Sistemi di Telecomunicazione Parte 6: Sistemi Ottici Parte 6.4: Esempi di dimensionamento di sistemi ottici Universita Politecnica delle Marche A.A. 2013-2014 A.A. 2013-2014 Sistemi di Telecomunicazione 1/10
Esempio 1 Si progetti, di massima, un collegamento in fibra ottica prevedendo l eventuale utilizzo di amplificatori e rigeneratori, assumendo i seguenti dati: 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) 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) Pr min = 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) A.A. 2013-2014 Sistemi di Telecomunicazione 2/10
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: Vincolo sull allargamento temporale massimo degli impulsi: [ ps ] T = D λ L = 0.2 1[nm] 200[km] = 40[ps] km nm T = 1/R = 1/10 9 = 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. Vincolo sulla potenza minima ricevuta (sensibilita del ricevitore): la potenza ricevuta risulta pari a: P r = P t α L[dB] Risulta: P t = 0.5 mw che corrispondono a -3 dbm. Quindi: P r = P t 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 = P r,min P r = 20dBm ( 53)dBm = 33dB A.A. 2013-2014 Sistemi di Telecomunicazione 3/10
Esempio 2 Progettare un sistema di comunicazione in fibra ottica in terza finestra di attenuazione considerando: R=2.5 Gb/s, D=1 ps/nm km, L=200 km, α = 0.3 db/km, λ laser = 2 nm, P t = -3 dbm, P r,min = 6 dbm (sensibilita ) Valutare l inserimento di amplificatori (definendone il guadagno) e rigeneratori (definendone la posizione) considerando che i valori di P t e P r,min valgono per tutti i laser e tutti i fotodiodi del sistema. A.A. 2013-2014 Sistemi di Telecomunicazione 4/10
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: Vincolo sull allargamento temporale massimo degli impulsi: [ ps ] T = D λ L = 1 2[nm] 200[km] = 400[ps] km nm T = 1/R = 1/(2.5 10 9 ) = 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: T = D λ L < 80[ps]; L < 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. A.A. 2013-2014 Sistemi di Telecomunicazione 5/10
Esempio 2 - svolgimento 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 : P r = P t 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 = P r,min P r = 6dBm ( 15)dBm = 9dB A.A. 2013-2014 Sistemi di Telecomunicazione 6/10
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): 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 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. A.A. 2013-2014 Sistemi di Telecomunicazione 7/10
Esempio 3 - fibra G.653 A.A. 2013-2014 Sistemi di Telecomunicazione 8/10
Esempio 3 - svolgimento 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. 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 10log 10 20 = 13). 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 10 9 ) = 400[ps]; T /5 = 80[ps] [ ps ] T = D λ L = 2 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 un apparato rigeneratore, posto a distanza L < 80 = 80 km dalla sorgente di 2 0.5 emissione. A.A. 2013-2014 Sistemi di Telecomunicazione 9/10
Esempio 3 - svolgimento Il passo di rigenerazione vale pertanto 80 km. Valutiamo ora l eventuale necessita di inserire un amplificatore ottico per ciascun canale, per soddisfare il requisito sulla sensibilita del ricevitore. Risulta: P r = P t α L [db] = P t 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. Essendo dunque P r < P r,min = 15 dbm, occorre prevedere anche un amplificatore ottico, il cui guadagno dovra essere pari a: G = P r,min P r = 15dBm ( 29)dBm = 14dB A.A. 2013-2014 Sistemi di Telecomunicazione 10/10