ΟΠΤΙΚΟΙ ΠΟΜΠΟΙ Γενικά Η εκπομπή φωτονίων μπορεί να είναι είτε αυθόρμητη (spontaneous emission) είτε διεγερμένη (stimulated emission). Η αυθόρμητη εκπομπή συμβαίνει στις διόδους εκπομπής (LEDs) και παράγει ασύμφωνο οπτικό σήμα ενώ η αυθόρμητη εκπομπή συμβαίνει στα laser και παράγει σύμφωνο οπτικό σήμα. Λόγω της σύμφωνης φύσης του, το οπτικό σήμα των lasers έχει μεγαλύτερη ισχύ και στενότερο εύρος ζώνης. Στις ζεύξεις οπτικών ινών, τόσο τα lasers όσο και τα LEDs είναι κατασκευασμένα από ημιαγωγούς. Για μήκη κύματος 850 nm (0,85 μm) χρησιμοποιούνται, συνήθως, υλικά της μορφής Al 1 x Ga x As ενώ για μήκη κύματος 1310 nm (1,31 μm) και 1550 nm (1,55 μm) υλικά της μορφής Ιn 1 x Ga x As y P 1 y (με x/y 0,45 και το y να ρυθμίζεται έτσι, ώστε να δημιουργείται το κατάλληλο ενεργειακό διάκενο Ε g = hf = hc/λ g άρα το επιθυμητό μήκος κύματος εκπομπής λ g βλ. πίνακα παρακάτω).
Δίοδοι εκπομπής φωτός (LEDs) Κύκλωμα οδήγησης ενός LED (για αναλογική μετάδοση). To κύκλωμα είναι, βασικά, μια ενισχυτική βαθμίδα κοινού εκπομπού (CE). V CC C 1 R 1 C 2 v in (t) ~ R 2 R L v out (t) R E C 3 Lasers Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ινοοπτικές Τηλεπικοινωνίες (πρόσθετες σημειώσεις) 1
Ένας βασικός τύπος laser είναι τα Fabry-Perot (ο άλλος είναι τα lasers κατανεμημένης ανάδρασης ή DFB). Στα lasers Fabry-Perot, δύο κάτοπτρα δημιουργούν μια κοιλότητα (cavity) μέσα στην οποία μεταδίδεται, μέσω διαδοχικών ανακλάσεων, το οπτικό κύμα. Σήμα εξόδου laser Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ινοοπτικές Τηλεπικοινωνίες (πρόσθετες σημειώσεις) 2
Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ινοοπτικές Τηλεπικοινωνίες (πρόσθετες σημειώσεις) 3
Χαρακτηριστικό όλων των πηγών laser είναι η ύπαρξη ρεύματος κατωφλίου (threshold current) Ι th, κάτω από το οποίο δεν μπορεί να υπάρξει εξαναγκασμένη εκπομπή (άρα και λειτουργία τύπου laser). H πυκνότητα J th του ρεύματος αυτού σχετίζεται με το κέρδος κατωφλίου g th μέσω της 1 1 1 1 σχέσης J th = gth = [α ln( )] (όπου ξ συντελεστής χαρακτηριστικός της εκάστοτε ξ ξ 2L r1 r2 διάταξης laser). Η γεωμετρία και η διατομή ενός laser ημιαγωγού φαίνεται στα σχήματα που ακολουθούν. Το βασικό υλικό είναι το Ιn 1-x Ga x As y P 1-y. Λόγω της ύπαρξης περιοχών με διαφορετικό υλικό, τα συγκεκριμένα lasers χαρακτηρίζονται ως ετεροδομικά (heterostructured). Η κατασκευή τους είναι τέτοια, ώστε να σχηματίζεται μια σχετικά στενή ενεργός περιοχή (active region) με σχετικά υψηλό δείκτη διάθλασης. Οι μικρές διαστάσεις της ενεργού περιοχής διευκολύνουν την επανασύνδεση φορέων (άρα αυξάνουν την ισχύ του εξερχόμενου οπτικού σήματος) ενώ ο υψηλός δείκτης διάθλασης ευνοεί τον εγκλωβισμό (κυματοδήγηση) του οπτικού σήματος. Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ινοοπτικές Τηλεπικοινωνίες (πρόσθετες σημειώσεις) 4
Μικρή ενεργός περιοχή για περισσότερες επανασυνδέσεις e(-) και h(+). Υψηλότερος n act για κυματοδήγηση του οπτικού σήματος. Κύκλωμα οδήγησης ενός laser (για ψηφιακή μετάδοση). +5 V Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ινοοπτικές Τηλεπικοινωνίες (πρόσθετες σημειώσεις) 5
Διαμόρφωση του οπτικού φέροντος Χρησιμοποιούνται δύο τεχνικές, η άμεση (direct) διαμόρφωση (διασύνδεση του ηλεκτρικού σήματος πληροφορίας στην τροφοδοσία του LED ή του laser) και η εξωτερική (external) διαμόρφωση (εφαρμογή του ηλεκτρικού σήματος πληροφορίας σε εξωτερικό ηλεκτροοπτικό διαμορφωτή). Η άμεση διαμόρφωση είναι απλούστερη και φθηνότερη στην υλοποίησή της, όμως έχει το μειονέκτημα της δημιουργίας «τρέμουλου» (chirp) στο μεταδιδόμενο σήμα. Για το λόγο αυτόν, η άμεση διαμόρφωση χρησιμοποιείται, συνήθως, σε ζεύξεις χαμηλών ή μεσαίων ρυθμών μετάδοσης και για μικρές ή μεσαίες αποστάσεις. Αντίθετα, σε ζεύξεις υψηλών επιδόσεων, προτιμάται η χρήση εξωτερικής διαμόρφωσης. Σε κάθε περίπτωση, η παλμοσειρά (PCM) που εφαρμόζεται είτε στην οπτική πηγή (άμεση διαμόρφωση) είτε στον (εξωτερικό) ηλεκτροοπτικό διαμορφωτή (εξωτερική διαμόρφωση) είναι κωδικοποιημένη είτε κατά NRZ (η ίδια η παλμοσειρά PCM) είτε κατά RZ (η παλμοσειρά PCM κωδικοποιημένη έτσι, ώστε «1» «1-0» και «0» «0-0»). Η παλμοσειρά (NRZ ή RZ) διαμορφώνει την έξοδο του laser κατά ASK (στην περίπτωση των οπτικών ζεύξεων, η διαμόρφωση χαρακτηρίζεται ως ΟΟΚ). T laser = 1 λ = o = 5 fs c f laser Ε(t) = e.α(t).cos(ω o t+φ ο ) <P(t)> α 2 (t) Ε(t) είναι το ηλεκτρικό πεδίο του laser, το οποίο διαμορφώνεται, κατά ASK (ΟΟΚ) από την παλμοσειρά (PCM) α(t). Για ρυθμό μετάδοσης R = 10 Gbit/s, η διάρκεια κάθε παλμού είναι ίση με τ = 1/R = 100 ps. Ουσιαστικά, το σήμα (ASK ή ΟΟΚ) που μεταδίδεται είναι το α(t).ε(t). H οπτική ισχύς P(t) είναι ανάλογη με το [α(t).ε(t)] 2 (στο σχήμα απεικονίζεται η περιβάλλουσα e P (t) της ισχύος η οποία είναι ανάλογη με το α 2 (t)). R = 10 Gbit/s R 1 = 100 ps Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ινοοπτικές Τηλεπικοινωνίες (πρόσθετες σημειώσεις) 6
ΟΠΤΙΚΟΙ ΔΕΚΤΕΣ (άμεσης φώρασης ASK) Η δομή του οπτικού δέκτη άμεσης φώρασης ASK Οι οπτικοί δέκτες (άμεσης φώρασης ASK) μπορεί να θεωρηθούν ότι αποτελούνται από τα εξής τρία τμήματα: «Εμπρόσθιο» (front-end) τμήμα: Περιλαμβάνει τη φωτοδίοδο και τον προενισχυτή (Γραμμικό) κανάλι (linear channel): Περιλαμβάνει ενισχυτικές βαθμίδες και φίλτρο για τον περιορισμό του θορύβου. Τμήμα ανάκτησης δεδομένων (data recovery): Περιλαμβάνει το κύκλωμα απόφασης (για την ανάκτηση του ψηφιακού σήματος εισόδου του πομπού). To υπόψη τμήμα ακολουθείται από το μετατροπέα D/A για την αναπαραγωγή του αρχικού αναλογικού σήματος. Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ινοοπτικές Τηλεπικοινωνίες (πρόσθετες σημειώσεις) 7
Εμπρόσθιο (front-end) τμήμα οι φωτοδίοδοι Γενικά Σε ότι αφορά το «εμπρόσθιο» τμήμα, οι χρησιμοποιούμενες φωτοδίοδοι είναι δύο τύπων: Οι φωτοδίοδοι PIN Οι φωτοδίοδοι χιονοστιβάδας (Avalance Photo-Diodes ή APDs) Επισημαίνεται ότι οι φωτοδίοδοι είναι ανάστροφα πολωμένες. Οι δύο βασικές παράμετροι που χαρακτηρίζουν μια φωτοδίοδο (ανεξαρτήτως τύπου) είναι: Pabs N e Η κβαντική απόδοση (quantum efficiency) η = P N Iout Η αποκρισιμότητα (responsivity) = (σε A/W). Pinc όπου P inc είναι η προσπίπτουσα (στη φωτοδίοδο) οπτική ισχύς. Ν ph είναι o αριθμός (ανά sec) των φωτονίων που προσπίπτουν στη φωτοδίοδο. Ισχύει ότι P inc = Ν ph.hf = Ν ph.(hc/λ) P abs είναι η οπτική ισχύς που απορροφάται από το υλικό της φωτοδιόδου (και μετατρέπεται σε ηλεκτρική ισχύ). Ν e είναι o αριθμός (ανά sec) των ηλεκτρονίων που δημιουργούνται στη φωτοδίοδο (ανάλογος με την P abs ). I out το ρεύμα εξόδου της φωτοδιόδου (I out = N e.q όπου q = 1,6x10 19 Cb το φορτίο του ηλεκτρονίου). inc ph Φωτοδίοδοι PIN Οι φωτοδίοδοι PIN αποτελούνται από τρεις περιοχές, την περιοχή p (οπές), την ενδιάμεση περιοχή i (που είναι και η μεγαλύτερη) και την περιοχή n (ηλεκτρόνια). Τα βασικά υλικά κατασκευής των διόδων PIN είναι το Si και το InGaAs. Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ινοοπτικές Τηλεπικοινωνίες (πρόσθετες σημειώσεις) 8
Στις δίοδους PIN, P abs = P in (1 e αw ), οπότε η κβαντική απόδοση δίνεται από τον τύπο Pabs η = = (1 R)(1 e αw ) Pinc ή (γενικότερα) Pabs η = = (1 R)(1 e Σα i wi ) Pinc (όπου R ο συντελεστής ανάκλασης του υλικού της φωτοδιόδου ενώ o δείκτης i αναφέρεται στις διαφορετικές περιοχές που μπορεί να έχει η δίοδος PIN). ηqλ Μπορεί να αποδειχθεί ότι PIN = hc (h = 6,626x10 34 η σταθερά του Plank και c = 3x10 8 m/s η ταχύτητα του φωτός). Πράγματι Iout N e.q N e.q N e q ηqλ = = = = = Pinc N ph hf c N c N ph h ph hc h λ λ 0,35 Τέλος, μια φωτοδίοδος PIN μπορεί να «διαχειριστεί» σήματα με εύρος ζώνης B = = t r 1, όπου t r ο χρόνος ανόδου (10%-90%), R L η αντίσταση φορτίου και C PIN = εα/w η 2πR L C PIN χωρητικότητα της διόδου. Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ινοοπτικές Τηλεπικοινωνίες (πρόσθετες σημειώσεις) 9
Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ινοοπτικές Τηλεπικοινωνίες (πρόσθετες σημειώσεις) 10
P trans = P inc e -aw Φωτοδίοδοι χιονοστιβάδας (APD) Οι φωτοδίοδοι APD αποτελούνται από 4 περιοχές, την περιοχή n+ (ηλεκτρόνια έντονη νόθευση), την περιοχή p (οπές) όπου και εκδηλώνεται το φαινόμενο χιονοστιβάδας, την ενδιάμεση περιοχή i (που είναι και η μεγαλύτερη) και την περιοχή p+ (οπές έντονη νόθευση). Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ινοοπτικές Τηλεπικοινωνίες (πρόσθετες σημειώσεις) 11
Βασικό πλεονέκτημα των διόδων APD είναι το γεγονός ότι η αποκρισιμότητα = ηqλ/hc (όπως προκύπτει για τη δίοδο PIN) πολλαπλασιάζεται επί τον «πολλαπλασιαστικό παράγοντα» Μ που χαρακτηρίζει την APD. Μειονέκτημά τους το μειωμένο (σχετικά με τις διόδους PIN) εύρος ζώνης. Ισχύει ότι APD = Μ(f) = ηqλ M hc M 1 2πfτ ε Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ινοοπτικές Τηλεπικοινωνίες (πρόσθετες σημειώσεις) 12
Εμπρόσθιο (front-end) τμήμα ο προενισχυτής Η σπουδαιότητα του προενισχυτή πηγάζει από το γεγονός ότι, στην έξοδο της φωτοδιόδου, το ηλεκτρικό σήμα είναι κατά κανόνα αδύναμο, άρα περισσότερο ευπρόσβλητο στην επίδραση του θορύβου. Οι δύο βασικές προτεραιότητες για τη σχεδίαση του κυκλώματος προενίσχυσης, είναι (i) ο περιορισμός του θερμικού θορύβου και (ii) η επίτευξη μεγάλου εύρους ζώνης 1. Οι βασικές επιλογές είναι οι παρακάτω: Ενισχυτής τάσης (υψηλή αντίσταση εισόδου) Ενισχυτής ρεύματος (χαμηλή αντίσταση εισόδου) Ενισχυτής διαντίστασης (μετατροπή του ρεύματος εισόδου σε τάση εξόδου). 1 Οι προτεραιότητες αυτές συνήθως είναι αντικρουόμενες. Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ινοοπτικές Τηλεπικοινωνίες (πρόσθετες σημειώσεις) 13
ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ (ΙΝΟΟΠΤΙΚΕΣ ΖΕΥΞΕΙΣ ΟΠΤΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ ΠΡΟΣΒΑΣΗΣ WDM) Εξέλιξη των ινοοπτικών ζεύξεων (ενδεικτικά) Έτος λ ο R L 1980 825 nm 34 Mbit/s 10 km 1984 1310 nm 140 Mbit/s 25 km 1987 1310 nm 565 Μbit/s 50 km 1991 1550 nm 2,5 Gbit/s (+WDM) 80 km 1996 1550 nm 10 Gbit/s (+ WDM) 100 km Χρήση ινοοπτικών ζεύξεων σε τοπικά δίκτυα (LANs) Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ινοοπτικές Τηλεπικοινωνίες (πρόσθετες σημειώσεις) 14
Ζεύξεις WDM (κορμού) Στο παρακάτω σχήμα, απεικονίζεται μια τυπική ζεύξη DWDM (πυκνής πολυπλεξίας μήκους κύματος) η οποία, επιπλέον, διαθέτει και εφεδρική οπτική διαδρομή (διαδρομή προστασίας). Στα παρακάτω πλαίσια, αναφέρονται τα βασικά χαρακτηριστικά των σημερινών επίγειων (terrestrial) και υποβρύχιων (undersea) ζεύξεων μεγάλων αποστάσεων (long-haul). Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ινοοπτικές Τηλεπικοινωνίες (πρόσθετες σημειώσεις) 15
Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ινοοπτικές Τηλεπικοινωνίες (πρόσθετες σημειώσεις) 16
Εξέλιξη των υποβρύχιων ινοοπτικών ζεύξεων (ενδεικτικά) Ετος Καλώδιο λο R (συνολικός) L 1988-1989 TAT-8 (Ατλαντικός) PCF-3 (Ειρηνικός) 1310 nm (FP lasers) 1991-1993 TAT-9/10/11 (Ατλαντικός) 1550 nm PCF-4 (Ειρηνικός) (DFB lasers) 1996 TAT-12/13 (Ατλαντικός) 1550 nm PCF-5 (Ειρηνικός) (DFB lasers) 280 Mbit/s 70 km (μεταξύ αναγεννητών) 560 Mbit/s 80 km (μεταξύ αναγεννητών) 5,3 Gbit/s 50 km (μεταξύ ενισχυτών) Σε ό,τι αφορά τον υλοποιούμενο ρυθμό μετάδοσης, αυτός προεπιλέγεται, το δε μήκος (εμβέλεια) της ζεύξης υπολογίζεται με βάση τη μέγιστη ανεκτή εξασθένηση και τη μέγιστη ανεκτή διασπορά. Δεδομένου ότι τα οπτικά καλώδια είναι μονότροπα, συνυπολογίζονται η ενδοτροπική (χρωματική) διασπορά και η διασπορά τρόπου πόλωσης (ιδιαίτερα για ρυθμούς μετάδοσης > 2,5 Gbit/s). Για τον υπολογισμό του μέγιστου δυνατού μήκους L att με κριτήριο της εξασθένηση, χρησιμοποιείται η εξίσωση Α = α.l att + A con + Π όπου Α η μέγιστη ανεκτή εξασθένηση της ζεύξης (σε db, όπως την δίνει o κατασκευαστής), α ο συντελεστής εξασθένησης του οπτικού καλωδίου (σε db/km, όπως τον δίνει o κατασκευαστής), Α con η εξασθένηση από τις κάθε είδους διασυνδέσεις και Π η τυχόν πρόσθετη εξασθένηση λόγω γήρανσης ή βλαβών στο καλώδιο (συνήθως 3 7 db). Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ινοοπτικές Τηλεπικοινωνίες (πρόσθετες σημειώσεις) 17
Για την ενδοτροπική (χρωματική) διασπορά, οι σχετικοί υπολογισμοί έχουν ως εξής 2 : Προδιαγράφεται η μέγιστη δυνατή ενδοτροπική (χρωματική) διασπορά (με βάση τις επιδόσεις του δέκτη) σύμφωνα με τον παρακάτω πίνακα: Ρυθμός μετάδοσης Ανεκτή (από το δέκτη) ενδοτροπική διασπορά δ ε 2,5 Gbit/s ps 12800 nm 10 Gbit/s (4x 2,5 Gbit/s) 40 Gbit/s (4x 10 Gbit/s) ps 800 ( = 12800/4 2 ) nm ps 50 ( = 800/4 2 ) nm ps Με βάση το συντελεστή ενδοτροπικής διασποράς της ίνας (π.χ. τ ε = 17 nm.km για ps ίνες G.652 ή τ ε 3 για μια ίνα LEAF) το μέγιστο δυνατό μήκος της ζεύξης L ε nm.km (με κριτήριο την ενδοτροπική διασπορά) προκύπτει από την εξίσωση δ ε = τ ε.l ε ps ps ps (όπου δ ε = 12800 ή 800 ή 50, ανάλογα με τον προ-επιλεγμένο ρυθμό nm nm nm μετάδοσης). Για τη διασπορά τρόπου πόλωσης (PMD), οι σχετικοί υπολογισμοί έχουν ως εξής: Προδιαγράφεται η μέγιστη δυνατή διασπορά τρόπου πόλωσης (με βάση τις επιδόσεις του δέκτη) σύμφωνα με τον παρακάτω πίνακα: Ρυθμός μετάδοσης Ανεκτή (από το δέκτη) διασπορά PMD (D PMD ) 2,5 Gbit/s 40ps 10 Gbit/s (4x 2,5 Gbit/s) 10 ps ( = 40/4) 40 Gbit/s (4x 10 Gbit/s) 2,5 ps ( = 10/4) Δεδομένου ότι ο συντελεστής διασποράς τρόπου πόλωσης για μια μονότροπη ίνα ps ps είναι τ PMD = 0,5 (στις ίνες LEAF, o συντελεστής είναι τ PMD = 0,1 ), το km km μέγιστο δυνατό μήκος της ζεύξης L PMD (με κριτήριο τη διασπορά τρόπου πόλωσης PMD) υπολογίζεται λύνοντας της εξίσωση 0,5. L PMD = D PMD (όπου D PMD = 40ps ή 10ps ή 2,5ps, ανάλογα με τον προ-επιλεγμένο ρυθμό μετάδοσης). Στοιχεία για τις σημερινές ζεύξεις DWDM (κορμού) Η λειτουργία των οπτικών ενισχυτών (EDFAs) έχει επεκταθεί ώστε να περιλαμβάνει, εκτός από τη συμβατική (Conventional ή C) περιοχή (1530 1570 nm ή 196 191 THz), και τη περιοχή των «βραχέων» (Short ή S wavelengths, 1450 1500 nm ή 207 200 THz) και «μακρών» μηκών κύματος (Long ή L wavelengths, 1570 1610 nm ή 191 186 THz) 2 Αναφορικά με το συμβολισμό των διαφόρων συντελεστών διασποράς (βλ. και ενότητα για τη διασπορά): Το (ελληνικό) γράμμα τ συμβολίζει τον εκάστοτε συντελεστή διασποράς. Έτσι, ο συντελεστής διατροπικής διασποράς συμβολίζεται με τ δ (σε ns/km) ενώ ο συντελεστής ενδοτροπικής διασποράς συμβολίζεται με τ ε (σε ps/nm.km). Από την άλλη πλευρά, ο (αγγλικός) χαρακτήρας D συμβολίζει την εκάστοτε συνολική διασπορά (διατροπική D δ ή ενδοτροπική D ε ). Ισχύει ότι D δ = τ δ.l και D ε = τ ε.δλ.l. Σε ορισμένους υπολογισμούς που αφορούν την ενδοτροπική διασπορά, χρησιμοποιείται και ο συντελεστής δ ε = τ ε L = D ε /Δλ (σε ps/nm) που εκφράζει την ενδοτροπική διασπορά ανά μονάδα εύρους Δλ. Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ινοοπτικές Τηλεπικοινωνίες (πρόσθετες σημειώσεις) 18
Δεδομένου ότι το διαθέσιμο φάσμα μηκών κύματος έχει επεκταθεί (περιοχές S, C, L) ενώ (με βάση τις επιδόσεις οπτικών πηγών και πολυπλεκτών) είναι εφικτή η πολυπλεξία μηκών κύματος με φασματική απόσταση 0,4 nm (50 GHz) είναι δυνατή η πολυπλεξία άνω των 100 σημάτων STM-64 (~10 Gbit/s) συνολικός ρυθμός μετάδοσης άνω του 1 Τbit/s (Terabit systems). Τα ηλεκτρικά (SDH) σήματα που «διεγείρουν» τις οπτικές πηγές είναι κωδικοποιημένα είτε κατά NRZ (η συμβατική παλμοσειρά PCM) είτε κατά RZ (παλμοσειρά PCM κωδικοποιημένη έτσι, ώστε «1» «1-0» και «0» «0-0».) Σε κάθε περίπτωση, εφαρμόζεται διαμόρφωση ASK (η οποία στην περίπτωση των οπτικών ζεύξεων χαρακτηρίζεται ως ΟΟΚ). Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ινοοπτικές Τηλεπικοινωνίες (πρόσθετες σημειώσεις) 19
~ 600 mm REME REM INT PI CH1 F RM I T31 CH1E AL VF Q CH3E CH3 OPIN CEN1 CEN2 IOC/B PDC/B PDC/B PRO MO FAUL PRO +5 +15 - -15V BAT1 BAT2 +5 +15 - - BAT1 BAT2 IN 350 OUT 350 RESET SFT FAUL MON SFT FAUL MON LINE FAUL FAUL IN 430 OUT 430 FAUL POWE FAUL POWE ~ 500 mm OUT 1300 IN 1300 IN 500 OUT 500 IEEE LED IN IN IN IN 575 OUT 575 DC OUT OUT OUT OUT ΙΝ B B T3 T3 T3 T3 T3 T3 T3 T3 T3 T3 1. Κάρτα αναμεταδότη: Το εισερχόμενο (διεπαφή IN) μήκος κύματος μπορεί να είναι οποιοδήποτε (1260 1600 nm), όμως στην έξοδο (OUT) του αναμεταδότη θα εμφανιστεί ένα προκαθορισμένο μήκος κύματος (π.χ. 1535,0 nm) το οποίο θα διασυνδεθεί (μέσω οπτικού κορδονιού) στην αντίστοιχη είσοδο του πολυπλέκτη. Το συγκεκριμένο πλαίσιο μπορεί να «στεγάσει» μέχρι 4 κάρτες αναμεταδοτών. 3. Κάρτα οπτικού ενισχυτή πομπού: Στην είσοδο (ΙΝ) διασυνδέεται (μέσω οπτικού κορδονιού) το οπτικό σήμα εξόδου του πολυπλέκτη ενώ στην έξοδο (OUT) εμφανίζεται το ενισχυμένο οπτικό σήμα το οποίο τελικά μεταδίδεται. Παράλληλα (διεπαφή ΙΝ1300) πολυπλέκεται και ένα πρόσθετο σήμα 1300 nm το οποίο χρησιμοποιείται για τη μετάδοση των πληροφοριών διαχείρισης της ζεύξης. 2. Κάρτα οπτικού πολυπλέκτη: Οι διεπαφές με τα «διακριτικά» ΙΝ (ΙΝput) είναι αυτές στις οποίες διασυνδέονται (μέσω οπτικών κορδονιών) οι έξοδοι των αντίστοιχων αναμεταδοτών. Τα τρία ψηφία abc (π.χ. 350) έχουν την έννοια ότι διασυνδέεται ο αναμεταδότης που εκπέμπει το μήκος κύματος 15ab,c nm (π.χ. 1535,0 nm). Η κάρτα έχει ενσωματωμένο και οπτικό ενισχυτή (EDFA). Το σύνθετο (πολυπλεγμένο) σήμα εξέρχεται από τη διεπαφή OUT και διασυνδέεται (μέσω οπτικού κορδονιού) με τη διεπαφή εισόδου (ΙΝ) του οπτικού ενισχυτή πομπού. 5. Κάρτα οπτικού αποπολυπλέκτη: Το σύνθετο (πολυπλεγμένο) σήμα εμφανίζεται στη διεπαφή ΙΝ. Οι διεπαφές με τα «διακριτικά» OUT (OUTput) είναι αυτές από τις οποίες εξέρχονται τα αποπολυπλεγμένα μήκη κύματος. Τα τρία ψηφία abc (π.χ. 350) έχουν την έννοια ότι, στην έξοδο, εμφανίζεται το μήκος κύματος 15ab,c nm (π.χ. 1535,0 nm). 4. Κάρτα οπτικού ενισχυτή δέκτη: Στην είσοδο (ΙΝ) διασυνδέεται (μέσω οπτικού κορδονιού) το οπτικό σήμα που προέρχεται από την απέναντι πλευρά ενώ στην έξοδο (OUT) εμφανίζεται το ενισχυμένο οπτικό σήμα το οποίο διασυνδέεται στην είσοδο (ΙΝ) του αποπολυπλέκτη προκειμένου να αποπολυπλεχθεί. Παράλληλα (διεπαφή OUT1300) αποπολυπλέκεται και το πρόσθετο Γερ. σήμα Κ. Παγιατάκης: των 1300 nm Ινοοπτικές το οποίο χρησιμοποιείται Τηλεπικοινωνίες για (πρόσθετες τη μετάδοση σημειώσεις) των πληροφοριών διαχείρισης της 20 ζεύξης.
Οπτικά δίκτυα πρόσβασης Μονάδα Οπτικού Δικτύου (Optical Network Unit ONU) για εγκατάσταση σε εξωτερικό χώρο. Μπορεί να εξυπηρετήσει μέχρι 256 τηλεφωνικές συνδέσεις. Περιέχει ένα ικρίωμα (πλάτους 600 mm και βάθους 300 mm) το οποίο «στεγάζει» 4 πλαίσια ενώ διαθέτει και κενό χώρο για την τοποθέτηση μπαταριών. Οι συνολικές διαστάσεις της ONU είναι 0,9 m πλάτος, 0,4 m βάθος και 1,44 m ύψος ενώ το βάρος της (χωρίς μπαταρίες) είναι περί τα 90 kg. Κατανεμητής συμμετρικών καλωδίων (MDF) Πολυπλέκτης στενής ζώνης (E1) ADM-1 Μονάδα επιτήρησης Τροφοδοσία (220VAC) και μετατροπέας AC/DC ( 48VDC) Χώρος μπαταριών Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ινοοπτικές Τηλεπικοινωνίες (πρόσθετες σημειώσεις) 21
Ινοοπτικές ζεύξεις στην Ελλάδα Στην Ελλάδα, έχουν εγκατασταθεί περισσότερα από 10.000 km ινοοπτικών καλωδίων, τα οποία εξυπηρετούν το ζευκτικό δίκτυο (διασυνδέσεις τηλεπικοινωνιακών κέντρων) καθώς και μεγάλους τηλεπικοινωνιακούς άξονες (π.χ. Αθήνα Θεσσαλονίκη Πάτρα, Δίκτυο Αιγαίου κλπ.). Από τα καλώδια που έχουν εγκατασταθεί, περίπου 80% (σε μήκος) είναι χερσαία και 20% υποβρύχια. Επίσης λειτουργούν διεθνείς ινοοπτικές ζεύξεις που συνδέουν την Ελλάδα με διάφορες χώρες της ευρύτερης περιοχής (Ιταλία, Αλβανία, FYROM, Σερβία, Βουλγαρία, Κύπρο κλπ.). Τη δεκαετία του 2000 ξεκίνησε η εγκατάσταση οπτικών καλωδίων και στο συνδρομητικό τμήμα του δικτύου (για την υλοποίηση οπτικών δικτύων πρόσβασης βλ. παραπάνω). Η έλευση και επέκταση της τεχνολογίας ADSL ανέκοψε την ανάπτυξη των παραπάνω δικτύων, ωστόσο, τελευταία (2013), η εγκατάσταση οπτικών καλωδίων στο συνδρομητικό δίκτυο ξαναξεκίνησε προκριμένου να υλοποιηθούν συνδέσεις VDSL. Ορισμένα χαρακτηριστικά των ζεύξεων Πεδίο χρήσης οπτικών ζεύξεων: Δίκτυο κορμού και δίκτυο πρόσβασης Τεχνολογία: Ευρεία χρήση SDH και WDM. Ρυθμοί μετάδοσης: PDH 140 Μbit/s (παλαιότερα συστήματα). SDH 155 Mbit/s 10 Gbit/s (νεότερα συστήματα). Παράθυρο λειτουργίας: 1310 nm (ζεύξεις ενός μήκους κύματος) 1550 nm (ζεύξεις WDM) Ισχύς πομπών P t : Συνήθως από 3 dbm έως 0 dbm. Τύπος οπτικών καλωδίων: Μονότροπα καλώδια, τα περισσότερα τύπου G.652 και λίγα τύπου G.653 (συνήθως υποβρύχια) Ευαισθησία δεκτών (BER=10 9 ): 27 dbm (ενδεικτικό παράδειγμα). Κωδικοποίηση / διαμόρφωση: ΝRZ / ASK Μελλοντική προοπτική: Επέκταση του δικτύου κορμού μέσω εγκατάστασης περισσότερων ζεύξεων WDM ΑΝΑΦΟΡΕΣ 1. Stanford University, Optical Fiber Communications Course Notes 2. Βασιλόπουλος Χ., Παγιατάκης Γ., Προηγμένες Τηλεπικοινωνιακές Υποδομές & Υπηρεσίες, ΟΤΕ, 2001 3. Yamasaki D.J. Lighting the Way to the Home - Optical Fiber and Optical Cable Corning Cable Systems 4. Pirelli, The T31 Optical System - Seminar Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ινοοπτικές Τηλεπικοινωνίες (πρόσθετες σημειώσεις) 22