auditorne vjezbe optika 2013-14
DESCRIPTION
tkTRANSCRIPT
-
5/22/2018 Auditorne Vjezbe Optika 2013-14
1/31
Marko Lackovi
Veleuilite Rijeka
Predmet: TK mree i slube
ak.g. 2013./2014.
-
5/22/2018 Auditorne Vjezbe Optika 2013-14
2/31
Optiki prijenos - zadaci
-
5/22/2018 Auditorne Vjezbe Optika 2013-14
3/31
Marko Lackovi
Primjeri prorauna -zadaci
3
-
5/22/2018 Auditorne Vjezbe Optika 2013-14
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 -
5/22/2018 Auditorne Vjezbe Optika 2013-14
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
-
5/22/2018 Auditorne Vjezbe Optika 2013-14
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
-
5/22/2018 Auditorne Vjezbe Optika 2013-14
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
-
5/22/2018 Auditorne Vjezbe Optika 2013-14
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.
-
5/22/2018 Auditorne Vjezbe Optika 2013-14
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.
-
5/22/2018 Auditorne Vjezbe Optika 2013-14
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
-
5/22/2018 Auditorne Vjezbe Optika 2013-14
11/31Marko Lackovi
11
Optiki komunikacijski link (Primjer 2)
-
5/22/2018 Auditorne Vjezbe Optika 2013-14
12/31Marko Lackovi
Optiki komunikacijski link
12
Proraun optikog linka:
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
-
5/22/2018 Auditorne Vjezbe Optika 2013-14
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:
PRX = PTX Lfiber L R
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
Optiki komunikacijski link
-
5/22/2018 Auditorne Vjezbe Optika 2013-14
14/31Marko Lackovi
Optiki komunikacijski link
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!)
-
5/22/2018 Auditorne Vjezbe Optika 2013-14
15/31Marko Lackovi15
Optiki komunikacijski link (Pr imjer 3)
-
5/22/2018 Auditorne Vjezbe Optika 2013-14
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 )
-
5/22/2018 Auditorne Vjezbe Optika 2013-14
17/31Marko Lackovi
Optiki komunikacijski link
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::
-
5/22/2018 Auditorne Vjezbe Optika 2013-14
18/31Marko Lackovi18
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.
-
5/22/2018 Auditorne Vjezbe Optika 2013-14
19/31Marko Lackovi19
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
-
5/22/2018 Auditorne Vjezbe Optika 2013-14
20/31Marko Lackovi20
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
-
5/22/2018 Auditorne Vjezbe Optika 2013-14
21/31Marko Lackovi
Optiki komunikacijski link
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.
-
5/22/2018 Auditorne Vjezbe Optika 2013-14
22/31Marko Lackovi
Optiki komunikacijski link-nastavk
22
-
5/22/2018 Auditorne Vjezbe Optika 2013-14
23/31Marko Lackovi
Optiki komunikacijski link
23
Primjer 7
Na slici je prikazan rezultat mjerenja optikim reflektometrom. Koliko je slabljenje nafiksnom spoju?
-
5/22/2018 Auditorne Vjezbe Optika 2013-14
24/31Marko Lackovi
24
Optiki komunikacijski link (Primjer 7)
-
5/22/2018 Auditorne Vjezbe Optika 2013-14
25/31Marko Lackovi
Optiki komunikacijski link
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?
-
5/22/2018 Auditorne Vjezbe Optika 2013-14
26/31Marko Lackovi
Optiki komunikacijski link
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
-
5/22/2018 Auditorne Vjezbe Optika 2013-14
27/31Marko Lackovi
Optiki komunikacijski link-nastvak
27
-
5/22/2018 Auditorne Vjezbe Optika 2013-14
28/31Marko Lackovi
Optiki komunikacijski link
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.
-
5/22/2018 Auditorne Vjezbe Optika 2013-14
29/31Marko Lackovi
Optiki komunikacijski link (Primjer 10)
29
-
5/22/2018 Auditorne Vjezbe Optika 2013-14
30/31Marko Lackovi
Optiki komunikacijski link
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
Proraun optikog linka:
PRX = PTX Lfiber L R
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
-
5/22/2018 Auditorne Vjezbe Optika 2013-14
31/31
Optiki komunikacijski link
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.