fiber radio rendszerek - hte

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

[email protected]


Optikai és Mikrohullámú Laboratórium



TartalomTartalom

• Bevezetés

• Rendszerismertetés– Tiszta SCM

– WDM-RoF

• Diszpeszió

• Többfunkciós eszközök

• MMF

• Összefoglalás



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



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



Optikai gerinchOptikai gerincháállóózatzat

Optikai átvitel teremt kapcsolatot a

• base-station (BS)

• központi egység (CO: central office)

között



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



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.



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



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



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



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


LPF

Modulátor Adat bemenet

CW


OADM

uplink downlink

Transceiver



Optikai szOptikai száálon jellon jeláátviteltvitel

Alapsávi moduláció

Középsávi moduláció(IF: Intermediate

Frequency)

Rádiófrekvenciás moduláció(RF: Radio Frequency)



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



‘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



‘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



‘‘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)



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


LPF


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



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)



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]



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)



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



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.

fiber radio rendszerek - hte

Documents