BER e fattore Q 1/2. È pratica comune nel settore R&D (ricerca e sviluppo) dei sistemi ottici utilizzare il cosiddetto fattore Q per esprimere il BER.

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1 Reti in fibra ottica 1/21 BER e fattore Q 1/2 È pratica comune nel settore R&D (ricerca e sviluppo) dei sistemi ottici utilizzare il cosiddetto fattore Q per esprimere il BER. 2/21

2 BER e fattore Q 2/2 La ragione di questa tradizione risale al fatto che i risultati sull analisi dei sistemi non amplificati aveva a suo tempo portato ad una formula del BER espressa come segue: 1 Q BER erfc 2 2 dove il fattore Q era definito, e poteva essere facilmente misurato, sulla base del diagramma ad occhio (v. prossima slide). 3/21 Fattore Q e diagramma ad occhio 1/2 Il fattore Q può essere facilmente misurato su di un diagramma ad occhio ricavato per simulazione o misurato con un oscilloscopio su di un sistema reale. σ 1 x 1 x1 x0 Q σ + σ 1 0 σ 0 x 0 t opt 4/21

3 Fattore Q e diagramma ad occhio 2/2 Le quantità x 1 and x 0 sono i valori medi dell occhio per uno trasmesso e zero trasmesso, all istante ottimo di campionamento t opt. Le quantità s 1 and s 0 sono le deviazioni standard del rumore sull occhio per uno trasmesso e zero trasmesso, all istante ottimo di campionamento t opt. 5/21 Q derivato dall occhio inaffidabile 1/2 In seguito, fu trovato che la stessa formula, con la stessa definizione di Q, forniva in certi casi risultati sufficientemente accurati anche per i sistemi con amplificatori ottici. Tuttavia, nei sistemi moderni multi-span di ultima generazione, la valutazione del BER basata sul fattore Q misurato sul diagramma ad occhio si è dimostrata inaffidabile. 6/21

4 Q derivato dall occhio inaffidabile 2/2 La ragione è che in questi sistemi l occhio risente di fattori diversi dal solo rumore, come l ISI, gli effetti non lineari ed altri effetti propagativi che sono presenti nei collegamenti reali. 7/21 Q come unità di misura del BER 1/3 Tuttavia, siccome certe consuetudini perdurano nel tempo, il fattore Q è ancora oggi molto utilizzato come unità di misura del BER, tramite l inversione della formula BER/Q, che diviene: ( ) Q = 2erfc 2 BER 8/21

5 Q come unità di misura del BER 2/3 In questo contesto, il Q è inoltre tipicamente espresso in db, come segue: ( ) Q = 20 log Q db 10 Valori tipici sono: Q=15.6 db BER = 10-9 Q=17 db BER = /21 Q come unità di misura del BER 3/3 Questa consuetudine continua anche perché risulta che una variazione di OSNR pari a 1 db produce una variazione di BER pari a c.a un db di Q. Oggi, per evitare confusione con il Q misurato sul diagramma ad occhio, si usa spesso aggiungere un pedice, e scrivere: Q BER per sottolineare l impiego di questo parametro esclusivamente come unità di misura del BER. 10/21

6 BER vs. fattore Q BER BER Q [db] (20 log 10 Q linear ) Q [db] (20 log 10 Q linear ) Valori importanti: Q~15.6 db -> BER=10-9 Q~17.0 db-> BER=10-12 pendenza: 2 decadi di BER per db di Q attorno a BER= /21 Forward Error-Correcting codes (FECs) I BER tipici delle specifiche dei sistemi di telecomunicazioni ad alta velocità sono dell ordine di Recentemente, sono entrati in uso nei sistemi ottici ad alta velocità i codici a correzione di errore, o FECs. 12/21

7 Vantaggi e svantaggi dei FEC Grazie ai FECs è possibile migliorare di molti db la sensitivity dei ricevitori ottici o, analogamente, ridurre di molti db l OSNR necessario ad ottenere un certo BER. Ciò viene ottenuto al prezzo di certo incremento nel bit rate, necessario alla trasmissione dei bit di ridondanza generati dal codice. 13/21 Come tenerne conto 1/2 Tipicamente, le caratteristiche di un FEC sono espresse da due parametri: L incremento di R B necessario a supportare il FEC; Il coding gain in db. 14/21

8 Come tenerne conto 2/2 Come includerli nei calcoli: Per i sistemi non amplificati: addizionare il coding gain al power budget; Per i sistemi con amplificazione ottica (singolo o multi-span): calcolare l OSNR richiesto sottrarre il coding gain da detto OSNR. 15/21 FEC standards 1/2 Al momento esistono uno standard internazionale per i FEC nelle comunicazioni ottiche a larga banda: il codice Reed-Solomon (255,239) con: 5.8 db di coding gain; 7% di overhead (il bit rate deve essere incrementati del 7%). 16/21

9 FEC standards 2/2 Esiste inoltre un ulteriore soluzione che sta prendendo piede: il codice concatenato formato da un Reed- Solomon (255,223) ed un Reed Solomon (255,239): 7.7 db di coding gain; 22% di overhead. Altri codici sono allo studio. 17/21 Altre convenzioni per l OSNR 1/2 Oltre alla convenzione di misurare l OSNR su di una banda di rumore pari al bit rate, sono in uso anche altre convenzioni. In particolare, sono molto utilizzate le bande di rumore standard pari a: 0.1 nm (c.a 12.5 GHz in terza finestra); 0.5 nm (c.a 62.5 GHz in terza finestra). 18/21

10 Altre convenzioni per l OSNR 2/2 La ragione dell uso di queste bande ha a che fare con la comodità delle procedure pratiche di misura. Questo fa sì che, quando si ha a che fare con un OSNR, è sempre necessario verificare su quale banda di rumore esso sia definito. 19/21 Come correggere le bande di rumore Da un punto di vista pratico, abbiamo visto che è semplice correggere un calcolo o una misura di P N quando questa sia stata effettuata con B N R B : B P = P N N B N La medesima correzione può essere utilizzata direttamente per l OSNR: R B OSNR= OSNR R N B 20/21

11 Calcolo OSNR con B N = R B Qualora un OSNR venisse richiesto esplicitamente con una banda diversa da R B, è possibile applicare la variazione modificando soltanto P base. Risulta (in terza finestra): B N = 0.1nm, P base -58 [dbm] B N = 0.5 nm, P base -54 [dbm] 21/21