Rete regionale Pierpaolo Boffi

Transcript

1 Rete regionale Pierpaolo Boffi

2 La rete di comunicazione ottica RETE DI TRASPORTO terrestre /sottomarina RETE METRO REGIONALE RETE d ACCESSO RETE METRO REGIONALE RETE d ACCESSO

3 Rete regionale I sistemi di tipo regionale oggi istallati sono costituiti da collegamenti dell ordine di qualche centinaia di km di fibra standard SMF operanti con segnale di tipo NRZ a 2.5Gb/s. L evoluzione dei sistemi dovuta alla continua richiesta di banda trasportata comporta la traslazione del bit-rate di trasmissione dall attuale 2.5Gb/s a 10 Gb/s. Ciò comporta una forte limitazione sulla distanza massima percorribile a causa degli effetti della dispersione cromatica sul segnale NRZ a 10Gb/s. Un segnale ASK-NRZ non-chirpato può propagare al massimo su 80km di fibra SMF standard prima di richiedere una compensazione della dispersione. Ciò limita fortemente le prestazioni de sistema. Una possibile soluzione può essere l adozione di fibre di compensazione di tipo DCF soluzione questa ritenuta troppo costosa. Un altra soluzione può essere istallare fibre di nuova generazione a più bassa dispersione cromatica in terza finestra (per es. NZD+), ma ciò risulta impossibile nel caso di collegamenti già esistenti. Un ultima possibilità è l utilizzo di nuovi formati di modulazioni più robusti alla dispersione cromatica al fine di aumentare la massima distanza percorribile.

4 Effetti della Dispersione cromatica La distorsione introdotta dalla dispersione cromatica sul segnale propagato limita la distanza massima percorribile su tratta non-compensata. La distanza massima percorribile risulta circa inversamente proporzionale al quadrato del bit-rate. - OC-48 (2.5Gb/s) su fibra SMF L dispersion-limited 700 km (circa 1dB di penalità sulla sensibilità al ricevitore) - OC-192 (10Gb/s) su fibra SMF L dispersion-limited 700/16 = 44 km (circa 1dB di penalità sulla sensibilità al ricevitore) L dispersion-limited 80 km (circa 2dB di penalità sulla sensibilità al ricevitore) - OC-192 (10Gb/s) + pre-chirp L dispersion-limited 100 km (circa 2dB di penalità sulla sensibilità al ricevitore)

5 Rete regionale Distanza: centinaia di km Canali: WDM o DWDM Bit-rate: oggi 2.5Gb/s, ma in futuro 10Gb/s Dispersione: fibra SMF standard NO dispersion management (no DCF) aumentare L dispersion-limited

6 Formato: DUOBINARIO Il formato duobinario ottico appartiene alla classe dei cosiddetti codici correlativi (correlativ coding formats). Questa classe di formati è caratterizzata da un espansione dell alfabeto dei simboli utilizzati per l trasmissione dei bit rispetto al semplice formato binario modulato in intensità, ma non pe incrementare il bit-rate equivalente di trasmissione (come avviene invece per i formati multilivello Tutti i simboli sono trasmessi al bit-rate e il grado di libertà guadagnato attraverso l aument dell alfabeto di simboli è invece sfruttato per modificare opportunamente la forma dello spettro aumentare la tolleranza del formato alla propagazione in fibra introducendo una specie di memori nello schema di modulazione (a volte definita line coding). Il formato duobinario ottico è chiamato anche con il nome di: Phase-Shaped Binary Transmission PSBT

7 Formato: DUOBINARIO Per rappresentare i due bit 0 e 1 il formato duobinario utilizza il set di simboli {0; ±E} dove è l ampiezza del campo del segnale ottico. Utilizzando la ricezione diretta (direct detection) i tr simboli ottici sono automaticamente convertiti in ricezione nei due simboli elettrici {0; E 2 }. La peculiarità del formato duobinario ottico sta nel salto di fase di π che si verifica i corrispondenza alla presenza di un numero dispari di bit 0 tra due bit 1 successivi.

8 Formato: DUOBINARIO logica di funzionamento E necessario l utilizzo di un codificatore differenziale che precodifichi la sequenza di dati in ingresso. La precodifica consiste semplicemente nel cambio di livello ogni volta che si presenta un bit 0 nella sequenza originale di dati in ingresso. Ad esempio la sequenza in ingresso viene codificata in La sequenza precodificata è convertita in un segnale elettrico a tre livelli {-1;0; +1} attraverso un filtro elettrico stretto a frequenza di taglio a 3dB intorno a circa il 25% del bit-rate di trasmissione (B=R/4). E anche possibile realizzare la codifica duobinaria a tre livelli tramite un opportuno filtro delay-andcomprendente una linea di ritardo pari alla durata del tempo di bit.

9 Formato: DUOBINARIO logica di funzionamento Il segnale elettrico a tre livelli ottenuto dal filtraggio stretto è quindi utilizzato per comandare un modulatore elettro-ottico di tipo Mach-Zehnder (MZ) con tensione di bias all estinzione V DC =V p. In questo modo all uscita del modulatore si ottiene un segnale ottico a 2 livelli di intensità {0; E 2 } dove corrispondentemente al segnale elettrico modulante (-1) il campo ottico presenta una fase pari a 0, mentre corrispondentemente al segnale elettrico modulante (+1) il campo ottico presenta una fase pari a π. La sequenza ottenuta all uscita dal modulatore e pronta per la trasmissione in fibra riproduce in intensità esattamente la sequenza iniziale di bit prima della codifica. Al ricevitore, grazie alla ricezione diretta, non è dunque richiesto alcun decodificatore.

10 Formato: DUOBINARIO Il principale vantaggio del segnale duobinario è la sua eleva robustezza alla dispersione cromatic della fibra ottica, in particolare rispetto al comportamento del tradizionale formato binario OOK Tale vantaggio può essere compreso sia dal punto di vista del dominio temporale che del domin spettrale. Nel dominio del tempo, la sequenza di dati codificata attraverso il formato duobinario così caratterizzata: in corrispondenza di ogni bit 0 a metà del tempo di bit avviene una transizione di fase pari a π; i bit 0 presentano un energia residua; l intensità è nulla a metà del bit-slot di bit 0 dove avviene la transizione di fase. Consideriamo la sequenza di bit Grazie al formato duobinario questa sequenza viene codificata come : se a causa della dispersione cromatica i 2 bit 1 si allargano sul bit 0 posto tra di loro, le code dei bit 1 dispersi interferiscono distruttivamente, mantenendo basso il livello di intensità del bit 0. In caso di formato OOK, si verificherebbe un interferenza costruttiva tra le code dei due bit 1, chiudendo l occhio in corrispondenza del bit 0.

11 Formato: DUOBINARIO Nel dominio delle frequenze lo spettro del segnale duobinario risulta decisamente più stretto quello del segnale binario OOK grazie alle transizione meno ripide nella sequenza figura 10 sono riportati gli spettri del segnale NRZ-OOK e duobinario, con i rispettivi diagrammi occhio nei riquadri. Spettro in frequenza del segnale NRZ-OOK (a sinistra) e del segnale duobinario ottico (a destra Nei riquadri i rispettivi diagrammi a occhi all uscita del trasmettitore.

12 Formato: DUOBINARIO Le caratteristiche sopra elencate rendono il formato duobinario estremamente tollerante dispersione in fibra. La tolleranza alla dispersione cromatica varia in base al tipo e all ordine del f elettrico utilizzato nel trasmettitore (la scelta ottima è un filtro Bessel del 5 ordine con frequenz taglio a 2.8GHz per segnali NRZ a 10Gb/s). Con trasmettitori duobinari commercialmente disponibili operanti a 10 Gb/s è possibile raggiungere una distanza massima limitata per dispersione L dispersion-limited di circa 200 km su fibra S standard. - 10Gb/s su fibra SMF L dispersion-limited 200 km (circa 2dB di penalità sulla sensibilità al RX)

13 Formato: DUOBINARIO Il formato è però molto sensibile alle variazioni di OSNR a causa della presenza di energ associata i bit 0 (si riscontrano infatti circa 2 db di penalità in back-to-back prima del propagazione rispetto alle prestazioni di un segnale standard NRZ-OOK). Penalità in OSNR (per avere BER 10-6 ) rispetto a in back-to-back per 3 differenti sistemi di tipo duobinario PSBT

14 Formati: VSB e OSSB Quando un segnale è modulato in ampiezza sia nella modalità NRZ che RZ, lo spettro del segnal trasmesso presenta una doppia banda laterale con una ridondanza dell informazione trasportata. L banda laterale più bassa può essere totalmente o parzialmente filtrata senza perdere informazione. Quando la banda laterale inferiore è parzialmente filtrata, si ottiene il formato: Amplitude Modulation Vestigial Side Band - AM-VSB Quando la banda laterale inferiore è completamente filtrata, si ottiene il formato: Optical Single Side Band - OSSB Il filtraggio utile alla soppressione della banda laterale può essere ottenuta nel dominio elettrico nel dominio ottico. Nel dominio elettrico il segnale OSSB può essere ottenuto attraverso l trasformata di Hilbert (realizzata mediante splitter, sfasatori e ritardatori). La tolleranza alla dispersione cromatica aumenta poichè lo spettro è ridotto rispetto al segnale IMDD. Il segnale però può essere pesantemente distorto.

15 Formato: M-ary ASK Multilevel Amplitude Shift Keying - ASK Gli N bit da trasmettere sono convertiti in un segnale multilivello i cui livelli di ampiezza son M=2 N. Ogni simbolo trasporta così N=log 2 (M) bit di informazione. Se B è il bit-rate originario, il rate di simbolo può quindi essere ridotto a B/N. In questo modo l spettro del segnale è ridotto (la distanza tra i primi 2 zeri è ridotta da 2B a 2B/N)e il formato divent più robusto alla dispersione cromatica rispetto al segnale binario al bit-rate equivalente. Il formato necessita un sistema di rivelazione complesso multisoglia per essere rivelato. A parità di potenza trasmessa, il formato soffre in ricezione di una inevitabile chiusura dell occhi dovuta ai livelli aggiunti. Sebbene il formato multilivello aumenti la robustezza alla disersione, le penalità in potenza son tali da limitarne oggi l utilizzo sia nelle reti metro/regionali che in quelle di tipo long-haul.

16 Formato: M-ary ASK Multilevel Amplitude Shift Keying - ASK Diagramma ad occhio di un segnale 4-ASK dopo 0, 75 e a50 km.