TECNOLOGIE DELLA TRASMISSIONE OTTICA Anno accademico Il sistema di comunicazioni ottiche. Pierpaolo Boffi

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1 TECNOLOGIE DELLA TRASMISSIONE OTTICA Anno accademico Il sistema di comunicazioni ottiche Pierpaolo Boffi

2 Tecniche di codifica: ASK format ASK: amplitude-shift keying è tecnica di modulazione in ampiezza della portante Comunicazioni ottiche digitali: NO luce negativa! 1 logico la portante ha massima ampiezza (presenza di luce) 0 logico la portante ha ampiezza nulla (assenza di luce) Il segnale è unipolare, detto anche on-off keying (OOK)

3 NRZ coding Non-return-to-zero NRZ l impulso di luce corrispondente all 1 logico occupa tutto il periodo di bit.

4 RZ coding Return-to-zero RZ l impulso è più stretto del periodo. 1 logico occupa una percentuale del periodo. 0 logico occupa tutto il periodo.

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6 Ricezione Il metodo con cui la modulazione di intensità è letta in ricezione direttamente da un photodetector è detto intensity modulation with direct detection (IM/DD)

7 Occupazione di banda Diodi laser x TLC presentano una larghezza di riga di qualche decina di MHz. La modulazione della portante genera un allargamento dello spettro funzione della banda e del formato di modulazione. Nel caso di segnali digitali OOK NRZ una banda estesa due volte il bit-rate di modulazione contiene circa il 97% della potenza del segnale.

8 Banda del segnale Spettro di una sequenza di impulsi gaussiani con FWHM (full width half maximum) di 30 ps. Banda a 3 db = 0.08 nm Spettro di una sequenza NRZ (non return to zero) con bit rate di 10 Gbit/s. Banda a 3 db = 0.03 nm

9 TRASMISSIONE CON MODULAZIONE ANGOLARE g [ ] ( t) = A # cos " t + ( t) p! p PHASE MODULATION (PM) " ( t) = k s( t) p! FREQUENCY MODULATION (FM) "# ( t) = k s( t) dove ( t) = k s(!) d! p! " p # t %$

10 PSK format PSK: phase-shift keying è tecnica che modula la fase del fascio ottico (portante) Frequenza ed ampiezza restano costanti (appare come un onda CW). PSK binario (fase varia tra 0 e 180 ). FSK format FSK: frequency-shift keying è tecnica che modula la frequenza del fascio ottico (portante) La frequenza cambia da ( f + Δf ) per lo 1 logico a ( f Δf ) per lo 0 logico.

11 Modulazione ASK, PSK e FSK.

12 Rivelazione coerente E richiesta al ricevitore una sorgente ottica (oscillatore locale) per interferire con il segnale ricevuto ed estrarre l informazione. è importante la stabilità in fase dell oscillatore locale e del segnale

13 Sistema di trasmissione punto-a-punto Sistema multitratta (multispan) con ripetitori elettronici

14 Amplificatore Rigeneratore

15 RIGENERAZIONE ELETTRONICA complessità dell'elettronica (costo e affidabilità) non trasparente al bit-rate e al formato e funzionante a singola lunghezza d'onda banda di funzionamento: 3 finestra La AMPLIFICAZIONE OTTICA guadagno superiore a 30 db e bassa figura di rumore trasparenza al formato, al bit-rate e alla polarizzazione trascurabile diafonia tra canali a diverse!

16 Sistema di trasmissione punto-a-punto amplificato Sistema multitratta (multispan) con amplificatori ottici (EDFA)

17 Sistema di trasmissione punto-a-punto amplificato Sistema multitratta (multispan) con amplificatori ottici (EDFA): si utilizzano EDFA che compensano tramite il guadagno G esattamente le perdite dovute ad α lungo la lunghezza della singola tratta (span) l span.

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20 WAVELENGTH DIVISION MULTIPLEXING SYSTEM

21 POTENZA TRASMESSA / SPAN TRA AMPLIFICATORI l span Minizzare i costi massimizzare tra gli amplificatori minimizzando il num di amplificatori P massima per canale potenza di saturazione degli amplificatori limitata e ASE accumulato non-linearità considerazioni di safety se l span aumenta, aumentano le penalità per non-linearità

22 WAVELENGTH DIVISION MULTIPLEXING SYSTEM anni 80 i primi collegamenti a lunga distanza sono limitati dall uso di rigeneratori elettrici anni 90 l introduzione degli EDFA rende i collegamenti ottici vantaggiosi anche da un punto di visto economico; vengono inaugurati i primi collegamenti punto-a-punto WDM today tecniche per la compensazione della dispersione e nuove tecnologie per la realizzazione di Add/Drop MUX/DEMUX rendono le reti WDM realistiche NEXT convertitori di lunghezza d onda, cross-connect ottici e sistemi per il network management possono ultimare il processo di penetrazione dell ottica nella rete