Atenuarea in Fibre Optice

7/30/2019 Atenuarea in Fibre Optice

1/16

Lucrare de laborator nr.3

ATENUAREA IN FIBRE OPTICE

3.1. Scopul lucrrii:De a studia sistemul de comunicaii prinfibre optice; de a analiza rolul fiecrei componente a sistemului iprincipiile de realizare a comunicrii.

3.2. Teorie:Fibrele optice ofer un mediu de transmisie foarte avantajos,

astfel ca ele sunt preferate pentru transportul informaiilor pentrumajoritatea aplicaiilor Ele asigur o vitez de transmisie foartemare. Sunt deja n exploatare fibre optice de 2,5 i 10 Gbit/s i suntn curs de cercetare i experimentare fibre optice de 40 Gbit/s.

Fibra optic este un mediu de transmisie transparent la radiaialuminoas, format dintr-un miez dielectric (sticl sau materialplastic) nconjurat de un nveli dielectric cu indice de refracie maisczut.

Fibrele optice sunt utilizate pentru transmisiuni pe distane

foarte mari (continentale, oceanice), dar pot fi folosite i pentrudistane foarte mici (ex. pe lungimi de ordinul a 300 cm). Ele suntfolosite n prezent n LAN-uri cu debite de 100 Mbit/s i n reelelede acces.

50


2/16

Fig.3.1. Principiul comunicaiei opticeUn link pe fibr optic const dintr-o surs de lumin

(transmitor), cablul de fibr optic cu conectori i/sau mbinri(splices), i un detector de lumin (receptor). Linkurile de fibr

optic lungi necesit repetoare intermediare. Distana dintrerepetoare ins este mult mai mare n comparaie cu cea necesar lasistemele cu cabluri coaxiale.

Transmitorul realizeaz conversia semnalelor electrice nsemnale optice. Acesta conine un driver, o surs de lumin i undispozitiv de conectare la cablul de fibr optic.

Driverul realizeaz trei funciuni:

optimizarea semnalului luminos prin controlul ctigului i alcondiionrii de semnal; compensarea cu temperatura astfel nct s nu se depeasc

capacitatea de curent a sursei de lumin, n special la dioda laser(LD);

reglarea curentului de alimentare pentru a proteja sursa delumin i pentru a optimiza rspunsul optic.

Fig.3.2. Schema bloc a unui transmitor de fibr optic

Sursa de lumin poate fi realizat cu LED (Light EmittingDiode) sau cu LD (Laser Diode). Ea are simbolul grafic:

Caracteristicile transmitoarelor realizate cu LED i LD (la25C) sunt prezentate n tabelul 3.1.

51


3/16

Tabelul 3.1. Caracteristicile diodelor LED i LDLED LD

Lungimea deund n nm

800..885 1300/1550 800..885 1300/1550

Lungimea spectral n nm

45 100 3..5 0,3..5

Materialsemiconductor

GaAlAs/GaAs

GaInAsP/InP

GaAlAs/GaAs

GaInAsP/InP

Emisie Spontan Spontan Stimulat Stimulatntrziere la emisien ns

5..20 5..20


4/16

Receptorul realizeaz conversia semnalelor optice n semnaleelectrice i poate fi realizat cu fotodiode de tip PIN sau APD.Simbolul grafic al receptorului este:

O fotodiod detecteaz lumina prin intermediul unei jonciunisemiconductoare de tip pn, n care radiaia luminoas incidentproduce un fotocurent de intensitate proporional cu puterea sa.

Fotodioda PIN dispune de o jonciune pn n care regiunile detipp i n sunt separate de o regiune de siliciu intrisec. Ea asigur un

timp de rspuns foarte mic, ceea ce determin utilizarea ei frecventn sistemele de transmisiuni pe fibre optice.

Fotodioda APD (Avalanche PhotoDiode) este o fotodiod carecombin detecia semnalelor optice cu amplificare intern afotocurentului prin multiplicarea n avalan a purttorilor nregiunea jonciunii. Avantajul utilizrii lor este raportul semnalzgomot ridicat, n special viteze mari de transmisie.

Tabelul 3.2. Diod PIN Diod APDTensiunea de operare [V] 10..20 100Cea mai mic putere opticdetectabil n W la 10 Mbit/s

10-8 10-9

Sensitivitatea n A/W 0,7..0,9 0,7..0,9Factor de ctig 1 10..100

Sisteme de transmisie optice. Specificaia de sistem, conformITU G.956, este prezentat n fig.3.4. Criteriul cel mai consistent decomparare al sistemelor pe fibra optic este bugetul de putere. Intabelul 3.3 se prezint un studiu comparativ pentru 4 categorii deechipament.

53


5/16

Mc rezerva de atenuare pentru mbinri, extensie;Me rezerva de atenuare pentru dispersie, tolerante de msurare.

Fig.3.4. Specificaii de sistem pe fibr conform Rec.G.956/ITU-T

Tabelul 3.3.Capacitateade transmisie

Mbit/s 140 565 4 140sau 4 155

16 140sau 16 155

Lungimeade unda luminii

nm 1300 1550 1300 1550 1300 1550 1300 1550

Putereaoptic minimn punctul S

(Rec.G.956)

dBm -6 -6 -6 -6 -5 -5 -5 -5

Puterea opticminim n

punctul R,care includeMe de 3 dB(Rec.G.956)

dBm -36 -38 -34 -35 -34 -36 -25 -26

Atenuarea npunctele S

i R (seciunede regenerare)

dB 30 32 28 29 29 31 20 21

Dispersiamaximadmisntre S i R

ps/nm 300 6000 120 2500 120 2500 120 2500

Domeniile n care pot fi utilizate sistemele de transmisiuni pefibr optic sunt:

- reele de transmisiuni la distan [34 Mbit/s, 140 Mbit/s, 155Mbit/s (STM1), 565 Mbit/s, 4 140 Mbit/s, 4 STM1, 16 140Mbit/s, 16 STM1];

54


6/16

- reele locale [34 Mbit/s, 140 Mbit/s];- reele rurale sau speciale [ 2 Mbit/s, 8 Mbit/s, 34 Mbit/s];- reea de acces la abonat [2 Mbit/s].Echipamentul de transmisie optic cuprinde:

- LTU - unitate terminal de linie (Line Terminating Unit),- REG - repetor (Regenerative Repeater),- OG - unitate de localizare deranjamente (Fault-Locating Unit),- SCI - interfa pentru canalul de serviciu (Service Channel

Interface).Unitatea terminal cuprinde un lan de emisie i unul de

recepie. Semnalul electric este preluat de o interfa.

Fig.3.5. Sisteme de transmisiuni pe cablu optic

Repetorul regenereaz semnalul atenuat n seciunea detransmisie. n acest scop se realizeaz conversia semnalului optic nsemnal electric, se realizeaz regenerarea semnalului electric, i nfinal se realizeaz conversia semnalului electric n semnal optic.Unele repetoare conin echipamente de diagnoz care transmitalarme i realizeaz diverse funcii de monitorizare i control.

Distana ntre repetoare poate fi ntre 15 i 150 km. Aceastadepinde de tipul fibrei, de tipul transmitorului i receptoruluiutilizat, de rata de transmisie binar.

55


7/16

Coderul de linie realizeaz conversia semnalului binar n cod delinie.

Unitatea de superviziune conine generatorul de semnale dealarm, circuitele i panoul de afiare alarme, interfaa cu

computerul.

Fig.3.6. Schema bloc a terminalului de linie pentru fibra optic

Joncionarea cablurilor optice.Joncionarea cablurilor de fibr optic se poate realiza prin

conectori sau prin lipire. Joncionarea poate fi necesar pentruconectarea unei seciuni de cablu la alt seciune de cablu sau pentruconectarea sursei sau detectorului optic la cablul optic.

In general lipirea asigur o atenuare mai mic dect o jonciunedemontabil. Totui lipirea necesit investiii cu echipament desudur i tehnicieni bine pregtii s realizeze aceste lipiri n condiii

dificile de lucru.Conectorul trebuie s asigure transferul eficient al semnaluluiprin punctele de conexiune a dou fibre optice. Atenuarea deinserie a conectoarelor este cuprins ntre 0,3 dB i 2,5 dB.Principalele pierderi introduse de conectoare sunt:

-pierderi Fresnel (reflexie) inerente n cazul separrii sautierii suprafeelor de fibr optic;

-pierderi determinate de apertura numeric.

-pierderi mecanice determinate de erori de poziionare ntr-o

56


8/16

conexiune (alunecare lateral sau unghiular, separare).-pierderi determinate de lustruirea imperfect a captului fibrei

optice, absorbiei n lentilele de intrare, depuneri de impuriti pecapetele fibrelor.

Pierderile determinate de reflexie (pierderi Fresnel) pot aparela delimitarea miez-aer, dar ele pot fi mult reduse umplnd toatespaiile libere dintre elementele optice (lentil, surs, fibr) cu un fluidcu indicele de refracie adecvat.

Pierderile determinate de apertura numeric depind decaracteristicile de emisie ale sursei optice. Fibra optic accept ipermite propagarea radiaiei incidente numai n interiorul unui unghisolid, care este unghiul de acceptan al fibrei. Razele emise de surs nafara acestui unghi solid, centrat simetric pe axa fibrei, vor fi pierdute.

Sursa de radiaie este livrat de fabricant gata cuplat i aliniat laun segment de cablu optic de civa centimetri, cuplaj care estecunoscut sub numele de cuplaj pigtail. In acest fel cuplajul de intrareeste nlocuit cu un cuplaj de dou segmente de cablu.

Fig.3.7. Pierderi mecanice n conectorii de fibre optice

Pierderile extrinseci n mbinare determinate de nealinieresunt determinate de realizarea defectuoas a sistemelor de cuplare.Nealinierile pot fi determinate de:

- deplasare radial ntre axele optice ale celor dou fibre,- deplasarea axial ntre suprafeele frontale ale fibrelor,- un unghi necorespunztor ntre axele optice ale celor dou fibre.

Aceste nealinieri sunt greu de evitat practic. O mbuntire acuplajelor se obine prin utilizarea unor conectori optici adecvai,ceea ce permite realizarea curent de mbinri cu atenuri sub 0,5 dB.

57


9/16

mbinrile pot fi permanente sau demontabile. Pentrumbinri permanente se utilizeaz lipiri cu diverse substane adezivecu proprieti optice deosebite (epoxy) sau prin topire i sudur cu arcelectric.

Conectorii de fibr optic trebuie s asigure o aliniere precis.Tipurile de conectori de fibr optic sunt urmtoarele:

- conector cu canal de ghidare care poate fi simplu saumultiplu;

- conectorul multiplu permite mbinarea simultan a mai multorcabluri optice de tip platband;

- conector cu trei ace, care utilizeazpentru ghidaj trei cilindri deghidare cu acelai diametru ntre care sunt presate fibrele ce trebuiembinate;

- conector cu trei bile, care utilizeaz o metod de alinieresimilar conectorului cu trei ace, dar care utilizeaz trei bile n loculcilindrilor de ghidare;

- conector cu manon de ghidare, care poate fi conectortubular (utilizeaz un ghid tubular pentru meninerea aliniamentului)sau biconic.

Cuplorul de fibr optic este o component optic pasiv.Cuplorul asigur cuplarea direcional, separarea sau mixareasemnalelor optice. Cuploarele asigur busuri de date, multiplexare cudivizarea lungimilor de und optice (WDM = Wavelength DivisionMultiplexing) i monitorizarea strii sistemului.

n figurile urmtoare sunt descrise cteva tipuri de cuplori. Incuplorul T, un semnal de intrare l este divizat n dou semnale deieire 2 i 3 iar orice semnal de intrare pe 2 sau 3 determin unsingur semnal la ieirea 1.

Fig.3.8. Exemple de cuplori: (a) cuplor T; (b) cuplor stea;(c) cuplor direcional.

58


10/16

n cuplorul stea orice semnal pe oricare din punctele deintrare ajunge la celelalte puncte de ieire, n cuplorul direcional unsemnal de intrare pe l sau 2 determin semnale de ieire 3 i 4 iinvers. Cuplorul direcional poate funciona i ca un comutator ntre

starea paralel (conexiuni 1-3 i 2-4) n starea ncruciat (conexiuni1-4 i 2-3).

Un cuplor T este foarte util ntr-o conexiune duplex (v.Fig.3.9). Cuplorii sunt elemente eseniale n realizarea reelelor (v.Fig.3.10).

Fig.3.9. O comunicaie duplex necesit utilizarea a doi cuplori T.

Fig.3.10. Exemple de reele de comunicaii n care se utilizeazcuplori: (a) cu magistral; (b) n stea; (c) circular.

Cuplorii optici se pot realiza prin utilizarea unor instrumenteoptice miniaturale: divizoare de fascicule, lentile, lame cu gradientde indici de refracie, prisme, filtre i reele de difracie compatibilecu dimensiunile mici ale fasciculelor optice, tehnologia aceastapoart numele de micro-optic. Dispozitivele integrate optice pot fii ele utilizate pentru cuplori n sisteme cu ghiduri de und monomod

(v. fig.3.11).

59


11/16

Fig.3.11. (a) un cuplor T cu divizor de fascicul; (b) un cuplor stea cufibre combinate i cu o lam de mixare; (c) Un cuplor direcional;

(d) un cuplor direcional cu dispozitiv optic integrat

n prezent sistemele de comunicaii stau la baza dezvoltriisocietii. Cerinele fa de serviciile de comunicaii, de la liniatelefonic obinuit pn la accesul la Internet cresc nelimitat.Aceasta nainteaz noi cerine fa de reelele de comunicaiimoderne, capacitatea lor de transmitere, siguran.

Creterea cerinelor fa de banda de trecere are un caracternedeterminat. Tehnologia ATM, IP, SDH n timpul apropiat nu pots se descurce cu creterea volumului de informaie transmis.

Tehnologia care permite de a crea reele optice flexibileramificate cu posibiliti nelimitate de cretere a benzii de frecven,este tehnologia de multiplexare a lungimilor de und WDM(Wavelength Division Multiplexing). Esena tehnologiei WDMconst n faptul c pe o fibr optic concomitent se transmit ctevacanale de informaie la diferite lungimi de und, ce permite de autiliza maxim efectiv fibra optic. Tehnologia WDM permite de a

mri de mai multe ori capacitaea de transmisie a fibrelor optice fra instala cabluri noi i fr instalarea dispozitivelor noi.

60


12/16

Primele sisteme WDM aveau dou canale n ferestrele 1330i 1550 nm. Mai apoi au aprut sisteme cu patru canale, cu distanadintre canale 8-10 nm n fereastra 1550 nm. Apoi a aprut tehnologiade multiplexare dens a lungimilor de und DWDM ce dus la apriia

sistemelor cu 8, 16, 32, 64 de canale. n prezent distana standardntre canale se consider 0,8 nm.

Diagrama ochi. Este o metod de a studia calitateasemnalului recepionat. n fig.3.12 este artat o diagram ochiidealizat, fr urme de careva deteriorri a semnalului. n acestacaz, experimentul este fcut n laborator, unde emitorul este unitprin intermediul unui atenuator. Diagrama ochi permite de a prezentala ecranul oscilografului dou sau mai multe consecutiviti binareuna suprapus peste alta.

Fig.3.13. Diagrama ochi idealizat, fr nrutireasemnalului

Dac porile schemei de primire a deciziei a receptorului ntotalitate corespunde perioadei bitului a fluxului binar, atunciobinem o diagram ochi prezentat n fig.3.14.

Fig.3.14. Diagrama ochi a semnalului cuviteza de transmitere 622 Mbit/s.

61


13/16

Ea trebuie s demonstreze posibilitatea maxim de deschiderea ochiului. Dac ochii ncep s se nchid atunci se obine desenuldin fig.3.15.

Fig.3.15. Diagrama ochi cu nrutirea semnalului

nlimea de sus pn jos a diagramei ochi reprezint msurazgomotului semnalului. Cum liniile devin mai groase, schemaeste supus zgomotului i se pot atepta nrutirea calitiisemnalului, adic BER. nlimea prii deschise a diagramei

reprezint msura rezervei de zgomot. Cum schema ncepe sdistorsioneze semnalul sub aciunea zgomotului, ochii ncep sse nchid ct mai tare. Limea semnalului n partea central a diagramei ochi reprezint

msura djiterului acumulat (vibraia fazei). Dac liniile suntsubiri, ca n fig.3.13, atunci nivelul djiterului acumulat este mic.Cu ct sunt mai largi liniile n centru diagramei ochi, cu att estemai mare nivelul djiterului. Distana ntre dou puncte de intersecie axa timpului asigur

msura relativ a perioadei bitului.Cteodat pe monitorul osciloscopului se plaseaz o masc.

Dac liniile semnalului pe monitor se afl n limitele mtii, atuncischema se socoate de calitate acceptabil.

Indicele fundamental al calitii sistemelor digitale detransmisie este coeficientul de erori BER (Bit Eror Rate).

Funcionarea sistemelor digitale se consider normal numai n acel

62


14/16

caz cnd BER nu ntrece valoarea admis, corespunztoarestandardului de reea utilizat.

Este cunoscut metoda de apreciere a coeficientului de eroriBER pe baza determinrii factorului Q. Factorul Q parametru ce

nemijlocit reprezint calitatea semnalului al sistemului de transmisiedigital. Exist o dependen funcional determinat ntre factorul Qal semnalului i coeficientul de eroriBER ce se msoar. Factorul Qse determin pe calea prelucrrii statistice a rezultatelor de msurarea amplitudinii i fazei semnalului la nivel electric, i anume nemijlocit dup diagrama ochi.

3.3. ndeplinirea lucrrii:1. Pornii OptiPerformer.2. Folosii meniul File ori butonul Open File pentru a

deschide Fiber Optic System File.3. Studiai schema (fig.3.16) care include nite text i casete

pentru a identifica trei componente ale sistemului optic.Transmitorul include o surs binar (PRBS or pseudo-random bitsequence generator), un generator electric, o diod laser i un

modulator extern. Receptorul include o fotodiod, un filtru trece josi un circuit de decizie, care include un analizor BER.

Fig.3.16. Schema unui sistem de comunicaii prin fibre optice

63


15/16

4. Pornii simularea apsnd pe butonul start. MesajulCalculation Finished! apare la finisarea simulrii.

5. Executai dublu clic pe wattmetrul optic i analizorul BER.Verificai apoi caseta "Show Eye Diagram"(Arat Diagrama

Ochi) n fereastra BER. Wattmetrul optic arat puterea la intrarea nfotodiod n wai i dBm. Fereastra BER afieaz diagrama ochi icteva valori incluznd Max Q Factor i Min BER (fig.3.17).

Fig.3.17. Rezultatele simulrii pentru lungimea fibrei de 100 km

6. Simularea trebuie efectuat de 5 ori, variind lungimeafibrei de la 50 la 150 km n 5 pai. Notai schimbarea puterii imonitorul BER (diagrama de ochi, factorul Q i BER) pentru 5valori ale lungimii fibrei (indicate de lector).

64


16/16

Raportul trebuie s conin:1. Foaie de titlu.2. Tabelul cu valorile puterii, factorului Q i BER pentru 5

lungimi de fibr.

3. Salvai fereastra wattmetrului, factorului Q i BER pentrufiecare lungime de fibr.

4. Descriei schimbarea diagramei ochi odat cu creterealungimii de fibr.

3.3. ntrebri de control

1. Numii principalele componente ale unui sistem decomunicaii.

2. Numii deosebirile dintre DL i DEL.3. Destinaia unui cuplor.4. Tipuri de jonciuni a cablurilor.5. Cum se schimb diagrama ochi a sistemului cu creterea

lungimii fibrei?6. Ce reprezint diagrama ochi?

65

Atenuarea in Fibre Optice

Documents

Transcript of Atenuarea in Fibre Optice