^ e-j-kt.h ( í U) + A 0



Hasonló dokumentumok
Négyszög - Háromszög Oszcillátor Mérése Mérési Útmutató

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

Szimmetrikus bemenetű erősítők működésének tanulmányozása, áramköri paramétereinek vizsgálata.

EGYENÁRAMÚ TÁPEGYSÉGEK

Számítási feladatok a 6. fejezethez

Digitális kiskapacitású ' 8 GHz-es rádiórendszerek

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

Áramkörök számítása, szimulációja és mérése próbapaneleken

ALAPFOGALMIKÉRDÉSEK VILLAMOSSÁGTANBÓL 1. EGYENÁRAM

Dr. Gyurcsek István. Példafeladatok. Helygörbék Bode-diagramok HELYGÖRBÉK, BODE-DIAGRAMOK DR. GYURCSEK ISTVÁN

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

Bevezetés a méréstechnikába és jelfeldolgozásba 7. mérés RC tag Bartha András, Dobránszky Márk

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

<mérésvezető neve> 8 C s z. 7 U ki TL082 4 R. 1. Neminvertáló alapkapcsolás mérési feladatai

Értékelés Összesen: 100 pont 100% = 100 pont A VIZSGAFELADAT MEGOLDÁSÁRA JAVASOLT %-OS EREDMÉNY: EBBEN A VIZSGARÉSZBEN A VIZSGAFELADAT ARÁNYA 35%.

Elektronikus jelfeldolgozási módszerek optikai rendszerek szimbólumközti áthallásának csökkentésére

MINTA Írásbeli Záróvizsga Mechatronikai mérnök MSc. Debrecen,

1. Milyen módszerrel ábrázolhatók a váltakozó mennyiségek, és melyiknek mi az előnye?

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Számítási feladatok megoldással a 6. fejezethez

Szinkronizmusból való kiesés elleni védelmi funkció

Jelgenerátorok ELEKTRONIKA_2

A 27/2012 (VIII. 27.) NGM rendelet (12/2013 (III. 28.) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

Elektromos zajok. Átlagérték Időben változó jel átlagértéke alatt a jel idő szerinti integráljának és a közben eltelt időnek a hányadosát értik:

Áramkörszámítás. Nyílhurkú erősítés hatása

Az együttfutásról általában, és konkrétan 2.

MEMS eszközök redukált rendű modellezése a Smart Systems Integration mesterképzésben Dr. Ender Ferenc

Hexium VIDOC-JANUS Twisted Pair Transmitter Terméklap

DTMF Frekvenciák Mérése Mérési Útmutató

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

BME Mobil Innovációs Központ

Fénytávközlő rendszerek és alkalmazások

Tranzisztoros erősítő vizsgálata. Előzetes kérdések: Mire szolgál a bázisosztó az erősítőkapcsolásban? Mire szolgál az emitter ellenállás?

A/D és D/A konverterek vezérlése számítógéppel

1. Egy lineáris hálózatot mikor nevezhetünk rezisztív hálózatnak és mikor dinamikus hálózatnak?

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

MÉRŐERŐSÍTŐK EREDŐ FESZÜLTSÉGERŐSÍTÉSE

ÁLTALÁNOS SZENZORINTERFACE KÉSZÍTÉSE HANGKÁRTYÁHOZ

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Elektronika Oszcillátorok

Példaképpen állítsuk be az alábbi értékek eléréséhez szükséges alkatrészértékeket. =40 és =2

ÁGAZATI SZAKMAI ÉRETTSÉGI VIZSGA VILLAMOSIPAR ÉS ELEKTRONIKA ISMERETEK KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ A MINTAFELADATOKHOZ

Gyakorlat anyag. Veszely. February 13, Figure 1: Koaxiális kábel

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

A rádiócsatorna 1. Mozgó rádióösszeköttetés térerőssége Az E V térerősséget ábrázoljuk a d szakasztávolság függvényében.

Zh1 - tételsor ELEKTRONIKA_2

Passzív és aktív aluláteresztő szűrők

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Fourier-sorfejtés vizsgálata Négyszögjel sorfejtése, átviteli vizsgálata

Hexium VIDOC-JANUS Twisted Pair Receiver Terméklap

Bipoláris tranzisztoros erősítő kapcsolások vizsgálata

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Elektronika Előadás. Modulátorok, demodulátorok, lock-in erősítők

Nagyfrekvenciás rendszerek elektronikája házi feladat

Modern Fizika Labor Fizika BSC

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

UTP kábelszegmens átviteltechnikai paramétereinek vizsgálata (HW1-B)

1. Visszacsatolás nélküli kapcsolások

Logikai áramkörök. Informatika alapjai-5 Logikai áramkörök 1/6

Tápegység tervezése. A felkészüléshez szükséges irodalom Alkalmazandó műszerek

M ű veleti erő sítő k I.

Választható önálló LabView feladatok 2017

Bevezetés a méréstechinkába, és jelfeldologzásba jegyzőkönyv

Elektronika alapjai. Témakörök 11. évfolyam

10.1. ANALÓG JELEK ILLESZTÉSE DIGITÁLIS ESZKÖZÖKHÖZ

A 27/2012 (VIII. 27.) NGM rendelet (12/2013 (III.28) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

EBBEN A VIZSGARÉSZBEN A VIZSGAFELADAT ARÁNYA

Infokommunikációs hálózatépítő és üzemeltető

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Dr. Oniga István DIGITÁLIS TECHNIKA 8

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Milyen simaságú legyen a minta felülete jó minőségű EBSD mérésekhez

Elektronika Előadás. Analóg és kapcsolt kapacitású szűrők

évfolyam. A tantárgy megnevezése: elektrotechnika. Évi óraszám: 69. Tanítási hetek száma: Tanítási órák száma: 1 óra/hét

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

AUTOMATIKAI ÉS ELEKTRONIKAI ISMERETEK KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ A MINTAFELADATOKHOZ

Tranziens jelenségek rövid összefoglalás

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Elektronika I. Gyakorló feladatok

Digitális mérőműszerek. Kaltenecker Zsolt Hiradástechnikai Villamosmérnök Szinusz Hullám Bt.

ÁGAZATI SZAKMAI ÉRETTSÉGI VIZSGA VILLAMOSIPAR ÉS ELEKTRONIKA ISMERETEK EMELT SZINTŰ SZÓBELI VIZSGA MINTAFELADATOK ÉS ÉRTÉKELÉSÜK

Gyakorló feladatok - 2.

ELEKTROMOSSÁG ÉS MÁGNESESSÉG

Az erősítés frekvenciafüggése: határfrekvenciák meghatározása ELEKTRONIKA_2

XI. DIGITÁLIS RENDSZEREK FIZIKAI MEGVALÓSÍTÁSÁNAK KÉRDÉSEI Ebben a fejezetben a digitális rendszerek analóg viselkedésével kapcsolatos témákat

ELEKTRONIKA I. (KAUEL11OLK)

Számítógépes gyakorlat MATLAB, Control System Toolbox

π π A vivőhullám jelalakja (2. ábra) A vivőhullám periódusideje T amplitudója A az impulzus szélessége szögfokban 2p. 2p [ ]

Mérés és adatgyűjtés

VÁLTAKOZÓ ÁRAMÚ KÖRÖK

Elektronika 1. (BMEVIHIA205)

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

A kvantummechanika kísérleti előzményei A részecske hullám kettősségről

Átírás:

Vezetékes optikai átvitel rendszerparaméterei közti összefüggések* ÁRIK TIVADAR Távközlési Kutató Intézet. Bevezetés Napjaink egyik izgalmas és még megválaszolatlan kérdése a fénynek információhordozóként való felhasználása a vezetékes átvitelben. A témával kapcsolatban számos tanulmány látott már napvilágot. E cikk alapvető célja a főbb rendszerparaméterek közti összefüggések feltárása, segítséget nyújtva ezzel az optimális működési feltételek beállításához. A vizsgálat alapjául az irodalomban többnyire elfogadott véletlenszorzós fotodetekció modellje szolgált [, 3]. A megoldáshoz vezető út felvázolása nélkül vegyük sorra a legfontosabb eredményeket. A jelölések jobb megértése végett rajzoljuk fel a teljes vevőáramkört (. ábra). 2. A vevőáramkör A jelölések magyarázata: p(0 Q 'Re K q (t) V(t) beeső véletlen optikai teljesítmény, a dióda teljes fotoárama, záróréteg-kapacitás, előfeszítő ellenállás, előfeszítő ellenállás ekvivalens zajgenerátora, a műveleti erősítő bemeneti impedanciaelemei, ekvivalens bemeneti zaj generátorok, az erősítő bemenő áramkörének súlyfüggvénye, a kiegyenlítő súlyfüggvénye, a döntési pontba jutó kimeneti feszültség időfüggvénye. 3. A termikus zaj A vevő döntési pontjába jutó eredő termikus zaj végső alakja: + 5l f 2n J H(m) HJco) H(o>) 2 e r dw+-±(rc) 2 2jl 2n HJco) ff da> + oo 2 do), ahol 5,, Sj[A 2 /Hz] és 5 U [V 2 /Hz] az ekvivalens zajforrások spektráiis jellemzői valamennyit frekvenciafüggetlennek tekintjük, valamint C?{h p (t)}, H^to) (J{h t Jt)}, (m) H bf.(ca) H eq rendre a súlyfüggvények Fourier-transzformáltjai. 7? és C az eredő impedanciaelemek: K(0 K<t) 4. A sörétzaj a bemenő impulzus jelalakja, az adóelem és a szál együttesen határozzák meg: h p (t) hat)*h,{t), az adóimpulzus jelalakja, a szál alapsávi átvitelének súlyfüggvénye. A sörétzaj meghatározása számottevően bonyolultabb, levezetését mellőzzük [, 3]. A sörétzajra kapott kifejezés nf(t) 3 2m gyr V hv 2n í l ^ e-j-kt.h ( í U) + A 0 ] H(M) (a>) H(OJ) \ d(o, * A TKI Ifjúsági Konferencián (980. XI. 7.) elhangzott előadás alapján. 282 Híradástechnika XXXII. évfolyam 98. 8. szám

f r T T (RC) 2 2it í ') 2 do. ábra. A vevőáramkör ahol: q %v egy elektron töltése, egy foton energiája, a kvantumhatásfok, a /c-adik elemi jel energiája, véletlen szorzó a lavinasokszorozási effektust modellezi. Számításaink során elég átlagát (g), ill. négyzetes átlagát (g 2 ) figyelembe venni. a sötét-áram hatására keletkező primer lyukelektron párok gyakorisága, a gyakorlati esetek többségében elhanyagolható. Szembetűnő, hogy a zaj függ a vett jelsorozat energiájától (u k ) és az időtől. Ez az optikai átvitelre jellemző. 5. A kimeneti feszültség A detektor kimenetén a feszültség átlagértéke v(t) gqr nv k Bináris átvitelt feltételezve a k 0 vagy a k a Mx minden k-m. Feladatunk a döntési pontba érkező zajos jelet egy D döntési küszöbbel összehasonlítva dönteni, hogy a bejövő jel maximális, ill. minimális értéket képviselt-e. Az analízist Personick nyomán végezzük el []. A hibavalószínűség és egy Q segédváltozó közti függvénykapcsolat is itt található. Számunkra eredményként a következő lényeges összefüggés mondható: tuu*o 7. Minimális vett teljesítmény gqr-^f 0 a M JQ. Adott hibaarány biztosításához szükséges, hogy a vett teljesítmény egy minimális értéknél nagyobb legyen. Meghatározása az előbbi egyenlet megoldásával történik. Keressük azon optimális lavinaerősítést (g opt -ot), amelynél a legkedvezőbb vételi viszonyokat nyerjük. A szélsőérték meghatározásánál figyelembe veszszük a detektorok többségénél fennálló összefüggést, miszerint g 2 g 2+x - Szilíciumnál XSÍ0,5, mi ezzel számolunk (ha g közeledik az egységhez, ez a közelítés nem helytálló). Ha a gyököt visszahelyettesítjük, eredményünk a következő alakra hozható: * MO * KM> - 9i R fai a ofo ahol f 0 a bitfrekvencia. (!. Worst-case zaj A sörétzaj pontos meghatározásához p(t)-t is véletlen adatjelnek kellene tekintenünk. Ekkor viszont modellünk igen nehezen kezelhetővé válna, ezért worstcase esetet számolunk. Ez a következőket jelenti. Vizsgáljuk a rendszert a / 0 időpillanatban. Érkezzen ekkor a 0, a sorozat többi elemének pedig a legrosszabb kombinációját vesszük, azaz legyen a k ö M x, ahol a Mx max(ö k ) mindenütt, ha k^o. Ezek után a termikus összetevőt is tartalmazó worst-case zaj: a M x hv 2n j" ÍZ k?ío. ^ +{ s - +s * + w} / fí(ü)) ^H(eo) dm H(eo) dco\ +! d<o + ahol F(a) egy, az adóelem kitöltési tényezőjétől és a szál diszperziójától bonyolult módon függő dimenziótlan mennyiség. ü. Az elérhető ismétlőtávolság Az ismétlőtávolság mint rendszerjellemző számításakor a következő eszközparamétereket vesszük még figyelembe a korábban tárgyaltakon kívül: a[db/km] a szál kilometrikus csillapítása, PAMXÍW] az adó által leadható maximális pillanatnyi teljesítmény, 'A[ S J a z adóimpulzus szélessége és K a kötések és csatlakozások együttes vesztesége. A feladat kiszámítani, mekkora ismétlőtávolság engedhető meg, hogy adott adó- és szálparaméterek esetén a vétel hebyén a 7. pontban számított minimális vett teljesítmény biztosított legyen. Négyszög alakú adóimpulzust feltételezve egy elemi jel által képviselt energia: E p AMx -t A. Ez egy E t periódusidőre nézve a vétel helyén P p A M } 0 0 átlagos teljesítménynek felel meg. léhát Híradástechnika XXXU. évfolyam 98. 8. szám 283

megoldandó egyenlet: P űvmin [dbm] avmin AMx T Innen az ismétlőtávolság: Z[km] ^0. log { K. ~ ^ ^ \, ahol y f A /T az adóelem -40-50 tipi kus szal kitöltési tényezője.!j. A szál diszperziójának modellezése Két alapsávi átvitelre végeztünk vizsgálatokat: a) gaussi átvitelre: M0 exp 27TÖ' H s (cu) exp 4<H (a vonali diszperzió), valamint b) az irodalomban megadott tipikus szál súlyfüggvényére [2, 3]. Az idő- és frekvenciatartománybeli jellemzők a 2. és a 3. ábrán láthatók. -60-70 0,5 :; ^--xgaussi átvitel 0 2 ÍT~2 T~^f(Mb/sl [H759-4 4. áöra. A minimális vett teljesítmény frekvenciaiüg gése (paraméter: y) l[km] 0-9-- J.O o,é\; gaussi átvitel 0. A számítógépes analízis eredményei Nézzük meg különböző bitfrekvenciákon a főbb működési paraméterek változásait mindkét függvényre. A használt változók számszerű értékei: Q 6,0 (P h 0-9 ), r? 0,75, P A M x-30 db, i? 500 kü, C 0 7- tipikus szal^// \- \\\\ f / 0 2 5 0' 2 5 3 0 I M b s CH75975] w 5. ábra. Az elérhető ismétlő távolság AP[dB] 2- tipikus szal / f 34Mb/s.- :>"\j3qussi átvitel H759-2] 2. ábra. A szál alapsávi átvitelének súlyfüggvénye: a) gaussi átvitelű, b) tipikus szálra 0, 0,3 0,5 0,7 0,9,0 H759-6 6. ábra. A szükséges teljesítménytöbblet különböző kitöltési tényezők mellett IlKm ] gausst átvitel 7- jngikus szol í 034Mb/s -4-3 -2-2 3 4 IH759-3I 3. ábra. Az alapsávi átvitel Fourier-transzformáltja 0, 0,3 0,5 0,7 0,9,0 [H75935] 7. ábra. Az ismétlőtávolság alakulása különböző kitöltési tényezőknél 284 Híradástechnika XXXII. évfolyam 98. 8. szám

pf, K-2 db, 0 300 K, a 5 db/km, r d 200 Q, o- 23,54 ns (<u 3dB 50 MHz). A vett teljesítmény frekvenciafüggése két adókitöltési tényezővel a 4. ábrán látható. Az elérhető ismétlőtávolság mint legfontosabb rendszerparaméter viselkedését az 5. ábra mutatja. Az adóelem kitöltési tényezőjének hatása az előbbi jellemzőkre a 6. és a 7. ábrán követhető. A vizsgálat frekvenciája itt 34 Mb/s volt. És végül az impedanciaelemek okozta változások a 8 0. ábrákon láthatók. ]]. Összefoglalás A zaj jelalaktól való függése nagyobb körültekintést igényel optikai átviteli rendszerek tervezésénél. Röviden foglaljuk össze eredményeinket.. Kis bitsebességeknél, míg a bitfrekvencia jóval kisebb (S /5) a vonali diszperzióból adódó sávszélességnél, esetünkben kb. 0 Mb/s-ig, a könnyebben kezelhető gaussi modell is pontosan leírja a jelenségeket. 2. A minimális vett teljesítmény kifejezéséből 7. pont közvetlenül látszik, hogy Si detektor esetén abban az n t termikus zaj /3, tehát kis kitevőjű hatványával szerepel. Ez a gyakorlatban annyit jelent, hogy nem célszerű nagy ráfordítások árán a termikus zaj bizonyos határon túli csökkentése. 3. Az impedanciaelemek okozta változásokat tekintve világosan kitűnik, hogy főleg nagyobb bitsebességeknél a járulékos teljesítménynövekedésért és az ismétlőtávolság csökkenéséért a kapa- b, ' JH759-9Í 9. ábra. Az optimális lavinaerősítés relatív megváltozása a) különböző ellenállásértékeknél, b) különböző kapacitásértékek hatására Atlkm] AP[dBm] 2MH Z ^0,5 5 50 00 500 o, APldBm] 5 50 500 R[kffil H 75 9^70 0. ábra. Az ismétlőtávolság relatív csökkenése a) az eredő ellenállás, b) az eredő kapacitás függvényében 8. ábra. A szükséges többletteljesítmény függése a) az eredő ellenállástól, b) az eredő kapacitástól citás változása a felelős. Kisebb frekvenciákon azonban már az eredő ellenállás hatása is nagyobb mértékben jelentkezik. Általánosságban elmondható, hogy az ésszerűség határán belül az eredő ellenállás növelése és az eredő kapacitás csökkentése kívánatos. 4. Az adóelem kitöltési tényezőjének növekedésével az áthallás fokozatosan nő a vétel helyén Híradástechnika XXXII. évfolyam 98. 8. szám 285

az adott hibaarány biztosításához nagyobb teljesítmény szükséges. Másik oldalról viszont nő a leadott átlagteljesítmény is. E két, hatásában ellentétes folyamat eredményeképpen az elérhető ismétlőtávolságnak szélsőértéke maximuma jön létre, mégpedig a jelenlegi paraméter-értékeknél közel 90%- os kitöltési tényező mellett (. 7. ábra). Ez a tény önmagában a felhasználhatóság szempontjából érdektelen a vonali kódolással szemben támasztott követelménye miatt. Sokkal lényegesebb ennél, hogy az 50%-os (RZ) és a 00%-os (NRZ) kódolású jelfolyamok számára az optimálishoz közeli ismétlőtávolság biztosítható. Végül ez úton szeretnék köszönetet mondani Megyesi Csabának a cikk megírása folyamán nyújtott értékes tanácsaiért. IRODALOM [] S. D. Personick: Receiver Design for Digital Fibre Optic Transmission Systems I II. Rell S. T. J. Vol. 52, No. 6, July August, 973 pp. 843 882 [2] R. Dogliotti A. Guardincerri A. Luvison: Baseband Equalisation in Fibre Optic Digital Transmission. Opt. and Quant. El. 8(976)-pp. 343 353 [3] R. Dogliotti A. Luvison G. Pirani: Error Probability in Optical Fibre Transm. Systems. IEEE Trans. on Int'. Theory, March 979, vol. IT 25, No. 2, pp. 70 79