Reti in fibra ottica

COGNOME:
N. matricola
Prova scritta
Reti in fibra ottica
Compito del 31 marzo 2006
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 (10 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. Per valutare il loss budget si consideri
inoltre la perdita di path penalty dovuta alla dispersione pari a path = 3∙L/Lmax dB (Lmax è la massima
distanza raggiungibile per dispersione per il sistema in questione). 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 P TX = 0 dBm
(costo: € 2000.00)
 Trasmettitore basato su laser modulato esternamente e potenza d’uscita media P TX = 6 dBm
(costo: € 4000.00)
 Ricevitore con sensitivity pari a -25 dBm @ BER = 10-9 (costo: € 5000.00).
 Amplificatore ottico con guadagno G = 20 dBm e F = 5 dB (costo: € 5000.00)
 Filtro ottico Supergaussiano di ordine 2 con banda B opt = 100 GHz (costo: € 1000.00)
 Filtro ottico Supergaussiano di ordine 2 con banda B opt = 50 GHz (costo: € 4000.00)
Scegliere la configurazione di sistema più economica.
Esercizio 2 (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 1.22 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
laser di trasmissione);
Tratto di fibra lungo 5 Km;
(cioè TX è l’incertezza sulla lunghezza d’onda centrale del
COGNOME:
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N. matricola
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. (2 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. Di quanto deve essere ridotta la lunghezza del primo tratto di fibra per prolungare il potenziale
fuori servizio di 3 anni?
3. (2 punti) Calcolare la massima larghezza di banda  che può avere il laser (modulato direttamente)
in trasmissione, supponendo TX = 0 nm
4. (2 punti) Supponendo invece che la larghezza di banda del laser (modulato direttamente) sia nota e
pari a  = 5 nm, calcolare quale può essere la massima incertezza sulla lunghezza d’onda TX
accettabile
Esercizio 3 (9 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:
1. (3.5 punti) 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.
2. (0.5 punti) Verificare che non è possible utilizzare un solo tipo di fibra NZ-DSF con dispersione
D = -8 ps/nm/km a 1550 nm (si consideri S = 0 ps/nm2/km).
3. (5 punti) 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 in cui si compensi completamente la dispersione
cromatica ad ogni tratta mediante l’utilizzo di LNZDSF km di fibra NZ-DSF (NZDSF = 0.25 dB/km,
DNZDSF = -8 ps/nm/km, S = 0 ps/nm2/km) seguiti da LSMF km di fibra SMF (SMF = 0.28 dB/km,
DSMF = +16 ps/nm/km, S = 0 ps/nm2/km). Si consideri anche la perdita c = 0.2 dB dovuta al
connettore utilizzato per connettere in ogni tratta lo spezzone di fibra NZDSF con quello di fibra
SMF. Si ricordi che in questo caso Lspan = LNZDSF + LSMF.
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N. matricola
Esercizio 4 (facoltativo 4 punti)
Rispondere brevemente ai seguenti quesiti:
1. (2 punti) Descrivere qualitativamente la principale differenza tra un diagramma ad occhio
relativo ad un collegamento senza amplificazione ottica ed uno relativo ad un collegamento
con amplificazione ottica. Motivare la risposta.
2. (2 punti) Quali tra i fenomeni propagativi in fibra ottica (lineari e non lineari) limita la
spaziatura minimaf) tra i canali di un sistema WDM? Perché?