ΜΑΘΗΜΑ: ΟΠΤΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΚΑΙ ΟΠΤΙΚΑ ΙΚΤΥΑ - ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΟΠΤΙΚΩΝ ΖΕΥΞΕΩΝ

ΕΘΝΙΚΟ ΚΑΙ ΚΑΠΟ ΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΟΠΤΙΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΜΑΘΗΜΑ: ΟΠΤΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΚΑΙ ΟΠΤΙΚΑ ΙΚΤΥΑ - ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΟΠΤΙΚΩΝ ΖΕΥΞΕΩΝ ΥΠ. ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΗΜΗΤΡΗΣ ΣΥΒΡΙ ΗΣ ΑΘΗΝΑ, ΑΠΡΙΛΙΟΣ 2010

1.1 Εισαγωγή Οι εργαστηριακές ασκήσεις θα πραγματοποιηθούν με τη χρήση του προγράμματος προσομοίωσης οπτικών ζεύξεων OptiPerformer το οποίο βασίζεται στο λογισμικό OptiSystem. Οι ασκήσεις έχουν δημιουργηθεί με το πακέτο OptiSystem και για την προσομοίωσή τους χρησιμοποιείται η πλατφόρμα OptiPerformer. Το πρόγραμμα OptiPerformer επιτρέπει την μεταβολή μόνο συγκεκριμένων παραμέτρων της τοπολογίας, ενώ οι υπόλοιπες παράμετροι είναι προρυθμισμένες. Με τον τρόπο αυτό αποφεύγεται η πολυπλοκότητα από την ρύθμιση μεγάλου αριθμού παραμέτρων και η απώλεια χρόνου από την σχεδίαση της τοπολογίας. Το πρόγραμμα OptiPerformer μπορεί να αποκτηθεί ελεύθερα από την ιστοσελίδα www.optiwave.com. 1.2 Βασικά στοιχεία για την χρήση του λογισμικού OptiPerformer Το γραφικό περιβάλλον του προγράμματος OptiPerformer φαίνεται στο σχήμα 1.1 και περιλαμβάνει τα παρακάτω παράθυρα: Project Layout: Η κύρια περιοχή εργασίας η οποία απεικονίζει την τοπολογία. Performer Control: Επιτρέπει στην χρήστη να επιλέγει τοπολογία και να ελέγχει τη διαδικασία προσομοίωσης της, με την χρήση των αντίστοιχων κουμπιών ελέγχου Open File, Run Calculation, Abort Calculation κτλ. Parameter Settings: Επιτρέπει τον έλεγχο των προ-επιλεγμένων παραμέτρων της τοπολογίας. Σχήμα 1.1: Το βασικό περιβάλλον εργασίας του λογισμικού OptiPerformer. 2

Στο πρόγραμμα OptiSystem-OptiPerformer οι συνδέσεις μεταξύ των διαφόρων στοιχείων έχουν διαφορετικά χρώματα ανάλογα με το είδος τους. Συγκεκριμένα, το καφέ χρώμα αντιστοιχεί σε συνδέσεις σε επίπεδο bit, το μπλε χρώμα σε ηλεκτρικές συνδέσεις και το πράσινο χρώμα σε οπτικές συνδέσεις. Σε διάφορα σημεία της τοπολογίας υπάρχουν διαγνωστικά/εποπτικά εργαλεία (visualizers). Το οπτικό ισχυόμετρο (optical power meter) μετρά την μέση ισχύ ενός οπτικού σήματος. Ο παλμογράφος (oscilloscope) απεικονίζει το σήμα στο χρόνο. Ο οπτικός αναλυτής φάσματος (optical spectrum analyzer, OSA) απεικονίζει το οπτικό σήμα στο πεδίο των συχνοτήτων. Ο ελεγκτής ρυθμού σφαλμάτων (BER tester) υπολογίζει το ρυθμό σφάλματος bit (Bit Error Rate, BER) συγχρονίζοντας το ηλεκτρικό σήμα στην έξοδο του δέκτη με το αρχικό δυαδικό σήμα της γεννήτριας δυαδικών ακολουθιών PRBS. Ο BER tester αναπαράγει το διάγραμμα οφθαλμού (eye diagram) το οποίο απεικονίζει όλη την παλμοσειρά σε ένα παράθυρο 2 ή 3 περιόδων και μας δίνει σαφείς πληροφορίες για την ποιότητα του σήματος. Τα κύρια εποπτικά στοιχεία του OptiSystem δίνονται στον παρακάτω πίνακα: Είδος Όνομα OptiSystem Εικονίδιο Οπτικό ισχυόμετρο Optical Power Meter Visualizer Παλμογράφος οπτικών σημάτων Optical Time Domain Visualizer Παλμογράφος ηλεκτρικών σημάτων Ο οπτικός αναλυτής φάσματος Oscilloscope Visualizer Optical Spectrum Analyzer Eλεγκτής ρυθμού σφαλμάτων BER Analyzer Πίνακας 1.1: Εποπτικά εργαλεία που χρησιμοποιούνται στο πρόγραμμα OptiSystem. 2.1 Ασκήσεις Στις ασκήσεις που ακολουθούν θα εξεταστούν κυρίως απλές ζεύξεις (από σημείο-σε-σημείο) για την μελέτη της επίδρασης των δύο βασικών φαινόμενων που επικρατούν κατά τη διάδοση του οπτικού σήματος στην ίνα: της εξασθένισης και της χρωματικής διασποράς. Η εξασθένιση είναι υπεύθυνη για την πτώση της ισχύος του σήματος καθώς αυτό διαδίδεται μέσα στην ίνα και οδηγεί σε μείωση της ποιότητας του σήματος το οποίο αναπαράγεται στον δέκτη κατά την φώραση. Με τον τρόπο αυτό εισάγονται περιορισμοί που σχετίζονται με την εξασθένιση και θέτουν μέγιστο μήκος διάδοσης. Επίσης καθώς η εξασθένιση της ίνας εξαρτάται από το μήκος κύματος, καθορίζει και τα τηλεπικοινωνιακά παράθυρα, δηλαδή τα χρήσιμα μήκη κύματος στα οποία μπορούμε να κωδικοποιήσουμε την πληροφορία. Η διασπορά (χρωματική) επιφέρει διαπλάτυνση του παλμού κατά τη διάρκεια μετάδοσής του στην ίνα. Η διαπλάτυνση των παλμών υπό συνθήκες είναι αρκετά μεγάλη, οι παλμοί 3

επικαλύπτονται και αυτό επιφέρει την αλληλο-παρεμβολή συμβόλων (inter-symbol interference, ISI) η οποία είναι υπεύθυνη για την αύξηση του ρυθμού σφαλμάτων στο δέκτη (bit error rate, BER). Στις τοπολογίες που ακολουθούν θα μελετηθεί η επίδραση των διαφόρων λειτουργικών αλλά και κατασκευαστικών παραμέτρων της ζεύξης για τη βελτιστοποίησή της, καθώς και μέτρα αντιμετώπισης της εξασθένισης και της διασποράς, όπως οι οπτικοί ενισχυτές (optical amplifiers) και η αντιστάθμιση της διασποράς (dispersion compensation). Επίσης, θα μελετηθούν οι βασικές οπτο-ηλεκτρονικές και παθητικές διατάξεις που χρησιμοποιούνται για την υλοποίηση των ζεύξεων (οπτικές ίνες, πηγές laser, διαμορφωτές κ.τ.λ.). Τέλος θα σχεδιαστεί και θα μελετηθεί ένα ολοκληρωμένο σύστημα πολυπλεξίας μήκους κύματος WDM. Τα κύρια στοιχεία του OptiSystem που χρησιμοποιούνται δίνονται στον πίνακα 2.1. Είδος Όνομα OptiSystem Εικονίδιο Γεννήτρια ψευδοτυχαίας ακολουθίας bit Pseudo-Random Bit Sequence Generator Γεννήτρια Ηλεκτρικών Παλμών NRZ Pulse Generator Laser άμεσης διαμόρφωσης Πηγή mode-locked laser Οπτικός διαμορφωτής Mach-Zehnder Laser Rate Equations Optical Gaussian Pulse Generator Mach-Zehnder Modulator Οπτική ίνα Οπτικός ενισχυτής ίνας ερβίου Optical Fiber Optical Amplifier Οπτικό φίλτρο Fabry-Perot Fabry-Perot Optical Filter Φωτοδέκτης τύπου PIN Photodetector PIN Ηλεκτρικό φίλτρο Low Pass Gaussian Filter Πίνακας 2.1: Τα βασικά στοιχεία του προγράμματος OptiSystem που χρησιμοποιούνται στην άσκηση. 2.2 Οπτική ζεύξη με άμεση/εξωτερική διαμόρφωση παλμοί NRZ / RZ-Gaussian Η άσκηση αυτή μελετά μία απλή ζεύξη μεταξύ δύο σημείων, ενός πομπού και ενός δέκτη, με σκοπό την παρατήρηση των γνωστών θεμελιωδών φαινόμενων που λαμβάνουν χώρα υπό διάφορες συνθήκες. Η τοπολογία 1 χρησιμοποιεί άμεση διαμόρφωση της πηγής laser ενώ οι τοπολογίες 2 και 3 χρησιμοποιούν πομπό με εξωτερική διαμόρφωση. 4

Σχήμα 2.1: Οπτική ζεύξη με τη χρήση πηγής laser άμεσης διαμόρφωσης για παραγωγή παλμών NRZ. Τοπολογία 1 Το σχηματικό διάγραμμα του συστήματος μετάδοσης για την μελέτη ζεύξης δίνεται στο σχήμα 2.1 Συνοπτικά, το κύκλωμα του πομπού αποτελείται από μία γεννήτρια ψευδοτυχαίας δυαδικής ακολουθίας (pseudo-random bit generator, PRBS), η οποία τροφοδοτεί με δυαδικά ψηφία ( 0, 1 ) την γεννήτρια ηλεκτρικών παλμών (electrical signal generator). Η γεννήτρια σήματος μετατρέπει το δυαδικό σήμα σε ηλεκτρικούς παλμούς. Το ηλεκτρικό αυτό σήμα διαμορφώνει το συνεχές ρεύμα τροφοδοσίας μιας πηγής laser άμεσης διαμόρφωσης (direct modulation laser), για αυτό και το σχήμα αυτό διαμόρφωσης καλείται άμεση διαμόρφωση. Η διαμόρφωση που προκύπτει είναι φως διαμορφωμένο κατά ισχύ με παλμούς που «δεν επιστρέφουν στο μηδέν» (non return to zero, NRZ). Στις παλμοσειρές NRZ η ισχύς του σήματος για δύο ή περισσότερα διαδοχικά σύμβολα «1», διατηρεί την τιμή του συμβόλου «1» χωρίς να επιστρέφει στην ισχύ του «0» στο τέλος του bit. Το οπτικό σήμα που παράγεται διαδίδεται μέσω της ίνας για να καταλήξει στο δέκτη, όπου μετατρέπεται σε ηλεκτρικό σήμα μέσω ενός δέκτη φωτοδιόδου (photodiode). Η φωτοδίοδος ακολουθείται από ένα χαμηλοπερατό ηλεκτρικό φίλτρο (low pass filter) το οποίο χρησιμοποιείται για την απομάκρυνση του θορύβου και έχει εύρος 0.75 του ρυθμού δεδομένων. Οι κυριότερες παράμετροι των οποίων θα μελετηθεί η επίδραση τους στη ζεύξη, είναι: Το μήκος της οπτικής ίνας (Length), km. Ο συντελεστής χρωματικής διασποράς (Dispersion), ps/nm/km. Ο ρυθμός δεδομένων (BitRate) bit/s. Το ρεύμα κορυφής διαμόρφωσης του laser (PeakCurrent), ma. Τοπολογία 2 Η τοπολογία 2 (σχήμα 2.2) είναι όμοια με την τοπολογία 1 με τη διαφορά ότι στον πομπό χρησιμοποιείται ένα σχήμα εξωτερικής διαμόρφωσης του οπτικού σήματος. Το κύκλωμα του πομπού όπως και νωρίτερα, αποτελείται από μία γεννήτρια ψευδοτυχαίας δυαδικής ακολουθίας, μια γεννήτρια ηλεκτρικών παλμών, μια πηγή laser (CW laser) και επιπλέον ένας διαμορφωτής Mach-Zehnder (Mach-Zehnder Modulator). Ο διαμορφωτής δέχεται ως είσοδο 5

το οπτικό αδιαμόρφωτο φέρον και διαμορφώνει την ισχύ του σύμφωνα με το ηλεκτρικό σήμα που δέχεται από τη γεννήτρια ηλεκτρικών παλμών. Με το σχήμα αυτό παράγονται παλμοί NRZ και αποφεύγονται τα προβλήματα της άμεσης διαμόρφωσης (π.χ. chirp) αλλά επιβαρύνεται η ζεύξη με ένα επιπλέον στοιχείο. Σχήμα 2.2: Οπτική ζεύξη με τη χρήση εξωτερικής διαμόρφωσης για την παραγωγή παλμών NRZ. Τοπολογία 3 Η τοπολογία 3 είναι όμοια με την τοπολογία 2 με τη διαφορά ότι στον πομπό παράγονται οπτικοί παλμοί Gaussian οι οποίοι «επιστρέφουν στο μηδέν» (return-to-zero, RZ). Στις παλμοσειρές RZ, η ισχύς του σήματος για δύο ή περισσότερα διαδοχικά σύμβολα «1» επιστρέφει στην ισχύ του συμβόλου «0» πριν από το επόμενο σύμβολο, ακόμα κι αν έπεται «1». Οι παλμοί Gaussian-RZ παλμοί είναι κατάλληλοι για χρήση σε συστήματα μεγάλων αποστάσεων με υψηλούς ρυθμούς (> 10 Gbps). Στα πραγματικά συστήματα η παραγωγή RZ παλμών γίνεται με πηγή mode-locked laser. Μια πηγή mode-locked αυτοταλαντώνεται και παράγει στενούς παλμούς με συγκεκριμένη συχνότητα επανάληψης. Η διαμόρφωση της πηγής αυτής με ψηφιακά σήματα επιτυγχάνεται με το συνδυασμό του οπτικού σήματος της και του σήματος μιας ηλεκτρικής γεννήτριας σε ένα διαμορφωτή Mach-Zehnder. Το κύκλωμα του πομπού αυτής της τοπολογίας στο πρόγραμμα OptiSystem φαίνεται στο σχήμα 2.3. Η πηγή mode-locked laser προσομοιώνεται με μια πηγή οπτικών παλμών Gaussian (Optical Gaussian Pulse Generator) η οποία διεγείρεται από συνεχόμενα σύμβολα «1». Οι οπτικοί Gaussian παλμοί που παράγονται οδηγούνται σε έναν διαμορφωτή MZ ο οποίος το διαμορφώνει σύμφωνα με το ηλεκτρικό σήμα ψευδοτυχαίων bit (σήμα πληροφορίας) που τον οδηγεί. Οι κυριότερες παράμετροι των οποίων θα μελετηθεί η επίδραση τους στη ζεύξη, είναι: Το μήκος της οπτικής ίνας (Length), km. Ο συντελεστής χρωματικής διασποράς (Dispersion), ps/nm/km. 6

Ο ρυθμός δεδομένων (BitRate) bit/s. Το εύρος μισής ισχύος των παλμών Gaussian (PulseWidth), ps. Η ισχύς εκπομπής για το λογικό 1 (PeakPower), dbm. Ο λόγος σβέσης (ExtinctionRatio), db. Σχήμα 2.3: Διάγραμμα πομπού παραγωγής οπτικών παλμών Gaussian-RZ. 2.3 Οπτική ζεύξη με αντιστάθμιση των απωλειών ενίσχυση με ενισχυτή EDFA και χρήση οπτικού φίλτρου Στις προηγούμενες τοπολογίες μελετήθηκαν οι περιορισμοί που επιβάλλουν τα χαρακτηριστικά της ίνας (εξασθένιση και διασπορά) στην διάδοση του οπτικού σήματος. Πιο συγκεκριμένα είδαμε ότι ο ρόλος της απόστασης διάδοσης είναι καθοριστικός για την ποιότητα του σήματος στο δέκτη, αφού το σήμα πρέπει να έχει αρκετή ισχύ προκειμένου να γίνεται σωστή φώραση. Προκειμένου να αντισταθμιστεί η εξασθένιση του σήματος είναι αναγκαία η χρήση οπτικών ενισχυτών. Ο σκοπός της παρούσας άσκησης είναι η κατανόηση του ευεργετικού ρόλου ενός ενισχυτή EDFA (erbium-doped fiber amplifier) σε μία οπτική ζεύξη και η εξαγωγή παρατηρήσεων και συμπερασμάτων ώστε να βελτιστοποιήσουμε την απόδοσή του σε σχέση με τις διάφορες παραμέτρους του μιας ζεύξης. Επιπλέον θα διερευνηθεί η επίδραση του οπτικού φίλτρου και των θεμελιωδών παραμέτρων του σε μια ζεύξη. Σχήμα 2.4: Οπτική ζεύξη με αντιστάθμιση της εξασθένισης με τη χρήση ενισχυτή EDFA και φίλτρου. 7

Η οπτική ζεύξη της τοπολογίας αυτής (σχήμα 2.4) χρησιμοποιεί πομπό με εξωτερική διαμόρφωση και δύο τμήματα οπτικής ίνας, ένα πριν και ένα μετά από τον οπτικό ενισχυτή EDFA, με σκοπό την παρατήρηση και τη βελτιστοποίηση της θέσης του ενισχυτή μέσα στην ζεύξη (ρυθμίζοντας κατάλληλα τα μήκη των δύο ινών). Παράλληλα, τον EDFA ακολουθεί ένα οπτικό φίλτρο Fabry-Perot για την απομάκρυνση του θορύβου αυθόρμητης εκπομπής που εισάγεται στο σήμα κατά τη διαδικασία της ενίσχυσης. Οι κυριότερες παράμετροι των οποίων θα μελετηθεί η επίδραση τους στη ζεύξη, είναι: Η απολαβή του οπτικού ενισχυτή EDFA (AmplifierGain), db. Η ισχύς κόρου του οπτικού ενισχυτή EDFA (SaturationPower), dbm. Η θέση των οπτικών ενισχυτών EDFA μέσα στην ζεύξη μέσω της ρύθμισης του μήκους των οπτικών ινών (Length1, Length2), km. Το εύρος της συνάρτησης μεταφοράς του οπτικού φίλτρου (FPBandwidth), Hz. 2.4 Οπτική ζεύξη με αντιστάθμιση της διασποράς Η διαχείριση διασποράς αποτελεί μία τεχνική για την εξουδετέρωση της χρωματικής διασποράς, η οποία λειτουργεί καταστροφικά κατά τη διάδοση ενός οπτικού παλμού, ιδιαίτερα στην περίπτωση διάδοσης παλμών RZ. Ο πιο απλός τρόπος για την αντιστάθμιση της διασποράς είναι ο συνδυασμός δύο τμημάτων οπτικής ίνας. Σε μια τέτοια διάταξη, το πρώτο τμήμα μπορεί να είναι η τυπική ίνα η οποία εισάγει την διασπορά και το δεύτερο τμήμα να εισάγει διασπορά η οποία αναιρεί την επίδραση της διασποράς του πρώτου τμήματος. Οι ίνες του τύπου αυτού καλούνται ίνες αντιστάθμισης διασποράς (dispersion compensation fibers, DCF). Η πιο απλή περίπτωση είναι όταν τα δύο τμήματα ίνας έχουν το ίδιο μήκος και αντίθετο συντελεστή διασποράς. Ο σκοπός της παρούσας άσκησης είναι η κατανόηση του τρόπου διαχείρισης της διασποράς σε μία οπτική ζεύξη με την χρήση ινών DCF. Σχήμα 2.5: Οπτική ζεύξη με αντιστάθμιση της διασποράς με χρήση ίνας DCF. Η οπτική ζεύξη της τοπολογίας αυτής (σχήμα 2.5) χρησιμοποιεί πομπό με εξωτερική διαμόρφωση ο οποίος παράγει Gaussian παλμούς RZ και δύο τμήματα οπτικής ίνας, ένα για την εισαγωγή της χρωματικής διασποράς (τυπική ίνα) και ένα τμήμα ίνας DCF για την 8

αναίρεσή της. Μετά από τα δύο τμήματα έχουν τοποθετηθεί οπτικοί ενισχυτές EDFA για την αντιστάθμιση των απωλειών που εισάγει το κάθε τμήμα ίνας. Οι κυριότερες παράμετροι των οποίων θα μελετηθεί η επίδραση τους στη ζεύξη, είναι: Το μήκος της τυπικής ίνας και της ίνας DCF (Length, DCFLength), km. Ο συντελεστής διασποράς της τυπικής ίνας και της ίνας DCF (NormalDispersion, DCFDispersion), ps/nm/km. Η απολαβή του οπτικού ενισχυτή EDFA (Gain), db. 2.5 Οπτική ζεύξη με χρήση πολυπλεξίας μήκους κύματος (WDM) Στις προηγούμενες τοπολογίες μελετήθηκαν τα βασικά χαρακτηριστικά των διαφόρων δομικών οπτοηλεκτρονικών διατάξεων για χρήση σε τηλεπικοινωνιακές ζεύξεις με οπτικές ίνες. Στην παρούσα άσκηση θα βασιστούμε στις γνώσεις που αποκτήσαμε προηγούμενα για να εξετάσουμε συστήματα με μεγαλύτερες χωρητικότητες χρησιμοποιώντας πολυπλεξία μήκους κύματος (wavelength division multiplexing, WDM). Με δεδομένο τους τεράστιους ρυθμούς που μπορούν να υποστηρίξουν οι οπτικές ίνες, το «κλειδί» στον σχεδιασμό οπτικών δικτύων με σκοπό την αξιοποίηση του τεράστιου εύρους ζώνης της ίνας (50 THz), είναι η αρχιτεκτονική των ταυτόχρονων μεταδόσεων πολλών χρηστών. Στα οπτικά δίκτυα οι κυριότερες τεχνικές πολυπλεξίας είναι η πολυπλεξία διαίρεσης χρόνου (time division multiplexing, TDM), και η πολυπλεξία μήκους κύματος (wavelength division multiplexing, WDM). Παρόμοια με την τεχνική TDM, στην τεχνική WDM διαφορετικά κανάλια μεταδίδονται στην ίδια οπτική ίνα, κατέχοντας το καθένα διαφορετικό μήκος κύματος. Μέσα σε ένα σύστημα WDM τα κανάλια μπορούν να δρομολογηθούν ή να ανακτηθούν από δομικά στοιχεία που να είναι επιλεκτικά στο μήκος κύματος (π.χ. οπτικά φίλτρα). Η συνολική χωρητικότητα του συστήματος μπορεί να αυξηθεί επιπλέον αν συνδυαστούν οι δύο τεχνικές WDM και OTDM. Το κάθε κανάλι / μήκος κύματος μπορεί να μπορεί να είναι ένα ήδη πολυπλεγμένο χρονικά σήμα. Με την μέθοδο αυτή μπορούν να επιτευχθούν ρυθμοί μετάδοσης στην κλίμακα των δεκάδων Tbps. Η σχεδίαση ενός συστήματος WDM απαιτεί τη γνώση των χαρακτηριστικών των οπτοηλεκτρονικών δομικών στοιχείων που θα χρησιμοποιηθούν για την αντιμετώπιση της εξασθένισης και της διασποράς. Επιπλέον απαιτείται η βελτιστοποίηση των παραμέτρων, προκειμένου να αποφεύγονται διάφορα φαινόμενα που σχετίζονται με την ύπαρξη πολλών γειτονικών καναλιών. Συγκεκριμένα, ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται η απόσταση των καναλιών και το αντίστοιχο εύρος των οπτικών φίλτρων για την ελαχιστοποίηση τόσο της διαφωνίας (crosstalk) που προκύπτει από τα γειτονικά κανάλια, όσο και του θορύβου από ενίσχυση. Η οπτική ζεύξη που χρησιμοποιεί το σύστημα WDM (σχήμα 2.6) για την παραγωγή του σήματος χρησιμοποιεί ένα στοιχείο του προγράμματος OptiPerformer το οποίο συγκεντρώνει 4 πομπούς οι οποίοι παράγουν παλμούς NRZ σε διαφορετικά (γειτονικά) μήκη κύματος (WDM Transmitter). Τα οπτικά σήματα που παράγονται πολυπλέκονται με το στοιχείο (WDM Mux) και εισέρχονται σε μια τυπική ίνα. Η ζεύξη χρησιμοποιεί και ίνα DCF για αντιστάθμιση της διασποράς ενώ έχει και οπτικό ενισχυτή EDFA για αντιστάθμιση των απωλειών (κυρίως της δεύτερης ίνας. Πριν το δέκτη, ένα από τα 4 κανάλια επιλέγεται μέσω ενός οπτικού φίλτρου 9

Fabry-Perot για την απομάκρυνση των υπόλοιπων γειτονικών καναλιών και του θορύβου αυθόρμητης εκπομπής που εισάγεται στο σήμα κατά τη διαδικασία της ενίσχυσης. Σχήμα 2.6: Οπτική ζεύξη που χρησιμοποιεί πολυπλεξία μήκους κύματος WDM 4 καναλιών με αντιστάθμιση της διασποράς. Οι κυριότερες παράμετροι των οποίων θα μελετηθεί η επίδραση τους στη ζεύξη, είναι: Η φασματική απόσταση των καναλιών (FrequencySpacing), THz. Η συχνότητα του πρώτου καναλιού (FirstFrequency), THz. Η κεντρική συχνότητα του οπτικού φίλτρου (FPFrequency), THz. Η ελεύθερη φασματική περιοχή του οπτικού φίλτρου (FPFSR), THz. Το φασματικό εύρος της συνάρτησης μεταφοράς του οπτικού φίλτρου (FPBandwidth), GHz. Η απολαβή του οπτικού ενισχυτή EDFA (Gain), db. 10

3 Ερωτήσεις Θέματα προς παράδοση 1. Να εξετάσετε την επίδραση της απόστασης διάδοσης (μήκος της ίνας) στο ρυθμό σφαλμάτων (BER) της πληροφορίας, για την περίπτωση RZ και NRZ παλμών. 2. Να εξετάσετε την επίδραση της διασποράς (συντελεστής διασποράς D) στην μορφή και στο ρυθμό σφαλμάτων (BER) της πληροφορίας, για την περίπτωση RZ και NRZ παλμών. Ποια μορφή παλμών επηρεάζεται περισσότερο. Δικαιολογείστε την απάντησή σας. Πως μπορεί να βελτιωθεί η ποιότητα της πληροφορίας; Δώστε ένα συγκεκριμένο παράδειγμα. 3. Να εξηγήσετε την επίδραση της τιμής απολαβής του οπτικού ενισχυτή στην ποιότητα του σήματος. Ποιος είναι ο ρόλος της τιμής της απολαβής κόρου ενός οπτικού ενισχυτή και σε ποιες εφαρμογές γίνεται μέγιστη η επίδραση της; 4. Ποια η επίδραση της παρουσίας ενός φίλτρου μετά τον οπτικό ενισχυτή; Υποδείξτε τον ρόλο του φίλτρου με διαγράμματα του σήματος στο χρόνο (διάγραμμα οφθαλμού) και στο χώρο τον συχνοτήτων (φάσμα). Ποιες είναι οι κύριες παράμετροι που επηρεάζουν την επίδοση του φίλτρου; Σημείωση: Οι παρατηρήσεις και οι απαντήσεις σας θα πρέπει να δικαιολογούνται με βάση αποτελέσματα προσομοιώσεων που θα εκτελέσετε. Απαραίτητα θεωρούνται διαγράμματα που θα επιδεικνύουν και θα ενισχύουν τις παρατηρήσεις σας. 11