Transcript sto_1
Systemy telekomunikacji optycznej dr inż. Małgorzata Jędrzejewska-Szczerska Katedra Optoelektroniki i Systemów Elektronicznych Politechnika Gdańska pok.351, tel: 347-13-61 e-maiil: [email protected] wykłady/ projekt Literatura • J. Siuzdak Wstęp do współczesnej telekomunikacji optycznej, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa, 1999 • M. Marciniak Łączność światłowodowa, WKŁ, Warszawa, 1999 • G. Einarsson Podstawy telekomunikacji światłowodowej, WKŁ, Warszawa, 1997 • J.C. Palais Zarys telekomunikacji światłowodowej, WKŁ, Warszawa, 1991 • J.C. Palais Fiber Optic Communications, Pearson Prentice Hall, New Jersey 2005 • K. Perlicki: Systemy transmisji optycznej WDM, WKŁ Warszawa 2009 • J. Siuzdak: Systemy i sieci fotoniczne, WKŁ Warszawa 2009 • K. Perlicki: Pomiary w optycznych systemach telekomunikacyjnych, WKŁ Warszawa 2002 • Internet np.: www.jdsu.com; palais.faculty.asu.edu/ Wykład • Wprowadzenie w technikę światłowodową (fizyczne podstawy działania światłowodów, budowa światłowodów) • Propagacja światła w światłowodach • Właściwości transmisyjne światłowodów (dyspersja, tłumienie) • Nadajniki optoelektroniczne Wykłady • • • • Odbiorniki optoelektroniczne Wzmacniacze optyczne Wpływ szumu na detekcję sygnału Metody zwielokrotnienia przepływności binarnej (TDM, WDM) Wykłady • Systemy telekomunikacyjne: - konfiguracje sieci - łącze cyfrowe typu punkt-punkt - łącze analogowe - potencjał zasięgowy systemów światłowodowych • Komutacja fotoniczna • Transmisja solitonowa Porządek prezentacji: • Sieci światłowodowe • Przypomnienie – Propagacja światła w światłowodach – Podstawowe parametry światłowodów Sieci światłowodowe Sieci światłowodowe • Łączna długość światłowodów już istniejących na świecie wynosi 215 milionów kilometrów niemal 300 razy więcej niż odległość Ziemia-Księżyc. • Rekord szybkości przesyłania danych 14 terabitów/s przesłane na odległość 160 km. • Pierwsza poważna awaria kabla światłowodowego w Poznaniu spowodowana była przegryzieniem go przez szczura - okazało się, że gryzoniom bardzo smakowało tworzywo otaczające wiązkę światłowodu. • 100 gramów światłowodu zastępuje w sensie funkcjonalnym kable wykonane z 33 ton (!) miedzi. Sieci światłowodowe Polska sieć światłowodowa • 21 sieci metropolitalnych (MAN) • 19 z nich jest połączonych szybkimi łączami 10 Gb/s • Poznań, Warszawa, Gdańsk i Kraków są połączone tzw. podwójną lambdą, co oznacza, że efektywna maksymalna szybkość łączy między tymi miastami wynosi 2×10 Gb/s. Sieci światłowodowe Światłowodowy system transmisyjny Źródło: G.Stix: Triumf światła, 3/2001 ŚN Przyszłość Sieci optycznie przezroczyste Fiber To The Home (FTTH) to szerokopasmowa usługa teleinformatyczna, realizowana przez system złożony w całości z urządzeń światłowodowych. Umożliwia doprowadzenie końcówki światłowodu do każdego z mieszkań na danym terenie. Korea Południowa 50% Japonia 35% FTTH w Polsce Pierwsza w Polsce sieć FTTH powstaje w Gliwicach oferuje: telewizję cyfrową w jakości HD, telefonię VoIP, szybki dostępu do Internetu. Szybkość łącza: - dostosowana do potrzeb abonentów - w standardzie wynosi 10MB/s, - technologiczne możliwości to 100 Mb/s. Transmisja światła w światłowodzie NA n1 n2 sin a 2 2 APERTURA NURMERYCZNA kąt akceptacji a n2 < n1 n1 Mod Mod promieniowania to zbiór promieni padających pod tym samym kątem na powierzchnię graniczną Starty mocy w światłowodzie TŁUMIENIE P T [dB] 10 log P0 P0Tłumienie – moc sygnału Mocwejściowego sygnału wyjściowego P – moc sygnału wyjściowego 0 dB -3 dB -10 dB -20 dB P0 0,5 P0 0,1 P0 0,01 P0 -30 dB 0,001 P0 Straty mocy w światłowodzie • Rozpraszanie Rayleigha • Absorpcja szkła kwarcowego 1 P ~ – długość fali • Absorpcja wywołana4 przez zanieczyszczenia szkła kwarcowego • Nieregularności światłowodu Straty materiałowe [dB/km] 10 5 I okno transmisyjne II okno III okno transmisyjne transmisyjne 1 0,5 [m] 0,1 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 Tłumienie światłowodu w funkcji długości fali Okna transmisyjne • • • • • • O (1260 ÷1360 nm) E (1360 ÷ 1460 nm) S (1460 ÷ 1530 nm) C (1530 ÷ 1560 nm) L (1560 ÷ 1625 nm) U (1625 ÷ 1675 nm) Okna transmisyjne • I okno transmisyjne 0,85 m tłumienie 3 dB/km transmisja bezregeneratorawa: do kilkunastu kilometrów • II okno transmisyjne 1,3 m tłumienie 0,4 dB/km transmisja bezregeneratorawa na odległość: 75÷100 km • III okno transmisyjne 1,5 m tłumienie 0,2 dB/km transmisja bezregeneratorawa na odległość: 150÷200 km Dyspersja t światłowód t t 1 t 2 D 1 2 – długość fali t – czas przejścia t Dyspersja w światłowodach wielomodowych dyspersja międzymodowa n2 < n1 n1 t t Dyspersja międzymodowa wynika z faktu, że różne mody, mając różne stałe propagacji, propagują się w światłowodzie z róznymi prędkościami. Dyspersja w światłowodach wielomodowych n n1 n2 r światłowód o skokowym współczynniku załamania n n1 n2 r światłowód o gradientowym współczynniku załamania Dyspersja w światłowodach jednomowodych światłowód jednomodowy światłowód wielomodowy Dyspersja w światłowodzie jednomodowym • Chromatyczna – falowa – materiałowa • Polaryzacyjna Dyspersja w światłowodach jednomodowych • Chromatyczna dyspersja związana z niezerową charakterystyką widmową źródła • Polaryzacyjna P 1 2 .. m Dyspersja falowodowa Spowodowana jest zmianami podziału mocy modu pomiędzy rdzeń i płaszcz n2 n1 Dyspersja materiałowa Wynika z zależności od długości fali współczynników załamania materiałów z jakich wykonano światłowód W przypadku idealnym: v c n n conts v const Dyspersja polaryzacyjna • Mod LP01 składa się z 2 modów ortogonalnych względem siebie: LP01(x) i LP01(y) Dyspersja polaryzacyjna ma znaczenie: przy bardzo dużych odległościach oraz przy bardzo dużych szybkościach transmisji. Dyspersja t = tmax – tmin Dyspersja: międzymodowa, falowodowa, materiałowa t t 2 t f2 t m2 Δτ – wypadkowe poszerzeni impulsu spowodowane dyspersją Światłowody • Dyspersja międzymodowa dla światłowodów skokowych: L (NA )2 Δt Θ = 2n1c dla światłowodów gradientowych: Δt Θ = L c • 8n13 (NA )4 • Dyspersja materiałowa t m D L – szerokość połówkowa źródła Wpływ dyspersji na pasmo i szybkość transmisji Częstotliwość modulacji musi spełniać warunek: 1 1 f = ≤ T 2 Δt Pasmo przenoszenia światłowodu: 0,441 B= Δt Zarządzanie dyspersją t D L D – współczynnik dyspersji L – długość światłowodu – szerokość połówkowa źródła t t1 t 2 ... t m D1 L1 D2 L2 ... Dm Lm Dyspersja światłowodów jednomodowych D [ps/(km*nm)] 20 - standardowy 10 - o przesuniętej i niezerowej dyspersji o przesuniętej dyspersji 1,3 1,4 1,5 1,6 [m]