Reti in fibra ottica

COGNOME:
N. matricola
Prova scritta
Reti in fibra ottica
Compito del 31 marzo 2005
Note:
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DURATA: 3 ore
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.
Il compito dà 27 punti + 4 punti derivanti da esercizi facoltativi (i punti facoltativi vengono
conteggiati appieno solo al raggiungimento dei 27 punti derivanti dagli esercizi obbligatori).
È comunque possibile sostenere un esame orale facoltativo.
Esercizio 1 (9 punti)
 Si consideri un sistema di trasmissione WDM basato su N canali centrati attorno a 1550 nm e spaziati
f = 200 GHz.
 Il bit-rate è RB = 10 Gbit/s
 Il collegamento in fibra è lungo L = 50 km realizzato senza amplificazione ottica.
 La sensitività del ricevitore è Psen = -23 dBm @ BER = 10-9
 La potenza totale trasmessa (somma delle potenze di ciascun canale) è di P TOT = 10 dBm.
 L’attenuazione della fibra dipende dalla lunghezza d’onda mediante la seguente formula:
 dB 
  0.2  30 10 6  (  1550nm) 2  
 km 

Si consideri di utilizzare un solo tipo di fibra singolo modo standard (SMF) con zero di dispersione
situato alla lunghezza d’onda ZD = 1313 nm e col parametro S pari a 0.086 ps/nm2/km (per il calcolo
di D() si utilizza l’approssimazione lineare).

Si consideri che la dispersione cromatica introduce una perdita aggiuntiva pari a  CD  3

dove Lmax è la massima distanza raggiungibile per dispersione per il tipo di modulazione in uso nei
sistemi WDM.
Si ipotizzi che ciascun canale trasmesso debba operare con BER ≤ 10 -12 con un margine di sistema  =
3 dB.
1.
2.
3.
L
dB
Lmax
(2 punti) Qual è la potenza di sensitività del ricevitore a BER = 10-12 ?
(3 punti) Qual è il numero totale di canali trasmissibile considerando la sola attenuazione?
(4 punti) Qual è il numero totale di canali trasmissibile considerando sia l’attenuazione sia la
dispersione cromatica?
Esercizio 2 (9 punti)
 Si consideri un sistema SDH L-4.1 (“long-haul SDH system at 622 Mbit/s, directly modulated laser,
without optical amplification”).
 Lo standard ITU-T Recommendation G.957 specifica per questo sistema i seguenti parametri
(tratti direttamente dalle specifiche, in inglese):
 Transmitter
o Laser central wavelength in the range 1280-1335 nm
o Maximum laser spectral width under modulation: 1 nm
o Launched power in the range from –3 to +2 dBm
 Link
COGNOME:
N. matricola
o

1.
2.
3.
4.
Standard SMF fiber (assume that the zero dispersion wavelength is 1300 nm and
the dispersion slope is S=0.085 ps/km/nm2, and assume that the attenuation is of
the order of 0.5 dB/km, all included
Receiver
o The sensitivity of the receiver should be better than –28 dBm
o The system margin should be 2 dB
o Assume a path penalty at the dispersion limit equal to 2 dB
(2 punti) Qual è il limite sulla distanza massima determinato dalla dispersione cromatica?
(2 punti) Qual è il limite sulla distanza massima determinato dalla attenuazione?
(2 punti) Qual è la massima distanza raggiungibile supponendo di trasmettere 0 dBm?
(3 punti) A quanto si può estendere la distanza massima raggiungibile supponendo di utilizzare un
amplificatore ottico con guadagno di 30 dB e cifra di rumore F=6 dB seguito da un filtro ottico
adattato all’impulso usato per la trasmissione (utilizzare BER=10-9)?
Esercizio 3 (9 punti)
 Si consideri un sistema WDM ad altissima capacità, in cui ciascun canale lavora a 40 Gbps. Il
sistema è basato su 32 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 19 dBm. Ogni canale è
trasmesso usando un modulatore esterno con chirp trascurabile.
 La distanza tra il trasmettitore ed il ricevitore è pari a 1200 Km. L
 La fibra utilizzata presenta una perdita pari a 0.3 dB/km (che include già connettori e giunti).
 Ogni amplificatore presenta un guadagno che compensa esattamente la perdita della tratta
precedente, ed ha una cifra di rumore pari a F=5.5 dB.
 Il ricevitore è basato su un filtro ottico supergaussiano di ordine due, con una banda pari a 100
GHz, da un fotodiodo e da un filtro elettrico ottimizzato.
 Si consideri un margine di sistema pari a =2 dB.
 Si una perdita aggiuntiva dovuta alla propagazione pari a path = 2 dB.
Si richiede di:
1. (4 punti) Valutare la massima lunghezza di tratta che permette di ottenere BER<10 -12.
2. (1 punto) Verificare che non è possible utilizzare un solo tipo di fibra SMF con dispersione
D=16 ps/nm/km a 1550 nm (si trascuri la S).
3. (4 punti) Considerare l’utilizzo di una DCU (Dispersion Compensating Unit) da posizionarsi
prima di ogni amplificatore ottico. Si preveda di utilizzare un compensatore basato su fibra
DCF ( caratterizzata da dispersione D=-87.3 ps/nm/km e attenuazione α=0.5 dB/km). Si
consideri la fibra DCF come una perdita aggiuntiva per ogni tratta, ovvero, si supponga che la
DCU sia composta da un rocchetto di fibra DCF. Valutare la massima lunghezza di tratta nel
caso in cui si utilizzi la DCU (tutti gli altri parametri di progetto rimangono inalterati).
Esercizio 5 (facoltativo 4 punti)
Rispondere brevemente ai seguenti quesiti:
1. (1 punto) A parità di struttura, ha potenza di sensitività minore un ricevitore basato su un
fotodiodo di tipo PIN oppure un ricevitore basato su un fotodiodo di tipo APD? Perché?
2. (2 punti) Elencare e descrivere in estrema sintesi gli effetti non lineari derivanti dall’effetto
Kerr presente nella fibra ottica.
3. (1 punto) Riportare il grafico qualitativo (e una brevissima descrizione) di BER vs. potenza
trasmessa nel caso in cui si consideri la sola attenuazione e nel caso in cui si considerino
anche gli effetti non lineari presenti nella fibra.