Źródła zakłóceń w systemach transmisji światłowodowej Wykład 12

Źródła zakłóceń w systemach transmisji światłowodowej
Wykład 12 SMK
Literatura: „Wstęp do współczesnej telekomunikacji światłowodowej”, J. Siuzdak
1. Szumy nadajników i toru światłowodowego
a). szum fazowy i szum natężenia laserów
- przyczyna – emisja spontaniczna zachodząca jednocześnie z akcją
laserową; natężenie i faza emitowanego światła ulegają szybkim
fluktuacjom
- fluktuacje natężenia pola = powstanie szumu natężenia RIN
= fluktuacje fazy = skończona szerokość linii widmowej
Funkcja korelacji pola emitowanego przez laser:
Γu (τ ) = E {u(t )u * (t + τ )]
u( t ) =
P exp[ j (2πf o t + Φ)] − pole optyczne o mocy P, f o − częstotliwość środowa
Widmo emitowanego światla:
+∞
S( f ) =
∫ Γu (τ ) exp( − j 2πfτ )dτ ; pomijamy fluktuacje natężenia , fluktuacje fazy są gaussowskie
−∞
Γu (τ ) = E {exp[ j∆Φ(τ )]}exp( − j 2πf oτ ) =
1
exp[ − E {∆Φ 2 (τ )}]exp( − j 2πf oτ )
2
∆Φ(τ ) = Φ(t + τ ) − Φ(t )
p( ∆Φ) =
1
2πσ Φ
exp( −
∆Φ 2
2
2σ Φ
2
); σ Φ
− wariancja różnicy faz
2
σΦ
= 2π∆ν FWHM τ
widmo częstotliwościowe lasera:
2P
S( f ) =
2( f − f o ) 2
) ]
π∆ν FWHM [1 + (
∆ν FWHM
1
Kształt widma Lorenza
Funkcja autokorelacji natężenia światla:
C I (τ ) =
E {δP(t )δP(t + τ )}
Po2
; Po − wartość średnia , δP = P − P o − fluktuacja natężenia światla
gęstość widmowa szumu natężenia:
+∞
RIN ( f ) =
∫ C I (τ ) exp( − j 2πft )dτ
−∞
Widmo szumu natężenia RIN dla kilku poziomów mocy typowego lasera 1.55 µm.
2
b) zakłócenia wywołane odbiciami wstecznymi
- zmiana szerokości linii widmowej lasera
- zwiększenie szumu względnego natężenia RIN
∆G = −2 k e cos(ωt e ), δω = ω − ω o = − k e [sin(ωt e ) + α cos(ωt e )]
δf =
δf o
1 2
[1 + 1 + α k e t e cos(ωt e +
)]
tgα
2
, δf o − szerokość widmowa lasera bez odbić
Przykładowa zależność stosunku mocy sygnału do szumu lasera od
poziomu optycznego sprzężenia zwrotnego.
c). wpływ migotania (chirpu) na transmisję
Straty mocy spowodowane chirpem:
DP=-10lg10(1-4DL∆λB)
Współczynnik ekstynkcji:
EX=10lg10P1/Po [dB]
3
Straty mocy spowodowane chirpem i zmianami współczynnika
ekstynkcji
d). szum partycji modowej
polega na tym, że moc indywidualnych modów podłużnych podlega
dużym fluktuacjom, podczas gdy całkowita moc emitowana przez
laser pozostaje stała (przyczyna – ujemna korelacja pomiędzy
modami)
Straty mocy spowodowane szumem modalnym
4
Zależność stopy błędów BER w obecności szumu partycji dla lasera
jednomodowego ze słabymi modami bocznymi; MSR – współczynnik
stłumienia modów bocznych.
d). szum modalny – związany wyłącznie ze światłowodami
wielomodowymi
Filtracja przestrzenna wzoru plamkowego w złączu światłowodowym
5
2. Szumy odbiorników
a). szumy odbiorników optoelektronicznych
Schemat zastępczy odbiornika transimpedancyjnego
Własności
szumowe
tranzystorowych
różnych
b). szumy wzmacniaczy optycznych
2
2
2
σ 2 = E {i s2 } = σ c2 + σ s2 + σ sp
− sp + σ sig − sp + σ s − sp
SNR =
P2
P
h 2ν 2 ∆fFo (2
+ Bo Fo )
hν
6
typów
przedwzmacniaczy