Reti in fibra ottica PRLP

Prova scritta di “Fondamenti di telecomunicazioni in fibra ottica” e
“Reti in fibra ottica PRLP”
Note:
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5 maggio 2006
DURATA: 2 ore 15 minuti
È consentita la consultazione del SOLO formulario fornito durante il corso
È consentito l’uso di una calcolatrice tascabile. Non sono ammessi PC portatili
Consegnare il testo al termine del compito.
Per gli studenti PRLP: consegnare la relazione di laboratorio insieme allo scritto.
Il compito dà 30 punti. È possibile sostenere un esame orale facoltativo.
La registrazione dell’esame, e gli eventuali orali, sono fissati per mercoledì 10 maggio alle ore 14.30
in aula 5S
I risultati dello scritto saranno (presumibilmente) disponibili sul sito web a partire da martedì 9
maggio in serata.
Consegnare l’esercizio 1 su fogli separati dagli altri esercizi
Esercizio 1 (12 punti)
Si deve realizzare un collegamento in fibra ottica a singolo canale (RB = 10 Gbit/s,  = 1550 nm) tra
Torino e Vercelli (L = 80 km). Si vuole utilizzare un cavo in fibra ottica già disponibile realizzato con
fibra di tipo NZDSF con D = 6 ps/nm/km e  = 0.3 dB/km (attenuazione che tiene anche conto delle
splice lungo il collegamento).
Per valutare il loss budget si consideri inoltre la perdita di path penalty dovuta alla dispersione
cromatica approssimabile tramite la formula
path = 3∙L/Lmax dB
dove L è la lunghezza del collegamento, e Lmax è la massima distanza raggiungibile per dispersione per
il sistema in questione, calcolabile con le usuali formule per limite di dispersione).
Il sistema deve operare con BER ≤ 10-12 con margine di sistema pari a  = 3 dB.
Per realizzare il sistema si hanno a disposizione i seguenti componenti:
 Trasmettitore basato su laser modulato esternamente e potenza d’uscita media PTX = 0 dBm
(costo: € 2000.00)
 Trasmettitore basato su laser modulato esternamente e potenza d’uscita media PTX = 3 dBm
(costo: € 4000.00)
 Ricevitore basato su fotodiodo con sensitivity pari a -25 dBm @ BER = 10-9 (costo: €
5000.00).
 Amplificatore ottico con guadagno G = 40 dBm e F = 5 dB (costo: € 5000.00) preceduto da
Filtro ottico Supergaussiano di ordine 2 con banda B opt = 100 GHz (costo: € 1000.00)
Scegliere la configurazione di sistema più economica che permette di soddisfare alle specifiche di
sistema. Si tenga conto che si hanno le seguenti opzioni/combinazioni:
- per il sistema di trasmissione: due valori di potenza di uscita diversa
- per il sistema di ricezione: soluzione basata sul solo fotodiodo senza amplificazione ottica, oppure
soluzione basata su pre-amplificazione ottica.
Esercizio 2 (4 punti)
Rispondere brevemente ai seguenti quesiti:
1. (2 punti) Descrivere e spiegare (almeno) un vantaggio ed (almeno) uno svantaggio delle fibre
ottiche multimodali rispetto a quelle singolo modo
2. (2 punti) Descrivere quali componenti ottici sono tipicamente utilizzati per trasmettitore,
collegamento e ricevitore per un sistema di trasmissione in fibra ottica per rete locale con bit
rate uguale a 1 Gbit/s e distanze da coprire sotto i 200 metri.
Esercizio 3 (8 punti)
Si consideri il seguente sistema FTTH (Fiber to the home) per la distribuzione di un flusso dati Gigabit
Ethernet (bit rate di linea pari a 1.25 Gbit/s) verso 64 utenti finali, descritto schematicamente nella figura
sottostante.
1x8
TX
1x8
RX
3 km
5 km
1 km
Il sistema è dunque costituito dalla cascata dei seguenti dispositivi:
 Trasmettitore basato su laser modulato direttamente, potenza di uscita pari a +1 dBm, lunghezza
d’onda nominale
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nom
TX
=1330 nm TX
(cioè TX è l’incertezza sulla lunghezza d’onda centrale del
laser di trasmissione);
Tratto di fibra lungo 5 Km;
Splitter 1x8, simmetrico su tutte le uscite, caratterizzato da una excess loss (nominale) pari a 0.8 dB,
indipendente dalla lunghezza d’onda; si assuma che il contributo alla dispersione introdotto dallo
splitter sia trascurabile;
Su ciascuna delle uscite di questo splitter:
o tratto di fibra lungo 3 km;
o splitter 1x8 con caratteristiche analoghe allo splitter descritto sopra;
o su ciascuna delle uscite di questi splitter:
 ulteriore tratto di fibra lungo 1 km;
 ricevitore ottico basato su rivelazione diretta, senza utilizzo di amplificatori ottici;
Tutte le fibre utilizzate hanno una attenuazione complessiva di 0.6 dB/Km (già includendo connettori e giunti a
fusione), dispersione D=0 a 1330 nm e slope S=0.088 ps/nm2/km. Si richiede di:
1. (3 punti) Calcolare quale deve essere la sensitività del ricevitore (Psens @ BER = 10-9) affinché il
sistema possa operare con BER ≤ 10-9 tenendo conto di mantenere un margine di sistema  = 2 dB, e
di prevedere un path penalty dovuto alla propagazione pari a path = 3 dB.
2. (2 punti) Si supponga di avere invece un ricevitore con una sensitività Psens = -31 dBm @ BER = 10-9.
A causa di un degrado nel tempo delle prestazioni degli splitter, si stima che la loro excess loss possa
aumentare di un fattore pari a 0.1 dB all’anno (nel caso peggiore) rispetto al valore nominale. Stimare
dopo quanti anni il sistema andrà fuori servizio. Si ricorda che il sistema va fuori servizio quando BER
> 10-9.
3. (3 punti) Supponendo che la larghezza di banda del laser (modulato direttamente) sia nota e pari a 
= 10 nm, calcolare quale può essere la massima incertezza sulla lunghezza d’onda TX accettabile
Esercizio 4 (6 punti)
 Si consideri un sistema WDM ad altissima capacità, in cui ciascun canale lavora a 10 Gbps. Il sistema
è basato su 16 canali, centrati attorno a 1550 nm e con una spaziatura tra i canali WDM pari a 100
GHz. Il collegamento avviene su un sistema multi-tratta amplificato otticamente.
 La potenza media totale all’uscita del trasmettitore WDM è pari a 12 dBm.
 La distanza complessiva tra il trasmettitore ed il ricevitore è pari a LTOT = 1600 Km.
 Ogni amplificatore presenta un guadagno che compensa esattamente la perdita della tratta precedente,
ed ha una cifra di rumore pari a F = 6 dB.
 Il ricevitore è basato su un filtro ottico supergaussiano di ordine due, con una banda pari a 80 GHz, da
un fotodiodo e da un filtro elettrico ottimizzato.
Si richiede di valutare la massima lunghezza di tratta Lspan che permette di ottenere BER<10-9 con un
margine di sistema pari a = 3 dB nel caso si utilizzi per ogni tratta un solo tipo di fibra con perdita pari a
0.25 dB/km.