Guía docente de Comunicaciones Ópticas (Especialidad Sistemas de Telecomunicación) (2211141)

Se recomienda que los alumnos hayan cursado previamente las asignaturas Medios y Componentes Ópticos para Comunicaciones, Comunicaciones I y Comunicaciones II. Igualmente, se recomienda la superación de los contenidos y adquisición de competencias de las materias de formación básica y las comunes a la rama de telecomunicación.

Propagación de ondas planas en diferentes medios. Ondas planas homogéneas en el dominio de la frecuencia y del tiempo. Polarización. Líneas y modos de transmisión: TE, TM y TEM. Sistemas de comunicaciones ópticas digitales y analógicas. Redes de comunicaciones ópticas. Estándares y normativa. Sistemas WDM.

El objetivo general de la asignatura es el de proporcionar al alumno los conocimientos y experiencia necesarios en el diseño de sistemas de comunicaciones ópticas.

Objetivos específicos:

• Conocer los modos de propagación en fibras ópticas
• Conocer las técnicas de transmisión de señales analógicas y digitales en sistemas de comunicaciones ópticas
• Saber diseñar de enlaces punto a punto y redes ópticas de comunicaciones
• Saber diseñar sistemas WDM y analizar sus limitaciones
• Saber diseñar sistemas coherentes y analizar sus limitaciones
• Saber analizar y diseñar sistemas analógicos CATV
• Saber diseñar redes de comunicaciones ópticas a nivel físico

Tema 1. Introducción. (2 horas)

• 1.1. Evolución histórica de los sistemas de comunicaciones ópticas (SCO)
• 1.2. Componentes básicos de un SCO
• 1.3. Tipos de SCO
• 1.4. Criterios de diseño de SCO
• 1.5. Herramientas CAD de diseño

Tema 2. Propagación en fibras ópticas. (12 horas)

• 2.1. Introducción
  • 2.1.1. Limitación del producto B´L en fibras óptica (salto de índice, gradual)
• 2.2. Modos de propagación en fibras ópticas (repaso)
  • 2.2.1. Soluciones de la ecuación de onda
  • 2.2.2. Constante de propagación (velocidad de grupo, retardo de grupo)
• 2.3. Dispersión de la velocidad de grupo en fibras monomodo
  • 2.3.1. Dispersión material y dispersión de la guía de onda
  • 2.3.2. Diseño de fibras de dispersión desplazada
• 2.4. Efectos dispersivos de alto orden:
  • 2.4.1. Pendiente de dispersión
  • 2.4.2. Fibras de dispersión plana
• 2.5. Limitaciones inducidas por dispersión
  • 2.5.1. Propagación de pulsos gaussianos con chirp
  • 2.5.2. Generalización del modelo: anchura espectral, efectos dispersivos de alto orden.
  • 2.5.3. Condiciones de limitación del producto BxL
• 2.6. Compensación de dispersión:
  • 2.6.1. Fibras de compensación
  • 2.6.2. Filtros ópticos
  • 2.6.3. Redes de difracción de Bragg
• 2.7. Ancho de banda de la fibra
• 2.8. Efectos ópticos no lineales: modulación de fase, mezclado de cuatro ondas

Tema 3. Diseño de sistemas de comunicaciones ópticas. (10 horas)

• 3.1. Sistemas digitales con modulación de intensidad y detección directa (IM-DD)
  • 3.1.1. Moduladores externos de niobato de litio (Mach-Zehnder)
  • 3.1.2. Generación de pulsos NRZ y conversión NRZ-RZ
  • 3.1.3. Fuentes de ruido en fotodetectores PIN y APD: ruido shot y térmico
  • 3.1.4. Relación señal ruido SNR (límites por ruido térmico y shot)
  • 3.1.5. Sensitividad del receptor
  • 3.1.6. Tasa de error
  • 3.1.7. Limitación por pérdidas y por dispersión
  • 3.1.8. Herramientas de diseño: Balances de potencia y de tiempos de subida
  • 3.1.9. Amplificadores ópticos: ruido, SNR. Técnicas de diseño
  • 3.1.10. Fuentes de penalización: relación de extinción, ruido en intensidad, jitter.
• 3.2. Sistemas digitales coherentes
  • 3.2.1. Detección coherente mediante oscilador local: homodina y herodina
  • 3.2.2. Relación señal ruido SNR
  • 3.2.3. Sensitividad del receptor
• 3.3. Sistemas analógicos. Relación portadora-ruido (CNR)

Tema 4. Sistemas multicanal. (4 horas)

• 4.1. Sistemas WDM
  • 4.1.1. Principio de operación:
  • 4.1.2. Rango de frecuencias disponible
  • 4.1.3. Eficiencia espectral
  • 4.1.4. Planes de frecuencia ITU-T: CDWM, DWDM
  • 4.1.5. Componentes para sistemas WDM
  • 4.1.6. Efectos de degradación: crosstalk, efectos no lineales
• 4.2. Sistemas TDM: ETDM y OTDM. Multiplexores y demultiplexores OTDM
• 4.3. Sistemas de subportadoras multiplexadas (SCM).
  • 4.3.1. SCM analógicos y digitales
  • 4.3.2. Relación portadora ruido
  • 4.3.3. SCM-WDM

Tema 5. Redes ópticas. (2 horas)

• 5.1. Evolución de las redes ópticas
• 5.2. Topologías y prestaciones de red: bus lineal, anillo y estrella. Balance de potencia
• 5.3. Redes ópticas SDH/SONET.
  • 5.3.1. Interfaces ópticas
  • 5.3.2. Estructuras lineales y en anillo
  • 5.3.3. Implementación con múltiples longitudes de onda
• 5.4. Redes WDM:
  • 5.4.1. Broadcast-and-select (single-hop, multi-hop)
  • 5.4.2. Redes basadas en enrutamiento por longitud de onda

Prácticas de laboratorio:

• Práctica 1. Transmisión de Señales Analógicas.
• Práctica 2. Transmisión de Señales Digitales.

Prácticas de Simulación:

• Práctica 1. Transmisión de secuencias de bits mediante modulador NRZ de Mach-Zehnder y conversión de NRZ a RZ.
• Práctica 2. Fibra de dispersión desplazada (DSF).
• Práctica 3. Propagación de pulsos gausianos en fibras con dispersión de la velocidad de grupo.
• Práctica 4. Diseño de sistemas de comunicaciones ópticas basados en fibras de compensación de dispersión.
• Práctica 5. Simulación de la Respuesta de Modulación de un LED
• Práctica 6. Ruido en receptores PIN y APD

• Agrawal, G.P. Fiber-Optic Communication Systems. Wiley, 2002.
• Keiser, G. Optical Fiber Communications. McGraw-Hill, 1999.
• Senior, J.M. Optical Fiber Communications. Prentice Hall, 1992.
• Saleh B.E.A. Fundamentals of photonics. Wiley, 1991.

• Agrawal, G. P. Lightwave Technology. Telecommunication Systems. Wiley, 2005.
• Capmany, J., Pastor, D., Ortega, B., Sales, S. Problemas de Comunicaciones Ópticas. Editorial UPV, 2002
• Rodríguez, A., Comunicaciones Ópticas. Biblioteca Técnica Universitaria. 2005.

• G.652 : Characteristics of a single-mode optical fibre and cable
• G.653 : Characteristics of a dispersion-shifted single-mode optical fibre and cable
• G.654 : Characteristics of a cut-off shifted single-mode optical fibre and cable
• G.655 : Characteristics of a non-zero dispersion-shifted single-mode optical fibre and cable
• G.656 : Characteristics of a fibre and cable with non-zero dispersion for wideband optical transport
• G.694.1 Spectral grids for WDM applications: DWDM frequency grid
• G.694.2 Spectral grids for WDM applications: CWDM wavelength grid
• Fiber-Optic Technologies (Cisco Press)

• MD01. Lección magistral 
• MD02. Actividades prácticas 
• MD03. Seminarios 
• MD04. Actividades no presenciales 
• MD05. Tutorías académicas 

Se realizará una evaluación continua de la asignatura a través de la entrega de actividades en PRADO y la realización de exámenes parciales y finales.

Parte teórica:

• Entrega de trabajos de la parte teórica
  • Descripción: Se realizará la entrega de trabajos y/o ejercicios resueltos durante todo el cuatrimestre.
  • Criterios de evaluación: cumplimiento con los plazos establecidos, calidad de la presentación, selección de los métodos adecuados, precisión de la solución, etc.
  • Porcentaje sobre calificación final: 5%
• Realización de un examen final de la asignatura.
  • Descripción: Se realizará un examen escrito de teoría y problemas al final del semestre. El examen de teoría consistirá en 2-3 cuestiones teóricas que el alumno debe contestar sin ningún tipo de material. El examen de problemas consistirá en 3-4 ejercicios sobre el programa de la asignatura. En esta parte, los alumnos dispondrán de un formulario realizado por ellos de un folio de extensión máxima. La nota final del examen será la ponderación de la parte teórica y de problemas al 30% y 70%, respectivamente.
  • Porcentaje sobre la calificación final: 60%.

Parte práctica:

- Practicas de laboratorio y simulación:

• Entrega de memorias de prácticas
  • Descripción: Se establecerán plazos para la entrega de memorias de prácticas.
  • Criterios de evaluación: cumplimiento con los plazos establecidos, calidad de la presentación, selección de los métodos adecuados, precisión de la solución, mejoras introducidas, etc.
  • Porcentaje sobre calificación final: 20%.

- Seminarios de problemas:

• Realización y presentación de ejercicios resueltos en seminarios
  • Descripción: A cada estudiante se le asignarán varios ejercicios a lo largo del cuatrimestre para su realización y presentación durante los seminarios.
  • Criterios de evaluación: Calidad del trabajo, rigurosidad del tema tratado, claridad en la exposición, dominio de las técnicas y metodología empleadas.
  • Porcentaje sobre calificación final: 15%

Para aprobar la asignatura será necesario aprobar tanto la parte teórica como la parte práctica de la asignatura.

Parte teórica:

• Entrega de trabajos de la parte teórica
  • Descripción: Se realizará la entrega de trabajos y/o ejercicios resueltos durante todo el cuatrimestre.
  • Criterios de evaluación: cumplimiento con los plazos establecidos, calidad de la presentación, selección de los métodos adecuados, precisión de la solución, etc.
  • Porcentaje sobre calificación final: 5%
• Realización de un examen final de la asignatura.
  • Descripción: Se realizará un examen escrito de teoría y problemas al final del semestre. El examen de teoría consistirá en 2-3 cuestiones teóricas que el alumno debe contestar sin ningún tipo de material. El examen de problemas consistirá en 3-4 ejercicios sobre el programa de la asignatura. En esta parte, los alumnos dispondrán de un formulario realizado por ellos de un folio de extensión máxima. La nota final del examen será la ponderación de la parte teórica y de problemas al 30% y 70%, respectivamente.
  • Porcentaje sobre la calificación final: 60%.

Parte práctica:

- Practicas de laboratorio y simulación:

• Entrega de memorias de prácticas
  • Descripción: Se establecerán plazos para la entrega de memorias de prácticas.
  • Criterios de evaluación: cumplimiento con los plazos establecidos, calidad de la presentación, selección de los métodos adecuados, precisión de la solución, mejoras introducidas, etc.
  • Porcentaje sobre calificación final: 20%.

- Seminarios de problemas:

• Realización y presentación de ejercicios resueltos en seminarios
  • Descripción: A cada estudiante se le asignarán varios ejercicios a lo largo del cuatrimestre para su realización y presentación durante los seminarios.
  • Criterios de evaluación: Calidad del trabajo, rigurosidad del tema tratado, claridad en la exposición, dominio de las técnicas y metodología empleadas.
  • Porcentaje sobre calificación final: 15%

Para aprobar la asignatura será necesario aprobar tanto la parte teórica como la parte práctica de la asignatura.

Parte teórica y seminarios:

• Examen de la parte de teoría y de problemas
  • Descripción: Se realizará un examen escrito de teoría y problemas. El examen de teoría consistirá en 2-3 cuestiones teóricas que el alumno debe contestar sin ningún tipo de material. El examen de problemas consistirá en 3-4 ejercicios sobre el programa de la asignatura. En esta parte, los alumnos dispondrán de un formulario realizado por ellos de un folio de extensión máxima. La nota final del examen será la ponderación de la parte teórica y de problemas al 30% y 70%, respectivamente.
  • Porcentaje sobre la calificación final: 70%.

Parte práctica:

• Examen de prácticas de laboratorio
  • Descripción: Se realizará un examen del temario de prácticas de laboratorio de la asignatura.
  • Porcentaje sobre la calificación final: 30%.

Para aprobar la asignatura será necesario aprobar tanto la parte teórica como la parte práctica de la asignatura.