Fiber Radio rendszerek

Fiber Radio rendszerek

Gerhátné Udvary Eszter [email protected]

Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék Optikai és Mikrohullámú Laboratórium Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék http://www.mht.bme.hu/~udvary

since 1782

Tartalom • Bevezetés • Rendszerismertetés – Tiszta SCM – WDM-RoF

• • • •

Diszpeszió Többfunkciós eszközök MMF Összefoglalás

Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék http://www.mht.bme.hu/~udvary

since 1782

Segédvivıs optikai átvitel

Optikai moduláció Mikrohullámú moduláció

• “Fibre-Wireless / Fibre-Radio /Radio over fibre” • Microwave photonics • SCM: SubCarrier Multiplexing – Az analóg vagy digitális információval elıször egy mikrohullámú vivıt modulálunk. – A modulált mikrohullámú segédvivık összegével moduláljuk az optikai vivıt Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék http://www.mht.bme.hu/~udvary

since 1782

Segédvivıs optikai átvitel Optikai jel (intenzitásmoduláció) f1 f2

összegzı fn

Fényforrás + Modulátor

Optikai szál

f1 f2

Fotodetektor

Elektromos bemenet

szőrıváltó fn

Elektromos kimenet

SCM - SubCarrier Multiplexed Optical Transmission System Több modulált elektromos segédvivıt továbbítunk egyetlen optikai vivın • egy optikai vivı / egy fényvezetı (üvegszál) • egy optikai adó / egy optikai vevı • számos csatorna / számos elektromos segédvivı

frekvencia Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék http://www.mht.bme.hu/~udvary

since 1782

Optikai gerinchálózat

Optikai átvitel teremt kapcsolatot a • base-station (BS) • központi egység (CO: central office) között Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék http://www.mht.bme.hu/~udvary

since 1782

Beltéri, elosztott antenna rendszer • CO osztja szét a jelet az egyes emeleteken található remote egységek számára (üvegszálon) • Kis területet kell lefedni (egy cella egy szoba vagy pár szomszédos szoba) – Mikro-cella, Piko-cella, Femto-cella

• Milliméterhullámú frekvencia esetén a terjedési veszteség magas • Kis teljesítményigény • Nagy csillapítás falakon, padlón => kis áthallás (szomszédos cellák interferenciája) • Frekvencia újrafelhasználás magas


since 1782

Csillag / Fa topológia fel- és le irányban eltérı hullámhosszú optikai vivıt használnak. A központi állomás a nagyszámú távoli állomással külön-külön optikai szálpáron teremt kapcsolatot.

Optikai szál Központi egység

BS BS O/E

Vevı

E/O

Adó

O/E

Vevı

E/O

Adó

BS


since 1782

Győrő / zárt hurok topológia • Egyetlen optikai szál az információ vételére és adására • Minden egység képes bármely másik egységgel kommunikálni. • A hálózatban alkalmazott segédvivıs csatornák frekvenciái kötöttek. • adási frekvencia elıre kiosztott • vételi frekvencia függ attól melyik másik node jelét akarjuk venni => vezérlı egység (controll unit): centralizálja a hálózatot, a controll csatornán keresztül tájékoztatja az egységeket a megfelelı frekvenciáról. transceiver

csatoló

Rádiós egység

vevı

modulátor

Vezérlı egység

Rádiós egység

transceiver

transceiver

transceiver

Rádiós egység

Rádiós egység

Rádiós egység

Az egységek közti maximális távolságot meghatározza: • optikai szál vesztesége • optikai teljesítmény • optikai szálon fellépı diszperzió


since 1782

Nyílt hurok topológia • Optikai szálon keresztül győjtjük az információt az összes egységtıl • Az összes információ begyőjtése után a jelet visszaküldjük az összes egységet érintve a hurok elejére, minden egység kiválasztja a neki szóló információt. • Minden egység képes bármely másik egység jelét venni. • Vezérlı egység lézer

Transceiver

Transceiver

modulátor

Rádiós egység

Rádiós egység

Rádiós egység

Vezérlı egység

vevı

vevı

Transceiver

csatoló


since 1782

WDM RoF: Csillag / Fa topológia minden BS külön optikai vivıt használ • Egyszerőbb a hálózat topológiája • Könnyebb hálózat és szolgáltatás frissítés • Egyszerőbb hálózat menedzselés • Egyszerőbb BS felépítés (csak saját jelét kapja) • Hullámhossz szelektív, drága optikai elemeket mm hullámú oszcillátor

downlink uplink Lézer Forrás1

Transceiver

CW Adat bemenet

λ1 Modulátor mod λ2 mod λn mod

MUX

λ1 mod λ2 mod DEMUX

downlink uplink Transceiver

λn mod

downlink uplink Transceiver


since 1782

WDM RoF: Győrő topológia mm hullámú oszcillátor uplink

Lézer Forrás1 CW λ1 Modulátor mod λ2 mod

Adat bemenet

downlink

uplink

λn mod Lézer λn+1 Forrás1 CW

uplink

downlink

downlink

Transceiver

Transceiver

OADM

OADM

MUX

λn+1 CW λn+1 mod DEMUX Adat kimenet

LPF

Detektor mm hullámú oszcillátor

OADM

λn+1 mod Transceiver

downlink

uplink


since 1782

Optikai szálon jelátvitel

Alapsávi moduláció

Rádiófrekvenciás moduláció (RF: Radio Frequency) Középsávi moduláció (IF: Intermediate Frequency) Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék http://www.mht.bme.hu/~udvary

since 1782

Optikai minıségrontó hatások

Nemlineáris átviteli karakterisztika => intermoduláció

Nemlineáris átviteli karakterisztika ⇒ Intermoduláció

Konverziós hatásfok => jelszint

Konverziós hatásfok => jelszint Diszperzió, Nemlinearitás => Jelszint csökkenés ⇒ Áthallás ⇒ fázis zaj Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék http://www.mht.bme.hu/~udvary

since 1782

‘RF-over-Fibre’ • egyszerő base-station (nincs szükség frekvencia konverzióra) • Központosított csatorna frekvencia menedzselés • CO berendezések megoszlanak a felhasználók között • air-interface független • Több sávú mőködés is lehetséges

• opto-elektronikai interfész komplikáltabb nagyobb frekvenciákon • Diszperzió csökkenti az RF jel teljesítményét és növeli a fázis zajt • Dinamika tartomány


since 1782

‘IF-over-Fibre’ • Alacsonyabb frekvencia => kisebb diszperziós hatás • Alacsonyabb sebességő opto-elektromos interfaces • Itt is lehetıség van központosított csatorna frekvencia menedzselésre • air-interface független • Alacsony árú „upstream” lehetséges • LO a BS-ben (frekvencia konverzió) – Olcsó, kis fázis zajú MMIC alapú LO forrás – A LO jel nem csak helyileg állítható elı – LO-t az átvitt jel tartalmazza: BS-ben az optikai-elektromos konverzió után a vett jelbıl Hálózat állítjuk elı felöl Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék http://www.mht.bme.hu/~udvary

Keverı

since 1782

‘Baseband-over-Fibre’

• bejáratott digitális hardver • Elhanyagolható diszperziós hatás • Alacsony sebességő optoelektromos interfaces • Digitális jelátvitel a szálon • Jobb intermodulációs karakterisztika

• „air interface”-függı base-station architektúra • Több felhasználó hozzáférése bonyolultabbá teszi a BS tervezést • LO jelre van szükség (távoli elıállítás is lehetséges)


since 1782

Többfunkciós eszközök Több speciális komponens helyett egyetlen többcélú eszköz ⇒ csökken a diszkrét komponensek száma ⇒ kisebb a helyigény ⇒ kevésbé komplikált rendszer ⇒ alacsonyabb ár ⇒ nagyobb megbízhatóság ⇒ gyakran kell kompromisszumot kötni a különbözı feladatok szempontjából ⇒ Rosszabb paraméterek, mint az erısen specifikus komponensek esetén mm hullámú oszcillátor

SOA • Adó/vevı (transceiver) Adat bemenet • erısítı Adat Electro absortption kimenet • Adó/vevı (transceiver)

Lézer Forrás2 Lézer Forrás1

Downlink λ2 CW

downlink Downlink optikai szál

λ2 CW

CW Modulátor

LPF

Detektor

mm hullámú oszcillátor

λ1 mod

λ1 mod

mod

Central Station

Uplink optikai szál

Uplink


uplink SOA Transceiver

λ2 mod

Base Station

since 1782

Többmódusú optikai szál + VCSEL • Már telepített MM szál (épületen belül) – – – –

telepítés költségei (olcsó) könnyebb kezelhetıség Nagyobb csillapítás Nagyobb diszperzió (módusdiszperzió) => kisebb sebesség kisebb távolság

• Olcsóbb, egyszerőbb felépítéső E/O és O/E átalakítók – hımérséklet szabályzás nélkül, közvetlenül modulált lézerdióda – gyakran VCSEL (Vertical Cavity Surface Laser)


since 1782

Diszperzió

• A detektált RF jel teljesítménye változik a diszperziós paraméter, az RF frekvencia és a szál hossz függvényében • Nı a detektált RF jel elektromos fázis zaja 5

 λ ⋅D⋅π⋅f ⋅L   H link (f ) = cos c   2

2

Transmission [dB]

0

-5

-10 -15 -20 -25 -30 0

2

4

6

Modulation Frequency [GHz]


since 1782

8

10

Diszperzió kompenzálás Diszperzió kompenzáló szál Egyoldalsávos optikai moduláció Elıtorzítás Utótorzítás FBG optikai spektrum tükrözése az összeköttetés közepén optikai szál ön-fázis modulációja SOA 5

 λ ⋅ D ⋅π ⋅ f ⋅ L   − H SOA +link ( f ) = cos c   2

0

 λ2 ⋅ D ⋅ π ⋅ f 2 ⋅ L   + − LEF ⋅ sin  c   + j ⋅ LEF ⋅

abs(LEF)

2

 λ ⋅ D ⋅π ⋅ f ⋅ L  fc  ⋅ sin  f c   2

2

Átvitel [dB]

• • • • • • • •

-5

-10 LEF=-0.5 LEF=-0.2 LEF=-0.1 LEF=0

Hullámhossz=1550nm Szálhossz=380km D=16 ps/(nm.km)

-15

-20 0

1


2 3 Moduláló jel frekvenciája [GHz]

4

since 1782

5

SOA Diszperzió kompenzátor 30

-45

10 0

-55

Átvitel [dB]

Detektált teljesítmény[dBm]

-50

SOA munkaponti áram

20

Pin

-60 -65 -70

-10 -20 SOA nélkül

-30 -40 -50

-75

RSOA 80km SSMF RSOA Munkaponti áram=50mA

-80

-60

Szálhossz=50km Hullámhossz=1550nm Referencia szálhossz=4m

-70

-85

SOA áram=400mA, 200mA, 125mA, 100mA Optikai erısítés=15dB, 13.5dB, 4.5dB, -9.5dB

-80

5

5.5

6

6.5

7

7.5

8

8.5

9

Modulációs Frekvencia [GHz]

Nı a bemeneti optikai teljesítmény ⇒ a SOA telítésbe kerül ⇒ a chirp paraméter negatívvá válik ⇒a minimum helyek frekvenciája magasabb ⇒ a minimumhely mélysége csökken

2

3

4 5 6 7 Alapharmonikus frekvenciája, fRF [GHz]

8

Nı a munkaponti áram ⇒ a minimum helyek frekvenciája magasabb ⇒ a minimumhely mélysége csökken

Több mőködési és rendszerparaméter is rendelkezésre áll a mőködés optimalizálására Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék http://www.mht.bme.hu/~udvary

since 1782

9

Összefoglalás • Üvegszálas összeköttetés rádiós alkalmazásokban • Átviteli lehetıségek – RF-over-fibre – IF-over-fibre – baseband over fibre

• Költségek csökkentése – Többfunkciós eszközök – MMF

• Diszperzió – Speciális szál, SSB, SOA, stb. Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék http://www.mht.bme.hu/~udvary

since 1782

Fiber Radio rendszerek

Recommend Documents