Φωηονική και Τηλεπικοινωνίες

Transcript

1 Φωηονική και Τηλεπικοινωνίες Γεκήηξηνο Οπδνπλίδεο Χεηκεξηλό Δμάκελν Γηάιεμε 5 ε 1

2 Είδη και ηρόποι διαμόρθωζης 2

3 Φαζκαηηθή απόδνζε Βαζηθόο ζηόρνο ελόο νπηηθνύ ζπζηήκαηνο κεηάδνζεο είλαη ε κεγηζηνπνίεζε ηεο θαζκαηηθήο απόδνζεο Η θαζκαηηθή απόδνζε δείρλεη ην πνζό δεδνκέλσλ αλά κνλάδα θάζκαηνο: bits per sec ond Spectral Efficiency bandwidth π.ρ. γηα έλα θαλάιη κε δηακόξθσζε NRZ θαη ξπζκό κεηάδνζεο 10 Gb/s ζε θάζκα 50 GHz ην spectral efficiency είλαη 0.2 bits/sec/hz Πνιπεπίπεδεο δηακνξθώζεηο όπσο QAM, DQPSK θιπ έρνπλ spectral efficiency > 1 bit/sec/hz 3

4 Γηακόξθσζε θσηόο E(t) = êacos(ω 0 t +θ) Amplitude-shift keying (ASK): δηακόξθσζε A Frequency-shift keying (FSK): δηακόξθσζε σ 0 Phase-shift keying (PSK): δηακόξθσζε θ Polarization-shift keying (PolSK): δηακόξθσζε ê 4

5 Κξηηήξηα επηινγήο ελόο ζρήκαηνο δηακόξθσζεο Φαζκαηηθή απόδνζε (spectral efficiency) Δπαηζζεζία δέθηε θαη απαηηνύκελνο ζεκαηνζνξπβηθόο ιόγνο Πνιππινθόηεηα πνκπνύ θαη δέθηε Αλνρή ζε θαηλόκελα δηάδνζεο (δηαζπνξά, κε γξακκηθόηεηεο) Παξάδεηγκα: Πόζνο είλαη ν ζπλνιηθόο ξπζκόο δεδνκέλσλ πνπ κπνξνύλ λα απνζηαινύλ ζηελ C-band α) κε δηακόξθσζε NRZ ζηα 10 Gb/s θαη 50 GHz channel spacing β) κε QPSK δηακόξθσζε ζηα 20 Gb/s θαη 37.5 GHz channel spacing 5

6 Γηακόξθσζε RZ (1) Η δηακόξθσζε Return-to-Zero νδεγεί ζε ζηελόηεξν παικό από όηη ε NRZ όκσο ην θάζκα είλαη κεγαιύηεξν Βαζηθή παξάκεηξνο ζηελ RZ δηακόξθσζε είλαη ε δηάξθεηα θύθινπ RZ 50% duty cycle RZ 33% duty cycle 6

7 Γηακόξθσζε RZ (2) Πλεονεκηήμαηα RZ Γηαηήξεζε ρξνληζκνύ ζε κεγάιεο αθνινπζίεο bit 1 Μεγαιύηεξε αλνρή ζηελ δηαζπνξά ηξόπνπ πόισζεο Μεγαιύηεξε αλνρή ζε ελδνθαλαιηθά κε γξακκηθά θαηλόκελα Μειονεκηήμαηα RZ Μεγαιύηεξε πνιππινθόηεηα από ηελ NRZ Μεγαιύηεξν θάζκα γηα ηνλ ίδην ξπζκό κεηάδνζεο Μεγαιύηεξν πνζό ASE ζνξύβνπ Μηθξόηεξε αλνρή ζηε ρξσκαηηθή δηαζπνξά 7

8 Τξόπνη Γεκηνπξγίαο RZ 8

9 Γηακόξθσζε CSRZ (1) H δηακόξθσζε carrier suppressed return to zero (CSRZ) είλαη δύν επηπέδσλ θαη παξέρεη πην ζηελό θάζκα από ηε δηακόξθσζε RZ γηα ηνλ ίδην ξπζκό κεηάδνζεο άξα παξέρεη κεγαιύηεξν spectral efficiency έρεη κεγαιύηεξε αλνρή ζηε δηαζπνξά έρεη κεγαιύηεξε αλνρή ζην ζόξπβν αλ ρξεζηκνπνηνύληαη ηα θαηάιιεια θίιηξα Η δηαθνξά από ηελ RZ είλαη όηη ε θάζε ηνπ ζήκαηνο κεηαμύ δύν γεηηνληθώλ ζπκβόισλ κεηαβάιιεηαη θαηά π άξα ε θάζε κεηαμύ δύν δηαδνρηθώλ bits είλαη αληίζεηε ε ηζρύο ηνπ θέξνληνο κεδελίδεηαη 9

10 Γηακόξθσζε CSRZ (2) 10

11 Γηακόξθσζε Duobinary (1) Σηε δηακόξθσζε Duobinary έρνπκε αιιαγή θάζεο όηαλ έλαο πεξηηηόο αξηζκόο από κεδεληθά εκθαλίδεηαη κεηαμύ δύν δηαδνρηθώλ bit 1 Χξεζηκνπνηεί ηε δηαζπκβνιηθή παξεκβνιή, έλα θαηλόκελν ην νπνίν γεληθά νδεγεί ζε ζθάικαηα ζην δέθηε Απαηηεί ζεκαληηθή ειεθηξνληθή επεμεξγαζία ησλ δεδνκέλσλ ζηνλ πνκπό Η δηακόξθσζε DB έρεη ζηελόηεξν θάζκα από ηελ NRZ 11

12 Γηακόξθσζε Duobinary (2) 12

13 Γηακόξθσζε PSK (1) Σηελ δηακόξθσζε PSK ε πιεξνθνξία δηακνξθώλεηαη ζηε θάζε ηνπ θέξνληνο γηα bit 1 ε θάζε είλαη π γηα bit 0 ε θάζε είλαη 0 Σηελ PSK δηακόξθσζε ην πιάηνο ηνπ θέξνληνο δηαηεξείηαη ζηαζεξό αθνύ δηακνξθώλεηαη κόλν ε θάζε Σην δηάγξακκα νθζαικνύ ζήκαηνο RZ PSK απνπζηάδνπλ κεδεληθνί παικνί 13

14 Γηακόξθσζε PSK (2) Γεηγκαηνιεπηώληαο γηα θάζε bit ζηε κέζε ηεο ρξνλνζπξίδαο, κπνξνύκε λα απνηππώζνπκε ηα δείγκαηα ζην κηγαδηθό επίπεδν δεκηνπξγώληαο ην δηάγξακκα αζηεξηζκνύ H απόζηαζε ηνπ θάζε ζεκείνπ από ηελ αξρή ησλ αμόλσλ δειώλεη ηελ ηζρύ ηνπ αληίζηνηρνπ παικνύ H θάζε δειώλεηαη από ηε γσλία ζηελ νπνία βξίζθεηαη ην ζεκείν 14

15 Αλίρλεπζε ζήκαηνο PSK Καζώο ην ζήκα πξνζπίπηεη ζηε θσηνδίνδν, παξάγεη ειεθηξηθό ξεύκα αλάινγν ηεο ηζρύνο ηνπ. Με ηνλ ηξόπν απηό ράλεηαη ε πιεξνθνξία ηεο θάζεο Ι R e E s 2 Γηα λα αλαθηεζεί ε πιεξνθνξία, ζα πξέπεη ην δηακνξθσκέλν ζηε θάζε ζήκα λα πξνζπέζεη καδί κε έλα άιιν ζήκα αλαθνξάο θαζνξηζκέλεο θάζεο θαη ηζρύνο (ζύκθσλε αλίρλεπζε) 15

16 Γηακόξθσζε DPSK (1) Τν θάζε bit ηνπ θσδηθνπνηεκέλνπ ζήκαηνο ζπγθξίλεηαη κε ην επόκελν bit ηνπ ζήκαηνο πιεξνθνξίαο Μεηάβαζε από 0 ζε 1 ή από 1 ζε 0 αληηζηνηρεί ζε θάζε π ελώ δηαηήξεζε ηεο αμίαο ηνπ bit αληηζηνηρεί ζε θάζε 0 O precoder πινπνηείηαη κε κία απιή πύιε XOR. Σηε ζπλέρεηα ε πξνθύπηνπζα αθνινπζία νδεγεί έλαλ phase modulator, όπσο θαη ζηε δηακόξθσζε PSK 16

17 Γηακόξθσζε DPSK (2) Μεηά από δηάδνζε ζηελ ίλα, ην δηάγξακκα αζηεξηζκνύ είλαη Τα ζεκεία έρνπλ πεξηζηξαθεί θαη δηαζπαξεί ζην κηγαδηθό επίπεδν Η πεξηζηξνθή δειώλεη ηε κεηαηόπηζε θάζεο θαηά ηε δηάδνζε ζηελ ίλα Η δηαζπνξά ζηελ αθηηληθή ζπληζηώζα δειώλεη ην ζόξπβν πιάηνπο θαη ζηελ εθαπηνκεληθή ην ζόξπβν θάζεο Η πεξηζηξνθή κπνξεί λα αθαηξεζεί ζην δέθηε ζρεηηθά εύθνια, νπόηε ηειηθά ε δηαθνξά θάζεο κεηαμύ δύν δηαδνρηθώλ παικώλ βξίζθεηαη είηε θνληά ζην 0 είηε θνληά ζην π 17

18 Απνδηακόξθσζε DPSK Πξηλ ηε θσηνδίνδν ε δηακόξθσζε θάζεο κεηαηξέπεηαη ζε δηακόξθσζε πιάηνπο κε ηε ρξήζε ελόο ζπκβνινκέηξνπ θαζπζηέξεζεο 1 bit (delay interferometer DI) Αλ ε δηαθνξά θάζεο κεηαμύ δηαδνρηθώλ παικώλ είλαη 0, έλαο παικόο εκθαλίδεηαη ζηε ζύξα Β. Αλ ε δηαθνξά θάζεο είλαη π, ν παικόο εκθαλίδεηαη ζηε ζύξα Α Σηηο δύν ζύξεο πξνθύπηνπλ δύν ζπκπιεξσκαηηθέο αθνινπζίεο. Αλ ηα ειεθηξηθά ζήκαηα ησλ δύν θσηνδηόδσλ αθαηξεζνύλ, πξνθύπηεη ην δηάγξακκα νθζαικνύ ηεο DPSK Λόγσ απηήο ηεο δηαθνξηθήο ιήςεο ε DPSK έρεη κεγαιύηεξε επαηζζεζία ζην δέθηε θαηά 3 db 18

19 Γηακόξθσζε DQPSK Σηε δηακόξθσζε DQPSK θάζε ζύκβνιν θέξεη δύν bit Δπνκέλσο, ν ξπζκόο κεηάδνζεο ζπκβόισλ 20 Gsymbols/s αληηζηνηρεί ζε ξπζκό κεηάδνζεο δεδνκέλσλ 40 Gbit/s Με ηνλ ηξόπν απηό, δηπιαζηάδεηαη ε θαζκαηηθή απόδνζε ή ηζνδύλακα γηα ηνλ ίδην ξπζκό κεηάδνζεο, ην ζήκα γίλεηαη πνιύ πην αλζεθηηθό θπξίσο ζηε ρξσκαηηθή δηαζπνξά θαη ηε δηαζπνξά ηνπ ηξόπνπ πόισζεο Γύν αλεμάξηεηα ζήκαηα πιεξνθνξίαο u θαη v ζπζρεηίδνληαη θαη παξάγνπλ ηα ζήκαηα I θαη Q 19

20 Απνδηακόξθσζε DQPSK Γηα ηελ απνδηακόξθσζε, ην ζήκα DQPSK ρσξίδεηαη ζε δύν κέξε. Τν θαζέλα νδεγείηαη ζε έλα Delay Interferometer. Τα DΙ είλαη πνισκέλα κε δηαθνξά θάζεο κεηαμύ ηνπο 90 ν Τα δύν DIs απνδίδνπλ ηηο αξρηθέο αθνινπζίεο u θαη v 20

21 Γηακόξθσζε FSK Σηελ δηακόξθσζε FSK ε πιεξνθνξία δηακνξθώλεηαη ζηε ζπρλόηεηα ηνπ θέξνληνο E(t) = êacos(ω 0 t +θ) Γηα έλα δπαδηθό ζήκα ην ω 0 παίξλεη ηηκή ω 0 - Γσ θαη ω 0 + Γσ, αλαιόγσο αλ κεηαδίδεηαη bit 0 ή 1 Η δηαθνξά θάζεο 2Γσ νλνκάδεηαη tone spacing θαη αληηπξνζσπεύεη ηε ζπρλνηηθή απόζηαζε κεηαμύ ησλ bit 0 θαη 1 Η πινπνίεζε ηεο FSK απαηηεί δηακνξθσηέο ηθαλνύο λα κεηαβάιινπλ ηε ζπρλόηεηα ηνπ νπηηθνύ ζήκαηνο θαηάιιεια 21

22 Γηακόξθσζε OFDM (1) Η δηακόξθσζε orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) είλαη κία δηακόξθσζε πνιιαπιώλ θεξόλησλ ζύκθσλα κε ηελ νπνία ην θάζκα ηνπ θαλαιηνύ δηαηξείηαη ζε ππν-θέξνληα ηα νπνία κεηαθέξνπλ δεδνκέλα ζε ξπζκό R b /N sc Τα ππνθέξνληα αιιεινεπηθαιύπηνληαη ζην θάζκα, γη απηό έρεη κεγαιύηεξε θαζκαηηθή απόδνζε από ην ζρήκα WDM 22

23 Γηακόξθσζε OFDM (2) Η πιεξνθνξία κεηαθέξεηαη από N sc ππνθέξνληαη ηα νπνία απέρνπλ θαζκαηηθά κεηαμύ ηνπο: 1 m fk k or fk fl T T Όπνπ T s είλαη ε δηάξθεηα ελόο OFDM ζπκβόινπ s s 23

24 Κσδηθνπνηεηήο OFDM example of adding only one sample copyin the beginning Bits S/P QAM Mapping -1+j -1-j... IFFT j j... Cyclic prefix adder j j... P/S D/A j j j

25 Απνθσδηθνπνηεηήο OFDM j j -1+j j j -1-j 00 Cyclic A/D QAM prefix FFT S/P... demapping.. remover j j 1-j 10 P/S Bits

26 QAM δηακνξθώζεηο Με ηε ρξήζε ελόο IQ δηακνξθσηή κπνξνύκε λα επηηύρνπκε νπνηνδήπνηε ζεκείν αζηεξηζκνύ ζην κηγαδηθό IQ πεδίν Τν πεδίν εμόδνπ ελόο IQ δηακνξθσηή είλαη 1 ( u ) 1 ( ) I t Vbias uq t Vbias Eout Ein cos j cos 2 2V 2 2V 26

27 Οπηηθόο πνκπόο γηα QAM δηακόξθσζε I part QAM encoder Laser MZM Combiner Transmitted optical signal 90 o MZM Q part 27

28 Οπηηθόο δέθηεο γηα QAM δηακόξθσζε incoming optical signal Es LO ELO 90 o optical hybrid E E E E s s s s E E je je LO LO LO LO PIN PIN PIN PIN E E s LO 2 E E s LO 2 E je s 2 E je s LO LO EE s LO je E s LO LPF LPF Signal Processing and BER Estimation 28

29 Σύγθξηζε δηαθνξεηηθώλ ζρεκάησλ δηακόξθσζεο (1) 29

30 Σύγθξηζε δηαθνξεηηθώλ ζρεκάησλ δηακόξθσζεο (2) 30

31 Σύγθξηζε δηαθνξεηηθώλ ζρεκάησλ δηακόξθσζεο (3) 31

32 Δξσηήζεηο; Εσταριζηώ για ηο τρόνο ζας!