∆ίκτυαΟπτικώνΕπικοινωνιώνcgi.di.uoa.gr/~abogris/presentation1.pdf ·...
Transcript of ∆ίκτυαΟπτικώνΕπικοινωνιώνcgi.di.uoa.gr/~abogris/presentation1.pdf ·...
∆ίκτυα∆ίκτυα ΟπτικώνΟπτικών ΕπικοινωνιώνΕπικοινωνιώνΜεταπτυχιακόΜεταπτυχιακό ΡΡ//ΗΗ
∆ιάδοση∆ιάδοση σηµάτωνσηµάτων σεσε οπτικέςοπτικές ίνεςίνες
ΦαινόµεναΦαινόµενα καικαι τρόποιτρόποι αντιµετώπισήςαντιµετώπισής τουςτους
ΑντώνηςΑντώνης ΜπόγρηςΜπόγρης
Εισαγωγή
Γραµµικά φαινόµεναΧρωµατική ∆ιασπορά∆ιασπορά τρόπων πόλωσης
Μη-γραµµικά φαινόµεναΦαινόµενα οφειλόµενα σε σκέδασηΦαινόµενα Kerr (Εξάρτηση δείκτη διάθλασης από την ισχύ)
Σχεδίαση συστήµατος διάδοσης κατά WDM
ΠροεπισκόπησηΠροεπισκόπηση παρουσίασηςπαρουσίασης
Βασικά θέµατα της σχεδίασης ενός συστήµατος διάδοσης
1. Επιλογή κατάλληλων ποµπών και δεκτών2. Αντιµετώπιση διαφόρων παραγόντων υποβάθµισης3. O στόχος είναι η αξιόπιστη µεταφορά της πληροφορίας
Χαµηλό BER, Υψηλός παράγοντας Q.
ΕισαγωγήΕισαγωγή
Τυπικό σχήµα διάδοσης WDMΠεριλαµβάνει
Ποµπούς και δέκτες (1 για κάθε µήκος κύµατος)Πολυπλέκτες και αποπολυπλέκτεςΟπτικούς Ενισχυτές (Booster, in line, preamplifier)
ΕισαγωγήΕισαγωγή
ΠέραΠέρα απόαπό τιςτις απώλειεςαπώλειες υπάρχουνυπάρχουν αρκετοίαρκετοί άλλοιάλλοι λόγοιλόγοι ανησυχίαςανησυχίας
Επίδραση των βασικών φαινοµένων
ΕισαγωγήΕισαγωγή
Ανάλυση επιβάρυνσης ισχύος (power penalty)Κάθε παράγοντας υποβάθµισης εισάγει επιβάρυνση ισχύος.
Ορισµός: Η απαιτούµενη αύξηση στην ισχύ που λαµβάνεται ώστε να διατηρηθεί η τιµή τουBER σε συγκεκριµένα επίπεδα κατά την παρουσία ενός παράγοντα υποβάθµισης
ΕισαγωγήΕισαγωγή
ΧρωµατικήΧρωµατική ∆ιασπορά∆ιασπορά
∆ιαφορετικές∆ιαφορετικές φασµατικέςφασµατικές συνιστώσεςσυνιστώσες τουτου σήµατοςσήµατος διαδίδονταιδιαδίδονται µεµε διαφορετικήδιαφορετική ταχύτηταταχύτητα
ΜπορείΜπορεί νανα προκαλέσειπροκαλέσει ISIISIΧαρακτηριστικές επιδόσεις µε διασπορά
D=17ps/nm/kmB= 1 Gb/s, L≤30 km
B= 10 Gb/s, L≤3 km
B= 40 Gb/s, L≤750 m
ΧρωµατικήΧρωµατική ∆ιασπορά∆ιασπορά
ΣυντελεστήςΣυντελεστής χρωµατικήςχρωµατικής διασποράςδιασποράς
∆ιασπορά∆ιασπορά υλικούυλικού: : ΕξάρτησηΕξάρτηση τουτου δείκτηδείκτη διάθλασηςδιάθλασης απόαπό τοτο µήκοςµήκος κύµατοςκύµατος
∆ιασπορά∆ιασπορά κυµατοδηγούκυµατοδηγού: : ΗΗ ταχύτηταταχύτητα οµάδαςοµάδας vvgg εξαρτάταιεξαρτάται απόαπό τητη γεωµετρίαγεωµετρία τουτου κυµατοδηγούκυµατοδηγού
ΧρωµατικήΧρωµατική ∆ιασπορά∆ιασπορά
ΣηµασίαΣηµασία τηςτης διασποράςδιασποράς κυµατοδηγούκυµατοδηγού
ΧρωµατικήΧρωµατική ∆ιασπορά∆ιασπορά -- ΑντιστάθµισηΑντιστάθµιση
D>0: D>0: ΚαθεστώςΚαθεστώς ανώµαληςανώµαλης διασποράςδιασποράς
DD<<0: 0: ΚαθεστώςΚαθεστώς οµαλήςοµαλής διασποράςδιασποράς
D>0: D>0: ΟιΟι υψηλέςυψηλές συχνότητεςσυχνότητες κινούνταικινούνται πιοπιο αργάαργά απόαπό τιςτις χαµηλέςχαµηλές συχνότητεςσυχνότητες
ΗΗ διαπλάτυνσηδιαπλάτυνση ήή συµπίεσησυµπίεση τουτου παλµούπαλµού εξαρτάταιεξαρτάται καικαι απόαπό τηντην αρχικήαρχική κατανοµήκατανοµήτωντων συχνοτήτωνσυχνοτήτων σταστα διάφοραδιάφορα χρονικάχρονικά σηµείασηµεία τουτου παλµούπαλµού
ΧρωµατικήΧρωµατική ∆ιασπορά∆ιασπορά -- ΑντιστάθµισηΑντιστάθµιση
D>0: D>0: ΟιΟι υψηλέςυψηλές συχνότητεςσυχνότητες κινούνταικινούνται πιοπιο αργάαργά απόαπό τιςτις χαµηλέςχαµηλές συχνότητεςσυχνότητες
ΗΗ διαπλάτυνσηδιαπλάτυνση ήή συµπίεσησυµπίεση τουτου παλµούπαλµού εξαρτάταιεξαρτάται καικαι απόαπό τηντην αρχικήαρχική κατανοµήκατανοµήτωντων συχνοτήτωνσυχνοτήτων σταστα διάφοραδιάφορα χρονικάχρονικά σηµείασηµεία τουτου παλµούπαλµού
ΟιΟι οπτικέςοπτικές ίνεςίνες DCF DCF προσφέρουνπροσφέρουν συντελεστήσυντελεστή --100100psps/nm/km /nm/km στηνστην περιοχήπεριοχή τωντων 15501550nmnm
ΧρωµατικήΧρωµατική ∆ιασπορά∆ιασπορά -- ΑντιστάθµισηΑντιστάθµισηΑντιστάθµισηΑντιστάθµιση σεσε διάδοσηδιάδοση WDMWDM
ΣυσσωρευµένηΣυσσωρευµένη διασποράδιασπορά
ΠαρατηρήσειςΠαρατηρήσεις
••ΗΗ διασποράδιασπορά εξαρτάταιεξαρτάται απόαπό τοτο µήκοςµήκοςκύµατοςκύµατος
••ΑτελήςΑτελής αντιστάθµισηαντιστάθµιση τηςτης διασποράςδιασποράς
••ΑνάγκηΑνάγκη αντιστάθµισηςαντιστάθµισης τηςτης κλίσηςκλίσης τηςτηςδιασποράςδιασποράς γιαγια τηντην εξάλειψηεξάλειψη τηςτηςυπολειπόµενηςυπολειπόµενης διασποράςδιασποράς
••ΚρίσιµηΚρίσιµη ≥≥40 40 GbitGbit/s/s
ΧρωµατικήΧρωµατική ∆ιασπορά∆ιασπορά -- ΑντιστάθµισηΑντιστάθµισηΧρήσηΧρήση φίλτρωνφίλτρων Bragg gratingsBragg gratings
••H H περίοδοςπερίοδος τωντων φραγµάτωνφραγµάτων περίθλασηςπερίθλασης αλλάζειαλλάζει γραµµικάγραµµικά µεµε τηντην απόστασηαπόσταση
••ΑνακλάΑνακλά διαφορετικάδιαφορετικά µήκηµήκη κύµατοςκύµατος σεσε διαφορετικέςδιαφορετικές θέσειςθέσεις
••ΕισάγειΕισάγει διαφορετικέςδιαφορετικές καθυστερήσειςκαθυστερήσεις σταστα διάφοραδιάφορα µήκηµήκη κύµατοςκύµατος
∆ιασπορά∆ιασπορά τρόπωντρόπων πόλωσηςπόλωσης
••ΑνΑν ηη οπτικήοπτική ίναίνα ήτανήταν αµιγώςαµιγώς κυλινδρικήκυλινδρική οιοι δύοδύο συνιστώσεςσυνιστώσες πόλωσηςπόλωσης θαθα ταξίδευανταξίδευανµεµε τηντην ίδιαίδια ταχύτηταταχύτητα
••ΣτηνΣτην πράξηπράξη οιοι εγκατεστηµένεςεγκατεστηµένες οπτικέςοπτικές ίνεςίνες δενδεν είναιείναι απόλυτααπόλυτα κυλινδρικέςκυλινδρικές µεµεαποτέλεσµααποτέλεσµα τηντην εµφάνισηεµφάνιση τουτου φαινοµένουφαινοµένου τηςτης διασποράςδιασποράς τρόπωντρόπων πόλωσηςπόλωσης
((polarization mode dispersion, PMD). polarization mode dispersion, PMD).
∆ιαφορετικές∆ιαφορετικές συνιστώσεςσυνιστώσες πόλωσηςπόλωσης ταξιδεύουνταξιδεύουν µεµε διαφορετικέςδιαφορετικές ταχύτητεςταχύτητες
ΑιτίεςΑιτίες γιαγια τηντην εµφάνισηεµφάνιση τηςτης PMD PMD είναιείναι κατασκευαστικέςκατασκευαστικές ατέλειεςατέλειες, , ΜεταβολέςΜεταβολέςθερµοκρασίαςθερµοκρασίας, , ∆ονήσεις∆ονήσεις τουτου καλωδίουκαλωδίου, , στρέψηστρέψη καικαι τάσητάση
∆ιασπορά∆ιασπορά τρόπωντρόπων πόλωσηςπόλωσης
∆ιαφορική∆ιαφορική καθυστέρησηκαθυστέρηση οµάδαςοµάδας ((Differential Group Delay, DGD)Differential Group Delay, DGD)
Ορίζεται ως η χρονική καθυστέρηση µεταξύ των δύο αξόνων της πόλωσηςλόγω της PMD
∆ιασπορά∆ιασπορά τρόπωντρόπων πόλωσηςπόλωσης
ΚατανοµήΚατανοµή τηςτης DGDDGD
•Η πολωτική κατάσταση µεταβάλλεται αργά µε το χρόνο
•Η DGD δεν είναι σταθερή
•Πρόκειται για µία Maxwellian τυχαία µεταβλητή
•DPMD ορίζεται ως ο συντελεστής PMD (ps/km1/2)
∆ιασπορά∆ιασπορά τρόπωντρόπων πόλωσηςπόλωσης
ΕπιβάρυνσηΕπιβάρυνση επιδόσεωνεπιδόσεων λόγωλόγω PMDPMD
•Συνάρτηση απόστασης και µέγιστου ρυθµού σαν αποτέλεσµα των επικρατέστερωνµορφών διασποράς. D = 17 ps/nm-km και DPMD= 0.5 ps/(km)0.5
∆ιασπορά∆ιασπορά τρόπωντρόπων πόλωσηςπόλωσης--αντιστάθµισηαντιστάθµιση
•Η PMD είναι δύσκολο να αντισταθµιστεί λόγω της χρονικά µεταβαλλόµενης φύσης της.•Οι διαδιδόµενοι παλµοί χωρίζονται σε δύο κάθετες πολωτικά συνιστώσες.
•Η γρήγορη συνιστώσα καθυστερείται•Ηλεκτρική ανάδραση απαιτείται για τη συνεχή παρακολούθηση της πόλωσης
•Σε WDM συστήµατα απαιτείται µία διάταξη ανά µήκος κύµατος καθώς η PMD είναι ισχυράεξαρτώµενη από το µήκος κύµατος.
ΜηΜη γραµµικάγραµµικά φαινόµεναφαινόµενα
Κατηγορίες µη-γραµµικών φαινοµένων
1. Φαινόµενα λόγω σκέδασης• Εξαναγκασµένη Σκέδαση Brillouin• Εξαναγκασµένη σκέδαση Raman
2. Φαινόµενα λόγω εξάρτησης του δείκτη διάθλασης από το φαινόµενο Kerr• Αυτοδιαµόρφωση φάσης (self-phase modulation)• Ετεροδιαµόρφωση φάσης (cross-phase modulation)• Μίξη τεσσάρων κυµάτων (four-wave mixing)
ΜηΜη γραµµικάγραµµικά φαινόµεναφαινόµενα
Ενεργός διατοµή και ενεργό µήκος
ΕνεργόΕνεργό µήκοςµήκος ((effective length): effective length): ΤαΤα µηµη--γραµµικάγραµµικά φαινόµεναφαινόµενα είναιείναισηµαντικάσηµαντικά όσοόσο ηη ισχύςισχύς τουτου σήµατοςσήµατος είναιείναι σηµαντικήσηµαντική
ΜηΜη γραµµικάγραµµικά φαινόµεναφαινόµενα
Εξαναγκασµένη Σκέδαση Brillouin
• Οφείλεται στη σκέδαση φωτός από ακουστικά κύµατα
• To φως οπισθοσκεδάζεται (θ=π)
• ∆ιατήρηση ενέργειας και ορµής
• Μεταφορά ενέργειας στη συχνότητα
Εξισώσεις που διέπουν τη διεργασία
ΜηΜη γραµµικάγραµµικά φαινόµεναφαινόµενα
Εξαναγκασµένη Σκέδαση Brillouin
ΤοΤο φαινόµενοφαινόµενο έχειέχει στενόστενό φάσµαφάσµα απολαβήςαπολαβής
ΜηΜη γραµµικάγραµµικά φαινόµεναφαινόµενα
Εξαναγκασµένη Σκέδαση Brillouin-αντιµετώπιση
ΠιθανοίΠιθανοί τρόποιτρόποι αντιµετώπισηςαντιµετώπισης τουτου SBS SBS
1.1. ∆ιατήρηση∆ιατήρηση τηςτης ισχύοςισχύος σεσε επίπεδαεπίπεδαχαµηλότεραχαµηλότερα απόαπό τοτο κατώφλικατώφλι τουτουSBSSBS
2.2. ΜείωσηΜείωση τηςτης απόστασηςαπόστασης µεταξύµεταξύ τωντωνενισχυτώνενισχυτών
3.3. ∆ιεύρυνση∆ιεύρυνση τουτου φάσµατοςφάσµατος τουτουεκπεµπόµενουεκπεµπόµενου σήµατοςσήµατος
4.4. ΧρήσηΧρήση σχηµάτωνσχηµάτων διαµόρφωσηςδιαµόρφωσηςκατάκατά φάσηφάση
ΜηΜη γραµµικάγραµµικά φαινόµεναφαινόµενα
Εξαναγκασµένη Σκέδαση Raman
• Σκέδαση του φωτός από µοριακές δονήσεις
• To φως που σκεδάζεται µπορεί να κινηθεί προς τις δύο κατευθύνσεις
• Μεταφορά ενέργειας σε χαµηλότερες συχνότητες
Εξισώσεις που διέπουν τη διεργασία
ΜηΜη γραµµικάγραµµικά φαινόµεναφαινόµενα
Εξαναγκασµένη Σκέδαση Raman
• ∆ιεργασία µε απολαβή ευρέως φάσµατος
• Εµφανίζει µεγάλο κατώφλι ισχύος (1W)
• Αλλοίωση των σηµάτων σε διάδοση WDM
ΜηΜη γραµµικάγραµµικά φαινόµεναφαινόµενα
Εξαναγκασµένη Σκέδαση Raman
• H διεργασία µπορεί να αξιοποιηθεί για την οπτική ενίσχυση σηµάτων WDM
ΜηΜη γραµµικάγραµµικά φαινόµεναφαινόµενα
Εξαναγκασµένη Σκέδαση Raman-Αντιµετώπιση
Πιθανοί τρόποι αντιµετώπισης
1. Μείωση των καναλιών σε ένα σύστηµα
2. ∆ιατήρηση της ισχύος κάτω από το κατώφλι SRS
3. ∆ιάδοση σε ίνα µη-µηδενικής διασποράς
ΜηΜη γραµµικάγραµµικά φαινόµεναφαινόµενα
Φαινόµενο Kerr – διάδοση σε µη γραµµικό µέσο
1. Φαινόµενο Kerr → Εξάρτηση του δείκτη διάθλασης από την ισχύ
2. Εµφάνιση µίας σειράς φαινοµένων
Αυτοδιαµόρφωση φάσης (self-phase modulation, SPM)
Ετεροδιαµόρφωση φάσης (cross-phase modulation, XPM)
Μίξη τεσσάρων κυµάτων (four-wave mixing, FWM)ΣεΣε WDM WDM συστήµατασυστήµατα
ΜηΜη γραµµικάγραµµικά φαινόµεναφαινόµενα
Αυτοδιαµόρφωση φάσης (SPM)
∆ιαµόρφωση του δείκτη διάθλασης οδηγεί σε διαµόρφωση της φάσης του διαδιδόµενουσήµατος
ΣταθεράΣταθερά διάδοσηςδιάδοσης
ΜηΜη γραµµικόςγραµµικός συντελεστήςσυντελεστής
ΜηΜη γραµµικήγραµµική ολίσθησηολίσθηση τηςτης φάσηςφάσης
ΜηΜη γραµµικάγραµµικά φαινόµεναφαινόµενα
Αυτοδιαµόρφωση φάσης (SPM)
∆ιαµόρφωση του δείκτη διάθλασης οδηγεί σε διαµόρφωση της φάσης του διαδιδόµενουσήµατος
Συνεπώς
1. Επιβάλλονται στιγµιαίες µεταβολές της κεντρικής συχνότητας (frequency chirping)
2. ∆ιευρύνεται το φάσµα του διαδιδόµενου σήµατος
3. Γίνεται πιο ευάλωτο στη χρωµατική διασπορά
effNL L
dtdPγ
dtdφ∆f ==
ΜηΜη γραµµικάγραµµικά φαινόµεναφαινόµενα
Ετεροδιαµόρφωση φάσης (XPM)
• O δείκτης διάθλασης που «βλέπει» ένα κύµα εξαρτάται και από την ισχύ των άλλωνκαναλιών (συστήµατα WDM)
• Ο µη-γραµµικός δείκτης διάθλασης για δύο κανάλια
• Η µη-γραµµική ολίσθηση φάσης για πολλά κανάλια στην ίδια πόλωση
• Το φαινόµενο XPM επιβάλλει τη µη-γραµµική σύζευξη µεταξύ των WDM καναλιών
ΜηΜη γραµµικάγραµµικά φαινόµεναφαινόµενα
Ολίσθηση φάσης και διασπορά
ΗΗ διεύρυνσηδιεύρυνση φάσµατοςφάσµατος είναιείναι µεγαλύτερηµεγαλύτερη σεσεοπτικέςοπτικές ίνεςίνες µεµε µικρότερηµικρότερη διασποράδιασπορά
ΑλλάΑλλά ηη χρονικήχρονική διεύρυνσηδιεύρυνση είναιείναι µεγαλύτερηµεγαλύτερησεσε οπτικέςοπτικές ίνεςίνες µεµε µεγαλύτερηµεγαλύτερη διασποράδιασπορά
ΓιαΓια WDM WDM ηη χρυσήχρυσή τοµήτοµή είναιείναι οπτικέςοπτικές ίνεςίνες NZNZ--DSF DSF πουπου συνδυάζουνσυνδυάζουν
1.1. ΧαµηλήΧαµηλή διασποράδιασπορά γιαγια µείωσηµείωση τηςτης χρονικήςχρονικής διεύρυνσηςδιεύρυνσης
2.2. ΜηΜη µηδενικήµηδενική διασποράδιασπορά γιαγια µείωσηµείωση τηςτης φασµατικήςφασµατικής διεύρυνσηςδιεύρυνσης
ΜηΜη γραµµικάγραµµικά φαινόµεναφαινόµενα
Μίξη τεσσάρων κυµάτων (FWM)
• Η µίξη τεσσάρων κυµάτων µετατρέπει φωτόνια από ένα η δύο κύµατα σε δύο νέεςσυχνότητες
• ∆ιατήρηση ενέργειας
• Εκφυλισµένη µίξη τεσσάρων κυµάτων
• Προσαρµογή φάσης• Η µίξη τεσσάρων κυµάτων γίνεται σηµαντική σε συστήµατα DWDM µε χαµηλή
διασπορά
ΜηΜη γραµµικάγραµµικά φαινόµεναφαινόµενα
Μίξη τεσσάρων κυµάτων (FWM)
2
2
2
3 effkjieff
ijkijkijkijk LPPP
cAdnω
nP ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
ΗΗ ισχύςισχύς στηστη νέανέα συχνότητασυχνότητα
⎩⎨⎧
≠=
=ji,,ji,
dijk 63
ΠΠ..χχ. . γιαγια PP11=P=P22=P=P33=1mW, =1mW, AAeffeff=50=50µµm2, nm2, n22=3x10=3x10--88µµmm22/W, L=20km/W, L=20km→→PP123123=9.5=9.5µµW.W.
nnijkijk είναιείναι ηη απόδοσηαπόδοση πουπου µειώνεταιµειώνεται σεσε συνθήκεςσυνθήκες µεγάληςµεγάλης διασποράςδιασποράς
ΜηΜη γραµµικάγραµµικά φαινόµεναφαινόµενα
Επίδραση FWM στη διάδοση
Συµπέρασµα: Η επίδραση του FWM είναι ισχυρή
1. Για µεγάλες τιµές ισχύος
2. Για µικρή διασπορά
3. Για µικρή απόσταση µεταξύ των καναλιών
ΜηΜη γραµµικάγραµµικά φαινόµεναφαινόµενα
Εφαρµογές του FWM
• Παραµετρική ενίσχυση
• Αποπολυπλεξία OTDM καναλιών
• Μετατροπή µήκους κύµατος
• Γένεση υπερσυνεχούς φάσµατος -φασµατοσκοπία
ΜηΜη γραµµικάγραµµικά φαινόµεναφαινόµενα
Τύποι σύγχρονων οπτικών ινών
•Corning SMF-28 ZD = 1.31 µm, D (1.55 µm) = 17 ps/(km-nm), S = 0.09 ps/(km-nm2), α = 0.21 dB/km, Aeff = 60 µm2, Dp > 0.2 ps/km.
•Lucent TrueWave RS ZD = 1.45 µm, D (1.55 µm)= 4.4 ps/(km-nm), S = 0.04 ps/(km-nm2), α = 0.205 dB/km, Aeff = 55 µm2, Dp < 0.05 ps/km.
•Corning LEAF ZD = 1.50 µm, D (1.55 µm) = 4.2 ps/(km-nm), S = 0.085 ps/(km-nm2), α = 0.21 dB/km, Aeff = 72 µm2, Dp < 0.07 ps/km.
•Lucent AllWave ZD = 1.31 µm, D (1.55 µm) = 17 ps/(km-nm), S = 0.09 ps/(km-nm2), α = 0.19 dB/km, Aeff = 80 µm2, Dp < 0.05 ps/km.
ΒασικέςΒασικές παράµετροιπαράµετροι1.1. D (D (συντελεστήςσυντελεστής διασποράςδιασποράς))2.2. S S ((κλίσηκλίση τηςτης διασποράςδιασποράς))3.3. AeffAeff ((ενεργόςενεργός διατοµήδιατοµή –– συνδέεταισυνδέεται µεµε τατα µηµη--γραµµικάγραµµικά φαινόµεναφαινόµενα))4.4. DpDp ((συντελεστήςσυντελεστής PMD)PMD)
ΣχεδίασηΣχεδίαση συστήµατοςσυστήµατος διάδοσηςδιάδοσης
Επίδραση διατάξεων στις επιδόσεις ενός συστήµατος διάδοσης κατά WDM
Ανάλυση µε βάση την παράµετρο επιβάρυνσης ισχύος (power penalty)
Ως γνωστό
ΣχεδίασηΣχεδίαση συστήµατοςσυστήµατος διάδοσηςδιάδοσης
Επιβάρυνση ισχύος: Ορίζεται ως ο λόγος του παράγοντα Q πριν και µετά τηνεπιβάρυνση
ΜετάΜετά τηντην επιβάρυνσηεπιβάρυνση
ΠρινΠριν τηντην επιβάρυνσηεπιβάρυνση
ΣχεδίασηΣχεδίαση συστήµατοςσυστήµατος διάδοσηςδιάδοσης
Παράµετροι σχεδίασης ποµπών
•• ΙσχύςΙσχύς εξόδουεξόδου (1(1--1010mWmW))•• ΚαταστολήΚαταστολή πλευρικώνπλευρικών τρόπωντρόπων•• ΤύποςΤύπος διαµόρφωσηςδιαµόρφωσης ((NRZNRZ--OOK, RZOOK, RZ--OOK, NRZOOK, NRZ--DPSK, RZDPSK, RZ--DPSK)DPSK)•• ΣχετικόςΣχετικός θόρυβοςθόρυβος έντασηςέντασης ((RRΙΝΙΝ))•• ΣταθερότηταΣταθερότητα καικαι ακρίβειαακρίβεια µήκουςµήκους κύµατοςκύµατος))
•• ΓιαΓια παράδειγµαπαράδειγµα τοτο µήκοςµήκος κύµατοςκύµατος σεσε DFB DFB πηγέςπηγές αλλάζειαλλάζει κατάκατά 0.1 nm/0.1 nm/°°C C •• ΤοΤο µήκοςµήκος κύµατοςκύµατος µπορείµπορεί νανα µεταβάλλεταιµεταβάλλεται καικαι λόγωλόγω γήρανσηςγήρανσης
ΣχεδίασηΣχεδίαση συστήµατοςσυστήµατος διάδοσηςδιάδοσης
Παράµετροι σχεδίασης ποµπών
ΛόγοςΛόγος σβέσηςσβέσης ((γιαγια συστήµατασυστήµατα OOK)OOK)
H ITU H ITU προτείνειπροτείνει τιµέςτιµές τουτου r r µεγαλύτερεςµεγαλύτερες τωντων 1010dBdB
ΣχεδίασηΣχεδίαση συστήµατοςσυστήµατος διάδοσηςδιάδοσης
Παράµετροι σχεδίασης δεκτών
•• ΕυαισθησίαΕυαισθησία τουτου δέκτηδέκτη ((ισχύςισχύς πουπου απαιτείταιαπαιτείται γιαγια δεδοµένοδεδοµένο BER BER σεσε δεδοµένοδεδοµένορυθµόρυθµό))
•• ΠαράµετροςΠαράµετρος υπερφόρτωσηςυπερφόρτωσης: : ΜέγιστηΜέγιστη αποδεκτήαποδεκτή ισχύςισχύς στηνστην είσοδοείσοδο τηςτης φωτοδιόδουφωτοδιόδου
ΣχεδίασηΣχεδίαση συστήµατοςσυστήµατος διάδοσηςδιάδοσης
Οπτικοί ενισχυτές
•• EDFAEDFA ((CC--band band →→15301530--1565nm, L1565nm, L--band band →→15651565--1625nm)1625nm)•• RamanRaman•• SOASOA•• ΠαραµετρικοίΠαραµετρικοί ενισχυτέςενισχυτές
ΟιΟι δύοδύο πρώτεςπρώτες κατηγορίεςκατηγορίες χρησιµοποιούνταιχρησιµοποιούνται ωςως ενισχυτέςενισχυτές γραµµήςγραµµής
ΣχεδίασηΣχεδίαση συστήµατοςσυστήµατος διάδοσηςδιάδοσης
EDFA
Κύριες ατέλειες
•• ΠαραγωγήΠαραγωγή θορύβουθορύβου ASEASE•• ΦασµατικήΦασµατική ανοµοιοµορφίαανοµοιοµορφία τηςτης απολαβήςαπολαβής•• ΗΗ απολαβήαπολαβή κορένεταικορένεται σεσε υψηλέςυψηλές τιµέςτιµές ισχύοςισχύος
ΟξύνεταιΟξύνεται γιαγια πολλούςπολλούς EDFA EDFA ενεν σειράσειρά
ΣχεδίασηΣχεδίαση συστήµατοςσυστήµατος διάδοσηςδιάδοσης
EDFA
Αντιµετώπιση της ανοµοιόµορφης απολαβής
1. Προέµφαση – Ανισοµερής ισχύς των καναλιών
2. Χρήση ειδικών φίλτρων για την εξίσωση της απολαβής (Chirped – Fiber Bragg gratings)
ΣχεδίασηΣχεδίαση συστήµατοςσυστήµατος διάδοσηςδιάδοσης
EDFA
Επίδραση του θορύβου αυθόρµητης εκποµπής
1. Ο ASE είναι αθροιστικός θόρυβος και συσσωρεύεται
( )1−= GhfnS spASE ∆f*S*NPOSNRASE
=
ΣυνήθειςΣυνήθεις τιµέςτιµές εικόναςεικόνας θορύβουθορύβου: 4: 4--77dBdB
ΣχεδίασηΣχεδίαση συστήµατοςσυστήµατος διάδοσηςδιάδοσης
EDFA
Επιβάρυνση ισχύος
ΠΠ..χχ. PP= 13.3 . PP= 13.3 dBdB γιαγια G = 20 G = 20 dBdB, PP= 5.9 , PP= 5.9 dBdB forfor G = 10 G = 10 dBdB
ΒασικόΒασικό συµπέρασµασυµπέρασµα: : ΗΗ µείωσηµείωση τηςτης απολαβήςαπολαβής τωντων ενισχυτώνενισχυτών ((µικρότερηµικρότερηαπόστασηαπόσταση µεταξύµεταξύ τουςτους) ) µειώνειµειώνει καικαι τηντην επιβάρυνσηεπιβάρυνση ισχύοςισχύος ειςεις βάροςβάρος τουτου
κόστουςκόστους τηςτης ζεύξηςζεύξης
ΙδανικήΙδανική περίπτωσηπερίπτωση: : G=1, G=1, κατανεµηµένηκατανεµηµένη ενίσχυσηενίσχυση →→ ΕνίσχυσηΕνίσχυση RamanRaman
ΣχεδίασηΣχεδίαση συστήµατοςσυστήµατος διάδοσηςδιάδοσης
Υβριδικά σχήµατα EDFA+Raman
Επιτυγχάνουν τη µείωση του PP χωρίς την αύξηση των EDFAs
ΣχεδίασηΣχεδίαση συστήµατοςσυστήµατος διάδοσηςδιάδοσης
Φαινόµενα διαφωνίας
ΑλληλεπίδρασηΑλληλεπίδραση µεταξύµεταξύ καναλιώνκαναλιών σεσε WDM WDM συστήµατασυστήµατα
ΟφείλονταιΟφείλονται σεσε διαρροέςδιαρροές σηµάτωνσηµάτων στοστο εσωτερικόεσωτερικό διατάξεωνδιατάξεων πολυπλεξίαςπολυπλεξίας --αποπολυπλεξίαςαποπολυπλεξίας
••∆ιακαναλική∆ιακαναλική διαφωνίαδιαφωνία: : ΤοΤο σήµασήµα καικαι ηη διαφωνίαδιαφωνία έχουνέχουν διαφορετικάδιαφορετικά µήκηµήκηκύµατοςκύµατος
ΣχεδίασηΣχεδίαση συστήµατοςσυστήµατος διάδοσηςδιάδοσης
Φαινόµενα διαφωνίας
••ΕνδοκαναλικήΕνδοκαναλική διαφωνίαδιαφωνία: : ΤοΤο σήµασήµα καικαι ηη διαφωνίαδιαφωνία έχουνέχουν τοτο ίδιοίδιο µήκοςµήκος κύµατοςκύµατος
ΣχεδίασηΣχεδίαση συστήµατοςσυστήµατος διάδοσηςδιάδοσης
Φαινόµενα διαφωνίας
ΣενάριοΣενάριο χειρότερηςχειρότερης περίπτωσηςπερίπτωσης
ΣυµφωνίαΣυµφωνία πόλωσηςπόλωσης καικαι ασυµφωνίαασυµφωνία φάσηςφάσης µεταξύµεταξύ σήµατοςσήµατος καικαι διαφωνίαςδιαφωνίας
ΣχεδίασηΣχεδίαση συστήµατοςσυστήµατος διάδοσηςδιάδοσης
Φαινόµενα διαφωνίας – Επιβάρυνση ισχύος
ΟρισµόςΟρισµός διαφωνίαςδιαφωνίας
ΑυξάνειΑυξάνει µεµε τοντον αριθµόαριθµό τωντων ενεν σειράσειρά στοιχείωνστοιχείων πολυπλεξίαςπολυπλεξίας--αποπολυπλεξίαςαποπολυπλεξίας
ΣχεδίασηΣχεδίαση συστήµατοςσυστήµατος διάδοσηςδιάδοσης
Φαινόµενα διαφωνίας – Επιβάρυνση ισχύος
ΠαράδειγµαΠαράδειγµα
ΣχεδίασηΣχεδίαση συστήµατοςσυστήµατος διάδοσηςδιάδοσης
Φαινόµενα διαφωνίας – Συστήµατα διπλής κατεύθυνσης
ΦυσικάΦυσικά ηη χρήσηχρήση τουτου ίδιουίδιου µήκουςµήκους κύµατοςκύµατος δενδεν είναιείναι απαγορευµένηαπαγορευµένη
ΠρακτικάΠρακτικά δενδεν είναιείναι εφικτήεφικτή γιατίγιατί οιοι οπισθοσκεδάσειςοπισθοσκεδάσεις µπορούνµπορούν νανα προκαλέσουνπροκαλέσουνενδοκαναλικήενδοκαναλική διαφωνίαδιαφωνία. .
ΤελικάΤελικά ηη χρήσηχρήση άλλουάλλου µήκουςµήκους κύµατοςκύµατος οδηγείοδηγεί σεσε διακαναλικήδιακαναλική διαφωνίαδιαφωνία
ΣχεδίασηΣχεδίαση συστήµατοςσυστήµατος διάδοσηςδιάδοσης
Αντιµετώπιση διαφωνίας
1.1. ΒελτίωσηΒελτίωση τηςτης αποµόνωσηςαποµόνωσης τωντων διατάξεωνδιατάξεων πολυπλεξίαςπολυπλεξίας--αποπολυπλεξίαςαποπολυπλεξίας((χρήσηχρήση πολλώνπολλών ενεν σειράσειρά φίλτρωνφίλτρων))
2.2. ΧρήσηΧρήση τεχνικώντεχνικών εκµηδένισηςεκµηδένισης τηςτης διαφωνίαςδιαφωνίας