תרגול 11 תקשורת קוהרנטית

1. תרגול 11תקשורת קוהרנטית מבוא לתקשורת אופטית 046342

2. יתרונות • Optical gain • Only light in close neighborhood of local oscillator wavelength is seen by coherent detection • acts like an ultra-narrow WDM filter • behaves as a tunable filter if tunable LO is used • Phase encoded modulation formats can be detected • e.g. binary (BPSK) & quadrature (QPSK) modulation formats have 3dB better sensitivity than on-off formats • QPSK carries 2 bits/symbol • Equalization of propagation impairments in electrical domain is equivalent to electric field equalization • compensate for chromatic dispersion in IF using micro-strip line

3. חסרונות • More complex receiver • To get best sensitivity and detect high bit rate signals homodyne detection must be used • LO phase locked to incoming signal • Polarization management needed to match SOP of LO to incoming signal • active polarization control or polarization diversity or polarization switching • To achieve best sensitivity synchronous detection needed • electronics to lock to wandering phase

4. מערכת תקשורת קוהרנטית בסיסית • מקלט Homodyne עבור : • מקלט Heterodyne עבור:

5. Balanced Receiver • דרגת המרה מסיגנל אופטי לסיגנל חשמלי אשר מאפשרת ביטול של סיגנל ורעש common בין שני הגלאים • ייצוג הרעש הוא קומפלקסי ולכן:

6. חישוב SNR • יחס אות לרעש חשמלי במנגנון החלטה הוא : • לאחר מיצוע בזמן נקבל את התוצאות הבאות : • מקרה Homodyne בהנחה שיש תיאום פאזה : • מקרה Heterodyne: • מסקנה: מקלט Homodyne נותן ביצועים טובים יותר מכיוון שה-SNR במקלט גבוהה יותר Fn - Electrical Pre-amplifier Noise Figure

7. חישוב SNR • הנחות : • תחת הנחות אלה ניתן לפשט את הביטוי ל-SNR: • ונגדיר כעת את מספר הפוטונים הנקלט עבור סימבול בודד: • ואז ניתן לקבל ביטוי ל-SNR כפונקציה של מספר פוטונים:

8. תרגיל 1 • נתון מקלט Heterodyne קוהרנטי אשר בו הסיגנל עובר במגבר אופטי לפני הגלאי. מצא את ה-SNR החשמלי אם נתון שהרעש הדומיננטי הינו רעש מגבר אופטי? • פיתרון • מקבלים שה-SNR קטן פי - ביחס למערכת ללא הגברה אופטית.

9. מקלט Heterodyne סינכרוני ואסינכרוני • עבור מקלט Heterodyne, האות לאחר הגלאי הוא סביב תדר IF כלשהו ויש לבצע המרה נוספת ל- baseband • קיימות 2 שיטות לבצע המרה זו : • המרה סינכרונית - לייצר LO נוסף בתדרי RF בעזרת PLL ולבצע הכפלה, ניתן לקבל מידע על אמפליטודה ופאזה. • המרה אסינכרונית - גילוי המתבסס על גילוי מעטפת (LP) סיגנל ללא פאזה

10. חישוב BER מקלטHeterodyne ASK סינכרוני • נסתכל על הסיגנל המגיע למעגל ההחלטה לאחר ביצוע המרה שנייה במקלט סינכרוני : • קבלנו פקטור ½ ביחס למקרה קודם, הוא לא משפיע על SNR מכיוון שפועל גם על הסיגנל וגם על הרעש • בחן למשל מקרה של OOK : • הבעיה בעצם זהה מתמטית לבעיה שפתרנו עבור מקלט לא קוהרנטי ולכן נשתמש באותה התוצאה רק עם נתונים שלנו :

11. תרגיל 2 • נתון מקלט OOK קוהרנטי סינכרוני. • מהו מספר הפוטונים הממוצע לביט בכניסה למקלט על מנת להגיע ל: BER=10-9 ? • פיתרון • מתוך חישוב נומרי של הביטוי ל-BER, על מנת לעמוד בדרישת התרגיל : q=6, מכאן ש- SNR=144 • ואם נניח גלאי בעל יעילות קוונטית של 1, נקבל :

12. חישוב BER מקלטHeterodyne ASKאסינכרוני • נסתכל על הסיגנל המגיע למעגל ההחלטה לאחר ביצוע המרה שנייה במקלט סינכרוני: • פילוג הרעש במקלט כעת הוא פילוג RICE ולא פילוג גאוסי

13. חישוב BER מקלטHeterodyne ASKאסינכרוני • על מנת לקבל ביטוי אנליטי נבצע את ההנחות הבאות : תחת הנחות אלה ניתן לקבל ביטוי אנליטי מקורב עבור BER:

14. תרגיל 3 • נתון מקלט OOK קוהרנטי אסינכרוני. • מהו מספר הפוטונים הממוצע לביט בכניסה למקלט על מנת להגיע ל: BER=10-9 ? • פיתרון • מתוך הקשר של BER ו-SNR ניתן לקבל : • ואם נניח כלאי בעל יעילות קוונטית של 1, נקבל :