IST-DEEC

Exame de Sistemas de Comunicação Óptica
Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores
22 de Janeiro de 2004
Duração: 2h 30m
Responda sucinta, mas completamente às questões postas, justificando convenientemente as suas respostas.
I (4,5 valores)
A interface 1000Base-LX definida para a Gigabit Ethernet usa como meio de transmissão fibra óptica
multimodal e como fonte óptica um laser de Fabry-Perot, operando no comprimento de onda de 1300 nm, o
qual apresenta uma largura espectral de 5 nm. A fibra usada tem um perfil de índice parabólico com um
diâmetro do núcleo igual a 50 m, uma diferença de índices normalizada igual a 0,015, um declive de
dispersão nula de 0,1 ps/(nm2. km), um comprimento de onda de dispersão nula de 1320 nm e um índice de
refracção de 1,486. Tendo presente que a camada PCS implementa o código 8B10B, determine:
a) O produto largura de banda comprimento.
b) O comprimento máximo da ligação admitindo que a atenuação não é um factor limitativo.
c) Demonstre que o espectro de emissão do laser usado é multimodal e faça uma representação
esquemática desse espectro com indicação dos parâmetros relevantes.
II (6 valores)
Um cabo submarino óptico opera a um débito de 10 Gbit/s no comprimento de onda de 1540 nm e tem um
comprimento de 4800 km. Cada secção do cabo é constituída por um troço de 50 km de fibra G655 com um
parâmetro de dispersão de –4 ps/(nm.km) e um coeficiente de atenuação de 0,24 dB/km, seguida de um
troço de 10 km de fibra G652 com um parâmetro de dispersão de 17 ps/(nm.km) e um coeficiente de
atenuação de 0,2 dB/km. A atenuação de cada secção de cabo é compensada por um amplificador óptico
EDFA, que apresenta um factor de ruído de 5 dB, uma potência de saturação de 13 dBm, uma largura de
banda igual a 25 nm. O receptor óptico usa como fotodetector um PIN com uma eficiência quântica de 0,8 e
o integral de forma I2 é igual a 0,55. Antes do receptor usa-se um filtro óptico com uma transmitância
Lorentziana e uma largura de banda a –3 dB de 1 nm.
a)
Verifique se é possível usar como emissor, neste sistema, um laser DFB modulado directamente, tendo
presente que a largura espectral devida ao chirp é igual a 0,1 nm.
b) Calcule o valor da potência óptica média emitida pelo laser de modo a garantir na recepção uma razão
de erros binários de 10-13, admitindo que todos os EDFAs operam em modo linear e que a razão de
extinção é ideal. Explique quais foram as simplificações efectuadas nos cálculos.
c)
Verifique se a hipótese de linearidade dos EDFAs assumida na alínea b) é válida.
d) Apresenta a estrutura de blocos de um EDFA apropriado para ser usado no sistema em análise, tendo
em conta que se usa um bombeamento contra-direccional. Indique, justificando, qual é o comprimento
de onda de emissão do laser bomba.
III (3,5 valores)
a)
Explique que alterações é necessário fazer para tranformar uma rede híbrida (fibra/coaxial)
convencional apropriada para serviços distributivos (ex:televisão) numa rede bidireccional apropriada
para serviços interactivos ( ex: Internet).
b) Numa rede híbrida bidireccional a uma determinada célula correspondem 1000 casas passadas. Nessa
célula a penetração do cabo é de 80%, a penetração do serviço de modem de cabo é de 25% e o factor
c)
de utilização na hora mais carregada é de 60%. Tendo presente que a camada física do protocolo
DOCSIS usa modulação 16-QAM no percurso ascendente (a eficiência espectral efectiva dessa
modulação é 75% da teórica) e que a banda de retorno atribuída à célula é igual a 10 MHz determine o
débito binário máximo ascendente para cada utilizador.
Admita que, na célula referida na alínea anterior, a penetração de serviço e o débito binário ascendente
duplicam. Que solução sugere para dar resposta a essa alteração? Quais são as implicações que essa
solução tem na infraestrutura física do percurso de retorno?
IV (6 valores)
Considere a rede de transporte WDM com a topologia física representada na Figura 1 e com a matriz de
tráfego (em termos de caminhos ópticos) dada na Tabela 1. Essa rede é baseada num anel bidireccional com
quatro fibras (na Fig.1 só são representadas as fibras de trabalho) e com protecção partilhada a nível de
secção de multiplexagem óptica (OMS).
a) Indique qual é o número de comprimentos de onda necessários e represente um plano de comprimentos
de onda para cada uma das fibras de trabalho, explicando como é realizado o encaminhamento e a
atribuição de comprimentos de onda. Calcule o valor desses comprimentos de onda, considerando que
o comprimento de onda mais baixo é igual a 1550 nm e que se usa uma grelha de 1 nm.
b) Tendo como referência a ligação entre B e D, diga quais são os cabeçalhos que são processados nos
diferentes OADMs, e como é transmitida na rede óptica a informação desses cabeçalhos.
c) Na rede em análise admite-se que a cada caminho óptico corresponde um débito binário de 2,5 Gb/s e
que os diferentes OADMs estão distanciados de 40 km. Os OADMs são totalmente passivos e
apresentam perdas em trânsito de 5 dB e perdas em inserção ou extraçcão de 3 dB. O receptor óptico é
baseado num PIN com uma eficiência quântica igual a 0,8, apresenta uma largura de banda igual a 70%
do débito binário e é caracterizado por uma raiz quadrada da densidade espectral de potência de
corrente de ruído igual a 10 pA/Hz. Considerando que que o sinal emitido pelo emissor apresenta uma
razão de extinção de 10 e que a fibra óptica usada tem um coeficiente de atenuação 0,2 dB/km na
banda C, determine a potência óptica de pico injectada na fibra pelo laser emissor de modo a garantir
uma razão de erros binários de 10-13 na pior situação. Com base nos resultados obtidos diga se essa
rede é exequível. Apresente ainda um esquema de blocos possível para os OADMs considerados.
Fibras de
trabalho
OADM
A
OADM
E
B
D
OADM
C
OADM
OADM
Figura 1
Tabela 1: Matriz de tráfego
A
B
C
D
E
A
B
C
D
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
0
1
1
0
0
1
0
0
-
0
0
E
Tabela 2: Tabela da função complementar de erro
x
erfc (x)
4.3
1,193E-09
4.8
1,135E-11
5.0
1,537E-12
5.2
1,925E-13
5.4
2,228E-14