Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Systemy telekomunikacji optycznej dr inż. Małgorzata Jędrzejewska-Szczerska Katedra Optoelektroniki i Systemów Elektronicznych Politechnika Gdańska.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Systemy telekomunikacji optycznej dr inż. Małgorzata Jędrzejewska-Szczerska Katedra Optoelektroniki i Systemów Elektronicznych Politechnika Gdańska."— Zapis prezentacji:

1 Systemy telekomunikacji optycznej dr inż. Małgorzata Jędrzejewska-Szczerska Katedra Optoelektroniki i Systemów Elektronicznych Politechnika Gdańska

2 Schemat blokowy systemu transmisji cyfrowej Interferencja międzysymbolowa (ISI) Elementowa stopa błędu (BER) Kodowanie

3 Wpływ szumu na detekcję sygnału Szum cieplny Szum śrutowy Inne źródła błędów - Szum modowy - Szum wzmacniacza - Szum laserowa - Szum prądowy - Szum tła

4 Stosunek sygnału do szumu szum śrutowy szum termiczny ρ – czułość detektora, P – moc optyczna docierająca do detektora, e –ładunek elektryczny, B – szerokość pasma odbiornika, k – stała Boltzmanna, T – temperatura [K], R – rezystancja obciążenia

5 Stosunek sygnału do szumu Fotodioda lawinowa M n-2 – współczynnik szumu nadmiarowego, M – współczynnik powielania, n – od 2 do 3

6 Stopa błędu Stopa błędu to względna ilość błędów detekcji (BER) Jeżeli: BER = 0,01 to prawdopodobieństwo błędu 0,01 czyli na każde 100 podjętych w układzie detekcji decyzji 1 jest błędna Liczba błędów w ciągu sekundy wynosi średnio: V·BER V - szybkości transmisji [b/s]

7 Stopa błędu przy ograniczeniu szumem śrutowym Szum śrutowy związany jest z sygnałem i pojawia się tylko wówczas gdy pojawia się sygnał (nadanie „1” ). Prawdopodobieństwo popełnienia błędu oznacza odbiór zerowej ilości elektronów pomimo tego, że w czasie T wysłano średnio N e elektronów.

8 Stopa błędu przy ograniczeniu szumem termicznym W systemach, w których stosunek sygnału do szumu jest uwarunkowany termicznie podejmowanie decyzji w odbiorniku polega na porównaniu odebranego sygnału z poziomem odniesienia erf – funkcja błędu

9 Funkcja błędu erf źródło:

10 Zależność stopy błędu od stosunku sygnału do szumu BER = S/N = 20 (13 dB) S/N = 144 (21,6 dB) szum śrutowy szum termiczny

11 Kodowanie sygnału w systemach cyfrowych możliwość odtworzenia częstotliwości zegarowej i zapewnienia synchronizacji nawet wtedy gdy występuje przerwa w transmisji sygnału możliwość przenoszenia bez zniekształcenia kodu przez odbiornik możliwość wprowadzenia redundancji ułatwiającej korekcję błędu telekomunikacja systemy komputerowe

12 KodZasadaPasmo 90% mocy Zegar T T Sygnał 1 0 NRZ0,86/T RZ1,72/T Kodowanie sygnału w systemach cyfrowych

13

14

15 Scrambling – kodowanie nadmiarowe

16 Kodowanie sygnału w systemach analogowych systemy dystrybucji kanałów telewizyjnych (CTV) systemy zagęszczające siatkę łączności komórkowej (mikrocele) sygnał użyteczny składa się z pewnej liczby kanałów skupionych wokół częstotliwości nośnych i zawierających dowolną modulację CTV – modulacja AM wizji i FM fonii

17 Kodowanie sygnału w systemach analogowych Modulacja amplitudowa pojedynczym sygnałem sinusoidalnym: Modulacja intesywności promieniowania świetlnego (IM): ω m – częstotliwość sygnału modulującego, m – głębokość modulacji, ω sc – częstotliwość fali nośnej P 0 – średnia moc transmitowanego światła

18 Projektowanie światłowodowego systemu transmisyjnego odległość transmisji możliwość rozwoju systemu rodzaj transmitowanego sygnału - sygnał cyfrowy: szybkość transmisji stopa błędu czułość odbiornika - sygnał analogowy: rodzaj modulacji zajmowane pasmo stosunek sygnału do szumu

19 Wybór: źródła światłowodu detektora Transmisja sygnału w systemie jest ograniczona przez: dyspersję tłumienie Projektowanie światłowodowego systemu transmisyjnego

20 Minimalizacja kosztów Stopa błędu Stosunek sygnału do szumu Projektowanie światłowodowego systemu transmisyjnego

21 zdefiniowanie wymagań eksploatacyjnych systemu (parametry transmisyjne, mechaniczne, fizyczne) bilans mocy sygnału optyczne określenia pasma transmisji (większe pasmo pozwali na przejście z transmisji analogowej na cyfrową) Projektowanie światłowodowego systemu transmisyjnego

22 Bilans mocy optycznej analiza mocy optycznej wykonana dla każdego łącza L – długość światłowodu,  sw – tłumienie światłowodu, N – liczba spawów,  s – tłumienie spawów, M – liczba połączeń rozłączalnych,  zł – tłumienie połączeń rozłączalnych,  m – tłumienie związane ze starzeniem źródeł światła

23 Bilans mocy optycznej margines 10% całkowitej tłumienności linii na możliwe uszkodzenia kabla i połączenia zgrzewane dodatkowo  m związane ze starzeniem źródeł światła:  m = -3.0 dB – LD z elementem Peltier  m = -4.0 dB – LD bez termostatu  m = -4.5 dB – LED

24 Bilans mocy optycznej Jeżeli bilans mocy optycznej wykazuje, że transmisja nie jest możliwa: źródło o większej mocy światłowód o niższym tłumieniu fotodetektor o większej czułości regenerator

25 Bilans mocy optycznej P źr – moc źródła, P det – czułość detektora, P L – całkowite straty mocy w linii, M – margines: od 6 do 10 dB Jako jednostek mocy optycznej używa się dBm 10 mW = 10 dBm 1 mW = 0 dBm 0.1 mW = -10 dBm

26 Bilans szerokości pasma przenoszenia B – pasmo transmisji,  – całkowite rozszerzenie impulsu w linii transmisyjnej  św – rozszerzenie impulsu w światłowodzie,  det – rozszerzenie impulsu w detektorze,  źr – rozszerzenie impulsu w źródle

27 Jeżeli bilans szerokości pasma przenoszenia wykazuje, że transmisja nie jest możliwa należy rozważyć użycie: światłowodu o większej wartości f 3dB światłowodu jednomodowym źródła o węższej charakterystyce widmowej światłowodu o mniejszej dyspersji światłowodu kompensujący dyspersję Bilans szerokości pasma przenoszenia

28 Przykład I - Bilans mocy Tor światłowodowy o długości 15 km składa się z 10 odcinków łączonych co 1 km o tłumieniu 1 dB/km łączonych co 1 km i 5 odcinków łączonych co 1 km o tłumieniu 1,5 dB/km. Jaka powinna być minimalna moc na wejściu światłowodu, aby po stronie odbiorczej uzyskać średnią moc P 0 =0,3  W zakładając, że na każdym spawie traci się 15% mocy.

29 Tłumienie 10 odcinków po 1 dB/km 10 ∙ 1,0 dB = 10 dB Tłumienie 5 odcinków po 1,5 dB/km 5 ∙ 1,5 dB = 7,5 dB Tłumienie 1 spawu przy spadku transmisji o 15%: T=(100-15)% = 85%,  s = 10 log 0,85= 0,7 dB Tłumienie 14 spawów (przy 15 odcinkach) 14 ∙ 0,7dB = 9,8 dB Łączne tłumienie 27,3 dB Moc na wejściu: Jeżeli  = 27,3 dB to P N \P O = 573,03 P N = P O ∙  = 0,3 ∙ 537,03  = 0,161 P N = 0,161 mW Przykład I - Bilans mocy (ROZWIĄZANIE)

30 Przykład II – Obliczenie dyspersji światłowodu Obliczyć poszerzenie impulsu (dyspersję) w różnego typu światłowodach o długości 10 km, współczynniku refrakcji rdzenia n = 1,48 i aperturze numerycznej NA = 0,1. Dyspersja materiałowa światłowodów wynosi D( )=40 ps/km∙nm, a szerokość widma źródła  = 30nm

31 Przykład II – Obliczenie dyspersji światłowodu (ROZWIĄZANIE) a) światłowód wielomodowy skokowy b) światłowód wielomodowy gradientowy c) światłowód jednomodowy

32 Przykład III – projektowanie analogowego światłowodowego systemu transmisyjnego System typu punkt-punkt o długości 500 m do transmisji szerokopasmowego sygnału wideo (6MHz). Dla otrzymania dobrej jakości obrazu wymagany jest aby stosunek sygnału do szumu wynosił 50 dB (S/N =10 5 ). Modulacja m=100% LED: P=1 mW, 0 =0,85  m,  =35 nm, t=12 ns, powierzchnia emisyjna ma średnicę a<50  m Światłowód wielomodowy o profilu skokowym: NA=0,24, f 3dB L= 33MHz,  =5dB/km, 2r=50  m Fotodioda p-i-n: C d = 5 pF,  = 0,5 A/W, f 3dB =6 MHz R L = (2  C d f 3dB ) -1 = [2  (5∙ ) (6∙10)] -1 = 5035 [  ] R L = 5100 

33 Przykład III – projektowanie analogowego światłowodowego systemu transmisyjnego Założenie: praca w temperaturze otoczenia T=300K, współczynnik szumów dla przedwzmacniacza F=2, równoważna temperatura szumów: T e = 600 K P = 6  W, I =  P = 3  A

34 Przykład III – projektowanie analogowego światłowodowego systemu transmisyjnego Bilans mocy: źródło: 1 mW 0 dBm odbiornik: 6 mW -22,2 dBm Sprzężenie źródła ze światłowodem h=NA2 = 0, ,4 dB Straty odbiciowe (2) 0,4 dB Straty 2 złączy 2 dB 22,2-12,4-0,4-2=7,4 [dB] 7,4/5 = 1,48 [km] Jeżeli: L=1000m to M=2,4 dB

35 Przykład III – projektowanie analogowego światłowodowego systemu transmisyjnego Bilans szerokości pasma przenoszenia:

36 System na odległość 100 km, B=400Mbit/s, BER = 10 -9, kod NRZ Całkowity czas narastania impulsu po przejściu przez łącze nie może być większe niż 70% czasu trwania impulsu t n =0,7T=0,7/R NRZ lub t n =0,7(T/2)=0,7/R NRZ t n =0,7/(4∙10) 8 =1,75 [ns] Przykład IV – projektowanie analogowego światłowodowego systemu transmisyjnego

37 DE-CIX - daily

38 DE-CIX - yearly

39 PLIX - daily

40 PLIX - yearly

41 Terabit Ethernet NTT, 69.1Tbps, 240km, , (OFC), DWDM, 240km, 432x171Gbps(OTN) QAM: 2xQPSK A1:A2=2: nm, D=25GHz, 6,4b/s/Hz Alcatel-Lucent, Bell, 15,5Tbps, 7000km, 155x100Gbps; 100Pb/s/km

42 Eksperymenty ponad 10Tb/s


Pobierz ppt "Systemy telekomunikacji optycznej dr inż. Małgorzata Jędrzejewska-Szczerska Katedra Optoelektroniki i Systemów Elektronicznych Politechnika Gdańska."

Podobne prezentacje


Reklamy Google