13. Optyczne łącza analogowe

Podobne dokumenty
Parametry i technologia światłowodowego systemu CTV

Układy zasilania tranzystorów. Punkt pracy tranzystora Tranzystor bipolarny. Punkt pracy tranzystora Tranzystor unipolarny

Warstwa fizyczna. Model OSI Model TCP/IP. Aplikacji. Aplikacji. Prezentacji. Sesji. Transportowa. Transportowa. Sieciowa. Sieciowa.

4. Modulacje kątowe: FM i PM. Układy demodulacji częstotliwości.

Przetwarzanie analogowocyfrowe

WSTĘP DO ELEKTRONIKI

LABORATORIUM PODSTAW ELEKTRONIKI PROSTOWNIKI

Wykład 2 Projektowanie cyfrowych układów elektronicznych

Najprostszy mieszacz składa się z elementu nieliniowego, do którego doprowadzone są dwa sygnały. Przykładowy taki układ jest pokazany na rysunku 1.

Transmisja analogowa i cyfrowa. Transmisja analogowa i cyfrowa

Optyczne elementy aktywne

Instrukcja do ćwiczenia nr 23. Pomiary charakterystyk przejściowych i zniekształceń nieliniowych wzmacniaczy mikrofalowych.

POMIAR PARAMETRÓW SYGNAŁOW NAPIĘCIOWYCH METODĄ PRÓKOWANIA I CYFROWEGO PRZETWARZANIA SYGNAŁU

Liniowe układy scalone. Wykład 4 Parametry wzmacniaczy operacyjnych

19. Zasilacze impulsowe

Politechnika Wrocławska Wydział Elektroniki, Katedra K-4. Klucze analogowe. Wrocław 2017

Parametry czasowe analogowego sygnału elektrycznego. Czas trwania ujemnej części sygnału (t u. Pole dodatnie S 1. Pole ujemne S 2.

Podstawowe człony dynamiczne

Układy transmisji bezprzewodowej w technice scalonej, wybrane zagadnienia

Filtry aktywne filtr środkowoprzepustowy

6. Modulatory optyczne

f = 2 śr MODULACJE

POLITECHNIKA ŚLĄSKA W GLIWICACH WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA i ENERGETYKI INSTYTUT MASZYN i URZĄDZEŃ ENERGETYCZNYCH

Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska

Wzmacniacze optyczne ZARYS PODSTAW

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, WYDZIAŁ PPT I-21 LABORATORIUM Z PODSTAW ELEKTROTECHNIKI I ELEKTRONIKI 2 Ćwiczenie nr 8. Generatory przebiegów elektrycznych

Zastosowania liniowe wzmacniaczy operacyjnych

Laboratorium Elektroniki

Badanie funktorów logicznych TTL - ćwiczenie 1

Politechnika Warszawska

1. Modulacja analogowa, 2. Modulacja cyfrowa

Podstawowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych wzmacniacz odwracający i nieodwracający

LABORATORIUM Sygnałów, Modulacji i Systemów ĆWICZENIE 2: Modulacje analogowe

Dobór współczynnika modulacji częstotliwości

Przebieg sygnału w czasie Y(fL

Opracowane przez D. Kasprzaka aka 'master' i D. K. aka 'pastakiller' z Technikum Elektronicznego w ZSP nr 1 w Inowrocławiu.

Filtry aktywne filtr górnoprzepustowy

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania. Podstawy Automatyki

(1.1) gdzie: - f = f 2 f 1 - bezwzględna szerokość pasma, f śr = (f 2 + f 1 )/2 częstotliwość środkowa.

Autokoherentny pomiar widma laserów półprzewodnikowych. autorzy: Łukasz Długosz Jacek Konieczny

Statyczne badanie wzmacniacza operacyjnego - ćwiczenie 7

ELEMENTY SIECI ŚWIATŁOWODOWEJ

Stanowisko do badania zjawiska tłumienia światła w ośrodkach materialnych

ANALIZA HARMONICZNA RZECZYWISTYCH PRZEBIEGÓW DRGAŃ

Politechnika Białostocka

1. Rezonans w obwodach elektrycznych 2. Filtry częstotliwościowe 3. Sprzężenia magnetyczne 4. Sygnały odkształcone

14 Modulatory FM CELE ĆWICZEŃ PODSTAWY TEORETYCZNE Podstawy modulacji częstotliwości Dioda pojemnościowa (waraktor)

BER = f(e b. /N o. Transmisja satelitarna. Wskaźniki jakości. Transmisja cyfrowa

LABORATORIUM PODSTAWY ELEKTRONIKI Badanie Bramki X-OR

Detekcja synchroniczna i PLL. Układ mnoŝący -detektor fazy!

Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki Katedra Elektroniki

Politechnika Warszawska

Sygnał vs. szum. Bilans łącza satelitarnego. Bilans energetyczny łącza radiowego. Paweł Kułakowski. Zapewnienie wystarczającej wartości SNR :

Węzeł optyczny LR 43 zasilany lokalnie Węzeł optyczny LR 63 zasilany zdalnie

ĆWICZENIE NR 43 U R I (1)

Wydział Elektryczny. Temat i plan wykładu. Politechnika Białostocka. Wzmacniacze

Liniowe układy scalone w technice cyfrowej

Sieci komputerowe II. Uniwersytet Warszawski Podanie notatek

ĆWICZENIE 15 BADANIE WZMACNIACZY MOCY MAŁEJ CZĘSTOTLIWOŚCI

Detektor Fazowy. Marcin Polkowski 23 stycznia 2008

1. Wprowadzenie - łącze optyczne i jego elementy

Pomiar podstawowych parametrów liniowych układów scalonych

PODSTAWY ELEKTRONIKI I TECHNIKI CYFROWEJ

Światłowodowy kanał transmisyjny w paśmie podstawowym

Układy zasilania tranzystorów

Węzeł optyczny LR 54 E2000 / LR 54S SC/APC zasilany lokalnie Węzeł optyczny LR 55 E2000 / LR 55S SC/APC zasilany zdalnie

Podstawy Elektroniki dla Elektrotechniki

POMIARY INTERMODULACJI. WPŁYW INTERMODULACJI NA WSPÓŁCZYNNIK SZUMÓW.

Podstawowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych wzmacniacz odwracający i nieodwracający

Rys.1. Podstawowa klasyfikacja sygnałów

Ćwiczenie nr 65. Badanie wzmacniacza mocy

POMIARY CZĘSTOTLIWOŚCI I PRZESUNIĘCIA FAZOWEGO SYGNAŁÓW OKRESOWYCH. Cel ćwiczenia. Program ćwiczenia

Demodulator FM. o~ ~ I I I I I~ V

4.2. Obliczanie przewodów grzejnych metodą dopuszczalnego obciążenia powierzchniowego

WZMACNIACZ OPERACYJNY

Systemy i Sieci Radiowe

Regulatory. Zadania regulatorów. Regulator

ĆWICZENIE LABORATORYJNE. TEMAT: Badanie wzmacniacza różnicowego i określenie parametrów wzmacniacza operacyjnego

Lekcja 20. Temat: Detektory.

14. Systemy radiowo-światłowodowe

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego. Badanie przerzutników

06 Tor pośredniej częstotliwości, demodulatory AM i FM Pytania sprawdzające Wiadomości podstawowe Budowa wzmacniaczy pośredniej częstotliwości

Tranzystory bipolarne. Właściwości wzmacniaczy w układzie wspólnego kolektora.

LABORATORIUM Z ELEKTRONIKI

Nanoeletronika. Temat projektu: Wysokoomowa i o małej pojemności sonda o dużym paśmie przenoszenia (DC-200MHz lub 1MHz-200MHz). ang.

Podstawy transmisji sygnałów

Sieci optoelektroniczne

Dobór przekroju żyły powrotnej w kablach elektroenergetycznych

Ćwiczenie 6 WŁASNOŚCI DYNAMICZNE DIOD

Liniowe układy scalone. Wykład 2 Wzmacniacze różnicowe i sumujące

Tranzystorowe wzmacniacze OE OB OC. na tranzystorach bipolarnych

Tranzystory bipolarne. Właściwości dynamiczne wzmacniaczy w układzie wspólnego emitera.

Układy akwizycji danych. Komparatory napięcia Przykłady układów

Liniowe układy scalone. Komparatory napięcia i ich zastosowanie

Politechnika Warszawska Wydział Elektryczny Laboratorium Teletechniki

TRUST WIRELESS VIDEO & DVD VIEWER

Laboratorium z PODSTAW AUTOMATYKI, cz.1 EAP, Lab nr 3

WZMACNIACZ NAPIĘCIOWY RC

Optotelekomunikacja 1

Wydział Elektryczny, Katedra Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Laboratorium Przetwarzania i Analizy Sygnałów Elektrycznych

Transkrypt:

TELEKOMUNIKACJA OPTOFALOWA 13. Opyczne łącza analogowe Spis reści: 13.1. Wprowadzenie 13.. Łącza analogowe z bezpośrednią modulacją mocy 13.3. Łącza analogowe z modulacją zewnęrzną 13.4. Paramery łącz analogowych 13.5. Podsumowanie 13. TELEKOMUNIKACJA OPTOFALOWA: Łącza analogowe Srona 1

13.1. WPROWADZENIE IDEA ŁĄCZA ANALOGOWEGO Mimo rozwoju echniki ransmisji cyfrowej, ransmisja sygnałów w posaci analogowej jes ciągle isonym elemenem wielu sysemów elekomunikacyjnych i radiolokacyjnych. Transmisja sygnałów odbieranych przez aneny i przesyłanych do dalszej obróbki. Transmisja sygnałów odbieranych i dosarczanych przez różnego ypu czujki i czujniki. Transmisja sygnałów w sieciach elewizji kablowej CATV. Nadajnik Odbiornik Rys.13.1. Idea pracy opycznego łącza analogowego. U WE () W N Świałowód U WY () W O Sygnał elekryczny po wzmocnieniu moduluje sygnał opyczny. Ten jes ransmiowany do odbiornika, a po deekcji wzmocniony. 13. TELEKOMUNIKACJA OPTOFALOWA: Łącza analogowe Srona

13.. ŁĄCZA ANALOGOWE Z BEZPOŚREDNIĄ MODULACJĄ STRUKTURA ŁĄCZA P WEJ [W] P WYJ [W] W N W O Laser Świałowód Foodioda POPT [mw] S L [W/A] P OPT () ID [A] R D [A/W] I D [ma] I L [ma] P OPT [W] Rys.13.. Łącze świałowodowe z bezpośrednią modulacją mocy opycznej generowanej przez laser, oraz ilusracja procesów modulacji i deekcji. 13. TELEKOMUNIKACJA OPTOFALOWA: Łącza analogowe Srona 3

13.. ŁĄCZA ANALOGOWE Z BEZPOŚREDNIĄ MODULACJĄ WZMOCNIENIE Można zdefiniować wzmocnienie G łącza analogowego uwzględniające sprawność konwersji: mocy elekrycznej P WEJ na moc opyczną przez laser, mocy opycznej na elekryczną P WYJ przez foodiodę. G P P WYJ WEJ I I md ml Jeśli pominąć sray mocy opycznej w świałowodzie i w połączeniach ze świałowodem, o wzmocnienie G jes funkcją: czułości modulacji lasera (nachylenia charakerysyki P OPT (I)) S L [W/A], czułości deekcji R D [A/W]. G S L R D ; Tak definiowane wzmocnienie nie zależy od poziomu mocy wyjściowej lasera i średniego prądu foodeekora. 13. TELEKOMUNIKACJA OPTOFALOWA: Łącza analogowe Srona 4

13.. ŁĄCZA ANALOGOWE Z BEZPOŚREDNIĄ MODULACJĄ LASERY Nachylenie charakerysyki P OPT (I) lasera jes rzędu 100mW/A i zależy od pasma modulacji, malejąc ze wzrosem pasma. Nachylenie ch-ki lasera SL[W/A] 0,150 0,100 0,050 0 1300 nm 1500 nm 0,3 1 3 10 30 3 db pasmo modulacji lasera [GHz] Rys.13.3. Warości czułości modulacji laserów rozmaiych ypów laserów półprzewodnikowych w zależności od szerokości pasma modulacji. 13. TELEKOMUNIKACJA OPTOFALOWA: Łącza analogowe Srona 5

13.. ŁĄCZA ANALOGOWE Z BEZPOŚREDNIĄ MODULACJĄ FOTODETEKTORY Czułość foodeekorów PIN, dla niedużych pasma foodeekcji, bliska jes eoreycznej warości R D = 1A/W. Ze wzrosem szerokości pasma maleje warość R D i należy się spodziewać zmniejszenia całkowiego wzmocnienia G. Podobnie zachowują się foodeekory ypu MSM Czułość deekora RD[A/W] 1, Teoria PIN-1500nm 0,8 PIN-1300nm 0,4 MSM 0 10 30 100 300 1000 3 db pasmo deekcji deekora [GHz] Rys.13.4. Czułości rozmaiych foodeekorów zależą od ich pasma pracy. 13. TELEKOMUNIKACJA OPTOFALOWA: Łącza analogowe Srona 6

13.. ŁĄCZA ANALOGOWE Z BEZPOŚREDNIĄ MODULACJĄ WZMOCNIENIE W ypowych łączach analogowych z bezpośrednią modulacją mocy opycznej lasera półprzewodnikowego wzmocnienia G są zwykle mniejsze od 0 db. W specjalnych ypach laserów o dużym nachyleniu S L można uzyskać wzmocnienia większe od 10 db. 0 Wzmocnienie łącza G[dB] -10 Łącze z laserem o dużym S L Typowe łącze -0-30 0,01 0,1 1 10 100 Średni prąd deekora [ma] Rys.13.5. Warości wzmocnienia łączy analogowych ypowe i dla specjalnie dobranych ypów laserów 13. TELEKOMUNIKACJA OPTOFALOWA: Łącza analogowe Srona 7

1T(V) 13.3. ŁĄCZA ANALOGOWE Z MODULACJĄ ZEWNĘTRZNĄ STRUKTURA ŁĄCZA P WEJ [W] P WYJ [W] W N W N Laser P O Świałowód Foodioda S MZ [V -1 ] P OPT [W] ID [A] R D [A/W] I() V P OPT [W] V() Rys.13.6. Łącze świałowodowe z zewnęrzną modulacją mocy opycznej przez modulaor elekroopyczny, oraz ilusracja procesów modulacji i deekcji. 13. TELEKOMUNIKACJA OPTOFALOWA: Łącza analogowe Srona 8

13.3. ŁĄCZA ANALOGOWE Z MODULACJĄ ZEWNĘTRZNĄ MODULATOR MZ (1) Zasada działania modulaora elekroopycznego Mach-Zehnde ra opisana zosała w Wykładzie 6. Zgodnie z podanym am wyprowadzeniem charakerysyka ransmisji mocy opycznej opisana jes nasępująco (V charakerysyczna warość napięcia modulaora): T P P T V V OWYJ MAX V 1 cos ; OWEJ T MAX T(V) Rys.13.7. Charakerysyka ransmisji mocy przez modulaor elekroopyczny w funkcji ampliudy fali modulującej. Modulaor winien być wsępnie spolaryzowany. A V 0 V 13. TELEKOMUNIKACJA OPTOFALOWA: Łącza analogowe Srona 9

13.3. ŁĄCZA ANALOGOWE Z MODULACJĄ ZEWNĘTRZNĄ MODULATOR MZ () Napięcie V = V 0 + V RF jes sumą napięcia polaryzacji V 0 i sygnału V RF. Maksymalna ransmisja mocy opycznej T MAX <1, modulaor ma własne sray wynikłe ze sraności świałowodów planarnych. W punkcie przegięcia charakerysyki T(V), dla V 0 = V, wysępuje długi odcinek prosoliniowy o nachyleniu S MZ : S MZ T V V Transmiancja modulaora T(V RF ) dla V 0 = V : T T VV T 4V MAX MAX RF V S V T ; RF MZ RF MAX 1 ; V 4V Polaryzacja wsępna w p.a umożliwia pracę jako modulaora ampliudy. Napięcie V RF może mieć przebieg sinusoidalny, bądź być sumą wielu nośnych z bocznymi wsęgami modulacji. 13. TELEKOMUNIKACJA OPTOFALOWA: Łącza analogowe Srona 10

13.3. ŁĄCZA ANALOGOWE Z MODULACJĄ ZEWNĘTRZNĄ WZMOCNIENIE Można zdefiniować wzmocnienie G analogicznie jak dla łącza z modulacją bezpośrednią: Głębokość modulacji mocy opycznej zależy od (V RF /V ). G P P WYJ WEJ I I md ml Ta sama ampliuda V RF może modulować małe, bądź duże moce opyczne P O. A więc wzmocnienie łącza opycznego jes proporcjonalne do mocy wyjściowej lasera nadajnika. G S MZ R D P V 0 R D ; Rys.13.8. Porównanie wzmocnień łącza analogowego z bezpośrednią i zewnęrzną modulacją mocy opycznej. Wzmocnienie łącza G[dB] 30 0 10 0-10 Łącze z modulacją zewnęrzną Łącze z laserem o dużym S L -0 Typowe łącze -30 0,01 0,1 1 10 100 Średni prąd deekora [ma] 13. TELEKOMUNIKACJA OPTOFALOWA: Łącza analogowe Srona 11

13.3. ŁĄCZA ANALOGOWE Z MODULACJĄ ZEWNĘTRZNĄ EKSPERYMENTY Łącza z modulacją zewnęrzną umożliwiają użycie laserów na ciele sałym Nd:YAG, o mocy opycznej kilku waów. Przy użyciu dużych mocy opycznych możliwym jes uzyskanie całkowiego wzmocnienia. Warość wzmocnienia zależy, jak zwykle, od pasma pracy. 30 Rys.13.9. Najlepsze rezulay wzmocnień eksperymenalnych łącz analogowych z laserami na ciele sałym. Wzmocnienie łącza G[dB] 0 10 0-10 -0-30 0,1 1 10 100 3 db pasmo przenoszenia łącza [GHZ] 13. TELEKOMUNIKACJA OPTOFALOWA: Łącza analogowe Srona 1

13.4. PARAMETRY ŁĄCZ ANALOGOWYCH WSPÓŁCZYNNIK SZUMÓW (1) Ważnym paramerem łącza analogowego jes współczynnik szumów. Sosunek mocy sygnału S do mocy szumu N, S/N jes miarą jakości odbieranego sygnału i ulega degradacji w procesie ransmisji łączem analogowym. Współczynnik szumów F łącza analogowego definiowany jes Si / Ni jako sosunek: F 1; S / N o o Rys.13.10. Sygnały i szum na wejściu i wyjściu łącza analogowego. Pi = Si + Ni P o = S o + N o = = GSi + GNi + Nwew N wew = GkBT eq Sygnał S o zosaje wzmocniony: Moc szumu Ni kt0b; T0 90K; zosaje akże wzmocniona G razy, do niego dodaje się szum łącza: N o S o S G; GkB T i o T eq ; 13. TELEKOMUNIKACJA OPTOFALOWA: Łącza analogowe Srona 13

13.4. PARAMETRY ŁĄCZY ANALOGOWYCH WSPÓŁCZYNNIK SZUMÓW () Łącza z bezpośrednią modulacją mocy, o wzmocnieniach w granicach -30 db... 5 db zachowują się jak łumiki, dla kórych współczynnik szumów równy jes warości łumienia. Wzmocnienie łączy z zewnęrzną modulacją mogą mieć warości większe od jedności. Ze wzrosem wzmocnienia współczynnik szumów maleje do eoreycznej granicy 4,5 db. WSPÓŁCZYNNIK SZUMÓW N[dB] 40 30 0 10 N = G 0-30 -0-10 0 10 WZMOCNIENIE ŁĄCZA G[dB] Teoreyczny limi 4,5 db Rys.13.11. Współczynnik szumów N łączy analogowych w zależności od ich wzmocnienia G. 13. TELEKOMUNIKACJA OPTOFALOWA: Łącza analogowe Srona 14

13.4. PARAMETRY ŁĄCZY... ZNIEKSZTAŁCENIA INTERMODULACYJNE Procesy modulacji mocy opycznej lasera półprzewodnikowego, charakerysyka modulaora MZ, charakerysyka deekcji foodeekora nie są idealnie liniowe. Saje się o przyczyną powsawania zniekszałceń inermodulacyjnych, niepożądanych w łączach analogowych. 0 Rys.3.1. Charakerysyka widma sygnału wyjściowego łącza analogowego zasilanego sygnałem dwuonowym o częsoliwościach f 1 i f. AMPLITUDA [db] -10-0 -30-40 -50 f f1 f1 f f 1 f f f1 f 1 f 1 + f f 3f 1 f 1 + f f + f 1 3f -60 0 100 00 300 400 CZĘSTOTLIWOŚĆ [MHZ] 13. TELEKOMUNIKACJA OPTOFALOWA: Łącza analogowe Srona 15

13.4. PARAMETRY ŁĄCZ ANALOGOWYCH ILUSTRACJA GRAFICZNA Składowa podsawowa P WYJ =P WEJ MOC WYJŚCIOWA [dbm] G Składowe inermodulacji Sosunek sygnał/szum Dynamiczny zakres pracy MOC SYGNAŁU WEJŚCIOWA [dbm] Rys.13.10.Ilusracja podsawowych paramerów łącz analogowych: wzmocnienia G, sosunku sygnału do szumu i dynamicznego zakresu pracy, ograniczonego obecnością zniekszałceń inermodulacyjnych. 13. TELEKOMUNIKACJA OPTOFALOWA: Łącza analogowe Srona 16

13.4. PARAMETRY ŁĄCZ ANALOGOWYCH PORÓWNANIE PARAMETRÓW Zesawiono w Tabeli najlepsze rezulay łączy analogowych wykorzysujących echnikę IM/DD dl oby ypów modulacji mocy opycznej. Paramer Bezpośrednia modulacja Modulacja zewnęrzna Długość fali nm 850, 1300, 1550 1300, 1550 Maksymalna częsoliwość modulacji GHz 30 100 Wzmocnienie mocy łącza db -5...-35-30...+30 Współczynnik szumów db 0...60 4...30 Dynamiczny zakres pracy bez zniekszałceń IM db.hz /3 Sandard Z linearyzacją 100...114 10 11 130 13. TELEKOMUNIKACJA OPTOFALOWA: Łącza analogowe Srona 17

13.5. PODSUMOWANIE Mimo rozwoju echniki ransmisji sygnałów cyfrowych, w wielu przypadkach opyczne łącza analogowe są użyecznym narzędziem ransmisji. Najprosszymi w realizacji są łącza analogowe z laserami półprzewodnikowymi. Wzmocnienie ego ypu łącz jes dużo mniejsze od 1, powoduje o degradację sosunku sygnał/szum. Łącza z modulacją zewnęrzną umożliwiają użycie laserów na ciele sałym Nd:YAG, o mocy kilku waów. W rezulacie wzmocnienia łącz są większe od 1, a współczynnik szumów maleje do kilku decybeli. Wadą ego ypu rozwiązań jes wysoka cena lasera na ciele sałym i modulaora elekroopycznego. W łączach analogowych z mulipleksacją na podnośnych ypu SCM isonym problemem sają się zniekszałcenia inermodulacyjne. Aby poprawić dynamikę łącza sosuje się rozmaie echniki prowadzące do obniżenia poziomu ych zniekszałceń, akie jak: układy wprowadzające wsępne zniekszałcenia, układy ze sprzężeniem w przód. 13. TELEKOMUNIKACJA OPTOFALOWA: Łącza analogowe Srona 18