OPTOTELEKOMUNIKACJA. dr inż. Piotr Stępczak 1

Transkrypt

1 OPTOTELEKOMUNIKACJA dr inż. Piotr Stępczak 1

2 Odbiór koherentny W odróżnieniu do detekcji bezpośredniej technologia koherentna uwzględnia wzytkie apekty falowe światła. Proce detekcji koherentnej jet czuły na amplitudę, czętotliwość fazę optycznego ygnału wejściowego. dr inż. Piotr Stępczak 2

3 Odbiór koherentny Główne zalety Więkza czułość odbioru (o 5dB -20dB) Więkza i łatwiejza do uzykania elektywność Możliwość odbioru wzytkich rodzajów modulacji dr inż. Piotr Stępczak 3

4 Sytem IM / DD Laer t t modulacja światłowód t Fotodioda dr inż. Piotr Stępczak 4

5 Sytem koherentny Laer modulacja t λ 1 λ 1 światłowód t umator optyczny λ 2 t Fotodioda Lokalny ocylator Laer Detektor A, F, φ dr inż. Piotr Stępczak 5 t t

6 Sytem koherentny Dane wej. Ster. Mod. Modulacja Amplitudy, Czętotliwości Fazy, Polaryzacji Mod. λ 1 = λ 2 - homodyna λ 1 λ 2 - heterodyna λ 1 λ 2 PIN / APD WO Dem. Dane wyj. Ster. Laer CW Laer Laer Ster. NADAJNIK ODBIORNIK dr inż. Piotr Stępczak 6

7 Sytem koherentny homodynowy Widmo ygnału modulacji Laer 1 Widmo ygnału optycznego po modulacji f Widmo ygnału optycznego i laera 2 () demodulacji Laer 2 f f f dr inż. Piotr Stępczak 7

8 Sytem koherentny heterodynowy Widmo ygnału modulacji Laer 1 Widmo ygnału optycznego po modulacji f Widmo ygnału optycznego i laera 2 () Laer 2 f f f demodulacji f f dr inż. Piotr Stępczak 8

9 Czułość odbioru koherentnego Sygnał odbierany e = E ( ) ( ) j t ( t ) t e ω +φ Sygnał lokalnego ocylatora e = E ( ) ( ) j t ( t ) t e ω +φ W odbiorze ma znaczenie natężenie pola elektrycznego, a nie tylko moc. dr inż. Piotr Stępczak 9

10 Czułość odbioru koherentnego Związek między natężeniem pola fali o ampl. E, a mocą fali optycznej padającej na pow. A E P = 2 Z o impedancja falowa ośrodka (dla powietrza Z o = 120π[Ω]) 2 A Z o dr inż. Piotr Stępczak 10

11 Czułość odbioru koherentnego Sygnał odbierany ma amplitudę i fazę zależną od czau modulacja : amplitudy, fazy, czętotliwości Wypadkowa fala na fotodiodzie e = e + w e Prąd wyjściowy fotodiody (PIN lub APD) o pow. A d i d = S d MA d E 2Z 2 w o dr inż. Piotr Stępczak 11

12 Czułość odbioru koherentnego Wypadkowa amplituda pola e w = E 2 ( ) 2 t + E ( t) ( t ) E co [ ( ω ω ) t + φ ( t ) φ ] + 2 E co Użyteczny ygnał pośredniej czętotliwości i d gdzie S MA E ( t) E = 2 d d co 2Zo φ p ( t) = φ ( t) φ [ ω t + φ ( t) φ ] p dr inż. Piotr Stępczak 12

13 Czułość odbioru koherentnego Użyteczny ygnał pośredniej czętotliwości i d [ ] ( t ) P t φ ( t ) = 2 S M P co ω + d p p Możliwość dowolnego zwiękzania członu ygnałowego P (zwiękza to moc zumu śrutowego od laera lokalnego) dr inż. Piotr Stępczak 13

14 Korzyści detekcji koherentnej Amplituda ygnału prądowego przy modulacji AM, ASK I = 2S ASK d M P ( t) P PSK ze kokiem 180 o I PSK = I o I o 4S = d M P ( t) P dr inż. Piotr Stępczak 14

15 Korzyści detekcji koherentnej W porównaniu z detekcją bezpośrednią I = S D d MP I I ASK D = 2 P P I I PSK D = 4 P P P >> P dr inż. Piotr Stępczak 15

16 Korzyści detekcji koherentnej Z uwzględnieniem zumów dla S N = ( S M P P ) d ASK 2, qbm Sd P + P >> P 2 2 KTBF R S N ASK Sd P qbm = ηp hνbm 0, 5 0, 5 = 2 S N kw dr inż. Piotr Stępczak 16

17 Czułość odbioru koherentnego P [W] DD PIN DD APD 10-5 CD PIN B [MHz] dr inż. Piotr Stępczak 17

18 Korzyści detekcji koherentnej Więkzy tounek ygnału do zumu (SNR) Możliwość zwiękzenia zaięgu tranmiji (odcinków regeneracyjnych) przy utrzymaniu mocy optycznej źródła na tym amym poziomie Możliwość zwiękzenia pama tranmiyjnego przy niezmienionym budżecie mocy optycznej (Możliwa tranmija o przepływności rzędu Gbit/ na ok..200km) dr inż. Piotr Stępczak 18

19 Korzyści detekcji koherentnej Łatwość korekcji charakterytyki dyperyjnej światłowodu na drodze elektrycznej. Zależność zybkości tranmiji w światłowodzie od czętotliwości można łatwo kompenować toując odpowiednie filtry mikrofalowe, bądź linie opóźniające. Dodatkowa poprawa czułości poprzez zatoowanie np. modulacji fazy, co było niemożliwe przy użyciu niekoherentnych ytemów tranmiji dr inż. Piotr Stępczak 19

20 Korzyści detekcji koherentnej Duża poprawa elektywności odbioru poprzez przeunięcie widma optycznego ygnału do czętotliwości elektrycznych (filtry optyczne nie ą jezcze tak elektywne jak filtry elektryczne) Widmo ygnału po demodulacji f p1 f p2 f p3 Laer 1 f p f 1 ν f 2 Laer 2 ν f 3 ν ν Laer 3 ν f f f p1 p2 p3 = = = ν ν ν dr inż. Piotr Stępczak 20

21 Trudności detekcji koherentnej Wymagana zgodność polaryzacji fal pochodzących od laera lokalnego oraz nioącej ygnał użyteczny dla zapewnienia odpowiedniej jakości detekcji heterodynowej (interferencja) Fotodetektor o kwadratowej charakterytyce i d = S d A d ( E + E ) 2Z o 2 E Zmiany : temperatury, ciśnienia, naprężeń wewn., zgięcia włókna E i d dr inż. Piotr Stępczak 21

22 Trudności detekcji koherentnej Wymagana zgodność polaryzacji fal pochodzących od laera lokalnego oraz nioącej ygnał użyteczny dla zapewnienia odpowiedniej jakości detekcji heterodynowej (interferencja) Spooby walki ze zmianą polaryzacji: Skramblowanie polaryzacji Użycie światłowodu utrzymującego polaryzację Kontrola polaryzacji laera odbiorczego Odbiór rozprozony dr inż. Piotr Stępczak 22

23 Trudności detekcji koherentnej Spooby walki ze zmianą polaryzacji: Skramblowanie polaryzacji Użycie światłowodu utrzymującego polaryzację Odbiór rozprozony Dane Sprzęgacz Sygnał λ 1 wyj. PIN / wej. WO Dem. APD λ 2 Kontr. Polar. Ster. KP Laer Ster. dr inż. Piotr Stępczak 23

24 Trudności detekcji koherentnej Spooby walki ze zmianą polaryzacji: Skramblowanie polaryzacji Użycie światłowodu utrzymującego polaryzację Kontrola polaryzacji laera odbiorczego Sygnał wej. λ 1 λ 2 Sprzęgacz Rozdz Polar. PIN / APD PIN / APD WO i 2 + WO i 2 Dane wyj. Laer Ster. dr inż. Piotr Stępczak 24

25 Trudności detekcji koherentnej Konieczność tabilizacji linii widmowych laerów Detekcja koherentna będzie możliwa kiedy, różnica czętotliwości między heterodyną a laerem nadawczym będzie tała i będzie mieścić ię w zakreie pama elektrycznego odbiornika. Długość fali emitowanej przez laer ulega zmianom wraz z wahaniami prądu ( nm/ma) oraz temperatury (0.1-1 nm/k). dr inż. Piotr Stępczak 25

26 Trudności detekcji koherentnej Konieczność tabilizacji linii widmowych laerów Detekcja koherentna będzie możliwa kiedy, różnica czętotliwości między heterodyną a laerem nadawczym będzie tała i będzie mieścić ię w zakreie pama elektrycznego odbiornika. Spooby tabilizowania długości fali laerów: zatoowanie układów przężenia zwrotnego z użyciem np. termitora jako czujnika temperatury i elementu Peltierjako regulatora dr inż. Piotr Stępczak 26

27 Trudności detekcji koherentnej Wymagana wąka linia widmowa laerów Splot widma laera nadawczego i widma ygnału okreowego mui mieścić ię w zakreie pama filtru odbiornika elektrycznego, aby nie zmniejzać SNR Warunki na dopuzczalną zerokość linii widmowej laerów: Modulacja ASK f= 0,1 BR Modulacja PSK f= 0,1 BR Modulacja PSK hom. f= 10-4 BR dr inż. Piotr Stępczak 27