Auditorne Vjezbe Optika 2013-14

5/22/2018 Auditorne Vjezbe Optika 2013-14

1/31

Marko Lackovi

Veleuilite Rijeka

Predmet: TK mree i slube

ak.g. 2013./2014.


2/31

Optiki prijenos - zadaci


3/31

Marko Lackovi

Primjeri prorauna -zadaci

3


4/31

Marko Lackovi

Jedinice za B, fi t

4

Brzine prijenosa (B)

kbit/s Mbit/s Gbit/s Tbit/s Pbit/s

103bit/s 106bit/s 109bit/s 1012bit/s 1015bit/s

kilo mega giga tera peta

Frekvencije (f)

(kHz) (MHz) (GHz) (THz) (PHz)

T= 1/BT

0 10 001

http://www.mxi.nl/fiberspeed

Vremenski intervali (T)

ms s ns ps fs

10-3 s 10-6 s 10-9 s 10-12 s 10-15 s

mili mikro nano piko femto
http://www.mxi.nl/fiberspeedhttp://www.mxi.nl/fiberspeed


5/31

Marko Lackovi5

Snaga u proraunu optikog sustava

Optika snaga /dBm/ se izraava kao izmjerena snaga iznad

1mW, odnosno: P (dBm) = 10 log P(mW)/1mW, dakle 0dBm=1mW, 10 dBm=10mW, - 10 dBm = 0,1mW ....

Guenje /dB/ se izraava kao odnos ulazne i izlazne snage,

odnosno: G (dB) = 10 log Pul(mW)/Piz(mW), dakle 0

dB Pul=Piz, 10 dB Piz=0,1Pul, -10dB Piz=10 Pul (poja.) ... zbog jednakosti definicija, dB i dBm se mogu direktno zbrajati i

oduzimati, rezultat u dBm

tipino guenje optokonektora 0.5 dB

tipino guenje trajnog spojnika 0.2 dB

tipino guenje spojnog konektora 1 dB

rezerva za starenje i degradaciju sustava 3 dB

gubici prosjene snage zbog kodiranja : RZ -6dBm,NRZ-3dBm


6/31

Marko Lackovi

Podaci za aktivne komponenete

6

granina osjetljivost prijamnika za S/N=3 dB tj. BER = 10-3

- PIN dioda ............................................................ - 48 dBm- APD dioda .......................................................... - 58 dBm

dovoljna osjetljivost prijamnika za S/N=20 dB tj. BER = 10-9

- PIN dioda ............................................................ - 30 dBm

- APD dioda .......................................................... - 40 dBm sveukupna izlazna snaga predajnika (emisija u eter)

- LED dioda .......................................................... - 3 dBm

- LASER dioda ...................................................... +10 dBm

guenje na spojitu LED - MM vlakno 62.5um ..... 11 dB guenje na spojitu LASER - MM vlakno 62.5um .. 3 dB

dodatno guenje za vlakno 50um umjesto 62.5um ... 3 dB

guenje na spojitu LASER - MM vlakno 9um ....... 6 dB

guenje na spojitu SM/MM optovlakno - detektor .. 1 dB


7/31Marko Lackovi

Proraun frekvencijske irine vlakna

7

za MM vlaknadaje se podatak u fo=MHZ*km, zbog modalne

disperzije, npr. 200Mhz*km, to znai da je umnoak pojasa iudaljenosti konstanta tj. vrijedi relacija za maksimalni pojas:

fmax = fo/Dx ,gdje je x=1 za D


8/31Marko Lackovi

Proraun slabljenja

8

Rjeenje:Ethernet signal je RZ Manchester kodirani signal ija prosjena snaga 2 puta (za 3 dB

manja) od vrne snage.-vrna snaga LED diode ...................................................................................... -0.5 dBm-smanjenje zbog prosjene snage snaga .............................................................. 3 dB

-slabljenje LED-vlakno 62,5 nm........................................................................ 11 dB

-slabljenje konektora (2 kom usred dionice)..................................................... 1 dB

-slabljenje vlakno-detektor................................ 1 dB

-rezerve zbog degeneracije. 3 dB------------------------------------------------------------------

Nivo snage u prijemu: -19,5 dBm

Potrebni nivo prijemne snage na PIN detektoru za eljeni BER (S/N=20dB) -30 dBm

Premostivo slabljenje samog kabela je dakle 10,5 dB, dakle maksimalno 5,25dB/km.


9/31Marko Lackovi

Optiki komunikacijski link

9

Primjer 2

Optiki komunikacijski link dugaak je 80 km, a radi u II prozoru (=1300 nm). Koristi seoptiki kabeli duine 5 km, u kojem se nalaze vlakna koeficijenta slabljenja od 0,4 dB/km.

Pretpostavka je da je slabljenje na fiksnim spojevima optikih vlakana 0,05 dB. Nadalje

predajnik i prijemnik spojeni su na optika vlakna konektorima, na kojima su gubici 0,75

dB. Uz pretpostavku da je izlazna snaga predajnika 0,782 mW, odredite minimalno

potrebnu osjetljivost prijemnika. (Napomena; za rezervu sustava koristiti R=6 dB)

Proraun optikog linka:

PRX = PTX LTX LPR

gdje je PRX primljena snaga na prijemniku,

PTX izlazna snaga na predajniku,

LTX gubici na predajniku (konektori),

LRX gubici na prijemniku (konektori),R gubici na spojnom putu.

LRX, LTXi rezerva sustava su zadani:LRX= LTX= 0,75 dB; R=6 dB.


10/31Marko Lackovi

Optiki komunikacijski link (Primjer 2)

LRX, L TXi rezerva sustava su zadani:LRX= LTX= 0,75 dB; R=6 dB.

Gubitak na vlakanu LP moemo izraziti kao:LP= Lsplice+ Lfiber

gdje je Lspliceukupni gubici na fiksnom spoju,

Lfiber gubici na vlaknu uzrokovani guenjem.

Budui nam je potreban optiki link od 80 km, a na raspolaganju su nam kabeli duljine 5 km, bit e

nam potrebno 16 kabela. Kabele je potrebno spojiti fiksnim spojevima, kojih e biti ukupno 15.

Ukupni gubici na fiksnim spojevima iznose Lsplice= 15 0,05 = 0,75 dB.

Gubitak na vlaknu uzrokovane guenjem raunamo pomou slijedee formule:

Lfiber = l = 0,4 dB/km 80 km = 32 dB

gdje je koeficijent priguenja vlakna,

l duljina vlkana,

10


11/31Marko Lackovi

11



12/31Marko Lackovi


12


PRX = PTX Lfiber L R

Lfibre= PTX PRX L R = 3 dBm+43 dBm-2 dB-6 dB = 38 dB

Lfibre= l

l = L fibre/ = 38 dB/0,65 dB/km = 58,46 km


13/31Marko Lackovi13

Primjer 3A

Ako je zadana izlazna snaga predjanika PTX= 5 dBm, osjetljivost

prijamnika PRX= -30 dBm, rezerva sustava od 6 dB, ukupni gubici

na spojevima i konektorima L = 2 dB, te koeficijent priguenja

vlakna = 0,55 dB/km, odredite koja je najvea udaljenost na kojoj

zadani sustav more ispravni raditi.Proraun optikog linka:


Lfiber= PTX PRX L R = 5 dBm+30 dBm-2 dB-6 dB = 28 dB

Lfiber= l

l = L fiber/ = 28 dB/0,55 dB/km = 50,90 km



14/31Marko Lackovi


14

2. optiki prozor:

2= 0,38 dB/km

LTX2=LRX2= 0,6 dB

Lsplice2= 0,1 dB

l2= 50 km (regenerator na pola puta!)



Optiki komunikacijski link (Pr imjer 3)


16/31Marko Lackovi

Optiki komunikacijski link (Pr imjer 3)

16

Za 2. Optiki prozor:

PRX2 = PTX LTX2 LRX2 Lfibre2 Lfsplices2 RLfibre2= 2 l2= 0,38 dB/km 50km = 19 dB

Laplices2=9 0,1 dB =0,9 dB

PRX2 = 30,6 0,619 0,9 3 = -21,1 dB PRX= -23 dBm.

Sustav za ovaj sluaj radi ispravno! (razlika snage na prijemniku je vea od

njegove osjetljivosti )

Za 3. Optiki prozor:

PRX3 = PTX LTX3 LRX3 Lfibre3 Lsplices3 R

Lfibre3= 3 l3= 0,22 dB/km 100km = 22 dBLsplices3=19 0,05 dB =0,95 dB

PRX3 = 30,35 0,3522 0,95 3 = -23,62 dB PRX= -23 dBm.

Sustav za ovaj sluaj NE radi ispravno! (razina snage na prijemniku je manja

od njegove osjetljivosti )


17/31Marko Lackovi


17

Primjer 5

Razmotrite dva mogua sluaja poveanja kapaciteta optikog linka; poveanje brojaoptikih niti ili uvoenje WDM-a: Kapacitet elimo poveati s 2,5 Gbit/s na 10 Gbit/s,

dakle 4 puta. Pretpostavimo da je troak instaliranja dodatnih optikih niti 1 $ po metru,

troak svakog predajnika i prijemnika 1000 $, a troak WDM multipleksera i

demultipleksera je 15000$. (Napomena; kapacitet jednog optikog vlakna je 2,5 Gbit/s).

Izraunajte duljinu optikog linka za koju bi upotreba WDM sustava postala isplativija

nego rjeenje s vie optikih vlakna.

Na poetku imamao predajnik, prijemnik i optiko vlakno::



Optiki komunikacijski link (Pr imjer 5)Na raspolaganju su dvije opcije za poveanje kapaciteta optikog linka:

1) Kapacitet poveavamo dodavanjem vlakna. Potrebno nam je 4 puta vei

kapacitettrebaju nam 3 nova vlakna, 3 nova predjanika i 3 nova prijemnika.



Optiki komunikacijski link (Pr imjer 5)1) Kapacitet poveavamo dodavanjem WDM multipleksera i demultipleksera.

Potrebna su nam 3 nova prijemnika, 3 nova predajnika, WDM multiplekser iWDM demultiplekser



Optiki komunikacijski link (Pr imjer 5)U oba sluaja dodaju se po 3 nova predajnika i 3 nova prijemnika pa njihov troak

ne moramo ukljuivati u proraun: potrebno je izraunati za koju udaljenost jecijena 3 vlakna jednaka cijeni WDM multiplesera i demultipleksera.

CF= 1$/km

CWDM = 15 000 $/km

3 CF l= 2 CWDM

l = (2 CWDM)/ (3 CF) = (2 15 000)/ (3 1F) = 10 km

l= 10 km


21/31Marko Lackovi


21

Primjer 6

Na optikom linku kao predajnik koristi se laserska dioda s maksimalnom izlaznomsnagom od 2 mW, a prijemnik je lavinska dioda. Predajnik i prijemnik, koji su meusobno

udaljeni 100 km, na optiki dionicu spojeni su s konektorima, od kojih svaki ima slabljenje

0,5 dB. Ako se optiko vlakna, specifinog slabljenja 0,21 dB/km, isporuuju u duinama

po 4 km, a slabljenje na fiksnim spojevima je u prosjeku 0,09 dB, odredite minimalno

potrebnu osjetljivost lavinske diode; pretpostavite rezervu sustav od 6 dB.


22/31Marko Lackovi

Optiki komunikacijski link-nastavk

22


23/31Marko Lackovi


23

Primjer 7

Na slici je prikazan rezultat mjerenja optikim reflektometrom. Koliko je slabljenje nafiksnom spoju?


24/31Marko Lackovi

24



25/31Marko Lackovi


25

Primjer 8

Potrebno je projektirati optiki transmisijski link kapaciteta 10 Gbit/s. Na raspolaganju suoptika jednomodna vlakna maksimalne duljine 3 km koja imaju gubitak od 0,6 dB/km.

Gubici na fiksnim spojevima iznose 0,1 dB po fiksnom spoju (splice-u). Prijemnik i

predajnik su spojeni na optiko vlakno konektorima, od kojih svaki ima gubitak od 2 dB.

Pretpostavimo rezervu sustava od 3 dB: izlazna snaga predajnika je 0 dBm. Ako je

osjetljivost prijemnika -40 dBm, odredite maksimalnu duljinu takvog linka. Ako bi se

odaslao samo jedan bit, koliko bi njegova irina iznosila na kraju linka ako su koritenavlakna anormalne disperzije D=-2 ps/nmkm te laserski izvor irine 6 nm?


26/31Marko Lackovi


Primjer 9

OTDR je ispitivanjem jedne optike dionice producirao krivulju gubitaka snage

optikog signala u ovisnosti o udaljenosti (prikazano na slici). Odredite gubitak na

fiksnom spoju (G) te koeficijent guenja vlakna B ako je koeficijent guenja

vlakna B B = 0.18 dB/km.

26

Udaljenost [km]Snaga

[dB]

-21

-21.9L1

L2-25

2 4,2 5 7

G

A

B


27/31Marko Lackovi

Optiki komunikacijski link-nastvak

27


28/31Marko Lackovi


28

Primjer 10

OTDR je ispitivanjem jedne optike dionice producirao krivulju gubitaka snage

optikog signala u ovisnosti o udaljenosti (prikazano na slici). Odredite gubitak na

fiksnom spoju (G) te koeficijent guenja vlakna B ako je koeficijent guenja

vlakna A A = 0.18 dB/km.


29/31Marko Lackovi


29


30/31Marko Lackovi


Primjer 11

Ako je zadana izlazna snaga predajnikaPTX = 5 dBm, osjetljivost prijamnikaPRX =

30 dBm, rezerva sustava od 6 dB, ukupni gubici na spojevima i konektorimaL =

2 dB, te koeficijentpriguenjavlakna = 0,55 dB/km, odredite koja je najvea

udaljenost na kojoj zadani sustav moeispravno raditi.

30



Lfibre= PTX PRX L R = 5 dBm+30 dBm-2 dB-6 dB = 28 dB

Lfibre= l

l = L fibre/ = 28 dB/0,55 dB/km = 50,90 km


31/31


Primjer 12

Signal snage 1 mW prenosi se preko vlakna duljine 5 km, zatim kroz 8x8zvjezdasti rasprenik, te preko jo jednog vlakna duljine 15 km. Za prijenos

signala koristi se valna duljina od 1550 nm. Koja je snaga signala na odreditu.

Slabljenje vlakna je 0,2 dB/km.

Documents

Auditorne Vjezbe Optika 2013-14