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Sistemi di Telecomunicazione
Parte 6: Sistemi Ottici
Parte 6.4: Esempi di dimensionamento di sistemi ottici
Universita’ Politecnica delle Marche
A.A. 2013-2014
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Esempio 1
Si progetti, di massima, un collegamento in fibra ottica prevedendo
l’eventuale utilizzo di amplificatori e rigeneratori, assumendo i seguenti
dati:
I
Lunghezza d’onda = 1550 nm, attenuazione specifica α = 0.25
dB/km, D = 0,2 ps/nm km (coefficiente di dispersione), L = 200
km (lunghezza del collegamento)
I
R = 1Gb/s (bit rate del collegamento), Larghezza di riga dei laser =
1 nm (per il laser di Tx sia del terminale di trasmissione che
dell’eventuale rigeneratore)
I
Prmin = −20 dBm (per il PD sia del terminale di ricezione che
dell’eventuale rigeneratore), Pt = 0,5 mW (per il laser di Tx sia del
terminale di trasmissione che del rigeneratore)
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Esempio 1 - svolgimento
Verifichiamo il soddisfacimento dei requisiti di sistema, per capire se
occorre o meno prevedere l’inserimento di amplificatori ottici e/o
rigeneratori:
I Vincolo sull’allargamento temporale massimo degli impulsi:
∆T = D · ∆λ · L = 0.2
h
ps i
· 1[nm] · 200[km] = 40[ps]
km · nm
T = 1/R = 1/109 = 1[ns]; T /5 = 0.2[ns] = 200[ps]
Risulta pertanto ∆T < T /5 quindi il vincolo sull’allargamento temporale
massimo degli impulsi e’ soddisfatto. Non occorre prevedere un rigeneratore nel
collegamento.
I Vincolo sulla potenza minima ricevuta (sensibilita’ del ricevitore): la potenza
ricevuta risulta pari a:
Pr = Pt − α · L[dB]
Risulta: Pt = 0.5 mW che corrispondono a -3 dBm. Quindi:
Pr = Pt − α · L[dB] = −3dBm − 0.25 · 200dB = −53dBm
La sensibilita’ del ricevitore (PD) risulta pari a -20 dBm, per cui occorre
prevedere l’inserimento di un amplificatore ottico, il cui guadagno dovra’
compensare la potenza mancante per raggiungere la sensibilita’ richiesta, ovvero:
G = Pr ,min − Pr = −20dBm − (−53)dBm = 33dB
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Esempio 2
Progettare un sistema di comunicazione in fibra ottica in terza finestra di
attenuazione considerando:
I
R=2.5 Gb/s, D=1 ps/nm km, L=200 km, α = 0.3 dB/km,
I
∆λlaser = 2 nm, Pt = -3 dBm, Pr ,min = −6 dBm (sensibilita’)
Valutare l’inserimento di amplificatori (definendone il guadagno) e
rigeneratori (definendone la posizione) considerando che i valori di Pt e
Pr ,min valgono per tutti i laser e tutti i fotodiodi del sistema.
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Esempio 2 - svolgimento
Verifichiamo il soddisfacimento dei requisiti di sistema, per capire se
occorre o meno prevedere l’inserimento di amplificatori ottici e/o
rigeneratori:
I Vincolo sull’allargamento temporale massimo degli impulsi:
h ps i
∆T = D · ∆λ · L = 1
· 2[nm] · 200[km] = 400[ps]
km · nm
T = 1/R = 1/(2.5 · 109 ) = 400[ps]; T /5 = 80[ps]
Non risulta pertanto verificata la condizione ∆T < T /5 quindi il
vincolo sull’allargamento temporale massimo degli impulsi non e’
soddisfatto. Occorre prevedere l’inserimento di rigeneratori lungo il
collegamento. Affinche’ risulti soddisfatto il vincolo sul massimo
allargamento temporale degli impulsi, occorre stabilire a quale
distanza L∗ dalla sorgente va collocato un rigeneratore. Deve
risultare:
80
[km] = 40km
1·2
Per coprire la tratta richiesta di 200 km, occorrono n − 1
rigeneratori, con n = L/L∗ = 5, ovvero 4 rigeneratori.
∆T = D · ∆λ · L∗ < 80[ps]; L∗ <
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Esempio 2 - svolgimento
I
Ora occorre verificare il vincolo sulla potenza minima ricevuta
(sensibilita’ del ricevitore), per capire se oltre che rigenerare gli
impulsi ottici, occorra anche amplificarli. Consideriamo dunque cosa
accade in ogni sotto-tratta di lunghezza L∗ :
Pr = Pt − α · L∗ [dB] = −3dBm − 0.3 · 40dB = −15dBm
Tale valore di potenza ricevuta e’ inferiore alla sensibilita’ dei PD in
uso, per cui ad ogni stadio di rigenerazione occorre prevedere anche
un amplificatore di guadagno pari a:
G = Pr ,min − Pr = −6dBm − (−15)dBm = 9dB
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Esempio 3
Si chiede il progetto di un collegamento in terza finestra di attenuazione
a 50 Gb/s in fibra ottica conforme alla raccomandazione G.653
(caratteristiche nella figura allegata) tra due siti tra loro distanti 160 km,
assumendo i seguenti dati progettuali (validi sia per gli apparati terminali
che per eventuali rigeneratori, se necessari):
I
laser in TX: potenza di emissione = 1 mW, lunghezza d’onda di
emissione sintonizzabile tra 1520 e 1575 nm, frequenza di
modulazione 2.5 Gb/s, larghezza di riga spettrale 0.5 nm
I
fotodiodi di Rx: sensibilita’ (per BER= 10−6 ) = -15 dBm
Avendo a disposizione per il collegamento richiesto un’unica coppia di
fibre, si chiede di dimensionare il sistema.
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Esempio 3 - fibra G.653
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Esempio 3 - svolgimento
I Data la frequenza di modulazione di 2.5 Gb/s della sorgente laser, per poter
soddisfare il requisito sulla bit rate richiesta di 50 Gb/s occorre ricorrere ad un
sistema di trasmissione in tecnica WDM a 20 canali, essendo 50/2.5 = 20.
I Poiche’ il deployment del sistema deve avvenire su una sola coppia di fibre
ottiche, il WDM si realizza andando a modulare i 20 canali con un’unica
sorgente laser, e a multiplarli per la trasmissione sulla stessa fibra. Pertanto, per
ogni canale, la potenza disponibile in trasmissione si ridurra’, rispetto a quella
nominale del laser, di 13 dB (essendo 10log10 20 = 13).
I Valutiamo, per ciascun canale, il vincolo sull’allargamento temporale degli
impulsi. Per la fibra G.653, il coefficiente di dispersione in terza finestra di
ps
trasmissione vale D = 2 km·nm
T = 1/R = 1/(2.5 · 109 ) = 400[ps]; T /5 = 80[ps]
ps i
· 0.5[nm] · 160[km] = 160[ps]
km · nm
Pertanto, ipotizzando un collegamento che copra l’intera tratta, il vincolo sulla
dispersione massima non puo’ essere soddisfatto. Risulta immediato verificare
che affinche’ sia ∆T < T /5 occorre, nel caso specifico, prevedere la presenza di
80
un apparato rigeneratore, posto a distanza L∗ < 2·0.5
= 80 km dalla sorgente di
emissione.
∆T = D · ∆λ · L = 2
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h
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Esempio 3 - svolgimento
I Il passo di rigenerazione vale pertanto 80 km.
I Valutiamo ora l’eventuale necessita’ di inserire un amplificatore ottico per
ciascun canale, per soddisfare il requisito sulla sensibilita’ del ricevitore. Risulta:
Pr = Pt∗ −α·L∗ [dB] = Pt −13dB−α·L∗ [dB] = 0dBm−13dB−0.2·80dBm = −29dBm
avendo verificato, dalle curve relative alle prestazioni della fibra G.653, che alla
lunghezza d’onda di lavoro risulta α ∼
= 0.2 dB/km.
I Essendo dunque Pr < Pr ,min = −15 dBm, occorre prevedere anche un
amplificatore ottico, il cui guadagno dovra’ essere pari a:
G = Pr ,min − Pr = −15dBm − (−29)dBm = 14dB
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