Post on 23-Aug-2020
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Reti in fibra ottica
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In questa sezione si affronteranno:
Formati di modulazione ottici
Prestazioni sistemi ottici
Tecniche di rigenerazione del segnale
Tecniche di multiplazione nei sistemi ottici.
Cosa c’è nella lezione
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Reti in fibra ottica
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Formati di modulazione ottici 1/2
I formati di modulazione ottici sonoestremamente semplici:
1. Si usa solo modulazione binaria.2. Si “spegne” e “accende” la sorgente,
modulandone dunque la sua potenza.Power
time
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Formati di modulazione ottici 2/2
Terminologia:
IM: Intensity Modulation
OOK: On/Off Keying.
L’informazione digitale è codificata tramite lapotenza del segnale ottico.
Non si usano invece (almeno fino ad ora) modulazioni di fase o di frequenza.
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Modulazioni NRZ e RZ
“1” “0” “1” “1” “0”“0”)(tx
)(tx BT
t
t
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Modulazioni NRZ e RZ
“1” “0” “1” “1” “0”“0”
NRZ: Not-Return to Zero
)(tx
)(tx BT
t
t
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Modulazioni NRZ e RZ
“1” “0” “1” “1” “0”“0”
NRZ: Not-Return to Zero
RZ: Return to Zero
)(tx
)(tx BT
t
t
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Modulazione ottica e spettri
Per un segnale NRZ in banda base, il segnalerisultante in banda base ha uno spettro cheoccupa una banda approssimabile con il bit rate.
Spettro del segnalein banda base
)(tx
BT
{ })()( txFfX =
RBB ≅ f
t
R
RB
R
BB
BT
B
≅=
==
=
occupata banda
1bit di tempo
ratebit
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Richiami sui diagrammi ad occhio
Tipica modalità dirappresentazione dellemodulazioni digitali binarie
)(tx BT
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Richiami sui diagrammi ad occhio
Tipica modalità dirappresentazione dellemodulazioni digitali binarie
)(tx BT
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Richiami sui diagrammi ad occhio
Tipica modalità dirappresentazione dellemodulazioni digitali binarie
)(tx BT
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Richiami sui diagrammi ad occhio
Tipica modalità dirappresentazione dellemodulazioni digitali binarie
)(tx BT
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Richiami sui diagrammi ad occhio
Tipica modalità dirappresentazione dellemodulazioni digitali binarie
)(tx BT
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Richiami sui diagrammi ad occhio
Tipica modalità dirappresentazione dellemodulazioni digitali binarie
)(tx BT
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Richiami sui diagrammi ad occhio
Tipica modalità dirappresentazione dellemodulazioni digitali binarie
Eye diagram
)(tx BT
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Diagrammi ad occhio
Experimental eye diagram
I diagrammi ad occhio al ricevitore sono utiliper capire la qualità del segnale ricevuto.
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Reti in fibra ottica
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Le prestazioni dei sistemi ottici
A livello fisico/trasmissivo, i sistemi ottici sonolimitati dai seguenti due fenomeni:
Accumulo del rumore
Distorsione
Nelle prossime slides, rappresenteremo l’effettodi questi fenomeni sui diagrammi ad occhio.
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Diagrammi ad occhio ideali 1/2
Diagrammi ad occhio per sistemi ideali, senzarumore né distorsione.
Tempo
Rappresentazione“tradizionale”
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Diagrammi ad occhio ideali 2/2
Tempo (2 intervalli di bit)
Diagrammaad occhio
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Diagrammi ad occhio ideali 2/2
Tempo (2 intervalli di bit)
Istanti di campionamento ottimi
Diagrammaad occhio
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Diagrammi ad occhio ideali 2/2
Tempo (2 intervalli di bit)
Occhio completamente“aperto”
Diagrammaad occhio
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Diagrammi ad occhio e rumore 1/2
Diagrammi ad occhio per segnali affetti darumore.
I diagrammi risultati hanno andamenti casuali,caratterizzabili solo tramite grandezze statistiche.
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Diagrammi ad occhio e rumore 2/2
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Diagrammi ad occhio e rumore 2/2
Fascia di rumorerelativa ai bit a “1”
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Diagrammi ad occhio e rumore 2/2
Fascia di rumorerelativa ai bit a “0”
Fascia di rumorerelativa ai bit a “1”
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Distorsione e ISI 1/2
Distorsione: insieme di effetti che portano unachiusura deterministica (non casuale) deldiagramma ad occhio.
La distorsione è tipicamente dovuta ad effetti:
Lineari(filtraggi stretti, dispersione della fibra, etc)
Non lineari(saturazione dispositivi elettrici, effetti Kerr in fibra, etc.).
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Distorsione e ISI 2/2
La distorsione solitamente tende ad “allargare”nel tempo il segnale trasmesso.
Al trasmettitore il segnale corrispondente ad un bit è contenuto entro un tempo Tb
Al ricevitore, la distorsione tende ad allargarlooltre un tempo Tb generando ISI.
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ISI: Inter Symbol Interference
-Tb
t
Transmitted signal(without noise)
0 +Tb +2Tb
-Tb
t
Received and filteredSignal (without noise)
0 +Tb +2Tb
“1” “1”“0”
0t
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Distorsione e diagrammi ad occhio 1/2
Sistema con sola distorsione.
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Distorsione e diagrammi ad occhio 1/2
Sistema con sola distorsione.
ISI
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Distorsione e diagrammi ad occhio 2/2
Sistema con distorsione e rumore
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Distorsione e diagrammi ad occhio 2/2
Sistema con distorsione e rumore
Chiusura del diagrammaad occhio
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Reti in fibra ottica
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Rigenerazione 1/2
In un qualunque sistema di trasmissione, rumoree distorsione tendono a crescere al crescere delladistanza di trasmissione.
Al di là di una determinata distanza, il segnaledeve essere “rigenerato” con opportunetecniche.
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Rigenerazione 2/2
RXTX
Apparati di rigenerazione
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Rigenerazione 2/2
RXTX
Segnale in ingresso al rigeneratore
Apparati di rigenerazione
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Rigenerazione 2/2
RXTX
Segnale in ingresso al rigeneratore
Segnale in uscitaal rigeneratore
Apparati di rigenerazione
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Rigenerazione 2/2
RXTX
Segnale in ingresso al rigeneratore
Apparati di rigenerazione
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Rigenerazione 2/2
RXTX
Segnale in ingresso al rigeneratore
Segnale in uscitaal rigeneratore
Apparati di rigenerazione
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Classificazione: rigenerazione 1R 1/2
1R: (Restore)
Pura amplificazione lineare del segnale.
Ingressi ed uscite del rigeneratore sono“analogici”.
Tecnica di rigenerazione
Semplice
Trasparente ai formati di modulazione.
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Classificazione: rigenerazione 1R 2/2
1RRegeneration
Signal in Signal out
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Rigenerazione 2R
2R: (Restore & Reshape)
Amplificazione del segnale e “discretizzazione” dei livelli di uscita
Il segnale di uscita presenta solo due livelli
Poco utilizzata.
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Rigenerazione 3R 1/2
3R: (Restore, Reshape & Retime)
Amplificazione del segnale, recupero del clock e dei livelli di uscita
Un rigeneratore 3R è dunque constituitosostanzialmente da un ricevitore digitalecompleto seguito da un trasmettitore completo.
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Rigenerazione 3R 2/2
Prestazioni molto elevate
Più costosa delle tecniche 1R
È una rigenerazione NON trasparente a bit rate e formati di modulazione.
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Rigenerazione 1R, 2R e 3R
Input Signal
1R regeneration2R regeneration
3R regeneration
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Rigenerazione nei sistemi ottici 1/2
Rigenerazione 3R
Si implementa tramite circuiti di ricetrasmissione completamente elettrici
Richiede una conversione da ottico ad eletrico(O/E optical to electrical) e successivamente daelettrico ad ottico (E/O electrical to optical)
È spesso indicata con la sigla OEO (optical to eletrical to optica).
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Rigenerazione nei sistemi ottici 2/2
Rigenerazione 1R
In ottica, è molto diffusa grazie agliamplificatori ottici
Non richiede conversione OEO.
Rigenerazione 2R
Per ora, poco usata, salvo esperimenti di laboratorio.
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Reti in fibra ottica
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Tecniche di multiplazione
Multiplazione: trasmissione simultanea di variflussi di informazione sullo stesso canale fisico
Nelle trasmissioni ottiche si utilizza:
Time Division Multiplexing (TDM)
Optical Frequency Division Multiplexing, indicata come “Wavelength Division Multiplexing” (WDM) in ottica.
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Time Division Multiplexing TDM
I flussi di bit provenienti dai vari canali sono“interallacciati” (a livello di bit, byte o word)nel tempo.
Rch
chB
chR
BdurationbitT
channelperratebitB
1==
=
Channel 1
Channel 2
Channel N
.
.
.
TDM MUX
t
t
t
Input channels
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Time Division Multiplexing TDM
I flussi di bit provenienti dai vari canali sono“interallacciati” (a livello di bit, byte o word)nel tempo.
Channel 1
Channel 2
Channel N
.
.
.
TDM MUX
t
t
t
t
Rch
chB
chR
BdurationbitT
channelperratebitB
1==
=N
TT
BNBch
BoutB
chR
outR
=
⋅=
Output Digital Stream
Input channels
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Time Division Multiplexing TDM 1/3
Bit rate dei protocolli SONET/SDH:
155 Mbit/s
155.520 Mbit/s
STM-1OC-3STS-3
51.840 Mbit/s
OC-1STS-1
Bit Rate
approx.
Bit RateSDHOptical
Carrier
SONET
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Time Division Multiplexing TDM 2/3
Bit rate dei protocolli SONET/SDH:
2.5 Gbit/s
2488.320 Mbit/s
STM-16OC-48STS-48
622 Mbit/s
622.080 Mbit/s
STM-4OC-12STS-12
Bit Rate
approx.
Bit RateSDHOptical
Carrier
SONET
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Time Division Multiplexing TDM 3/3
Bit rate dei protocolli SONET/SDH:
40 Gbit/s
39813.12 Mbit/s
STM-256OC-768
10 Gbit/s
9953.280 Mbit/s
STM-64OC-192STS-192
Bit Rate
approx.
Bit RateSDHOptical
Carrier
SONET
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Wavelength Division multiplexing (WDM)
λ1
λ2
λN
λ1 λ2 λN
λ
SpettroOttico
…WDM MUX
λ1
λ
SpettroOttico
λ2
λ
λN
λ
.
.
.
.
.
.
Salvo la diversa terminologia, si trattasemplicemente della classica multiplazionea divisione di frequenza.
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Wavelength Division multiplexing (WDM)
λ1
λ2
λN
λ1 λ2 λN
λ
SpettroOttico
…WDM MUX
λ1
λ
SpettroOttico
λ2
λ
λN
λ
.
.
.Il multiplatore WDM è, in ottica, implementato da un dispositivo (filtro o accoppiatore ) totalmentepassivo.
.
.
.
Salvo la diversa terminologia, si trattasemplicemente della classica multiplazionea divisione di frequenza.
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Spaziatura canali WDM
λ1 λ2 λ3
λ
SpettroOttico
Si definisce come “spaziatura” tra i canali WDM la distanza spettrale tra il centro di due canaliadiacenti.
Spaziatura∆λ
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WDM – terminologia 1/2
La trasmissione WDM è talvolta indicata come“Colored Transmission”
Analogia lunghezze d’onda-colori.
Coarse WDM (CWDM): pochi canali (da 2 a 8), molto distanziati in frequenza (a 1300 e/o 1550 nm).
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WDM – terminologia 2/2
Dense WDM (DWDM) :molti canali (fino a 80-100) nella finestraspettrale a 1550 nm
Esistono oggi sistemi commerciali con 80 lunghezze d’onda, ciascuna a 10 Gbit/s, per un totale di 800 Gbit/s per fibraI sistemi DWDM attuali sonostandardizzatida ITU-T su una “griglia” con 100 GHz ( o multipli) di spaziaturatra i canali.