Digital kommunikasjon

digital kommunikasjon. en innføring

ELEK TRISK KOMM UNIKASJON OPTISK KOMM UNIKASJON Digital kommunikasjon Sender og mottaker • Én spenning er «0», en annen er «1» (For eksempel 0 V og 5 V) • Mottaker er et voltmeter. • Elektriske signaler gjøres om til lyspulser i en laser/diode. • Mottaker er en fotocelle hvor lys omgjøres til elektriske signaler igjen. • All informasjon er kodet som «0» eller «1» • Det avgjørende for vellykket overføring av informasjon er å tolke om det som ble sendt var «0» eller «1» Fig 1: Rent signal før påvirkning av fysiske elementer/fiber Fig 2. Rent signal etter påvirkning av fysiske elementer/fiber

Digital kommunikasjon ØYEDIAGRAM Et øyediagram (eller eye diagram) er en grafisk representasjon som brukes i elektronikk og signalbehandling for å visualisere kvaliteten på et digitalt signal, spesielt når det sendes over et kommunikasjonskanal, som et nettverk eller et kabelsystem. Øyediagrammet lages ved å plotte flere sykluser av signalet på samme tid (overlappende), slik at det dannes et mønster som ligner på et "øyeblikk" (derav navnet "øyediagram"). Dette hjelper til med å visualisere signalets integritet og identifisere potensielle problemer som kan påvirke signalets kvalitet, som støy, jitter (variabilitet i tidsintervallene mellom signaler), og forvrengning.

Forklaring på øyediagram: 1. 0-nivå Zero Level er et mål for gjennomsnittsverdien av den logiske 0 i et øyediagram. 2. 1-nivå One Level er et mål for gjennomsnittsverdien av den logiske 1 i et øyediagram. 3. Stigetid Rise time er et mål for overgangstiden til dataene fra 10%-nivået til 90%-nivået på den stigende skråningen av et øyediagram. 4. Øyehøyde Eye height er et mål for den vertikale åpningen i et øyediagram. En ideell øyeåpning ville blitt målt fra ett-nivået til null-nivået. Støy i øyet vil imidlertid få øyet til å lukkes. Eye height-målingen bestemmer øyets lukking på grunn av støy. 5. Øyebredde Eye width er et mål for den horisontale åpningen i et øyediagram. Ideelt sett ville øyevidden blitt målt mellom kryssingspunktene i øyet. Jitter kan imidlertid vises på bølgeformen og påvirke øyeåpningen. En preferanseinnstilling bestemmer nøyaktig hvordan denne målingen gjøres. 6. Deterministisk Jitter Deterministic jitter er avviket av en overgang fra sin ideelle tid forårsaket av refleksjoner i forhold til andre overganger. 7. Amplitude Eye amplitude er forskjellen mellom histogramgjennomsnittsverdiene for logisk 1-nivå og logisk 0-nivå i et øyediagram. 8. Datahastighet Bit rate (datahastighet) er den inverse av bitperioden (1 / bitperiode). Bitperioden er et mål for den horisontale åpningen i et øyediagram ved kryssingspunktene til øyet. Digital kommunikasjon ØYEDIAGRAM

Digital kommunikasjon Fiberoptiske måleenheter dBm Absolutte effektnivåer (en bestemt lysmengde) dB Demping / forskjell mellom effektnivåer dBm kan ha både positive og negative verdier. Null lys tilsvarer -∞ dBm mens 0 dBm tilsvarer sterkeste laserpeker man ikke trenger tillatelse fra Statens Strålevern for å bruke. -150 dBm er i praksis helt mørkt (ett foton per sekund) mens +75 dBm er laserkanon. Sola stråler +300 dBm, av dette treffer +200 dBm jorda. Innen fiberoptikk holder man seg vanligvis mellom -30 og + 5 dBm. I spesielle applikasjoner kan man gå ned til -70 dBm og opp til +30 dBm. -150 dBm x dBm +300 dBm y dBm (x-y) dB

Elektriske signaler blir gjort om til lys Ulike typer sendere LED har en begrenset båndbredde, mens lasere generelt er mye raskere. En annen viktig forskjell mellom LED og lasere er det spektrale mønsteret. LED avgir et veldig bredt spektrum (ofte flere titalls nanometer), noe som fører til betydelig kromatisk dispersjon i fiberoptiske systemer (mer om dette snart). Derimot har lasere et smalere spektrum, noe som resulterer i minimalt med dispersjon. Dette gjør at lasere kan håndtere lengre avstander og høyere bitrater med mye større effektivitet. DFB-lasere (Distributed Feedback Lasers), som benyttes for lange avstander og i WDM-systemer (Wavelength Division Multiplexing), har det smaleste spekteret og gir derfor minst kromatisk dispersjon. I sin enkleste form kalles de også Directly Modulated Lasers (DML). For 10G CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) og DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), kan man støte på begreper som EML (Electro-Absorption Modulated Laser) og CML (Chirp-Managed Laser). Disse teknologiene er basert på DFB-lasere, men bruker eksterne modulatorer for å oppnå den høyeste kvaliteten på utgangssignalet, noe som muliggjør lengre rekkevidde og bedre ytelse. Device type Wavelength (nm) Power (dBm) Bandwith Fiber types LED 850, 1300 -30 to -10 < 250 MHz MM VCEL 850, 1300 -10 to 0 < 10 MHz MM Fabry-Perot Laser 850, 1310 (1280-1330) 1550 (1480-1650) 0 to +10 < 10 MHz MM , SM FB laser 1550 (1480-1650) 0 to +25 < 10 MHz S VCSEL = vertical cavity surface-emitting laser DFB = distributed feedback Power Wavelength LED Laser Forskjellen mellom LED og laser.

Lys blir gjort om til elektriske signaler Ulike typer mottakere • En mottaker er vanligvis bredbåndet og kan detektere alle relevante bølgelengder • Viktigste karakteristika er grensenivåer for effekt (max og min) • Selve mottakeren er analog med gradvis økning av BER ved for høy eller lav effekt KORT OPPSUMMERT PIN: Vanlig halvledermottaker. Typisk følsomhet: -15 dBm Typisk maxgrense: -1 dBm APD: Aktiv forsterket mottaker. Typisk følsomhet: -25 dBm Typisk maxgrense: -7 dBm Tallene over er for en BER på 10-9, bitrate 10 Gb/s og bølgelengde 1550 nm. - For 1 Gb/s klarer man seg med 10 dB mindre lys - For BER på 10-12 trenger man 1 dB mer lys. - For 1310 nm trenger man 1,5 dB mer lys. Evnen til et optisk fibersystem å overføre data avhenger av den optiske effekten ved mottakeren. For mye eller for lite effekt fører til høy bitfeilrate. For mye effekt kan mette ut forsterkeren, mens for lite effekt kan føre til støy som forstyrrer signalet. Mottakere bruker fotodioder for å konvertere optiske signaler til elektriske. Silisiumfotodioder brukes for korte bølgelengder (650 nm for plastfiber, 850 nm for glassfiber), mens InGaAs fotodioder brukes for lengre bølgelengder på grunn av lavere støy. Ved høye hastigheter kan lavinsjefotodioder (APD) brukes for bedre ytelse, selv om de er dyrere og mer komplekse.

SENDE R (TRANSMITTER ) OG MOTTAKE R (RECEIVER ) ER VANLIGVIS SATT SAMME N I ÉN MODUL , EN TRANSCEIVER : Sender + mottaker = sant TEKNISKE DETALJER Sender (transmitter) og mottaker (receiver) er ofte integrert i én modul kalt en transceiver. En transceiver er en enhet som både sender og mottar optiske signaler, og fungerer som en viktig komponent i fiberoptiske kommunikasjonsystemer.