la velocidad a la que la luz se propaga en un medio y n, el 
índice de refracción de dicho medio, las diferentes componentes 
espectrales que componen un pulso óptico se propagarán a diferentes 
velocidades en el interior de la fibra de silicio. 
 
Esta componente de la CD se denomina dispersión del material. 
 
- La forma de la sección transversal de la fibra tiene un efecto muy 
importante en la velocidad de grupo de la señal que se propaga por el 
interior de dicha fibra. 
 
Ello es debido a que la energía de cada uno de los modos que componen 
un pulso óptico se propaga parcialmente por el núcleo de la fibra y 
parcialmente por su cubierta. Así, el valor efectivo del índice de 
refracción de un modo concreto estará comprendido entre el valor del 
índice de refracción del núcleo de la fibra y el valor del índice de 
refracción de su cubierta, dependiendo la magnitud exacta de este valor 
efectivo de la proporción de energía del modo que se propague por el 
núcleo y la que se propague por la cubierta. 
 
La distribución de la energía de un modo entre el núcleo de la fibra y la 
cubierta de la misma es, a su vez, función de la longitud de onda. Por 
tanto, incluso en ausencia de la componente de dispersión del material, 
si la longitud de onda cambia, lo que ocurre siempre, ya que toda señal 
está constituida por un conjunto de longitudes de onda, la distribución 
de potencia también cambia, dando lugar a que el valor efectivo del 
índice de refracción del modo se modifiqué. Esta componente de la CD 
se denomina dispersión de la guía de onda. 
 
La Fig. 1.4 [1] muestra la característica de dispersión de una fibra estándar 
mono-modo (Single-Mode Fiber, SMF). Como se aprecia en la citada figura, los 
dos tipos de dispersión se cancelan entre sí a una longitud de onda de 1310 
nm, por tanto, si la longitud de onda de la señal luminosa que se inserta en la 
fibra es la citada, el efecto del fenómeno de dispersión sobre esta señal será 
mínimo [1]. 
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1000 1200 1400 1600 1800
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
Régimen Normal
de Dispersión
Régimen Anómalo
de Dispersión
Longitud de onda (nm)
D
is
pe
rs
ió
n 
(p
s/
nm
·K
m
)
Figura 1.4. Característica de dispersión cromática de una fibra mono-modo estándar. 
 
Debido a la CD, la duración temporal y la potencia de pico de los pulsos óptico 
que se propagan en la fibra se modifican, tal como muestra la Fig. 1.3(b). El 
parámetro que gobierna la evolución de la forma del pulso es la derivada 
segunda de la constante de propagación, β, es decir β2 = d2 β/dω2. El 
parámetro es conocido como dispersión de la velocidad de grupo (Group 
Velocity Dispersion, GVD). 
 
En fibras estándar mono-modo, se consideran dos regímenes de dispersión 
diferentes, dependiendo del signo del parámetro GVD [1]: 
 
- Régimen normal de dispersión 
 
El régimen normal de dispersión se muestra en la Fig. 1.4 a la izquierda 
del punto de dispersión nula. En este régimen, las longitudes de onda 
mayores se propagan en la fibra a una velocidad superior a la que se 
propagan las longitudes de onda menores. Por tanto, tras viajar por la 
fibra, el extremo rojo del espectro alcanza el receptor antes que el 
extremo violeta. Este fenómeno se conoce como chirp positivo. 
 
- Régimen anómalo de dispersión 
 
El régimen anómalo de dispersión se muestra en la Fig. 1.4 a la derecha 
del punto de dispersión nula. En este régimen, las longitudes de onda 
menores se propagan en la fibra a una velocidad superior a la que se 
propagan las longitudes de onda mayores. Este fenómeno se conoce 
como chirp negativo. 
 
Es obvio que, mientras mayor sea el ancho de banda de los pulsos ópticos que 
se propagan en fibra, mayor será su espectro óptico y mayor será el efecto de 
Proyecto Fin de Carrera Capítulo 1. Introducción 
 
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la CD sobre ellos. Por tanto, una señal cuyo ancho de banda sea infinitamente 
estrecho, no se vería afectada por el fenómeno de CD. Desafortunadamente, 
dicha señal tampoco podría transportar información, ya que cualquier señal, al 
ser modulada, expande su espectro [2]. 
 
Varias técnicas han sido desarrolladas para combatir el efecto de la CD. Entre 
ellas, destacan las siguientes: 
 
Fibra de dispersión no nula y desplazada (Non-Zero Dispersion 
Shifted Fiber, NZDSF) 
 
Esta fibra ha sido especialmente diseñadas para sistemas WDM. Tiene una 
dispersión aproximada de 4 ps/(nm·Km) en la banda 1530-1570 nm. 
 
Este valor de dispersión tan bajo minimiza los efectos de la CD sobre los pulsos 
ópticos y, a la vez, evita efectos no deseados como el mezclado de cuatro 
ondas (Four-Wave Mixing, FWM) entre canales en sistemas WDM [1]. 
 
Fibra de compensación de dispersión (Dispersion Compensating Fiber, 
DCF) 
 
Esta fibra tiene un perfil de dispersión negativo en el rango de 1550 nm, por lo 
que se puede localizar en serie con enlaces soportados por fibras comunes con 
objeto de cancelar la dispersión introducida por éstas. 
 
Normalmente, las DCFs se sitúan en cada amplificador, mientras que las SMFs 
se sitúan en los vanos [1]. El mapa de CD del sistema descrito se muestra en la 
Fig. 1.5 [2]. 
 
(a) (b) 
Figura 1.5. Mapa de dispersión cromática de un enlace genérico. (a) Valor de la dispersión cromática en cada punto 
del enlace. (b) Valor acumulado de la dispersión cromática desde el inicio del enlace hasta un punto determinado. 
 
Incluso cuando la CD de las fibras utilizadas en los enlaces es alta, el hecho de 
alternar fibras cuya CD tiene signos opuestos hace que la dispersión cromática 
acumulada sea pequeña [2]. 
 
Proyecto Fin de Carrera Capítulo 1. Introducción 
 
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Un importante problema que presentan las DCFs es el alto valor de las pérdidas 
que introducen en el sistema. 
 
Red de difracción de Bragg 
 
Una red de difracción de Bragg es un reflector distribuido construido sobre un 
pequeño segmento de fibra óptica. El índice de refracción del núcleo del 
segmento de fibra utilizado para construir la red de difracción es función de la 
distancia al comienzo de dicho segmento de fibra; es decir, para cada sección 
longitudinal del citado segmento, el índice de refracción del núcleo del mismo 
es distinto, por lo que las diferentes longitudes de onda que componen el pulso 
luminoso que se transmite en el interior de la red de difracción de Bragg son 
reflejadas en diferentes secciones longitudinales de dicha red de difracción [8]. 
 
Según se ha expuesto en apartados anteriores de este capítulo, dada una fibra 
óptica estándar y un pulso óptico propagándose en su interior, todas las 
componentes frecuenciales de dicho pulso viajan a velocidades diferentes, lo 
que da lugar a un ensanchamiento temporal del mismo. De acuerdo con el 
principio de operación de una red de difracción de Bragg, es posible compensar 
el ensanchamiento temporal experimentado por pulso óptico; para ello, se hace 
que las componentes frecuenciales que viajan a mayor velocidad se reflejen en 
el extremo final de la red de difracción, mientras que las componentes 
frecuenciales que viajan a menor velocidad se reflejan en el extremo inicial de 
dicha red (Ver Fig. 1.6 [2]). 
 
 
(a) 
 
(b) (c) 
Figura 1.6. Red de difracción de Bragg. (a) Esquema general. (b) Variación del índice de refracción con la distancia al 
origen. (c) Variación del retraso introducido por la red en función de la velocidad de propagación de las distintas 
componentes frecuenciales del pulso óptico. 
 
Proyecto Fin de Carrera Capítulo 1. Introducción 
 
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Otras técnicas de compensación de dispersión 
 
Además de las técnicas de compensación de CD expuestas anteriormente, 
existenotros métodos para combatir los efectos de dicho fenómeno. Uno de 
estos métodos consiste en el uso de formatos de modulación específicos y en la 
optimización de del receptor, lo que permite aumentar la tolerancia del sistema 
a la CD, haciendo posible la eliminación de otros elementos de compensación y, 
consecuentemente, disminuyendo costes. 
 
El método mencionado se explica en detalle en el capítulo 3. 
 
1.4.1.2.- Dispersión por modo de polarización (Polarization-Mode 
Dispersion, PMD) 
 
Las dos fuentes de dispersión más importantes presentes en fibras ópticas 
mono-modo son la CD, expuesta en el apartado anterior, y la PMD. 
 
Puesto que el efecto de la CD se puede mitigar mediante el uso de fuentes de 
luz o de formatos de modulación de ancho de banda reducido o mediante la 
utilización de fibras ópticas adecuadas, la PMD supone el factor de limitación 
más importante en enlaces ópticos de alta velocidad [2]. 
 
El origen de la PMD se encuentra en el hecho de que la velocidad de grupo de 
una señal depende de su estado de polarización; es decir, diferentes estados de 
polarización presentan velocidades de grupo distintas. Esto se debe a que la 
sección elíptica de la fibra óptica hace que los diferentes modos de polarización 
perciban diferentes índices de refracción, lo que implica que dichos modos se 
propagarán a distintas velocidades [9]. 
 
Por otra parte, la distribución de la energía de la señal entre los diferentes 
estados de polarización cambia con el tiempo, haciendo que el efecto de la PMD 
sea función del tiempo también [9]. 
 
Es importante resaltar que no sólo la fibra es fuente de PMD, sino que otros 
componentes del sistema también pueden distorsionar la señal por la acción de 
este fenómeno. 
 
Para reducir los efectos de la PMD, el sistema de comunicaciones ópticas debe 
incluir algún mecanismo de compensación. La técnica más comúnmente 
empleada para compensar la PMD consiste en dividir la señal recibida en los 
modos de polarización lento y rápido y retrasar el modo de polarización rápido 
hasta anular la diferencia con el modo de polarización lento. Esta compensación 
se puede llevar a cabo tanto de forma óptica como de forma electrónica. 
 
Los métodos electrónicos de compensación de la PMD son atractivos porque 
permiten una gran integración con los circuitos presentes en el receptor, 
haciendo posible la fabricación de equipos compactos y la reducción de costes. 
Esto es especialmente importante en sistemas WDM, donde cada canal necesita 
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compensación de la PMD. Además, debido a que el efecto de la PMD depende 
de las condiciones del entorno, los compensadores de la PMD deben ser 
capaces de adaptarse a modificaciones de dichas condiciones en cuestión de 
milisegundos. Este requisito de rapidez y precisión en la adaptación a las 
condiciones del canal es mucho más simple de llevar a cabo en el dominio 
electrónico que en el óptico. La compensación electrónica se realiza midiendo la 
polarización de la señal recibida y actuando sobre un compensador de 
polarización de acuerdo con las medidas tomadas (ver Fig. 1.7 [10]). 
Experimentalmente, se ha demostrado la eficacia de la compensación 
electrónica de la PMD con señales hasta 40 Gbit/s [10]. 
 
Figura 1.7. Compensación electrónica de la PMD. 
 
1.4.2.- Propagación de señales en fibras ópticas. Efectos no-lineales 
 
1.4.2.1.- Automodulación de fase (Self-Phase Modulation, SPM) 
 
La SPM se debe a que el índice de refracción de la fibra óptica tiene una 
componente que es dependiente de la intensidad de la señal que viaja en su 
interior. Esta no-linealidad del índice de refracción altera la fase de la señal 
proporcionalmente a la intensidad del pulso luminoso. En consecuencia, 
diferentes regiones del pulso sufren diferentes alteraciones en la fase, 
introduciendo chirp en la señal óptica [2]. 
 
El chirp introducido es proporcional a la potencia de la señal transmitida, por lo 
que la acción de la SPM será más severa en sistemas que portan elevadas 
potencias. Este chirp intensifica el ensanchamiento temporal de pulsos 
originado por la CD, por lo que es muy importante considerar los efectos de la 
SPM en sistemas con elevadas tasas binarias, donde las consecuencias de la CD 
son ya significativas [2]. 
 
El chirp introducido en la señal óptica por la SPM es positivo y su efecto sobre 
dicha señal depende del signo del parámetro GVD (ó β2) [2]: 
 
- Régimen normal de dispersión cromática (β2 > 0). En este caso, la SPM 
da lugar a un ensanchamiento de los pulsos transmitidos. 
 
Proyecto Fin de Carrera Capítulo 1. Introducción 
 
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- Régimen anómalo de dispersión cromática (β2 < 0). En este caso, el 
efecto de la SPM depende fuertemente de la magnitud de la CD neta del 
sistema. Cuando el efecto de la CD es levemente superior al de la SPM, 
ésta causa un estrechamiento de los pulsos ópticos, limitando de esta 
forma el efecto de la CD. 
 
1.4.2.2.- Modulación de fase cruzada (Cross-Phase Modulation, XPM) 
 
La transmisión simultánea de varios canales sobre una única fibra en un 
sistema WDM induce la aparición de efectos intercanal no-lineales, tales como 
la XPM. 
 
XPM es el efecto por el cual la fase óptica de cada canal es modulada por la 
potencia total del conjunto de señales que viajan por la fibra. Este efecto se 
debe a la dependencia del índice de refracción de la fibra óptica con la potencia 
total que ésta transporta. La dispersión cromática transforma estas 
fluctuaciones de fase en fluctuaciones de intensidad, creando, por tanto, 
diafonía [11]. 
 
Debido al gran número de canales que pueden coexistir en una misma fibra en 
un sistema WDM, incluso cuando los distintos canales transportan una energía 
baja, la señal combinada de todos los canales puede portar un nivel alto de 
energía, aumentando el efecto de la XPM. 
 
1.4.2.3.- Mezclado de cuatro ondas (Four-Wave Mixing, FWM) 
 
En un sistema WDM que utilice frecuencias de portadora ω1, ω2, …, ωn, la 
dependencia del índice de refracción con la intensidad no sólo induce 
fluctuaciones de fase en el propio canal, sino que también genera la aparición 
de señales a frecuencias 2 ωi – ωj y ωj + ωj – ωk. Este fenómeno es conocido 
como FWM [2]. 
 
El efecto del FWM es independiente de la tasa binaria del canal, pero es muy 
sensible al espaciado entre canales y a la magnitud de la dispersión cromática 
de la fibra. Por tanto, cuando el espaciado entre canales es bajo y/o se utilizan 
fibras con el punto de dispersión nula desplazado (Dispersion-Shifted Fiber, 
DSF), los efectos del FWM deben ser considerados incluso en sistemas con 
tasas binarias moderadas [2]. 
 
 
1.5.- Organización de la memoria 
 
El resto de la presente memoria se divide como se indica a continuación: 
 
 
 
 
Proyecto Fin de Carrera Capítulo 1. Introducción 
 
16 
 
- Capítulo 2. Objetivos del proyecto fin de carrera 
 
En este capítulo se detallan los objetivos perseguidos en el presente 
proyecto fin de carrera. 
 
- Capítulo 3. Formatos de modulación para comunicaciones 
ópticas a altos regímenes binarios 
 
En este capítulo se exponen diferentes formatos de modulación. 
 
Estos formatos de modulación incluyen on/off keying (OOK), muy 
utilizado en sistemas actuales de comunicaciones ópticas, aunque 
presenta serios inconvenientes, como una tolerancia baja a la CD; carrier 
suppressed return-to-zero (CS RZ); duobinario; alternate-mark inversion 
(AMI); differential phase shifht keying (DPSK), que, entre otras ventajas 
con respecto al resto de formatos expuestos, permite una mejora de 3 
dB en la relación señal a ruido óptica (OSNR) con respecto al formato 
OOK tradicional; y Partial DPSK. 
 
- Capítulo 4. Caso práctico. Simulación 
 
En este capítulo se presenta el proceso de simulación realizado para 
corroborar los resultados expuestos en [33]. Mediante simulación, se 
verifica que, bajo ciertas condiciones, es posible mejorar la calidad de 
recepción de una señal DPSK cuando la CDneta presente en el canal de 
comunicación es no nula. 
 
- Capítulo 5. Conclusiones 
 
Este capítulo agrupa el conjunto de conclusiones alcanzadas tras la 
realización de la simulación detallada en el capítulo 4 y del experimento 
expuesto en el apéndice C. 
 
- Apéndice A. Bibliografía 
 
En este apéndice se detalla toda la bibliografía que ha sido consultada 
para escribir la presente memoria. 
 
- Apéndice B. Glosario de acrónimos 
 
En este apéndice se muestra el conjunto de acrónimos citados en la 
presente memoria, así como el significado de cada uno de ellos. 
 
- Apéndice C. Caso práctico. Experimento 
 
En este apéndice se detalla el experimento llevado a cabo en el 
laboratorio de óptica del Instituto de Telecomunicaciones Avanzadas de 
la Universidad de Swansea, Reino Unido. 
Proyecto Fin de Carrera Capítulo 1. Introducción 
 
17 
 
El citado experimento tuvo como objetivo la verificación de las 
conclusiones mostradas en [33] y, junto con dichas conclusiones, es la 
base de la simulación detallada en el capítulo 4. 
 
- Apéndice D. Datos experimentales 
 
Este apéndice reúne las medidas tomadas tanto en la simulación 
detallada en el capítulo 4 y como en el experimento expuesto en el 
apéndice C. 
 
- Apéndice E. Publicaciones 
 
Este apéndice incluye el paper “Experimental Verification of the 
Dispersion Tolerance Improvement of Partial DPSK with optimized 
filtering”, escrito a partir de los resultados obtenidos tras finalizar el 
experimento de laboratorio expuesto en el apéndice C. El citado artículo 
fue aceptado para ser presentado en ECOC’ 09.