Optisk kommunikation i deep space - Steen Eiler Jørgensen

More documents

Recommendations

Info

62 Modulation reciprokke, maksimale repetitionsfrekvens: td + Mtslot ≥ ν −1 max,laser (7.1) Der transmitteres K = log 2 M bits pr. ramme. Da tiden mellem to rammer er td + Mtslot sekunder, transmitteres der altså højest B = K td + Mtslot = log 2 M td + Mtslot [bit/s] (7.2) F.eks. er en typisk, Q-switched Nd:YAG-laser, med en repetitionsrate på 30 kHz og en pulslængde på 200 ns, i stand til at levere en teoretisk bitrate på 95 kbit/s, mens en mode locked laser, med en repetitionsfrekvens på f.eks. 300 MHz og en pulslængde på 100 ps, er i stand til at levere en teoretisk bitrate på 276 Mbit/s. Båndbredde Nyquists formel (formel 1.1), Bmax = 2β log 2 M [bit/s] (7.3) giver den maksimale bitrate, der kan transmitteres gennem en <strong>kommunikation</strong>skanal med båndbredden β. Formlen siger altså, at den reelle bitrate B er Vendes formlen om for en givet værdi af B B < 2β log 2 M [bit/s] (7.4) β > B 2 log 2 M [Hz] (7.5) ses det, at båndbredden altid vil være større end en vis værdi. Den mindste båndbredde mulig, givet B og M, βmin = B 2 log 2 M [Hz] (7.6) kaldes Nyquist-båndbredden. Af denne formel ses det, at en bitrate på f.eks. 1 Mbit/s og 256-ary PPM giver anledning til en båndbredde på βmin = B 2 log 2 M = 106 = 62,5 kHz 2 log2 256 Skal dette signal forstærkes gennem en transkonduktansforstærker, må denne således ikke have en afskæringsfrekvens (formel 5.5), der er lavere end dette. Vælges f.eks. en belastningsmodstand RL = 1 MΩ, og sættes den parasitiske kapacitans til 1 pF, giver dette en afskæringsfrekvens på fcutoff = 1 2πRLC = 1 = 160 kHz 2π × 1 MΩ × 1 pF
7.2 Modulation af laserstråler med data 63 Det ser altså umiddelbart ud som om, alt er i den skønneste orden. Det er det bare ikke. For at frembringe en datarate på 1 Mbit/s vha. en pulset laser kan man f.eks. anvende en cavity-dumped laser (se tabel 6.2), som har en længste pulslængde på 15 ns. For at overføre en puls af 15 nanosekunders varighed kræves en båndbredde på βp = t −1 p = (15 ns) −1 = 66,7 MHz Dette er kun muligt ved at vælge en lavere værdi for RL: RL ≤ 1 2πfcutoffC = 1 = 2,4 kΩ 2π × 66,7 MHz × 1 pF med væsentligt forøget termisk støj til følge. Det er således ikke muligt at forbedre signal-støj-forholdet blot ved at nedsætte bitraten, da pulslængden er en egenskab ved laseren, og uafhængig af, hvor meget data, laseren formidler pr. tid. Man bør derfor holde sig for øje, når man designer et optisk <strong>kommunikation</strong>ssystem baseret på pulsede lasere, at den valgte lasers pulslængde afgør båndbredden af forstærkeren, hvilket igen afgør værdien af forstærkerens belastningsmodstand, som i sidste ende spiller en stor rolle for den støjmængde, der indgår i signal-støj-forholdet. 7.2 Modulation af laserstråler med data Laseres evne til at frembringe meget kortvarige og intense pulser gør dem velegnede til pulsede modulationsarter, som nævnt i forrige kapitel. Q-switching kræver, at laserkaviteten udstyres med en anordning, som er i stand til at absorbere de genererede fotoner, således at populationsinversionen opretholdes. På et bestemt tidspunkt skal denne anordning så pludselig gøres transparent for fotonerne, så de kan skabe en kaskade af stimuleret emission i kaviteten. Cavity dumping kræver, at resonatorens udgangsspejl er i stand til at ændre transmissions- og refleksionskoefficient, således at spejlet kan reflektere fotoner tilbage i laserkaviteten indtil det punkt, hvor fotonerne skal frigives, hvorfor udgangsspejlet bliver nødt til pludseligt at antage en høj transmittans. Dette kan gøres vha. elektro-optiske modulatorer. 7.3 Protokoller Dataudvekslingen skal selvfølgelig foregå i henhold til nogle nøje fastlagte protokoller. Generelt anbefales det at opbygge datatransmissionssystemer i henhold til OSI-modellen. 7.3.1 OSI-modellen OSI står for Open Systems Interconnection og består af syv lag:
Page 1:
Optisk kommunikation i deep space -
Page 4 and 5:
Forsiden: Rumsonden Bering i færd
Page 6 and 7:
iv - som dette speciale belyser - d
Page 8 and 9:
vi INDHOLD 5 Optisk kommunikation 3
Page 11:
Figurer 2.1 Apollo-, Amor- og Aten-
Page 15 and 16:
Kapitel 1 Indledning 1.1 Baggrund N
Page 17 and 18:
1.2 Formål 3 ducere elektricitet p
Page 19 and 20:
Kapitel 2 NEO NEOer (Near Earth Obj
Page 21 and 22:
2.1 Asteroider 7 undersøgelse. Kun
Page 23 and 24:
2.1 Asteroider 9 har spundet guld p
Page 25 and 26: 2.2 Detektion af asteroider 11 2.2.
Page 27 and 28: 2.2 Detektion af asteroider 13 2.2.
Page 29 and 30: 2.4 Sammenligning med Bering 15 Spa
Page 31 and 32: Kapitel 3 Bering Bering ([5], [30],
Page 33 and 34: 3.1 Berings bane i solsystemet 19 F
Page 35 and 36: 3.2 Berings instrumenter 21 - Mode:
Page 37 and 38: Kapitel 4 Kommunikationsteori Ønsk
Page 39 and 40: 4.1 Linkbudgetligningen 25 hvor Lp
Page 41 and 42: 4.1 Linkbudgetligningen 27 EIRP st
Page 43 and 44: 4.2 Komprimering af data - “Lossy
Page 45 and 46: 4.3 Radio-linkbudget for Bering 31
Page 47 and 48: 4.4 Højere datarater med højere f
Page 49 and 50: Kapitel 5 Optisk kommunikation Ford
Page 51 and 52: 5.2 Detektion 37 5.2.1 Detektorer V
Page 53 and 54: 5.3 Støj 39 tektor. p-i-n-fotodiod
Page 55 and 56: 5.3 Støj 41 5.3.2 Støj i detektor
Page 57 and 58: 5.4 Den optiske linkbudgetligning 4
Page 59 and 60: 5.4 Den optiske linkbudgetligning 4
Page 61 and 62: 5.5 Eksperimenter med optisk kommun
Page 63 and 64: 5.5 Eksperimenter med optisk kommun
Page 65 and 66: Kapitel 6 Lasere Et atom kan absorb
Page 67 and 68: 6.2 Typer af lasere 53 faststoflase
Page 69 and 70: 6.3 Pulsing 55 hvilket giver en gen
Page 71 and 72: 6.5 Berings lidar 57 6.5 Berings li
Page 73 and 74: Kapitel 7 Modulation 7.1 Modulation
Page 75: 7.1 Modulationsarter 61 hinanden. D
Page 79 and 80: 7.3 Protokoller 65 Figur 7.2: Datap
Page 81 and 82: Kapitel 8 Optik 8.1 Gauss-strålen
Page 83 and 84: 8.1 Gauss-strålen 69 Beam waist ra
Page 85 and 86: 8.2 Bessel-strålen 71 Vi betragter
Page 87 and 88: Kapitel 9 Acquisition og tracking 9
Page 89 and 90: Kapitel 10 Berings optiske link Ved
Page 91 and 92: 10.2 Linkbudgettet 77 Dette er den
Page 93 and 94: 10.3 Støj 79 hvilket i APDen induc
Page 95 and 96: 10.5 Et skuffende resultat 81 på B
Page 97 and 98: 10.5 Et skuffende resultat 83 Figur
Page 99 and 100: Kapitel 11 Konklusion Den umiddelba
Page 101 and 102: 11.2 Optisk kommunikation i rummet
Page 103 and 104: Litteratur [1] G.P. Agrawal: Fiber-
Page 105 and 106: LITTERATUR 91 [25] J.R. Lesh, J. Ka
show all

Optisk kommunikation i deep space - Steen Eiler Jørgensen

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?