fiber radio rendszerek - hte
TRANSCRIPT
Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi EgyetemSzélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
http://www.mht.bme.hu/~udvary since 1782
Fiber Radio rendszerekFiber Radio rendszerek
Gerhátné Udvary Eszter
Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi EgyetemSzélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
Optikai és Mikrohullámú Laboratórium
Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi EgyetemSzélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
http://www.mht.bme.hu/~udvary since 1782
TartalomTartalom
• Bevezetés
• Rendszerismertetés– Tiszta SCM
– WDM-RoF
• Diszpeszió
• Többfunkciós eszközök
• MMF
• Összefoglalás
Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi EgyetemSzélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
http://www.mht.bme.hu/~udvary since 1782
Segédvivıs optikai átvitel
• “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
Mikrohullámú moduláció
Optikai moduláció
Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi EgyetemSzélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
http://www.mht.bme.hu/~udvary since 1782
Segédvivıs optikai átvitel
SCM -SubCarrier Multiplexed Optical Transmission SystemTöbb modulált elektromos segédvivıt továbbítunk egyetlen optikai vivın
• egy optikai vivı / egy fényvezetı (üvegszál)• egy optikai adó / egy optikai vevı• számos csatorna / számos elektromos segédvivı
Fényforrás +
Modulátor
Fotodetektor
Optikai szál
Elektromos bemenet
Optikai jel (intenzitásmoduláció)
Elektromos kimenet
összegzı
szőrıváltó
f1 f2 fn
f1 f2 fn
frekvencia
Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi EgyetemSzélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
http://www.mht.bme.hu/~udvary since 1782
Optikai gerinchOptikai gerincháállóózatzat
Optikai átvitel teremt kapcsolatot a
• base-station (BS)
• központi egység (CO: central office)
között
Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi EgyetemSzélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
http://www.mht.bme.hu/~udvary since 1782
BeltBeltééri, elosztott antenna rendszerri, elosztott antenna rendszer
• CO osztja szét a jelet az egyes emeleteken találhatóremote 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
Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi EgyetemSzélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
http://www.mht.bme.hu/~udvary since 1782
Csillag / Fa topolCsillag / Fa topolóógiagia
Központi egység
BS
O/E
E/O
Vevı
Adó
BS
Optikai szál
E/O
Vevı
Adó
BS
O/E
fel- és le irányban eltérı hullámhosszú optikai vivıt használnak. A központi állomás a nagyszámú távoli állomással külön-külön optikai szálpáron teremt kapcsolatot.
Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi EgyetemSzélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
http://www.mht.bme.hu/~udvary since 1782
GyGyőőrrőő / z/ záárt hurok topolrt hurok topolóógiagia• 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
Rádiós egység
modulátor csatoló
vevı
Rádiós egység
Vezérlı egység
Rádiós egység
Rádiós egység
Rádiós egység
transceiver transceiver transceiver
Az egységek közti maximális távolságot meghatározza:• optikai szál vesztesége• optikai teljesítmény• optikai szálon fellépı diszperzió
Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi EgyetemSzélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
http://www.mht.bme.hu/~udvary since 1782
Transceiver Transceiver
Transceiver
Rádiós egység
modulátor
csatoló
vevı
Vezérlı egység
Rádiós egység
Rádiós egység
vevı
lézer
NyNyíílt hurok topollt hurok topolóógiagia• 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
Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi EgyetemSzélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
http://www.mht.bme.hu/~udvary since 1782
WDM RoF: Csillag / Fa topolWDM RoF: Csillag / Fa topolóógiagia
downlink
Transceiver
λ1 mod
MUX
λ2 mod
λn mod
DEMUX
λ1 mod λ2
mod
λn mod
downlink
Transceiver
uplink
downlink
Transceiver
uplink
Lézer Forrás1
Modulátor Adat bemenet
CW
mm hullámú oszcillátor
uplink
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
Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi EgyetemSzélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
http://www.mht.bme.hu/~udvary since 1782
WDM RoF: GyWDM RoF: Győőrrőő topoltopolóógiagia
λ1 mod
MUX
λ2 mod
λn mod
Lézer Forrás1
downlink
OADM
uplink
Transceiver
downlink
OADM
uplink
Transceiver
Lézer Forrás1
λn+1
CW
λn+1
CW
DEMUX
λn+1
mod
λn+1
mod
uplink downlink
Detektor Adat kimenet
mm hullámú oszcillátor
LPF
Modulátor Adat bemenet
CW
mm hullámú oszcillátor
OADM
uplink downlink
Transceiver
Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi EgyetemSzélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
http://www.mht.bme.hu/~udvary since 1782
Optikai szOptikai száálon jellon jeláátviteltvitel
Alapsávi moduláció
Középsávi moduláció(IF: Intermediate
Frequency)
Rádiófrekvenciás moduláció(RF: Radio Frequency)
Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi EgyetemSzélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
http://www.mht.bme.hu/~udvary since 1782
Optikai minOptikai minıısséégrontgrontóó hathatáásoksok
Nemlineáris átviteli karakterisztika=> intermoduláció
Nemlineáris átviteli karakterisztika⇒ Intermoduláció
Konverziós hatásfok=> jelszint
Konverziós hatásfok=> jelszint
⇒ Áthallás⇒ fázis zaj
Diszperzió, Nemlinearitás=> Jelszint csökkenés
Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi EgyetemSzélessávú 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
Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi EgyetemSzélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
http://www.mht.bme.hu/~udvary 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
KeverıHálózat felöl
– LO-t az átvitt jel tartalmazza:BS-ben az optikai-elektromos
konverzió után a vett jelbıl állítjuk elı
Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi EgyetemSzélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
http://www.mht.bme.hu/~udvary since 1782
‘‘BasebandBaseband--overover--FibreFibre’’
• bejáratott digitális hardver• Elhanyagolható diszperziós hatás• Alacsony sebességő opto-
elektromos 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)
Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi EgyetemSzélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
http://www.mht.bme.hu/~udvary since 1782
TTööbbfunkcibbfunkcióós eszks eszköözzöökk
SOA
• Adó/vevı (transceiver)
• erısítı
Electro absortption
• Adó/vevı (transceiver)
λ2 CW
λ1 mod
Downlink optikai szál
λ2 mod
Uplink optikai szál
Uplink Base Station
λ2 CW
λ1 mod Modulátor Adat
bemenet
Lézer Forrás1
Central Station
CW
Detektor Adat kimenet
SOA Transceiver
Lézer Forrás2
uplink
mod
Downlink
downlink
mm hullámú oszcillátor
LPF
mm hullámú oszcillátor
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
Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi EgyetemSzélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
http://www.mht.bme.hu/~udvary since 1782
TTööbbmbbmóódusdusúú optikai szoptikai száál + VCSELl + VCSEL
• Már telepített MM szál (épületen belül)– telepítés költségei (olcsó)
– könnyebb kezelhetıség
– Nagyobb csillapítás
– Nagyobb diszperzió (módusdiszperzió) => kisebb sebességkisebb távolság
• Olcsóbb, egyszerőbb felépítéső E/O és O/E átalakítók– hımérséklet szabályzás nélkül, közvetlenül modulált lézerdióda
– gyakran VCSEL (Vertical Cavity Surface Laser)
Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi EgyetemSzélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
http://www.mht.bme.hu/~udvary 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
⋅⋅π⋅⋅λ=c
LfDcos)f(H
22
link
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
0 2 4 6 8 10
Modulation Frequency [GHz]
Tra
nsm
issi
on [
dB]
Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi EgyetemSzélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
http://www.mht.bme.hu/~udvary since 1782
Diszperzió kompenzálás• Diszperzió kompenzáló szál
• Egyoldalsávos optikai moduláció
• Elıtorzítás
• Utótorzítás
• FBG
• optikai spektrum tükrözése az összeköttetés közepén
• optikai szál ön-fázis modulációja
• SOA
⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅+
+
⋅⋅⋅⋅⋅−
−
⋅⋅⋅⋅=+
c
LfD
f
fLEFj
c
LfDLEF
c
LfDfH
c
link
22
22
22
SOA
sin
sin
cos)(
πλ
πλ
πλ
-20
-15
-10
-5
0
5
0 1 2 3 4 5
Moduláló jel frekvenciája [GHz]
Átv
itel [
dB]
LEF=-0.5LEF=-0.2LEF=-0.1LEF=0
abs(LEF)
Hullámhossz=1550nmSzálhossz=380kmD=16 ps/(nm.km)
Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi EgyetemSzélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
http://www.mht.bme.hu/~udvary since 1782
SOA Diszperzió kompenzátor
-85
-80
-75
-70
-65
-60
-55
-50
-45
5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9Modulációs Frekvencia [GHz]
Det
ektá
lt te
ljesí
tmén
y[d
Bm
] Pin
RSOA80km SSMFRSOA Munkaponti áram=50mA
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
2 3 4 5 6 7 8 9Alapharmonikus frekvenciája, fRF [GHz]
Átv
itel [
dB
]
SOA munkaponti áram
SOA nélkül
SOA áram=400mA, 200mA, 125mA, 100mAOptikai erısítés=15dB, 13.5dB, 4.5dB, -9.5dB
Szálhossz=50kmHullámhossz=1550nm Referencia szálhossz=4m
Nı a munkaponti áram ⇒ a minimum helyek frekvenciája magasabb ⇒ a minimumhely mélysége csökken
Nı a bemeneti optikai teljesítmény⇒ a SOA telítésbe kerül⇒ a chirp paraméter negatívvá válik
⇒a minimum helyek frekvenciája magasabb ⇒ a minimumhely mélysége csökken
Több mőködési és rendszerparaméter is rendelkezésre áll a mőködés optimalizálására
Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi EgyetemSzélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
http://www.mht.bme.hu/~udvary since 1782
ÖÖsszefoglalsszefoglalááss
• 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.