Τηλεπικοινωνίες οπτικών ινών

Σχετικά έγγραφα
Συστήματα Επικοινωνιών

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ IΙ Ενότητα 6

Συστήματα Επικοινωνιών

Τηλεπικοινωνίες οπτικών ινών

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

Θερμοδυναμική. Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα. Πίνακες Νερού σε κατάσταση Κορεσμού. Γεώργιος Κ. Χατζηκωνσταντής Επίκουρος Καθηγητής

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Β. Διαφορικός Λογισμός

Ενδεικτικές λύσεις ασκήσεων διαχείρισης έργου υπό συνθήκες αβεβαιότητας

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

ίκτυα Οπτικών Επικοινωνιών

Συστήματα Επικοινωνιών

1 η Διάλεξη. Ενδεικτικές λύσεις ασκήσεων

Διοικητική Λογιστική

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Γ. Ολοκληρωτικός Λογισμός

Εισαγωγή στους Η/Υ. Ενότητα 2β: Αντίστροφο Πρόβλημα. Δημήτρης Σαραβάνος, Καθηγητής Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανολόγων & Αεροναυπηγών Μηχανικών

Λογιστική Κόστους Ενότητα 12: Λογισμός Κόστους (2)

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 3: Έλεγχοι στατιστικών υποθέσεων

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 1: Καταχώρηση δεδομένων

Ψηφιακές Επικοινωνίες

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 2: Περιγραφική στατιστική

Συστήματα Επικοινωνιών

Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνων

Συστήματα Επικοινωνιών

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ IΙ Ενότητα 7

Εισαγωγή στη Δικτύωση Υπολογιστών

Αερισμός. Ενότητα 1: Αερισμός και αιμάτωση. Κωνσταντίνος Σπυρόπουλος, Καθηγητής Σχολή Επιστημών Υγείας Τμήμα Ιατρικής

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ IΙ Ενότητα 4

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Ενότητα 9η Άσκηση - Αλγόριθμος Kruskal

Ηλεκτρονική. Ενότητα 5: DC λειτουργία Πόλωση του διπολικού τρανζίστορ. Αγγελική Αραπογιάννη Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Τηλεπικονωνίες οπτικών ινών

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 15: Ολοκληρώματα Με Ρητές Και Τριγωνομετρικές Συναρτήσεις Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ IΙ Ενότητα 2

Δυναμική και Έλεγχος E-L Ηλεκτρομηχανικών Συστημάτων

Έλεγχος και Διασφάλιση Ποιότητας Ενότητα 4: Μελέτη ISO Κουππάρης Μιχαήλ Τμήμα Χημείας Εργαστήριο Αναλυτικής Χημείας

Επεξεργασία Στοχαστικών Σημάτων

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ IΙ Ενότητα 3

Συστήματα Επικοινωνιών

Σχεδίαση CMOS Ψηφιακών Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων

Οπτικά Δίκτυα Επικοινωνιών

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ IΙ Ενότητα 1

Συστήματα Επικοινωνιών

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 5: Παράγωγος Πεπλεγμένης Συνάρτησης, Κατασκευή Διαφορικής Εξίσωσης. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Γραμμική Άλγεβρα και Μαθηματικός Λογισμός για Οικονομικά και Επιχειρησιακά Προβλήματα

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Μηχανολογικό Σχέδιο Ι

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Ενότητα 9η Άσκηση - Αλγόριθμος Prim

Ενότητα. Εισαγωγή στις βάσεις δεδομένων

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Ι Ενότητα 5

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ IΙ Ενότητα 5

Επεξεργασία Στοχαστικών Σημάτων

Γραμμική Άλγεβρα και Μαθηματικός Λογισμός για Οικονομικά και Επιχειρησιακά Προβλήματα

Λογιστική Κόστους Ενότητα 8: Κοστολογική διάρθρωση Κύρια / Βοηθητικά Κέντρα Κόστους.

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Ενότητα 10η Άσκηση Αλγόριθμος Dijkstra

Εννοιες και Παράγοντες της Ψηφιακής Επεξεργασίας Εικόνας

Μυελού των Οστών Ενότητα #1: Ερωτήσεις κατανόησης και αυτόαξιολόγησης

Γενική Φυσική Ενότητα: Ταλαντώσεις

Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών. L d D F

Γενική Φυσική Ενότητα: Εισαγωγή στην Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΙIΙ Ενότητα 6

Εισαγωγή στους Υπολογιστές

Σχεδίαση Μεικτών VLSI Κυκλωμάτων Ενότητα 9: Ευστάθεια και Αντιστάθμιση Συχνότητας

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 12: Κριτήρια Σύγκλισης Σειρών. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Ηλεκτρονική. Ενότητα 9: Τρανζίστορ Επίδρασης Πεδίου (FET) Αγγελική Αραπογιάννη Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών

Θερμοδυναμική. Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα. Πίνακες Νερού Υπέρθερμου Ατμού. Γεώργιος Κ. Χατζηκωνσταντής Επίκουρος Καθηγητής

Γραμμική Άλγεβρα και Μαθηματικός Λογισμός για Οικονομικά και Επιχειρησιακά Προβλήματα

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

Γενική Φυσική Ενότητα: Δυναμική Άκαμπτου Σώματος

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

Ηλεκτρονική. Ενότητα 7: Βασικές τοπολογίες ενισχυτών μιας βαθμίδας με διπολικά τρανζίστορ. Αγγελική Αραπογιάννη Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών

ΟΙΚΟΝΟΜΕΤΡΙΑ. Ενότητα 1: Εκτιμητές και Ιδιότητες. Αναπλ. Καθηγητής Νικόλαος Σαριαννίδης Τμήμα Διοίκησης Επιχειρήσεων (Γρεβενά)

Φυσική ΙΙΙ. Ενότητα 4: Ηλεκτρικά Κυκλώματα. Γεώργιος Βούλγαρης Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Διεθνείς Οικονομικές Σχέσεις και Ανάπτυξη

Εργαστήριο Φυσικοχημείας Ι

Ηλεκτροτεχνία Ηλ. Μηχανές & Εγκαταστάσεις πλοίου (Θ)

Διαχείριση Έργων. Ενότητα 10: Χρονοπρογραμματισμός έργων (υπό συνθήκες αβεβαιότητας)

Διοικητική Λογιστική

Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας Ενότητα 5 η : Αποκατάσταση Εικόνας

Συστήματα Επικοινωνιών

Εκκλησιαστικό Δίκαιο. Ενότητα 10η: Ιερά Σύνοδος της Ιεραρχίας και Διαρκής Ιερά Σύνοδος Κυριάκος Κυριαζόπουλος Τμήμα Νομικής Α.Π.Θ.

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 1: Συναρτήσεις και Γραφικές Παραστάσεις. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Λογιστική Κόστους Ενότητα 11: Λογισμός Κόστους (1)

Προηγμένος έλεγχος ηλεκτρικών μηχανών

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΙIΙ Ενότητα 1

Σχέση αερισμού αιμάτωσης

Εισαγωγή στη Δικτύωση Υπολογιστών

Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης (ΜΒΑ) Ενότητα 5: Διαχείριση Έργων υπό συνθήκες αβεβαιότητας

ΑΝΤΙΡΡΥΠΑΝΤΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Ενότητα 6: Ηλεκτροστατικά Φίλτρα

Τίτλος Μαθήματος: Εργαστήριο Φυσικής Ι

Transcript:

Τηλεπικοινωνίες οπτικών ινών Ενότητα 4: Οπτικά συστήματα μετάδοσης Βλάχος Κυριάκος Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής

Σκοποί ενότητας Ο σκοπός της ενότητας είναι η εξοικείωση του σπουδαστή με τα οπτικά συστήματα μετάδοσης, καθώς και της τριβής του με θέματα ζεύξης, cross-talk, διασποράς και μη γραμμικών φαινομένων 2

Περιεχόμενα ενότητας Δομή Ζεύξης και Μετρικά Λειτουργίας Χαρακτηριστικά Ζεύξης Διαφωνία (Cross-talk) Διασπορά Μη-γραμμικά φαινόμενα 3

Οπτικά συστήματα μετάδοσης

Δομή Ζεύξης και Μετρικά Λειτουργίας 5

Οπτική Ζεύξη Πομπός: Σύστημα παραγωγής οπτικών σημάτων από ηλεκτρικά δεδομένα. Πολυπλέκτης (MUX): Οπτικό στοιχείο πολυπλεξίας μήκους κύματος (συχνότητας). Οπτική ίνα: Μέσο μετάδοσης. Ενισχυτές: Οπτικά στοιχεία αντιστάθμιση απωλειών μετάδοσης. Απολυπλέκτης (DEMUX): Οπτικό στοιχείο αοόπολυπλεξίας μήκους κύματος. Δέκτης: Σύστημα αναπαραγωγής των ηλεκτρικών δεδομένων.

Μετρικά Λειτουργίας (Ι) Ρυθμός Εμφάνισης Σφαλμάτων Ο ρυθμός εμφάνισης σφαλμάτων καθορίζεται από την ισχύ του «καθαρού» οπτικού σήματος και την ισχύ του θορύβου ο οποίος διαδίδεται στην οπτική ζεύξη μαζί με το σήμα. 2 1 y R P P BER Q Q x e dy 2 1 0 2,, ( ). 0 1 Το κατώφλι απόφασης έχει τεθεί σε βελτιστοποιημένη τιμή P P Ith R 0 1 1 0 1 0 Oι ισχείς του οπτικού σήματος είναι P 0 και P 1 και οι ισχείς του λαμβανόμενου θορύβου είναι σ 0 και σ 1, όταν το αντίστοιχο bit δεδομένων είναι 0 ή 1. R αντιστοιχεί στην αποκρισιμότητα της φωτοδιόδου στο δέκτη.. x

Μετρικά Λειτουργίας (ΙI) Power Penalty To power penalty ορίζεται ως η μείωση του σηματοθορυβικού λόγου λόγω κάποιας συγκεκριμένης οπτικής επίδρασης. Αν η εν λόγω επίδραση προκαλεί τη λήψη νέων τιμών ισχύος P 0, P 1, σ 0 και σ 1 στο δέκτη, τότε το power penalty ορίζεται ως Ισολόγιο Ισχύος ' ' R P1 P 0 ' ' 10 PP 10 log. R P1P 0 0 1 Το ισολόγιο ισχύος διασφαλίζει ότι επαρκής ισχύς θα φθάσει στο δέκτη της οπτικής ζεύξης. Η συνολικά μεταδιδόμενη ισχύς στον πομπό θα πρέπει να υπερβαίνει την ευαισθησία στο δέκτη, μείον τις απώλειες μετάδοσης, μείον ένα επιπλέον περιθώριο λειτουργίας (system margin) ίσο με 6-8 db.

Χαρακτηριστικά Ζεύξης

Πομπός Ισχύς εξόδου: Διοδικά laser ανάδρασης παρέχουν ισχύ εξόδου ίση με 1-10 mw (0-10 dbm), ενώ η χρήση οπτικού ενισχυτή παρέχει ως και 50 mw (17 dbm). Λόγος σβέσης: Ο λόγος σβέσης r ορίζεται ως ο λόγος της ισχύος P 1 που αποστέλλεται για bit 1, προς την ισχύ P 0 που αποστέλλεται για bit 0. Ιδανικά συστήματα ο λόγος σβέσης είναι άπειρος, πρακτικά όμως περιορίζεται σε τιμές μεταξύ 10 και 20. Power Penalty: ' ' ' ' P 1 ' P1 P 0 P1 P1 r 1 PP 10log 10log r 10log 10log. P1 P 0 P 1 P1 r Είδος διαμόρφωσης (άμεση ή έμμεση): Η άμεση διαμόρφωση, έχει χαμηλότερο κόστος, αλλά παράγει οπτικά σήματα με μικρότερο εύρος ζώνης. Το αυξημένο εύρος ζώνης σε συνδυασμό με τη χρωματική διασπορά εισάγει επιπλέον power penalty. Επίσης εισάγει power penalty κατά τη διέλευση του οπτικού σήματος σε φίλτρα και πολυπλέκτες/αποπολυπλέκτες.

Δέκτης Ευαισθησία: ορίζεται ως η μέση οπτική ισχύς που είναι αναγκαίο να εισαχθεί στο δέκτη ώστε να επιτευχθεί συγκεκριμένο BER και για συγκεκριμένο ρυθμό μετάδοσης. Δίοδοι «χιονοστοιβάδας» (Avalanche Photodiodes) απαιτούν μικρότερη ευαισθησία. Μεγαλύτερος ρυθμός μετάδοσης συνεπάγεται κατά κανόνα μεγαλύτερη ευαισθησία στο δέκτη. Μέγιστη ισχύς εισόδου.

Ενισχυτές (Ι) Οι συνήθεις ενισχυτές για την C-band είναι οι οπτικοί ενισχυτές ίνας ερβίου (Erbium Doped Fiber Amplifiers EDFAs), ενώ στην L-band είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθούν τόσο EDFAs όσο και ενισχυτές Raman. Οι EDFAs έχουν μεγάλο εύρος ζώνης (35 nm) σε μήκος κύματος λειτουργίας 1.55 μm και παρέχουν τη δυνατότητα ταυτόχρονης ενίσχυσης οπτικών σημάτων πολυπλεγμένων κατά μήκος κύματος σε αντίστοιχες ζεύξεις. Μετά τον πομπό χρησιμοποιείται οπτικός ενισχυτής με τη μέγιστη δυνατή ισχύ εξόδου (power amplifier). Αμέσως πριν το δέκτη χρησιμοποιείται προενισχυτής (pre-amplifier) για να βελτιώσει την ευαισθησία του δέκτη. Κατά μήκος της ζεύξης χρησιμοποιούνται ενισχυτές γραμμής (line amplifiers) για να αντισταθμίσουν τις απώλειες.

Ενισχυτές (ΙΙ) Παραμόρφωση Οπτικού Σήματος Θόρυβος αυθόρμητης εκπομπής: n sp : παράγοντας αυθόρμητης εκπομπής (τιμή 2-5) f c : η συχνότητα του οπτικού σήματος B 0 : το οπτικό εύρος ζώνης του δέκτη h: η σταθερά του Planck G: το κέρδος του ενισχυτή Κορεσμός του κέρδους του ενισχυτή (σταθερή μέγιστη ισχύς εξόδου): G max : μέγιστο κέρδος ενισχυτή P sat : εσωτερική ισχύς κορεσμού του ενισχυτή Μη-ομοιόμορφο κέρδος: διαφορετικό ισοζύγιο ανά μήκος κύματος. P 2n hf G 1 B 2 P. G 1 B. N sp c 0 n 0 P G P sat max 1 ln. Προέμφαση στον πομπό: αποστολή διαφορετικών ισχύων ανάλογα με το μήκος κύματος του κάθε σήματος. Εξισορρόπηση της ισχύος στην έξοδο του ενισχυτή: στην έξοδο του ενισχυτή τοποθετείται φίλτρο με συνάρτηση μεταφοράς αντίστροφη της καμπύλης κέρδους του ενισχυτή. in G G

Ενισχυτές (ΙV) Σε μια διαδοχή (αλυσίδα) ενισχυτών γραμμής το κορεσμένο κέρδος του κάθε ενισχυτή θα πρέπει να επαρκεί ώστε να αντισταθμίζει τις απώλειες του τμήματος στο οποίο ανήκει: Αλυσίδες Ενισχυτών G P G sat max 1 ln, al Pout e G Λαμβάνοντας υπ όψιν και το θόρυβο που παράγει κάθε ενισχυτής προκύπτει ότι: 0 al P P e G 2 P. G 1 B. out out n Λόγω της ύπαρξης του θορύβου δεν είναι δυνατόν να αντισταθμιστούν πλήρως οι απώλειες, αλλά πάντοτε το γινόμενο απωλειών ίνας επί κέρδος ενισχυτή θα είναι λίγο μικρότερο της μονάδας.

Ενισχυτές (V) Ο θόρυβος που εισάγεται λόγω αλυσίδας ενισχυτών μπορεί να προσεγγιστεί ως: Κατανεμημένη Ενίσχυση al L PN 2 Pn. e 1 B0. l Η αλυσίδα ενισχυτών παράγει τον ελάχιστο δυνατό θόρυβο όταν το μήκος κάθε τμήματος είναι σχεδόν μηδενικό (κατανεμημένη ενίσχυση): P N 2 P. ab. L. n 0 Ισοδύναμο power penalty λόγω διακριτών ενισχυτών: PP al e 1 G1 10log 10log. a l ln G

Διαφωνία (Cross-talk)

Διαφωνία (Ι) Διαφωνία: η επίδραση που έχουν όλα τα υπόλοιπα οπτικά σήματα σε ένα συγκεκριμένο οπτικό σήμα. Ενδοκαναλική Διαφωνία Η φασματική απόσταση του σήματος διαφωνίας από το επηρεαζόμενο σήμα είναι μικρότερη από το ηλεκτρικό εύρος ζώνης του δέκτη. Παράδειγμα: διαρροή σήματος σε πολυπλέκτες-αποπολυπλέκτες και οπτικούς διακόπτες 17

Διαφωνία (ΙΙ) Ενδοκαναλική Διαφωνία Μαθηματική περιγραφή: ε: ποσοστό διαρροής οπτικής ισχύος Οπτική ισχύς στο δέκτη: Στη χειρότερη περίπτωση διαφωνίας, όταν αμφότερα τα δεδομένα είναι 1 και διαφορά φάσης ισούται με π: Power penalty: E t 2P d t cos 2 f t t 2 P d t cos 2 f t t. s c s x c x P t P d t P d t 2 P d t d t cos t t. P 1 P 1 2. r s x s x x s PP 10log 12. 18

Διαφωνία (IΙΙ) Διακαναλική Διαφωνία Η φασματική απόσταση του σήματος διαφωνίας από το επηρεαζόμενο σήμα είναι μεγαλύτερη από το ηλεκτρικό εύρος ζώνης του δέκτη. Παράδειγμα: μη ιδανική καταπίεση γειτονικών μηκών κύματος σε πολυπλέκτεςαποπολυπλέκτες και οπτικούς διακόπτες. Μαθηματική περιγραφή: Η αντίστοιχη οπτική ισχύς είναι: 1 2 E t 2P d t cos 2 f t t 2 P d t cos 2 f t t, s c s x c x P t P d t P d t 2 P d t d t cos 2 f t t t. s x s x c x s 19

Διαφωνία (IV) Διακαναλική Διαφωνία Η φασματική απόσταση Δf c υπερβαίνει το εύρος ζώνης του δέκτη, συνεπώς λαμβάνεται ισχύς: H ελάχιστη ισχύς που λαμβάνεται δεδομένου ότι στάλθηκε 1 και η μέγιστη ισχύς που λαμβάνεται δεδομένου ότι στάλθηκε 0 είναι P r P. P t P d t P d t r 1 0 P P Power penalty: PP 10log 1. s x Η διακαναλική διαφωνία έχει μικρότερη επίδραση στο power penalty από την ενδοκαναλική. 20

Διαφωνία (V) Μείωση Διαφωνίας Μείωση της διαφωνίας κάθε στοιχείου ξεχωριστά: κάθε στοιχείο που αποτελεί πηγή διαφωνίας σχεδιάζεται έτσι ώστε να προκαλεί την ελάχιστη δυνατή διαφωνία. Μείωση της διαφωνίας με χρήση επιπλέον στοιχείων: χρησιμοποιούνται επιπλέον στοιχεία ώστε το επίπεδο διαφωνίας του συστήματος να περιοριστεί. 21

Διασπορά 22

Διασπορά (Ι) Διασπορά: η διαφορετική ταχύτητα διάδοσης στις φασματικές συνιστώσες του οπτικού σήματος έχει ως αποτέλεσμα αυτές να φτάνουν στο δέκτη σε διαφορετική χρονική στιγμή. Η διασπορά προκαλεί χρονική διαπλάτυνση των οπτικών παλμών με αποτέλεσμα τη διασυμβολική παρεμβολή (inter-symbol interference). Είδη Διασποράς Πολυρυθμική διασπορά (πολλαπλοί παλμοί στο δέκτη): εμφανίζεται μόνο σε πολυρυθμικές ίνες (multi-mode), στις οποίες το οπτικό σήμα έχει τη δυνατότητα να διαδοθεί από διαφορετικά μονοπάτια. Χρωματική διασπορά (χρονική διαπλάτυνση παλμών): οφείλεται στην εξάρτηση του δείκτη διάθλασης από τη συχνότητα, με αποτέλεσμα οι φασματικές συνιστώσες του οπτικού σήματος να διαδίδονται με διαφορετικές ταχύτητες. Διασπορά τρόπων πόλωσης (χρονική διαπλάτυνση παλμών): οφείλεται στο γεγονός ότι οι οπτικές ίνες δεν έχουν απολύτως κυκλικούς πυρήνες, με αποτέλεσμα η κάθε συνιστώσα πόλωσης του οπτικού σήματος να ταξιδεύει με διαφορετική ταχύτητα. 23

Διασπορά (ΙΙ) Χρωματική Διασπορά Non-Return-to-Zero: L: μήκος ζεύξης B: ρυθμός μετάδοσης Δλ: εύρος ζώνης του συστήματος D L B. ε=0.306 για power penalty 1 db και ε=0.491 για power penalty 2 db D: χρωματική διασπορά της ίνας (17 ps/nm.km@1550 nm) Ο ρυθμός μετάδοσης μειώνεται αντιστρόφως ανάλογα με το φασματικό εύρος του οπτικού σήματος: Είναι αναγκαίο να χρησιμοποιούνται οπτικές πηγές με το ελάχιστο δυνατό φασματικό εύρος (π.χ. DFB laser). Καλυτερη επιλογή διαμόρφωσης στον πομπό αποτελεί η χρήση εξωτερικών οπτικών διαμορφωτών και όχι η άμεση διαμόρφωση. 24

Διασπορά (ΙΙΙ) Χρωματική Διασπορά Return-to-Zero: Μετάδοση χωρίς power penalty: L: μήκος ζεύξης B: ρυθμός μετάδοσης Τ 0 : αρχικό χρονικό εύρος παλμού β 2 : παράμετρος χρωματικής διασποράς Η χρονική διαπλάτυνση ελαχιστοποιείται όταν 2 2L TL T0 2 Trms. T0 T rms 1 BTL 2. B T 2 L 0 2 Προκύπτει όριο διασποράς B DL 2 c 1, Π.χ. για D=17 ps/nm.km και λ=1.55 μm η μετάδοση δεδομένων στα 10 Gbps είναι δυνατή για μήκη εως 460 km. 25

Διασπορά (ΙV) Αντιστάθμιση Χρωματικής Διασποράς Χρήση ειδικών ινών (Dispersion Compensating Fibers DCFs): Παρουσιάζουν αρνητικές τιμές διασποράς D στο μήκος κύματος λειτουργίας του δικτύου. Αν μια τυπική ίνα μετάδοσης εισάγει συνολική διασπορά αρκεί η εισαγωγή ένος τμήματος DCF με συνολική διασπορά ώστε η συνολική διασπορά της ζεύξης να μηδενιστεί. Χρήση οπτικών φίλτρων με κατάλληλη συνάρτηση μεταφοράς: Η χρωματική διασπορά σε οπτικές ίνες είναι δυνατόν να περιγραφεί από τη συνάρτηση μεταφοράς της ίνας H e 2L 2 c 2. Ένα φίλτρο με αντίστροφη συνάρτηση μεταφοράς (π.χ. chirped Fiber-Bragg-Grating) επιτυγχάνει πλήρη απαλοιφή της διασποράς που εισάγει η ίνα. D D SMF DCF L L SMF DCF 26

Διασπορά (V) Διασπορά Τρόπων Πόλωσης Η διασπορά τρόπων πόλωσης χαρακτηρίζεται από τη μέση διαφορική χρονική καθυστέρηση (διαφορική καθυστέρηση ομάδας) μεταξύ δύο καταστάσεων πόλωσης : Η παράμετρος D PMD (ps/km 1/2 ) λαμβάνει τιμές που κυμαίνονται από 0.1 έως 2 ps/km 1/2. Συνήθως απαιτείται για power penalty ίσο με 0.5 db D PMD L. Αντιστάθμιση διασποράς τρόπων πόλωσης: B B D L 0.1. PMD Σε ηλεκτρονικό επίπεδο η αντιστάθμιση γίνεται με εξισορροπητές (equalizers), στους οποίους μία τράπεζα χρονικών καθυστερήσεων (delay bank) και κατάλληλα βάρη (weights) υλοποιούν ένα προσαρμοσμένο φίλτρο αντιστάθμισης. Σε οπτικό επίπεδο, το οπτικό σήμα αναλύεται σε δύο κάθετες καταστάσεις πόλωσης («γρήγορη» και «αργή») και στην «γρήγορη» κατάσταση εισάγεται χρονική καθυστέρηση ίση με τη διαφορική καθυστέρηση ομάδας. 27

Μη-γραμμικά φαινόμενα 28

Φαινόμενο Raman (Ι) Η εξαναγκασμένη σκέδαση Raman προκαλεί τη μεταφορά ισχύος από ένα οπτικό σήμα υψηλής συχνότητας (σήμα άντλησης) σε ένα οπτικό σήμα χαμηλότερης συχνότητας (σήμα Stokes) μέσω των ταλαντώσεων πλέγματος της ίνας. Η μεταφορά ισχύος είναι δυνατή όταν τα σήματα έχουν φασματική απόσταση μεταξύ 13 και 150 TΗz: g R : σταθερά κέρδους κορυφής Raman (6x10-14 m/w). Δλ c : φασματικό εύρος Raman (125 nm). Πολυκυματικό σύστημα: το ποσοστό ισχύος που μεταφέρεται από κάθε κανάλι i στο κανάλι με το μικρότερο κύματος (i=0) είναι Δλ s : φασματική απόσταση καναλιών. g g Α e και L e ισούνται με 50 μm 2 και 20 km, αντίστοιχα. R R, 0 c. c 0, αλλου s e. P i g R i PL c 2A e 29

Φαινόμενο Raman (ΙΙ) Συνολικό ποσοστό ισχύος: Power penalty λόγω Raman: PL N 1 s e R R R i1 c Ae P P i g PP 10log 1 P R. N N 2 2 1. Αντιμετώπιση φαινομένου Raman: Επιλογή της απόσταση των καναλιών Δλ s ώστε να είναι αρκούντως μικρή. Διατήρηση της ισχύος μετάδοσης σε επίπεδα μικρότερα από αυτή που καθορίζεται από το μέγιστο ανεκτό power penalty. 30

Φαινόμενο Brillouin (Ι) Το φαινόμενο Brillouin είναι παρόμοιο με το Raman, με τη διαφορά ότι τα σήματα άντλησης και Stokes θα πρέπει να βρίσκονται σε μικρή φασματική απόσταση. Το φαινόμενο περιγράφεται από την ισχύ κατωφλίου P th που καθορίζει το επίπεδο οπτικής ισχύoς πάνω από το οποίο αρχίζει να γίνεται σημαντική η επίδραση του φαινομένου: P th 21b A e f source 1, gb Le f B g B : σταθερά κέρδους κορυφής Brillouin (4x10-11 m/w). Δf source : εύρος ζώνης του σήματος άντλησης. Δf B : εύρος ζώνης φαινομένου Brillouin (20 ΜΗz). Α e και L e ισούνται με 50 μm 2 και 20 km, αντίστοιχα. b: κυμαίνεται μεταξύ 1 και 2 ανάλογα με την πόλωση των σημάτων άντλησης και Stokes. 31

Φαινόμενο Brillouin (IΙ) Αντιμετώπιση φαινομένου Brillouin: Μετάδοση ισχύος ανά κανάλι η οποία είναι μικρότερη από το κατώφλι ισχύος. Χρήση οπτικών πηγών με μεγάλο φασματικό εύρος. Αποστολή δεδομένων με διαμόρφωση φάσης και όχι με διαμόρφωση πλάτους, οπότε και διαπλατύνεται το φασματικό εύρος του οπτικού σήματος. 32

Αυτοδιαμόρφωση και ετεροδιαμόρφωση φάσης Τα φαινόμενα της αυτοδιαμόρφωσης και ετεροδιαμόρφωσης φάσης οφείλονται στην εξάρτηση του δείκτη διάθλασης της οπτικής ίνας από την διαδιδόμενη οπτική ισχύ. H ισχύς του οπτικού σήματος προκαλεί μεταβολές στη φάση του και αυξάνει το εύρος ζώνης του. Η αύξηση του εύρους ζώνης σε συνδυασμό με τη χρωματική διασπορά προκαλεί σημαντική διαπλάτυνση στους οπτικούς παλμούς: 2 2 TL Le L 4 L e L 1 2 1, T0 LNL L D 3 3 L NL L D L NL : μη γραμμικό μήκος A e 2 np 2 L D : μήκος διασποράς 2 T0 2 Μετάδοση χωρίς power penalty T rms 1 BTL 2. B

Μίξη τεσσάρων φωτονίων (Ι) Στο φαινόμενο της μίξης τεσσάρων φωτονίων τρία σήματα με συχνότητες ω i, ω j και ω k προκαλούν τη δημιουργία ενός νέων σημάτων σε συχνότητες Η ισχύς του κάθε σήματος που παράγεται λόγω της μίξης τεσσάρων φωτονίων είναι: d ijk : παράγοντας εκφυλισμού (τιμή 3 ή 6). n, ijk i j k n P d PP P L :μη γραμμικός δείκτης διάθλασης (3x10-8 μm 2 /W). η ijk : είναι η απόδοση του φαινομένου. 2 ijk ijk ijk ijk i j k e. 3cAe 2

Μίξη τεσσάρων φωτονίων (ΙΙ) Η απόδοση η ijk εξαρτάται από τις απώλεις α της ίνας και από τη χρωματική διασπορά Δβ (χάνεται η συμφωνία φάσης που είναι απαραίτητη για την παραγωγή του νέου μήκους κύματος): Τα επιπλέον μήκη κύματος που παράγονται στη μίξη τεσσάρων φωτονίων προσομοιάζουν ενδοκαναλική διαφωνία. Αντιμετώπιση της επίδρασης της μίξης τεσσάρων φωτονίων: Χρήση καναλιών με διαφορετική φασματική απόσταση ώστε η νέα συχνότητα ω ijk να μη συμπίπτει με κάποια ήδη υπάρχουσα. Αύξησης της φασματικής απόστασης των καναλιών ώστε η απόδοση της μίξης να μειωθεί. Μείωση της ισχύος που μεταδίδεται ανά κανάλι. 2 al 2 4e sin L 2 ijk 1, 2 2 al 2 1 e i j k ijk.

Τέλος Ενότητας

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στo πλαίσιo του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Αθηνών» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 37

Σημειώματα

Σημείωμα Ιστορικού Εκδόσεων Έργου Το παρόν έργο αποτελεί την έκδοση 1.0. 39

Σημείωμα Αναφοράς Copyright Πανεπιστήμιο Πατρών, Βλάχος Κυριάκος, «Τηλεπικοινωνίες οπτικών ινών. Οπτικά συστήματα μετάδοσης». Έκδοση: 1.0. Πάτρα 2015. Όλα τα σχήματα έχουν δημιουργηθεί από τον κ. Βλάχο Κυριάκο, εκτός αν αναγράφεται διαφορετικά. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: https://eclass.upatras.gr/courses/arch395/index.php 40

Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί. 41

Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους. 42