Optisk kommunikation i deep space - Steen Eiler Jørgensen

silicium.dk

Optisk kommunikation i deep space - Steen Eiler Jørgensen

40 Optisk kommunikation

signal-støj-forholdet for digital kommunikation. Eb/N0 hænger direkte sammen

med sandsynligheden for bitfejl, og det er derfor vigtigt at etablere denne størrelse.

Imidlertid bygger denne på en antagelse af “hvidstøjsmodellen”, som nok

fungerer i radioområdet, men som ikke umiddelbart kan anvendes i det optiske

område. Vi må derfor – efter at have etableret signaleffekten ved modtageren –

afgøre effekten af det samlede støjniveau.

De mulige støjkilder, der kan overlejre signalet, omfatter ([36], s. 360):

• støj fra himmelbaggrunden

• støj i detektoren

• støj i modstanden over forstærkeren

• støj i forstærkeren

• støj pga. avalanche gain

I det følgende beregnes de forskellige støjbidrag som middelværdien af kvadratet

på støjstrømmene. Ved at tage kvadratroden af disse fås RMS-værdierne.

5.3.1 Støj fra himmelbaggrunden

Mikrobølgebaggrundsstrålingen er elektromagnetisk stråling med en spektralfordeling,

der uhyre nøje svarer til den stråling, et absolut sort legeme med en

temperatur på 2,726 K udsender.

Intensiteten af sortlegemestråling er givet ved ([19], s. 116):

Bλ(T ) = 2hc2

λ 5

1

e hc

λkT − 1

[W · m −2 · m −1 · sr −1 ] (5.7)

I forhold til de andre støjkilder i forbindelse med optisk kommunikation i

rummet er baggrundsstøj forsvindende. Dette kan ses ved at indsætte T = 2,7

K i ovenstående formel:

hc

λkT = 1,988 · 10−25 J · m

1,982 · 10−29 ≈ 10000. (5.8)

J · m

Da e 10000 ≈ 10 4343 er et uhyre højt tal, bliver Bλ(T ) meget lille. Vi kan derfor

fuldstændig se bort fra den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling.

Dette gælder naturligvis kun, når der ikke er andre støjkilder end mikrobølgebaggrunden.

Dette er desværre ikke tilfældet; ofte vil der, set fra Jorden,

formodentlig være en stjerne meget tæt på rumsonden, hvis lys vil overlejre signalet

fra rumsonden. Hvordan dette vil påvirke linket, afhænger af intensiteten

af stjernens lys ved den relevante bølgelængde. Derudover kan man risikere, at

rumsonden vinkelmæssigt kommer tæt på Månen eller planeterne.

Om dagen vil kommunikation formodentlig være fuldstændig udelukket, da

himlen lyser kraftigt blåt pga. Rayleigh-spredning af Solens lys på iltmolekylerne

i atmosfæren. Denne blåfarvning af himlen gør sig naturligvis også gældende

om natten, om end i langt mindre grad, pga. lyset fra Månen og stjernerne.

Blåfarvningen af himlen om natten vil da antage et mindste niveau, overlejret

med en 29-dages variation afhængig af Månens fase og position på himlen.

More magazines by this user
Similar magazines