ITTO20000809A1 - Sistema di trasmissione ottico. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Sistema di trasmissione ottico*

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un sistema di trasmissione ottica,"e più in particolare un sistema in cui la luce è trasmessa su una singola fibra ottica in molte lunghezze d'onda diverse, possibilmente un'elevata quantità, con ciascuna lunghezza d'onda o "colore" ohe definisce un separato canale di comunicazione ottico. Tale sistema è spesso indicato come sistema a multiplazione a divisione di lunghezza d'onda densa (DWDM). Uno degli effetti delle caratteristiche di trasmissione di una fibra, quale la non linearità, è di degradare la forma degli impulsi di luce trasmessi entro ciascun canale e di generare bande laterali indesiderate a lunghezze d'onda che possono differire dalla lunghezza d'onda inviata all'inizio di un fibra. Queste bande laterali possono coincidere con le lunghezze d'onda trasmesse adiacenti (ossia colori leggermente differenti) e pertanto interferire con i canali adiacenti così da causare una corruzione degli impulsi trasmessi a queste altre lunghezze d'onda.

Nei sistemi DWDM è necessario minimizzare la spaziatura tra canali così da poter ricevere una grande quantità di canali entro la larghezza di banda complessiva disponibile. Al fine di massimizzare l'utilizzo della larghezza di banda disponibile, è frequentemente adottata un'uguale spaziatura fra i canali su una griglia specificata dalla ITU, ma un'eguale spaziatura tra canali è sensibile alle bande laterali indesiderate quando queste possono originarsi come disturbi di diafonia in banda che riducono il rapporto segnale/diafonia.

La soppressione di tutti i termini di diafonia in banda comporta una allocazione diseguale della spaziatura tra canali che richiede una larghezza di banda del sistema elevata in misura proibitiva.

Scopo della presente invenzione è di fornire un sistema di trasmissione ottico perfezionato. Secondo la presente invenzione, un sistema di trasmissione ottico include un trasmettitore ottico ed una fibra ottica, il trasmettitore essendo predisposto per trasmettere lungo la fibra una pluralità di canali ottici ciascuno ad una differente lunghezza d'onda disposta su una griglia di lunghezze d'onda egualmente spaziate, i canali essendo organizzati in gruppi di tre, ciascuno dei quali è disposto su quattro posizioni di griglia adiacenti, una posizione delle quali è inutilizzata, con gruppi adiacenti distanziati fra loro da due o più posizioni di griglia libere.

L'invenzione è descritta nel seguito a titolo di esempio con riferimento ai disegni allegati, in cui:

la figura 1 mostra un sistema di trasmissione ottico; e

le figure 2, 3 e 4 sono diagrammi esemplificativi relativi a tale sistema.

Con riferimento alla figura 1, un sistema di trasmissione ottico include un trasmettitore ottico 1 che invia segnali di comunicazione ottici su una fibra ottica 2 ad un ricevitore ottico 3. La fibra 2 può essere tipicamente di lunghezza superiore ai 100 km, e porta numerosi canali di comunicazione diversi, ciascuno ad una diversa lunghezza d'onda o colore. Tale sistema è noto come sistema DWDM in considerazione del gran numero di lunghezze d'onda utilizzate, tipicamente 32 o più. I singoli 32 canali di comunicazione 5 sono ricevuti dal trasmettitore 1 e multiplati insieme in DWDM per la trasmissione su una singola fibra 2 verso il ricevitore 3, ove i singoli canali 6 sono resi disponibili alle porte di uscita.

In questo esempio la fibra ottica è una fibra a dispersione non nulla (NZDSF), ed elevate potenze di canale in ingresso inducono fenomeni non lineari che però degradano la forma di un impulso. Tale fibra genera l'effetto chiamato miscelazione a quattro onde (four wave mixing, FWM), che rappresenta bande laterali indesiderabili.

Le bande laterali possono anche essere generate da una cosiddetta fibra a dispersione nulla.

La fibra ottica 2 presenta una larghezza di banda disponibile, ed esistono predeterminate lunghezze d'onda discrete che possono essere utilizzate per i diversi canali. Queste lunghezze d'onda discrete corrispondono ad una griglia equamente spaziata che è specificata dalla ITU, e l'utilizzo di una eguale spaziatura tra canali dà origine a componenti di miscelazione a quattro onde che provocano disturbi di diafonia in banda. La presente invenzione riduce sostanzialmente queste difficoltà utilizzando un codice a tre canali (TCC) rappresentato in diagramma nella figura 2.

In questa figura è mostrata sull’asse λ delle lunghezze d'onda una griglia di eguale spaziatura tra canali secondo lo standard ITU, ma i canali ottici sono organizzati in gruppi di tre lunghezze d'onda, dei quali sono mostrati tre gruppi 7, 8, 9. Ciascun gruppo occupa quattro posizioni della griglia, così ché una posizione della griglia entro ciascun gruppo è libera e la prima e l'ultima posizione della griglia in ciascun gruppo sono occupate. Sono predisposti tanti gruppi quanto è necessario per la trasmissione del numero complessivo di canali. Ciascuna gruppo è separato dal gruppo adiacente da due o più posizioni di griglia libere k. Nella figura 2 è k = 2, poiché ci sono due posizioni di griglia libere tra gruppi adiacenti. Al fine di utilizzare in modo efficiente la larghezza di banda disponibile, k dovrebbe essere piccolo, ma può essere maggiore, ad esempio k = 3 o k = 4 per ridurre ulteriormente gli indesiderabili disturbi di diafonia, ma a spese di un meno efficiente utilizzo della larghezza di banda.

La potenza Pij* di FWM, generata da tre canali di onda continua con potenze di ingresso Pi, Pj, P* a frequenze fi, fj ed fk, all'uscita di una fibra con attenuazione a e di lunghezza z è:

(1)

in cui dijk è il fattore di degenerazione, che assume un valore 1 o 2 per termini degeneri e non degeneri rispettivamente, γ il coefficiente non lineare, Leff la lunghezza efficace, e η*.-)* l'efficienza, che per NZDSF sufficientemente lunghe può essere approssimata come T]ijk = af/Afi2^. Il coefficiente di coincidenza di fase Δβι-^, lontano dalla regione a dispersione nulla, è

(2)

in cui Dc è la dispersione della fibra e Δλι* e Δλ-jk sono le spaziature in lunghezze d'onda tra i canali i e k, ed j e k. Nel caso di canali disposti sulla griglia ITU, Δβι-jj,;assume i valori discreti:

(3 )

e pertanto anche l'efficienza diventa ηη=η (Δβη), in cui n = |i-k(|j-k| è l'ordine di efficienza e Δλ è la risoluzione di griglia ITU selezionata, tipicamente un multiplo di 0,4 nm.

La figura 3 mostra in maggior dettaglio un gruppo di tre lunghezze d'onda disposte su una griglia ad uguale spaziatura alle posizioni 1, 3 e 4.

La distanza tra posizioni corrisponde alla risoluzione Δλ prescelta della griglia. Nella figura 3 sono anche riepilogati anche tutti i termini FWM. Ciascun termine è rappresentato dagli indici ijk dei tre canali coinvolti nel prodotto. Ad esempio, il termine 134 che ricade nella posizione 0 contrassegna il contributo FWM generato congiuntamente dai canali alle posizioni 1, 3 e 4. Per ciascun termine FWM è segnata anche nella figura 1 la corrispondente efficienza (ossia magnitudine relativa) ηη.Come si vede, nessun termine FWM ricade nei tre canali, e l'efficienza dei termini FWM decresce con la loro distanza dal "gruppo di tre canali" composto dalle posizioni da 1 a 4. Il sistema secondo l'invenzione aggiunge più canali al pettine WDM ripetendo tanti gruppi di tre canali quanti sono necessari, distanziati reciprocamente di k posizioni come mostrato nella figura 2. La larghezza di banda occupata da un sistema WDM a N canali è pertanto

(4) in cui Q ed R sono il quoziente ed il resto della divisione di N per 3, ossia N = 3Q+R. Si noti che i termini FWM in banda che ricadono in un canale entro uno specifico gruppo appaiono a causa della presenza di canali appartenenti a diversi gruppi. Pertanto, aumentando la distanza k di posizione tra gruppi adiacenti, l'efficienza dei termini FWM in banda decresce a spese di un aumento della larghezza di banda B del sistema. Lo sviluppo frazionario della larghezza di banda, definito come

può essere ricavato, tipicamente per grandi valori di N, come e^ (k+l)/3, e dipende esclusivamente da k. E' facile verificare che il più piccolo ordine di efficienza n dei termini FWM in banda è 1 quando k=0, 4 quando k=l, ed n=k+4 per k>2.

A livelli ridotti di potenza trasmessa l'eguale spaziatura tra canali (ECS) è lo schema migliore, ossia quello che minimizza la larghezza di banda del sistema. All'aumentare della potenza per canale, il rapporto segnale/diafonia (SXR) diminuisce rapidamente sotto un valore di soglia tollerabile SXRmin per alcuni canali del pettine.

La larghezza di banda di sistema risultante con schema ECS, per un sistema con N=32 canali, è riportata come linea a tratto continuo nella figura 4 in funzione della potenza media di canale in ingresso. La risoluzione di griglia a potenza ridotta è 0,4 nm, ed aumenta a passi di 0,4 nm in corrispondenza di ciascuna discontinuità nella curva.

La figura 4 mostra inoltre la larghezza di banda del sistema per schemi TCC, per lo stesso sistema ed i medesimi parametri di fibra. Si consideri dapprima il TCC con risoluzione di griglia 0,4 nm, indicato con linea tratteggiata. All1aumentare della potenza, SXR.^ viene raggiunto da alcuni canali, e la distanza k tra singoli gruppi aumenta di una unità in corrispondenza di ciascuna discontinuità, a partire da k = 0 in corrispondenza di un livello di bassa potenza. Fino ad una potenza di ingresso media per canale Pin=-1 dBm, lo schema ECS è il migliore. Per valori di potenza superiori, fino a circa 9 dBm, lo schema TCC con risoluzione di griglia ITU di 0,4 nm è lo schema più efficiente in termini di larghezza di banda del sistema.

Tuttavia, all'aumentare della spaziatura k tra singoli gruppi, anche lo schema TCC diventa inefficiente ed un modo per recuperare efficienza in larghezza di banda è quello di adottare uno schema TCC con una risoluzione di griglia maggiore, ossia aumentando la distanza tra le posizioni della griglia. La larghezza di banda del sistema nello schema TCC con risoluzione 0,8 nm è anch'essa mostrata nella figura 4 in linea punteggiata

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1 . Sistema di trasmissione ottico comprendente un trasmettitore ottico (1) ed una fibra ottica (2), il trasmettitore (1) essendo predisposto per trasmettere lungo la fibra (2) una pluralità di canali ottici (5; 6) ciascuno ad una differente lunghezza d'onda disposta su una griglia di lunghezze d'onda egualmente spaziate, i canali essendo organizzati in gruppi (7, 8, 9) di tre, ciascuno dei quali è disposto su quattro posizioni di griglia adiacenti, una posizione delle quali è inutilizzata, con gruppi {7, 8, 9) adiacenti distanziati tra loro da due o più posizioni di griglia libere.
2. 2. Sistema di trasmissione ottico secondo la rivendicazione 1, in cui la posizione di griglia inutilizzata in ciascun gruppo (7, 8, 9) di tre canali si presenta in corrispondenza della seconda posizione di griglia per tutti i gruppi (7, 8, 9).
3. 3. Sistema di trasmissione ottico secondo la rivendicazione 1, in cui la posizione di griglia inutilizzata in ciascun gruppo (7, 8, 9) di tre canali si presenta in corrispondenza della terza posizione di griglia per tutti i gruppi (7, 8, 9).
4. 4 . Sistema di trasmissione ottico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui tutti i gruppi (7, 8, 9) adiacenti sono distanziati da due posizioni di griglia libere.
5. 5. Sistema di trasmissione ottico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la spaziatura di griglia è di 0,4 nm.
6. 6. Sistema di trasmissione ottico secondo le rivendicazioni 1 a 4, in cui la spaziatura di griglia è di 0,8 nm.
7. 7. Sistema di trasmissione ottico secondo lina qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui sono predisposti 16 o più canali ottici (5; 6).
8. 8. Sistema di trasmissione ottico, in cui la fibra ottica (2) è una fibra a dispersione non nulla.