1 Università di Parma Dipartimento di Ingegneria dellInformazione Università di Parma...

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  • 1 Universit di Parma Dipartimento di Ingegneria dellInformazione Universit di Parma Dipartimento di Ingegneria dellInformazione Prof. Alberto Bononi Una panoramica sulle comunicazioni digitali su fibra ottica ITIS L. da Vinci, Parma 18/05/2007
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  • 2 Obiettivo Didattico Ripassare alcuni concetti di base di TLC del IV e V anno (ITIS) vedendo come si concretizzano nei sistemi di trasmissione su fibra ottica.
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  • 3 Sommario ArgomentoDenominazione ITISCorso Ingegneria TLC Ripasso: Fourier e risposta in frequenza Analisi dei SegnaliTeoria dei Segnali B Ripasso: fibre otticheMezzi trasmissiviPropagazione guidata Le reti di TLC e la fibra ottica Internet, communtazione, multiplexing Reti di TLC A, B Trasmissione numerica su fibra ottica Elaborazione numerica Modulazioni Numeriche Teoria dei segnali A, B Trasmissione numerica Ripasso: principi di trasmissione numerica Comunicazioni ottiche A, B
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  • 4 Ripasso: Fourier e risposta in frequenza Ripasso: principi di trasmissione numerica Sommario Le reti di TLC e la fibra ottica Trasmissione numerica su fibra ottica Ripasso: le fibre ottiche
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  • 5 dove Fourier e risposta in frequenza Tt x(t) Sapete che su un intervallo T possibile approssimare una qualunque funzione del tempo x(t) come somma pesata di sinusoidi, secondo il Teorema di Fourier: cos( ) sin( ) Re Im e j =cos( )+j sin( ) Formula di Eulero
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  • 6 Usando la formula di Eulero:fasore possiamo semplificare la scrittura: dove Fourier e risposta in frequenza Tt x(t) Sapete che su un intervallo T possibile approssimare una qualunque funzione del tempo x(t) come somma pesata di sinusoidi, secondo il Teorema di Fourier: Ecco perch si usano i fasori e i numeri complessi: per fare simultaneamente i conti per la parte dei seni e quella dei coseni reali complessi
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  • 7 Ma esistono infinite altre decomposizioni di x(t) sullintervallo T. Per esempio, la serie di Taylor: dove Mentre per Fourier le funzioni di base sono i fasori in Taylor esse sono i polinomi. Altro esempio la decomposizione sulla base delle wavelet, usata nel trattamento delle immagini. dove sono dette funzioni di base. In generale, per una generica decomposizione avremo
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  • 8 Perch la vasta maggioranza dei sistemi fisici con cui abbiamo a che fare sono LINEARI tempo invarianti (LTI). Tali sono per esempio i dispositivi elettronici analogici, le linee di trasmissione ed in generale i canali di comunicazione (quando le potenze in gioco non sono grandi). Ma tali sono anche gli strumenti musicali, i sistemi idraulici, quelli meccanici...... Se diciamo luscita del sistema quando lingresso x(t), allora lineare se e pi in generale se Perch si usa Fourier? sovrapposizione degli effetti
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  • 9 Le sinusoidi sono spesso il modo naturale di rispondere dei sistemi lineari a bruschi stimoli esterni (es: pizzicate una chitarra; chiudete bruscamente il rubinetto dellacqua; prendete una buca con la vostra auto: tutte le vibrazioni sono misture di sinusoidi....) Ci che rende Fourier fondamentale per lanalisi dei sistemi LTI che i fasori sono le uniche funzioni che se lingresso un fasore......luscita lo stesso fasore, moltiplicato per una costante complessa H (che dipende dalla frequenza ) H( ) si chiama RISPOSTA IN FREQUENZA del sistema. Di H si da normalmente un grafico dellampiezza e uno della fase
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  • 10 I coeff. di Fourier delluscita si ottengono come il prodotto di quelli dellingresso per la risposta in frequenza, valutata per ognuna delle sinusoidi di ingresso. Dunque per la linearit 0 ossia l uscita ] Questa operazione si interpreta come filtraggio cio modifica selettiva delle componenti armoniche del segnale di ingresso
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  • 11 Es: Corrente e tensione ai capi di un condensatore sono legati dalla relazione lineare Possiamo vedere questo come un sistema LTI : Se dunque e dunque allora linverso dellimpedenza del Condensatore Questa costante deve dunque essere la risposta in frequenza!
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  • 12 Es: filtro RC i 0123 -15 -10 -5 0 f/(1/2 RC) |H| [dB] 00.511.522.53 -80 -60 -40 -20 0 f/(1/2 RC) fase di H [gradi] Banda a 3 dB
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  • 13 Es: Linea di ritardo Delay
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  • 14 Ripasso: Fourier e risposta in frequenza Ripasso: principi di trasmissione numerica Sommario Le reti di TLC e la fibra ottica Trasmissione numerica su fibra ottica Ripasso: le fibre ottiche
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  • 15 Cos la fibra ottica? E un filo di vetro che serve per guidare la luce
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  • 16 Inciso: la Luce La LUCE un insieme di onde elettromagnetiche che si propagano nello spazio, ciascuna caratterizzata dalla propria ampiezza e lunghezza donda. Lunghezza donda Ampiezza
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  • 17 Onde Elettromagnetiche
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  • 18 - Se la luce composta da una sola onda, si chama luce monocromatica o luce coerente (es: quella emessa da un LASER ideale) -Pi in generale la luce composta da pi onde sovrapposte (luce policromatica) ed usuale dare in grafico la lunghezza donda e lampiezza delle onde costituenti la luce: SPETTRO Lunghezza donda Ampiezza Fine inciso
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  • 19 Aria Vetro Principi fisici: Rifrazione I raggi di luce entrando in un mezzo pi denso rallentano e si avvicinano alla perpendicolare al piano di contatto Riflesso n1=1 n2=1.4 Indice di rifrazione n = Velocit della luce nel vuoto Velocit della luce nel mezzo Rifratto
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  • 20 Aria Vetro Dispersione Cromatica Il vetro appare pi denso a lunghezze donda pi corte (blu), che dunque sono pi lente di quelle lunghe (rosso). Questa variazione della velocit delle onde a seconda del colore si chiama Dispersione Cromatica. Se dunque luce bianca (= somma di tutti i colori) incide sul vetro i vari colori (=lunghezze donda) si aprono ad angoli differenti.
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  • 21 Principi fisici: Riflessione totale Aria Vetro angolo critico
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  • 22 vetro Aria Cladding (meno denso del core) vetro Core Propagazione per riflessione totale
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  • 23 Nella fibra Multimodo tanti raggi (=modi) seguono cammini differenti raggio diretto raggio riflesso Il segnale viaggia in parallelo sui vari modi, con ritardi differenti dispersione modale: limita la velocit di trasmissione dei bit Fibra Multimodo (MMF) 0 -15 -10 -5 0 |H| [dB] Banda a 3 dB 123 frequenza Delay raggio diretto raggio riflesso
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  • 24 Soluzione: core + piccolo fibra Singolo-modo (SMF): solo raggio diretto Fibra Singolo-modo (SMF) Ma la fibra SMF non in verit un canale perfetto !
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  • 25 Quanto attenua la fibra? fibra 1 km laser ( ) Potenza ricevuta visible infrarosso
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  • 26 m) atten. 1.55 0.2 m finestra a bassa attenuazione di circa 30 Teraherz ! fibra un canale passabanda centrato a frequenze altissime atten. f=c/ z 200 30 z grandi corrispondono a piccole f e viceversa, dunque.......f cresce in qui Com il grafico della attenuazione in funzione della frequenza f=c/ |H(f)| f=c/ z 200 30 z
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  • 27 Confronto con altri Conduttori Loss 0.2
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  • 28 Vantaggi della fibra Larghissima Banda Bassissima Attenuazione Non un conduttore Immune alle interferenze elettro-magnetiche Piccolo diametro e leggerezza Fatta in silice (sabbia) costo materiale pi basso del rame
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  • 29 Ripasso: Fourier e risposta in frequenza Ripasso: principi di trasmissione numerica Sommario Le reti di TLC e la fibra ottica Trasmissione numerica su fibra ottica Ripasso: le fibre ottiche
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  • 30 Dove sono oggi le fibre ottiche? Tutte le linee interurbane Telecom (dorsale a lunga distanza) Fibre della Societ autostrade (cablaggio parallelo alle autostrade) Fibre di FFSS (cablaggio a fianco dei binari) e poi ancora: Fibre di Enel+France Telecom (Wind) (accanto ai fili dellalta tensione) e ancora: cablaggio metropolitano A PR Fibre Amps+British Telecom (Albacom) (lungo i condotti del gas); Fibre Fastweb a Mi, To,.....
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  • 31 Dove sono le fibre ottiche? Rete globale sottomarina intorno al 2000 (Source:G. Agrawal )
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  • 32 Cosa ha scatenato questa enorme richiesta di fibra? Internet + Liberalizzazioni in TLC
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  • 33 Rete in fibra FFSS Come Funziona Internet ? Rete in fibra Telecom Rete in fibra Wind BA MI TO NA VE...affitta delle linee dedicate da una (o pi) delle reti telefoniche in fibra. Tali linee sono telefonate aperte per tutto il tempo di affitto....col patto di lasciar transitare pacchetti altrui ma con la ricompensa che i propri pacchetti possono raggiungere qualunque utente in questa rete di reti, cio internet. Un consorzio di Service Providers (SP).......essi costriscono una Rete Virtuale logicamente separata dalle reti fisiche da cui affittano le linee. Interconnettendo queste linee con dei commutatori a pacchetto (Router)... La rete si connette con altre reti simili...
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  • 34 Come Cresce Internet ? Rete in fibra Telecom Rete in fibra Wind Rete in fibra FFSS BA MI TO NA VE Gli utenti si collegano al SP pi vicino al costo di una chiamata urbana, ma possono trasmettere su tutta internet (in tu