Εξελίξεις στις οπτικές επικοινωνίες

Transcript

1 Ινοοπτικές ζεύξεις

2 Εξελίξεις στις οπτικές επικοινωνίες Δεκαετία 1980: μήκος κύματος φέροντος στα 850nm (1o παράθυρο εξασθένησης) Δεκαετία 1990: μήκος κύματος φέροντος στα 1310nm (2o παράθυρο εξασθένησης με ταυτόχρονη ελαχιστοποίηση της διασποράς) Σήμερα: μήκος κύματος φέροντος στα 1550nm (3o παράθυρο εξασθένησης με ταυτόχρονη αύξηση της διασποράς σε σχέση με το 2ο παράθυρο). Χρησιμοποιείται κυρίως λόγω της λειτουργίας των οπτικών ενισχυτών ερβίου. Η τάση στις οπτικές επικοινωνίες είναι ο εξοπλισμός να λειτουργεί αμιγώς οπτικά. Σε αυτή την κατεύθυνση έχουν βοηθήσει οι οπτικοί ενισχυτές και οι οπτικοί πολυπκλέκτες.

3 Κατάσταση των ζεύξεων σήμερα Χρησιμοποιούνται μήκη κύματος στις περιοχές των 1310 και 1550 nm στις οποίες ελαχιστοποιείται η οπτική εξασθένηση. Χρησιμοποιούνται μονότροπες οπτικές ίνες με συντελεστή εξασθένησης μικρότερο των 0,4 db/km. Χρησιμοποιούνται οπτικοί πομποί laser υψηλών επιδόσεων. Χρησιμοποιείται κυρίως εξωτερική διαμόρφωση ASK. Χρησιμοποιούνται κυρίως ενισχυτές Ερβίου (EDFAs). Χρησιμοποιείται ευρέως η τεχνική πολύπλεξης WDM.

4 Βασικοί υπολογισμοί Ισολογισμός ισχύος Ο οπτικός δέκτης πρέπει να λαμβάνει ισχύ P r μεγαλύτερη απο την ευαισθησία του P r,min. Προδιαγράφεται από τους κατασκευαστές η μέγιστη δυνατή εξασθένηση A max από την έξοδο του πομπού έως την είσοδο του δέκτη. Εάν Pt η ισχύς του πομπού τότε: Α max = P t P r,min H συνολική εξασθένηση A tot υπολογίζεται απο: Τον συντελεστή εξασθένησης του οπτικού καλωδίου a f (db/km) Απώλειες λόγω συνδετήρων Α con Πρόσθετες απώλειες Π λόγω γήρανσης περιβάλλοντος κλπ Α tot = α f L + Α con + Π < Α max

5 Παράδειγμα Σε ζεύξη οπτικών ινών μήκους L=100km χρησιμοποιείται μονότροπη ίνα με συντελεστή εξασθένησης a f =0,3dB/km. O πομπός εκπέμπει ισχύ P t = 1mW ενω ο δέκτης έχει ευαισθησία P r,min =-30dBm. Αν Α con =2dB και Π=8dB να διευκρινιστεί άν θα χρειαστεί οπτικός ενισχυτής. Υπολογίζουμε την ισχύ του πομπού σε dbm. P t = 1mW = 10log(1mw/1mw) = 0dBm Η μέγιστη επιτρεπτή εξασθένηση προκύπτει από την διαφορά της στάθμης του πομπού μείον την στάθμη του δέκτη: Α max = P t P r,min = 30dB Στην συνέχεια υπολογίζουμε την πραγματική εξασθένηση: A tot = a f. L +A con + Π = 0,3 db/km. 100 km +2dB +8dB = 40dB Αφού η πραγματική εξασθένηση είναι 10dB πάνω από την επιτρεπτή, απαιτείται ενίσχυση 10 db.

6 Διασπορά Εάν D s είναι η συνολική διασπορά του οπτικού καλωδίου, t rise,t και t rise,r οι χρόνοι ανύψωσης 10% - 90% του πομπού και του δέκτη αντίστοιχα και B είναι το διαθέσιμο εύρος ζώνης ισχύουν οι σχέσεις: τ tot = 1,1.[D s 2 + t rise,t 2 + t rise,r2 ] 1/2 (σε sec) και Β = 0,25 / τ tot (Hz) Ο μέγιστος ρυθμός μετάδοσης R δίνεται απο τον τύπο: R max = 0,25 / τ tot (bit/sec)

7 Παράδειγμα Μια ξεύξη οπτικών ινών έχει μήκος L=40km και χρησιμοποιεί καλώδιο μονότροπων ινών με συντελεστή ενδοτροπικής διασποράς τ ε = 15ps/nm.km. Ο πομπός έχει εύρος Δλ = 1nm. Αν οι χρόνοι ανόδου του πομπού και του δέκτη είναι t rise,t =1ns και t rise,r =1ns αντίστοιχα να υπολογιστούν: α) Το εύρος ζώνης Β της ζεύξης. β) Ο επιτεύξιμος ρυθμός μετάδοσης R. Λύση: D s =D ε =τ ε.δλ.l= 15 (ps/nm.km). 1nm. 40km = 600ps =0,6ns 2 2 τ tot = 1,1.(D s + t rise,t + t rise,r2 ) 1/2 = 1,1.(0, ) 1/2 =1,7ns B = 0,25 / τ tot = 147MHz R max = 0,25 / τ tot = 147 Mbit/s

8 Τυπική διάταξη για την διεξαγωγή μετρήσεων Οπτική πηγή π.χ. laser Σύστημα προς μέτρηση Οπτικός δέκτης π.χ. ισχυόμετρο

9 Μέτρηση οπτικής ισχύος πομπού Γεννήτρια Ψηφιακών σημάτων πομπός Οπτικά κορδόνια Ισχυόμετρο

10 Μέτρηση εξασθένησης ζεύξης laser Ισχυόμετρο Η συνολική εξασθένηση Α tot μιας ζεύξης μπορεί να μετρηθεί απο την σύγκριση της οπτικής ισχύος εξόδου του laser P laser και της οπτικής ισχύος P meter που καταγράφει το ισχυόμετρο: A tot (db) = P laser (dbm)-p meter (dbm)

11 Μέτρηση εξασθένησης ζεύξης Προκειμένου το laser και το ισχυόμετρο να βρίσκονται στο ίδιο χώρο χρησιμοποιείται η παρακάτω διάταξη: laser Ισχυόμετρο ODF A tot (db)=[p laser (dbm) - P meter (dbm)] / 2

12 Μέτρηση BER T x Δέκτης Εμπρόσθιας ζεύξης Μετρητής BER Πομπός Ζεύξης Αντίθετης Κατεύθυνσης R x

13 Παράδειγμα Να υπολογιστεί ο χρόνος διάρκειας της μέτρησης του BER αν η προδιαγραφόμενη τιμή του BER είναι και ο ρυθμός του μεταδιδόμενου σήματος είναι 2,5Gbps. Λύση Για BER = στατιστικά απαιτούνται bit για να προκύψει ένα σφάλμα. Εάν θεωρήσουμε αξιόπιστη την μέτρηση όταν εκπέμπονται bit θα έχουμε bit συνολικά. Γνωρίζουμε οτι το μεταδιδόμενο σήμα έχει ρυθμό 2,5 Gbps = 2, bit /secκαι αρα για να εκπεμφθούν bit απαιτείται χρόνος / (2, ) sec = sec = 11h