بخشی از مقاله
چکیده
تکنولوژی ارسال سیگنال های رادیویی از طریق فیبر نوری در شبکه های خانگی آینده ، عامل ایجاد تکامل شبکه خانگی - HAN - ، ازدیاد ادوات متصل به شبکه درون خانه و نیز استفاده از شبکه دسترسی پهن باند می باشد. این مقاله پیشنهاد می کند که این مشکل با استفاده از تکنولوژی RoF، مرتفع شود. این تکنولوژی شامل اخذ سیگنال های رادیویی می باشد که در یک اتاق انتشار می یابند و در ادامه این سیگنال ها به سیگنال های نوری تبدیل می شوند و از طریق فیبر نوری انتقال می یابند و سپس در اتاق دیگر در قالب سیگنال های رادیویی انتشار می یابند.
بنابراین، چندین مبدل RoF در خانه نصب شده و توسط یک زیر ساخت نوری مناسب با یکدیگر مرتبط می شوند تا اینکه سیستمی ایجاد شود که همزمان به عنوان سیستم تکرار کننده و نیز سیستم توزیع عمل نماید.
در این مقاله یک سیستم RoF کارآمد و مقرون به صرفه را برای شبکه HAN پیشنهاد و شبیه سازی می شود که در آن از فیبر تک مد در طول موج 1550 nm استفاده می شود که زیر باند C قرار دارد و بواسطه کمترین میزان تلفات تضعیف شناخته شده است و بنابراین بزرگ ترین محدوده و نیز نرخ انتقال داده بالاتری را حاصل می نماید. برای حصول مقادیر بالاتر نرخ انتقال داده، از فرکانس رادیویی 10 GHzو 15 GHz استفاده می شود.
بعلاوه از تداخل سنج تاخیری با تلفات جاگذاری کمتر و مشخصه های بهتر چیرپ فرکانسی استفاده می شود تا اینکه دو سیگنال نوری را در سمت گیرنده تفکیک نماید. این مقاله همچنین ارزیابی عملکرد سیستم برای معیارهای عملکرد مختلف را در الگوهای کدگذاری خط "بازگشت به صفر"، "عدم بازگشت به صفر"، و "گاوسی"با نرخ انتقال داده متغیر مورد بررسی قرار می دهد. نتایج شبیه سازی حاصل از نرم افزار Optisystem 12 نشان می دهند که عملکرد بهینه به لحاظ نرخ انتقال داده - حداکثر - 3 Gbps و نیز محدوده دینامیک 20kmرا می توان با استفاده ازالگوی کدگذاری خط گاوسی بدست آورد.
-1 مقدمه
روش ROF در حقیقت یک لینک نوری آنالوگ است که سیگنال های تلفیق شده فرکانس رادیویی را انتقال می دهد. این شبکه امکان ارائه سرویس هایی با سرعت فراتر از 1 Gbit/s را فراهم می آورد. به منظور اطمینان نسبت به تبادل کارآمد داده ها در بین ادوات خانگی، شبکه HAN می بایست به سرعت به سمت دستیابی به اتصالاتی با نرخ چندین گیگا بیت بر ثانیه حرکت کند و بویژه می بایست اتصال بی سیم که مورد توجه مصرف کنندگان می باشد؛ مد نظر قرار گیرد.
سیستم های بی سیم کنونی، ظرفیت محدودی دارند؛ اما استانداردهای رادیویی جدید که نرخ انتقال داده آنها تا 7 Gbit/s می باشد؛ در حال ظهور هستند. ملزومات اصلی یک ساختار لینک ROF ، طول معقول و اجزای نوری با کارایی بالا می باشد.[1] سیستم ROF دارای پوشش سلولی پیشرفته، تلفات میرایی کمتر، ظرفیت بیشتر ، پهنای باند بیشتر و مصونیت در برابر تداخل فرکانس رادیویی می باشند.
ساختار اصلی یک لینک ROF در شکل 1 نشان داده شده است که در آن، سیستم تشکیل شده است از یک ایستگاه مرکزی و یک واحد دسترسی از دور که توسط یک فیبر تک مد به سیستم متصل شده است.
شکل :1 ساختار کلی ROF
-2 اجزا سیستم
در این طراحی عناصر زیادی استفاده شده که از جمله مهمترین آن ها مدولاتورماخ زندر، فیلتر پایین گذر بسل ، مولد پالس بی بازگشت به صفر، تحلیل گر دیاگرام چشمی و تحلیل گر خطای بیت می باشد[4] که در قسمت ذیل به توضیح مختصر این المان ها خواهیم پرداخت.
-1-2 مدولاتور ماخ زندر
برای مدوله کردن نور لیزر موج پیوسته در محیط نرم افزار شبیه سازی از مدولاتر ماخ زندر استفاده میشود. این مدولاتور از نوع مدولاتورهایی می باشد که براساس تغییر ضریب شکست عمل می کنند. به عبارت دیگر مدولاتور ماخ زندر یک مدولاتور شدت است که براساس پدیده تداخل عمل می کند.[5] در شکل 2 نمایی از این مدولاتور مشاهده می شود.
شکل :2 مدولاتور ماخ زندر
-2-2 فیلتر پایین گذر بسل
این فیلتر پایین گذر دارای قابلیت عبور سیگنال فرکانس پایین اما با تضعیف سیگنال در فرکانس های بالاتر از فرکانس قطع می باشد. مقدار واقعی تضعیف برای هر فرکانس از یک فیلتر به فیلتر دیگر متفاوت است. براین اساس در برخی موارد از آن به عنوان فیلتر قطع بالا یاد می شود
شکل:3 شماتیک فیلتر پایین گذر بسل
-3-2 مولد پالس بی بازگشت به صفر
برای شبیه سازی سیستم در بخش فرستنده از یک مولد پالس بی بازگشت به صفر برای تولید سیگنال مدوله کننده نور خروجی لیزر استفاده گردیده است. این المان دارای یک پورت ورودی باینری بوده و خروجی آن یک سیگنال الکتریکی است که به صورت بدون بازگشت به صفر کد شده است. شماتیک این عنصر در شکل 4 قابل مشاهده است.
شکل:4 شماتیک مولد پالس بی بازگشت به صفر
-4-2 تحلیل گر دیاگرامی چشمی
بلوک تحلیل گر نمودار چشمی در نرم افزار Optisystem ، اثرات جداگانه ای از سیگنال مدوله شده را جهت تولید یک نمودار چشمی نمایش می دهد. در مخابرات از راه دور ، " طرح چشمی" که به " دیاگرام چشمی" هم معروف است. یک تصویر اسیلوسکوپی است که در آن از سیگنال داده دیجیتال در سمت گیرنده به طور تکرار شونده نمونه برداری شده و به ورودی عمودی اسیلوسکوپ اعمال می گردد. یک طرح چشم باز، نشان دهنده کمترین اعوجاج سیگنال است. اعوجاج در شکل موج سیگنال به خاطر تداخل بین سمبلی - SIS - و نویز، در این نمودار به صورت بسته شدن طرح چشم نمایش داده می شود.
-5-2 دیود نوری PIN
این نوع دیود نوری متداولترین آشکارسازها در سیستم های نوری می باشد. همانطور که در شکل 6 دیده می شود ، دیود PIN دارای یک لایه ی پهن از نیمه هادی ذاتی در بین نواحی p وn هست. لایه ی ذاتی فاقد بار آزاد است و بیشتر ولتاژ دیود در دو سر آن ظاهر می شود و نیروهای الکتریکی در آن قوی است. چون لایه ی ذاتی خیلی پهن می باشد ، لذا احتمال اینکه فوتونهای ورودی در این لایه جذب شوند ، بیشتر از لایه های نازک p وn هست. این امر بهره و سرعت را نسبت به دیود نوری PN افزایش می دهد
-6-2 تحلیل گر نرخ خطای بیت
در انتقال دیجیتال تعداد خطای بیت عبارت است از تعداد بیت های دریافتی از یک رشته اطلاعات مخابره شده که به واسطه نویز، اعوجاج ناشی از تداخل و یا خطاهای سنکرونیزاسیون دچار دگرگونی و تغییر شده اند.
نرخ خطای بیت یا نسبت خطای بیت عبارتست از نسبت تعداد بیت های خطا به تعداد کل بیت های انتقال داده شده در یک مدت زمان مورد نظر.
-3 پیاده سازی سیستم
ROF ، شامل ایستگاه مرکزی - CS - و ایستگاه پایه - BS - می باشد که از طریق یک شبکه یا لینک فیبر نوری به یکدیگر متصل می شوند. سیستم ROF ، سیگنال های رادیویی - RF - را با استفاده از انتقال نوری در نقطه دسترسی رادیویی - RAP - توزیع می کند و لذا نقطه دسترسی رادیویی - RAP - به عملیاتی نظی ر مدولاسیون، کدگذاری و مالتی پلکس نیاز ندارد. سیستم ROF در شبکه HAN، مستلزم انتقال داده ها با نرخ بالاتر در مسافت نسبتا کوتاه میان سایت مرکزی - CS - تا سایت راه دور - RS - می باشد که توسط یک لینک فیبر نوری با یکدیگر مرتبط می باشند.
در اینجا مدار ROF را برای معیارهای عملکرد مختلف را در الگوهای کدگذاری خط بازگشت به صفر، عدم بازگشت به صفر و گاوسی با نرخ انتقال داده متغیر مورد بررسی قرار می دهیم.
-1-3 شبیه سازی سیستم ROF با الگوی کدگذاری خط "عدم بازگشت به صفر"
شکل 5 مدل شبیه سازی سیستم ROF با الگوی کدگذاری خط "عدم بازگشت به صفر" را که به وسیله نرم افزار Optisystem
شکل: 5 شبیه سازی سیستم ROF با الگوی کدگذاری خط "عدم بازگشت به صفر" بوسیله نرم افزار Optisystem
طراحی شده نشان می دهد. در اینجا دو سیگنال RF با فرکانس های10 GHZو 15 GHZابتدا ترکیب توان شده و سپس توسط سیگنال های نوری لیزر CW در مدولاتور ماخ زندر مدوله شده اند . سپس سیگنال مدوله از طریق فیبرنوری معمولی با طول فیبر 20 کیلومتر انتقال داده می شود. پس از انتقال از طریق فیبر، سیگنال ها با استفاده از فیلتر بسل مرتبه چهارم با فرکانس مرکزیTHz 193/1 فیلتر می شوند و در دی مدولاتور 1 AMپیاده سازی می شوند.
در این شبیه سازی ما قصد داریم نرخ بیت مولدهای PRBS را از 1 تا 3 گیگابیت تغییر داده و تاثیر آن را بر روی پارامترهای ماکزیمم ضریب کیفیت، مینیمم نرخ خطای بیت و نمودار ارتفاع چشمی سیگنال بررسی کنیم و سپس بهترین مقدار نرخ بیت را در این بازه تعیین نماییم.
شکل : 6 خروجی ویژوالایزر اسیلوسکوپ
شکل :7 دیاگرام چشمی داده دریافتی درBS1
شکل :8 دیاگرام چشمی داده دریافتی درBS2
جدول :1 مقادیر Q-factor و Threshold و Minimum BER و Eye Heightبرای مقادیر متفاوت Bit Rate با الگوی کدگذاری خط "عدم بازگشت به صفر"
-2-3 شبیه سازی سیستم ROF با الگوی کدگذاری خط " گاوسی"
شکل 9 مدل شبیه سازی سیستم ROF با الگوی کدگذاری خط "گاوسی" را که به وسیله نرم افزار Optisystem طراحی شده نشان می دهد.
