El documento describe la evolución histórica de los sistemas de comunicaciones. Comenzó con antecedentes como el uso de señales de humo y fuego para comunicaciones a larga distancia. Luego evolucionó hacia el telégrafo óptico y eléctrico. Más tarde, investigadores estudiaron la propagación de la luz a través de fibras y el desarrollo del láser permitió comunicaciones ópticas. Esto llevó al desarrollo de cinco generaciones de sistemas de comunicaciones ópticas, cada una con mejoras en la capacidad

1. II.1 Evolución histórica de
los sistemas de
comunicaciones
Auria Vázquez Cid
1

2. Índice
 CCOO:
- ¿Qué son?
- Modelo general
- Aspectos fundamentales
- Ventajas
 Evolución histórica:
- Antecedentes
- Evolución
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3. Comunicaciones ópticas
La comunicación óptica es cualquier forma
de comunicación que utiliza la luz como
medio de transmisión.
3

4. Modelo general de sistema de
CCOO
• Enlace de comunicaciones ópticas: caso particular de
sistema de telecomunicaciones.
• Estructura física básica constituída por cinco partes
esenciales:
1.- Fuente de mensajes 2.- Bloque transmisor
3.- Medio de transmisión 4.- Receptor
5.- Destino
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5. Modelo general 5

6. • La diferencia con otras tecnologías está en la banda
de frecuencias que se emplea en la transmisión de
señales.
Modelo general 6

7. • La banda de comunicaciones ópticas
,incluyendo sistemas guiados y no guiados,
abarca desde el infrarrojo cercano (f =
3·1013Hz) hasta ultravioleta cercano (f =
1,5·1015Hz).
• Actualmente, la gran mayoría de los sistemas
disponibles son los que utilizan la fibra óptica
como medio de transmisión.
Modelo general 7

8. Aspectos fundamentales de un sistema
de CCOO
8

9. • A la vista del esquema anterior, tenemos:
- Datos: señal eléctrica (analógica o digital)
generada por un equipo terminal de línea
(ETL).
- Transmisor óptico: es el encargado de
transformar la señal procedente del ETL.
Aspectos fundamentales 9

10. - Consta de dos partes:
a) Driver: circuitería electrónica que se ocupa
de acomodar los niveles y formato de la señal
electrónica generada por el ETL a los exigidos
por el conversor electroóptico (fuente óptica).
b) Fuente óptica: genera la señal (luz) que
propaga la fibra.
Aspectos fundamentales 10

11. - Receptor óptico: la señal que se propaga por la guía
ha de detectarse y transformarse en señal eléctrica
otra vez. El receptor consta de tres partes:
a) Conversor optoelectrónico o fotodiodo: transforma
la señal óptica entrante en corriente eléctrica a su
salida.
b) Etapa preampificadora de bajo ruido.
c) Electrónica para el procesado.
Aspectos fundamentales 11

12. Ventajas de las CCOO
• La energía EM (ondas luminosas) utilizan
frecuencias mil veces más altas que las ondas de
radio, luego debido a la alta f de la onda portadora es
posible transmitir a través de ella mucha información.
• Se utilizan menos amplificadores que en el cable
coaxial.
• Material (silicio) muy abundante en la naturaleza.
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13. • Grandes anchuras de banda y bajas pérdidas en la
fibra monomodo actual.
• Inmunidad a las interferencias EM: por el carácter
dieléctrico de las fibras, les proporciona un total
aislamiento eléctrico.
• Resistentes a cambios extremos del medio ambiente.
• Reducido tamaño, peso y coste.
Ventajas 13

14. Evolución histórica
14

15. Antecedentes
 El uso de la radiación óptica para transmitir
señales es bastante arcaico. Prácticamente
todas las civilizaciones antiguas utilizaron el
fuego o las señales de humo para las
comunicaciones a largas distancias:
- Los griegos observaron el guiado de luz a
través de cristales minerales.
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16. - Los indios norteamericanos utilizaban las
señales de humo.
 Los barcos también han empleado lámparas
de señales. Claude Chappe (1792) extendió
esta idea que derivó en el denominado
telégrafo óptico.
Antecedentes 16

17.  En 1830, surgió el telégrafo eléctrico, utilizando un
esquema digital de transmisión, a través de dos pulsos
eléctricos de duraciones diferentes, sustituyó el uso
de la luz por la electricidad. Inicio a la era de la
comunicación eléctrica.
 En 1866, entró en operación el primer cable
trasatlántico.
 En 1870, J. Tyndall ejemplificó el guiado de la luz
dentro de un chorro de agua, demostrando el
principio de reflexión total interna.
Antecedentes 17

18. Antecedentes 18

19.  En 1873 Maxwell introdujo el concepto de onda EM.
 En 1874, Baudot utiliza una sola línea para transmitir
varios mensajes a la vez (multiplexión de la señal)
 El 14 de febrero de 1876, Alexander Graham Bell
patenta el 1er teléfono, este sistema estaba compuesto
de micrófono y parlante. Casi al mismo tiempo, Elisa
Gray patenta el micrófono.
Antecedentes 19

20.  En 1880, el fotófono fue construido por A. G.
Bell junto a Charles Sumner Tainter.
El fotófono consistía en un espejo reflector de
luz solar, que se modulaba acústicamente. La
señal del sol modulada, después de avanzar
200m, incidía sobre una placa. De este modo,
controlaba la corriente eléctrica que se podía
convertir de nuevo en señal acústica mediante
un auricular.
Antecedentes 20

21. 21

22.  En 1888, Hertz confirmó la existencia de las ondas
EM.
 En 1894, el italiano Marconi efectúa la transmisión
de señales inalámbricas a través de una distancia de 2
millas.
 En 1897 Rayleigh analizó la propagación por
guiaondas.
 En 1910, Hondros junto a Debye particularizaron el
estudio para guiaondas cilíndricas dieléctricas.
 En 1927, Baird y Housell consiguieron transmitir
imágenes por fibras sin cubierta.
Antecedentes 22

23.  1940: Entra en servicio el 1er sistema basado en
cable coaxial.
 Se desarrollaron los sistemas de
comunicaciones por microondas, donde la
portadora EM tenía f = 1 – 10GHz. En 1948
entró en funcionamiento el 1er sistema que
utilizaba una portadora a 4GHz.
 La capacidad de un sistema de
comunicaciones se especifica a través del
producto capacidad · distancia (BL).
Antecedentes 23

24. Antecedentes 24

25.  La única solución posible para incrementar el
producto BL era incrementar el valor de la f de
portadora. Para llegar a esta solución, se
investigaron dos ramas:
- Propagación del modo TE a frecuencias
milimétricas en guiaondas huecas de d = 5cm.
- Frecuencia de portadora en la banda óptica.
Había dos inconventientes para su empleo:
Antecedentes 25

26. 1º.- Inexistencia de medio de transmisión con
características adecuadas.
2º.- No se había conseguido un oscilador
óptico coherente de características análogas a
los de microondas.
La atmósfera no era adecuada para la
transmisión, por lo que se investigó un medio
que actuase como una guiaonda.
Antecedentes 26

27.  En 1950  fibra óptica para la transmisión de
imágenes.
 Gobau (1958)  guiaondas de lentes.
 Kapany (1959)  fibras con cubierta.
Con la invención del láser (principios de los 60), se
resolvió el 2º problema. Se disponía de una fuente
coherente y monocromática que abrió la posibilidad
de las comunicaciones ópticas.
Antecedentes 27

28.  En 1966, Kao y Hockman sugirieron el empleo
de fibras ópticas para largas distancias.
→ Valores de atenuación en vidrio de sílice
del orden de 1000 dB/Km.
→ Apuntaron que el motivo podía ser por las
impurezas que pudiese haber en el vidrio.
 Investigando, se lograron tener menores
pérdidas, llegando hasta los 0,2dB/Km en 1979.
Antecedentes 28

29.  También se estudiaron los mecanismos de
dispersión que limitaban la máxima capacidad
que podían transmitir las fibras. En concreto,
en las fibras multimodo se propagan modos
con vg diferentes. A esto se debe la dispersión
intermodal.
Se consiguió la fibra monomodo
disminuyendo el diámetro del núcleo, de esta
manera no existe dispersión intermodal.
Antecedentes 29

30. → En una fibra monomodo, la dispersión se debe a la
combinación de dos fenómenos:
- Variación no cte. de ng con λ.
Dispersión de
material o
- Ancho de banda ≠0 del espectro cromática
de emisión de la fuente óptica.
 En 1975, Payne y Gambling, predijeron teóricamente
la λ de dispersión nula en fibras monomodo de sílice
(1,27μm), que se midió experimentalmente en 1978
por Gambling y Matsumura.
Antecedentes 30

31.  Estas nuevas posibilidades que ofrecían las fibras,
animaron la investigación hacia fuentes y detectores
compatibles en tamaño, fiabilidad, consumo y rango
espectral de trabajo.
Los semiconductores eran los más prometedores.
En 1962 se lograron los 1os resultados de la acción
láser en GaAs, enfriado hasta 77ºK. El año siguiente se
encontró emisión incoherente p-n.
Antecedentes 31

32.  En 1968 se anunció el láser de doble
heteroestructura de AsGam, que emitía en λ de
0,85μm (1ª ventana), lográndose en 1970 la
emisión continua, pero de pocas horas. Desde
entonces se ha intentado obtener una mayor
vida efectiva, aumentar la potencia emitida y
reducir el ancho espectral.
 Paralelamente, también comenzaron a
desarrollarse los fotodetectores, que han
evolucionado hacia los p-i-n y de avalancha.
Antecedentes 32

33. Evolución
Gracias a la disponibilidad de un medio de
transmisión de características aceptables y de
fuentes y detectores basados en la tecnología
de semiconductores, los sistemas de CCOO
progresaron notablemente.
Esta evolución que comenzó en 1974 y que
continúa aún hoy día, se puede resumir en el
desarrollo de 5 generaciones de sistemas de
CCOO:
33

34. 1ª generación Emplean el mismo formato de
modulación y detección:
2ª generación Modulación de Intensidad y
3ª generación Detección Directa (MI-DD)
4ª generación  Sistemas coherentes
5ª generación  Solitons
Generaciones 34

35. 35

36. 1ª generación:
Comenzó a instalarse en 1978. Utilizaba fibras
multimodo de salto de índice y λ ~ 0,8μm. La
capacidad que podía conseguirse oscilaba
entre 50-100Mb/s (B), con una separación
entre repetidores (L) de 10Km. Luego BL =
500-1000Mb·Km/s.
Generaciones 36

37. Estos valores eran tan modestos debido
principalmente a la dispersión intermodal. Aún
con estos valores, tenían ventaja sobre los cables
coaxiales, ya que éstos necesitaban una L menor.
Se vislumbró que una forma eficiente para
aumentar la L era cambiar la λ de transmisión de
0,85μm (1ª ventana) a 1,3μm (2º ventana), ya que
las pérdidas disminuían de 2,5 a 0,5dB/Km,
además de que la dispersión cromática era
mínima en dicha región.
Generaciones 37

38. El gran problema era que no había una fuente
óptica capaz de transmitir dicha λ.
Éste problema se solucionó en 1977 cuando se
desarrollaron los láseres Fabry-Perot de
InGaAsP y los fotodetectores de Ge.
Generaciones 38

39. 2ª generación:
Estaba basada en el empleo de los componentes
mencionados anteriormente y la fibra multimodo
(inicialmente). Comenzó su instalación en 1980. La L
aumentaba hasta 20Km, aunque la B estaba limitada a
100Mb/s. Esta restricción se solucionó mediante el uso
de fibra monomodo.
Los experimentos realizados en 1981, apuntaron una
mejora decisiva con este tipo de fibra, consiguiéndose
una L = 44Km para una B = 2Gb/s.
Generaciones 39

40. Los 1os sistemas comerciales empezaron a
instalarse en 1983. En 1987 ya habían
alcanzado su madurez al funcionar sistemas de
hasta B = 1,7Gb/s con L = 50Km.
La L de los sistemas de esta generación venía
limitada por la atenuación en la fibra
(0,5dB/Km). Una forma de aumentar L
consistía en trasladar la λ de transmisión a la 3ª
ventana (1,55μm), donde la atenuación de la
fibra posee un mínimo local de 0,18dB/Km.
Generaciones 40

41. Había un inconveniente: la dispersión cromática
en dicha ventana era considerable y limitaba la
velocidad de transmisión.
Generaciones 41

42. 3ª generación:
Basada en la tecnología antes citada. Para resolver
el problema de la dispersión en la 3ª ventana,
había dos opciones:
1ª.- Desplazar la λ de mínima dispersión de 2ª a 3ª
ventana, alterando la geometría y/o composición
del material de la fibra. Obteniéndose así las
fibras de dispersión desplazada y aplanada.
Problema: no permitía aprovechar la fibra
estándar ya instalada.
Generaciones 42

43. 2ª.- Reducir el ancho espectral de las fuentes
ópticas. Este tipo de fuentes se consiguieron
con el desarrollo de los láseres DFB, cavidad
externa y DBR.
Esta generación comenzó en 1985 cuando se
demostró experimentalmente que se podía
transmitir con B = 4Gb/s y L = 100Km. En
1990 comenzaron a comercializarse utilizando
una B = 2,5Gb/s.
Generaciones 43

44. Se podría decir que estos sistemas llegan a B =
10Gb/s si no se tienen en cuenta factores de
degradación y la aparición transitoria de un 2º
modo de oscilación.
Generaciones 44

45. Tienen una ventaja adicional: su λ de
operación coincide con la banda de ganancia
del amplificador óptico de fibra dopada con
erbio. Esto permite aumentar, sin
repercusiones para la señal, la L.
Sin repetidores: L = 150Km B = 17Gb/s
Con repetidores: L = 505Km B = 10Gb/s
Generaciones 45

46. 4ª generación:
Se basan en detección coherente.
Ventajas:
1ª.- Puede incrementar la sensibilidad del receptor
hasta en 20dB (en comparación con sistemas MI-
DD), lo que supone un aumento de 100Km en L en la
3ª ventana.
2ª.- Es viable la transmisión multicanal por OFDM.
Generaciones 46

47. En teoría, la configuración más adecuada es la
modulación PSK y detección homodina. En la
práctica es más habitual utilizar la
configuración heterodina porque son mucho
más sencillas de montar.
La utilización de cualquier sistema coherente
conlleva a una serie de problemas de
estabilización y control que hay que considerar.
Generaciones 47

48. 5ª generación:
Se basan en la transmisión de solitones. Un
solitón es un pulso ultracorto que preserva su
forma temporal a lo largo de su propagación por
la fibra.
La existencia de solitones fue predicha por
Hasegawa en 1973 y verificada
experimentalmente en 1988. El amplificador de
fibra dopada con erbio utiliza esta técnica para la
transmisión de alta velocidad.
Generaciones 48

49. Generaciones 49

50. Formación del solitón:
Se genera un pulso ultracorto y muy intenso a
la salida del láser. Este pulso, al inyectarse en
la fibra provoca la aparición de fenómenos no
lineales.
Generaciones 50

51. En concreto, el fenómeno no lineal que nos
interesa es el efecto Kerr gracias al cual el ng
(y por tanto, la dispersión cromática de la
fibra) varía con la intensidad.
Se puede compensar (mediante el efecto Kerr)
la dispersión cromática, cancelándose así la
dispersión total y por tanto, manteniéndose la
forma del pulso.
Generaciones 51

52. Para que el pulso se mantenga, la fibra no
puede tener pérdidas. Esto se consigue con la
utilización de amplificadores ópticos, pero
éstos imponen otra restricción debido al efecto
Gordon-Haus que limita el producto BL.
Este efecto se puede solventar con el uso de
filtros ópticos posteriores a los amplificadores.
Esta generación de sistemas de comunicación
por fibras ópticas se halla en estado de
investigación y desarrollo.
Generaciones 52