Fiber Radio rendszerek

Átírás

1 Fiber Radio rendszerek Gerhátné Udvary Eszter Optikai és Mikrohullámú Laboratórium

2 Tartalom Bevezetés Rendszerismertetés Tiszta SCM WDM-RoF Diszpeszió Többfunkciós eszközök MMF Összefoglalás

3 Segédvivıs optikai átvitel Mikrohullámú uláció Optikai uláció Fibre-Wireless / Fibre-Radio /Radio over fibre Microwave photonics SCM: SubCarrier Multiplexing Az analóg vagy digitális információval elıször egy mikrohullámú vivıt ulálunk. A ulált mikrohullámú segédvivık összegével uláljuk az optikai vivıt

4 Segédvivıs optikai átvitel f 1 f 2 f n összegzı Elektromos bemenet Fényforrás + Modulátor Optikai jel (intenzitásuláció) Optikai szál Fotodetektor Elektromos kimenet szőrıváltó f 1 f 2 f n SCM - SubCarrier Multiplexed Optical Transmission System Több ulált elektromos segédvivıt továbbítunk egyetlen optikai vivın egy optikai vivı / egy fényvezetı (üvegszál) egy optikai adó / egy optikai vevı számos csatorna / számos elektromos segédvivı frekvencia

5 Optikai gerinchálózat Optikai átvitel teremt kapcsolatot a base-station (BS) központi egység (CO: central office) között

6 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

7 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 BS Központi egység BS O/E Vevı E/O Adó BS O/E Vevı E/O Adó

8 Győrő / zárt z 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 ulátor Rádiós egység vevı Rádiós egység Vezérlı egység Az egységek közti maximális távolságot meghatározza: optikai szál vesztesége optikai teljesítmény optikai szálon fellépı diszperzió transceiver transceiver transceiver Rádiós egység Rádiós egység Rádiós egység

9 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 ulátor Rádiós egység Rádiós egység Rádiós egység Vezérlı egység vevı vevı Transceiver csatoló

10 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 Lézer Forrás1 Transceiver downlink uplink Adat bemenet CW Modulátor λ 1 λ 2 MUX DEMUX λ 1 λ 2 Transceiver downlink uplink λ n λ n downlink uplink Transceiver

11 WDM RoF: Győrő topológia mm hullámú oszcillátor Lézer Forrás1 uplink downlink uplink downlink uplink downlink Adat bemenet CW Modulátor λ 1 λ 2 Transceiver OADM Transceiver OADM λ n Lézer λn+1 Forrás1 CW MUX λ n+1 CW λ n+1 Adat kimenet LPF Detektor λ n+1 DEMUX OADM mm hullámú oszcillátor Transceiver downlink uplink

12 Optikai szálon jelátvitel Alapsávi uláció Rádiófrekvenciás uláció (RF: Radio Frequency) Középsávi uláció (IF: Intermediate Frequency)

13 Optikai minıségront grontó hatások Nemlineáris átviteli karakterisztika => interuláció Nemlineáris átviteli karakterisztika Interuláció Konverziós hatásfok => jelszint Diszperzió, Nemlinearitás => Jelszint csökkenés Áthallás fázis zaj Konverziós hatásfok => jelszint

14 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

15 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 állítjuk elı Hálózat felöl Keverı

16 Baseband-over-Fibre bejáratott digitális hardver Elhanyagolható diszperziós hatás Alacsony sebességő optoelektromos interfaces Digitális jelátvitel a szálon Jobb interulációs karakterisztika air interface -függı base-station architektúra Több felhasználó hozzáférése bonyolultabbá teszi a BS tervezést LO jelre van szükség (távoli elıállítás is lehetséges)

17 Többfunkciós s 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 SOA Adó/vevı (transceiver) erısítı Adat bemenet mm hullámú oszcillátor Lézer Forrás2 Lézer Forrás1 CW Modulátor λ 2 CW λ 1 Downlink Downlink optikai szál λ 2 CW λ 1 SOA Transceiver downlink uplink Electro absortption Adó/vevı (transceiver) Adat kimenet LPF Detektor Uplink optikai szál λ 2 mm hullámú oszcillátor Central Station Uplink Base Station

18 Többmódusú optikai szál l + 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 ulált lézerdióda gyakran VCSEL (Vertical Cavity Surface Laser)

19 Diszperzió A detektált RF jel teljesítménye változik a diszperziós paraméter, az 5 RF frekvencia és a szál hossz függvényében Nı a detektált RF jel elektromos fázis zaja H link λ (f ) = cos 2 D π f c 2 L Transmission [db] Modulation Frequency [GHz]

20 Diszperzió kompenzálás Diszperzió kompenzáló szál Egyoldalsávos optikai uláció Elıtorzítás Utótorzítás FBG optikai spektrum tükrözése az összeköttetés közepén optikai szál ön-fázis ulációja SOA H SOA+ link 2 λ D π f ( f ) = cos c 2 λ D π f LEF sin c + j LEF f f c 2 L L + 2 λ D π f sin c 2 2 L Átvitel [db] Hullámhossz=1550nm Szálhossz=380km D=16 ps/(nm.km) abs(lef) Moduláló jel frekvenciája [GHz] LEF=-0.5 LEF=-0.2 LEF=-0.1 LEF=0

21 SOA Diszperzió kompenzátor Detektált teljesítmény[dbm] Pin RSOA 80km SSMF RSOA Munkaponti áram=50ma Modulációs Frekvencia [GHz] Átvitel [db] SOA munkaponti áram Szálhossz=50km Hullámhossz=1550nm Referencia szálhossz=4m SOA nélkül SOA áram=400ma, 200mA, 125mA, 100mA Optikai erısítés=15db, 13.5dB, 4.5dB, -9.5dB Alapharmonikus frekvenciája, frf [GHz] Nı a bemeneti optikai teljesítmény a SOA telítésbe kerül a chirp paraméter negatívvá válik a minimum helyek frekvenciája magasabb a minimumhely mélysége csökken Nı a munkaponti áram a minimum helyek frekvenciája magasabb a minimumhely mélysége csökken Több mőködési és rendszerparaméter is rendelkezésre áll a mőködés optimalizálására

22 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.