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Transmisor Óptico de alta frecuencia




Partes: 1, 2

  1. Resumen
  2. Revisión Bibliográfica
  3. Descripción teórica del proceso de diseño del Transmisor Óptico
  4. Eficacia del proceso de transmisión
  5. Conclusiones
  6. Anexos
  7. Bibliografía

Su uso para aplicaciones industriales de Sensores de Fibra Óptica

Resumen

En esta investigación se discute la posibilidad de diseñar e implementar un transmisor óptico de alta frecuencia, para que sea utilizado como fuente emisora de luz en sensores de fibra óptica que necesiten altas precisiones en su medición. Para ello se cuenta con un KIT de fibra con sus respectivos transmisor y receptor los cuales serán debidamente diseñados teniendo en cuenta las especificaciones del fabricante y algunos cambios propuestos por los autores.

Se cuenta además con una tarjeta FPGA donde se harán los principales cálculos, la generación y tratamiento de las señales involucradas en el proceso de transmisión y recepción.

Como software auxiliares para procesar las señales se utilizará el Xilinx 8.1 y el Matlab 7.0 como complemento para generar algunos códigos importantes en el proceso de envío y recepción de la señal.

Introducción

El creciente incremento del volumen de la información en las comunicaciones por satélite requiere mayores velocidades de transmisión y por ende mayor capacidad para el mismo, si a esto le agregamos la saturación espectral en radiofrecuencia, nos encontramos en la necesidad de explorar formas alternas de comunicación.

Los recientes avances en comunicaciones ópticas permiten tener una alternativa viable para aplicaciones en donde se emplean microondas. Los sistemas ópticos pueden operar a altas velocidades, y requieren para una ganancia determinada, menores diámetros de antenas que los sistemas de radiofrecuencia debido al intervalo de frecuencias en las que trabaja. La potencia eléctrica requerida, el peso y el volumen del sistema total se reducen considerablemente. Los sistemas de comunicaciones ópticas son ideales para comunicaciones en el espacio libre y algunas otras aplicaciones espaciales. Un sistema básico de transmisión óptico consiste de tres elementos básicos: un transmisor óptico, un cable de fibra óptica o un canal óptico, y un receptor óptico.

El transmisor óptico de un sistema de comunicación por fibra óptica es compuesto por un modulador y una fuente de luz asociada. Una fuente de información genera la señal que se desea transmitir y lo envía para ser adaptado por el trasmisor óptico y trasmitido por él. La fuente de información, llamada generador de señales, define el tipo de información a ser transmitida, en este caso se utilizará la frecuencia del reloj de una tarjeta FPGA que opera a 50 MHz, además se pretende obtener una frecuencia de 100 MHz realizando el proceso requerido para ello, en esta tarjeta se generará un código pseudoaleatorio, el cual se intentará transmitir por la fibra.

La Fibra Óptica consiste en una guía de luz, donde la señal no se atenúa tanto como el cobre, ya que en las fibras no se pierde información; además, se pueden emitir a la vez por la fibra varias señales con distintas frecuencias.

Lo cierto es que en poco más de una década, la Fibra Óptica se ha convertido en una de las tecnologías más avanzadas para transmitir información. Este novedoso material ha revolucionado los procesos de las telecomunicaciones.

El principio de funcionamiento de la fibra óptica consiste en hacer incidir un haz de luz en el núcleo en cierto ángulo, para que la luz "rebote" entre el revestimiento y el núcleo, efecto conocido como Reflexión Interna Total. Dado que el recubrimiento no absorbe la luz existente en el núcleo, el haz puede transportarse a grandes distancias.

Una configuración básica es el receptor de detección directa, el fotodetector convierte el flujo de los fotones incidentes en un flujo de electrones. Después esta corriente es amplificada y procesada. Existen dos tipos de fotodiodos usuales para la recepción óptica, fotodiodo PIN y fotodiodo de avalancha APD.

En la práctica, para los receptores de detección directa con fotodiodos PIN, el factor limitante de la sensibilidad del receptor es el ruido térmico, generado en la salida del fotodiodo. Existen dos alternativas para superar esta limitación, una es el uso de fotodiodo de avalancha APD, donde el mecanismo de multiplicación de la corriente fotogenerada en el fotodiodo amplifica la señal fotodetectada y la segunda alternativa es la utilización de un pre-amplificador óptico antes del fotodetector, para amplificar la señal óptica antes de la detección, de esta forma se obtiene la señal a observar en un osciloscopio.

En el capitulo I se realizó una breve revisión bibliográfica de todo lo tratado en la investigación. Puntualizando en que consiste un sistema de comunicación óptico, así como todo lo que lo conforma y su funcionamiento. Se hace mención a las técnicas de Espectro Ensanchado pues es necesario conocer de ellas para la realización de próximos experimentos, y finalmente la tarjeta programable utilizada para generar el código deseado, FPGA Spartan 3E, sus aplicaciones y características.

En el capitulo 2, se explicó detalladamente la utilización del DCM con que se trabaja en la tarjeta FPGA, para tratar de obtener el código que nos permita cambiar el reloj de la tarjeta y lograr de este la frecuencia con que se pretende trabajar, se explicó además el camino necesario a recorrer para la obtención de un polinomio con características especiales que conduzca a la creación de un código pseudoaleatorio, pues es objetivo nuestro la trasmisión de un código de este tipo. Se hace referencia a los circuitos de transmisión y recepción que se utilizarán en el experimento a realizar.

Finalmente en el capitulo 3, se analizaron los resultados obtenidos y se muestra mediante varias imágenes como se obtiene lo deseado, la simulación de la frecuencia de reloj modificada a 100 MHz, el registro de desplazamiento que genera un código pseudoaleatorio, con sus respectivos programas implementados en VHDL y el muestreo de una señal generada en un generador de señales y trasmitida utilizando el KIT de fibra.


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