11-15 Flashcards
Tłumienie w światłowodzie (opis)
• Fala rozchodząca się w światłowodzie traci energię wskutek absorbcji i
rozpraszania.
• Straty energii wynikają z niejednorodnej struktury światłowodów.
• Zmienny współczynnik załamania wynika z niedoskonałej technologii
produkcyjnej.
• Tłumienie powoduje zmniejszenie mocy sygnału, jednak nie wpływa na kształt impulsów.
• Tłumienie światłowodów w głównej mierze zależy od długości fali świetlnej, jak i od rodzaju oraz czystości szkła
Tłumienie w światłowodzie (wzór)
Tłumienność
światłowodu wyraża się w dB/km, a współczynnik tłumienia określa się wzorem:
𝛼𝑑𝐵/𝑘𝑚 = 𝐴𝑑𝐵 / 𝐿
𝐴𝑑𝐵 = 10𝑙𝑜𝑔10 (𝑃(1)/𝑃(0))
Tłumienie w światłowodzie(okna)
Z wykresu widać, że w paśmie 900-1700 nm tłumienie osiąga wartości
minimalne. W tym obszarze wyróżnia się trzy użyteczne pasma światłowodu:
* okno 1, w bliskiej podczerwieni, wokół 850 nm,
* okno 2, bardzo popularne, wokół 1300 nm,
* okno 3, wokół 1550 nm, o najmniejszym tłumieniu
Tłumienie w światłowodzie(pochłanianie promieniowania)
Istnieje wiele przyczyn pochłaniania promieniowania w światłowodach:
* w zakresie podczerwieni pochłanianie powoduje drganie molekuł,
* w zakresie krótkofalowym pochłanianie związane jest z pobudzaniem
molekuł i atomów,
* obecność zanieczyszczeń (w szczególności jonów metali i OH-
) powodują
zwiększenie stałej tłumienia.
Dyspersja w światłowodzie (opis)
• Zjawisko dyspersji to zależność parametrów ośrodka od częstotliwości.
• Efektem dyspersji jest poszerzanie i nachodzenie na siebie impulsów, co ogranicza szybkość transmisji i poprawność przesyłanych danych.
• W światłowodach wielomodowych mody lub sygnały propagują się światłowodem z różnymi częstotliwościami.
• W miarę transmisji, poza tłumiennością, impulsy stają się
nierozróżnialne.
• W miejsce gdzie było „0” pojawia się sygnał, który może być odczytany jako „1”.
• W światłowodach wielomodowych dominuje dyspersja modowa.
Dyspersja w światłowodzie (chromatyczna)
W światłowodach jednomodowych występuje dyspersja chromatyczna i
polaryzacyjna. Dyspersja chromatyczna to inaczej zależność prędkości propagacji
sygnału od długości fali. Współczynnik dyspersji chromatycznej wyrażany jest w
ps/km/nm. Mówi o tym o ile pikosekund poszerzy się impuls o szerokości
widmowej 1nm po transmisji na odległość 1 km. Dyspersja chromatyczna składa
się z:
* dyspersji materiałowej – zależność współczynnika załamania materiału, z
którego wykonany jest światłowód, od długości fali.
* dyspersji falowodowej – zależność prędkości grupowej od długości fali
wynikająca ze specyficznej geometrii światłowodu.
Dyspersja chromatyczna jest sumą dyspersji materiałowej i falowodowej.
Dyspersja falowodowa ma przeciwny znak i częściowo kompensuje dyspersję
materiałową.
Dyspersja w światłowodzie (polaryzacyjna)
W przypadku dyspersji polaryzacyjnej, wskutek zmian geometrii światłowodu,
dwa propagowane mody rozchodzą się z różnymi prędkościami. Po przejściu
pewnej odległości obserwuje się różnice czasowe między nimi. Prowadzi to do
rozmycia impulsu. Zjawisko występuje jedynie w łączach o dużym zasięgu.
Budżet łącza telekomunikacyjnego (opis)
Podstawowe kryterium pozwalające obliczyć zasięg łącza światłowodowego
mówi, że moc odbierana musi być większa od mocy określającej czułość
odbiornika. Zwykle z marginesem, na starzenie się łącza, Pm w zakresie od 3 do
6 dB
Budżet łącza telekomunikacyjnego (wzór)
Równanie określające budżet łącza telekomunikacyjnego:
𝑃𝑆 − 𝑃𝐶 − 𝛼𝐿 = 𝑃𝑅 + 𝑃𝑀
gdzie
PS – moc nadajnika [dBm],
PC – straty na połączeniach [dB],
αL – tłumienie toru [dB].
PR – czułość odbiornika [dBm],
PM – margines na starzenie się łącza [dB].
Budżet łącza telekomunikacyjnego (fotony)
Do odbiornika powinno trafić wystarczająco dużo fotonów, aby ten mógł
bezbłędnie zidentyfikować przesłany impuls. Przy tej samej czułości odbiornika,
wzrost prędkości transmisji to mniej fotonów w impulsie. W idealnym przypadku
10 fotonów wystarcza do identyfikacji jedynki, ale realnie potrzeba na to od 200
do 1000 fotonów/bit.
Budżet łącza telekomunikacyjnego (αL)
Wartość αL zmienia się wraz z prędkością transmisji czyli przy takich samych
parametrach łącza wraz ze wzrostem przepływności będzie malała odległość
między stacjami regeneracji impulsu.
Modulacja (opis)
Fala zmodulowana jest końcowym efektem procesu modulacji fali nośnej przez
falę modulującą i jest przesyłana od nadajnika do odbiornika. Systemy modulacji
można podzielić na trzy grupy:
* analogowe
* impulsowe,
* cyfrowe.
Wyróżniamy trzy podstawowe modulacje analogowe:
Modulacja (amplitudy)
Modulacja amplitudy (AM) - utrzymuje stałą częstotliwość i fazę oraz skaluje
amplitudę proporcjonalnie do przesyłanego sygnału. Po modulacji otrzymuje się
sygnał wąskopasmowy, który można przesyłać np. drogą radiową
Sygnał składa się z fali nośnej i dwóch fal bocznych o innej częstotliwości, które
pokrywają się z modulacją.
Modulacja (częstotliwości)
Modulacja częstotliwości (FM) - utrzymuje stałą amplitudę i zmienia się
częstotliwość fali w czasie, proporcjonalnie do przesyłanego sygnału.
Jeśli sygnał jest falą sinusoidalną, wówczas w dziedzinie częstotliwości FM wygląda jak
sygnał nośny plus pasma boczne, które pokrywają się z modulacją.
Modulacja niskiej częstotliwości – pasma boczne blisko nośnej.
Modulacja wysokiej częstotliwości – pasma boczne dalej od nośnej.
Modulacja (fazy)
Modulacja PM utrzymuje stałą amplitudę, ale przesuwa kształt fali o fazę.
Wygląda podobnie do FM w dziedzinie czasu. W dziedzinie częstotliwości PM
wygląda jak sygnał nośny plus pasma boczne, które pokrywają się z modulacją.
Modulacja (typ)
Dobór typu modulacji jest uzależniony przede wszystkim od takich parametrów,
jak odporność na szum i zakłócenia wykorzystywanego kanału transmisyjnego.
Sposoby mierzenia jakości modulacji (BER wzór)
Współczynnik BER (bite error rate) określa dopuszczalny poziom błędnie
zdekodowanych bitów:
𝐵𝐸𝑅 = (𝑝0 + 𝑝1) / 2< 10^−12
gdzie
p0 – prawdopodobieństwo potraktowania „1” jako „0”,
p1 – prawdopodobieństwo potraktowania „0” jako „1”.
Sposoby mierzenia jakości modulacji (BER opis)
W trakcie transmisji może dojść do wystąpienia przekłamań tj. wysłane zostało
„0”, a odebrano „1” i na odwrót. Wartość współczynnika BER określają specjalne
normy i nie jest jednakowa dla wszystkich łącz. Zalecana jest wartość
współczynnika BER to < 10-12 co oznacza, że nastąpi zaledwie jedno
przekłamanie na miliard przetransmitowanych bitów.
Sposoby mierzenia jakości modulacji (Wykres oczkowy
)
Przedstawia nałożone na siebie wszystkie dopuszczalne (w danej sieci) kombinacje transmitowanych bitów (zer i jedynek).
Sposoby mierzenia jakości modulacji (Wykres oczkowy charakterystyka
)
Charakterystycznymi wielkościami opisującymi wykres oczkowy są:
* szerokość wykresu oczkowego tj. najlepszy przedział czasowy do próbkowania sygnału (najmniejsze ryzyko wystąpienia błędnego odczytu
danych)
* rozwartość wykresu oczkowego opisana wzorem:
𝑅0 = (𝑉𝑚𝑎𝑥′ − 𝑉𝑚𝑖𝑛′) / (𝑉𝑚𝑎𝑥 − 𝑉𝑚𝑖𝑛)
* margines szumowy MS, opisany wzorem:
𝑀𝑆 = 𝑉1 / 𝑉𝑚𝑎𝑥′
* nachylenie wykresu oczkowego, które wskazuje odporność sieci na błędy
w dziedzinie czasu,
* czas narastania sygnału CNS opisany zależnością:
CNS = 1.25 ∙ T20-80,
gdzie T20-80 to czas narastania sygnału od 20% do 80% jego maksymalnej
wartości,
* zniekształcenie czasowe ΔT, które obrazuje wymiar fluktuacji fazy
sygnału,
* współczynnik ekstynkcji EX, który obrazuje stosunek średniej wartości
poziomu wysokiego sygnału do średniej wartości poziomu niskiego
sygnału.
Sposoby mierzenia jakości modulacji (Efektywność widmowa)
Efektywność widmowa Г określa ilość informacji w bit/s, jaka może zostać
przesłana na jednostkę pasma wyrażoną w Hz i jest określona następująco:
Г = 𝑅𝑏 / 𝐵
gdzie
Rb – szybkość transmisji [bit/s],
B – szerokość pasma częstotliwości zajmowanego przez sygnał zmodulowany
[Hz],
