2 Besonderheiten gegenüber Funk 2 Besonderheiten gegenüber

2 Besonderheiten gegenüber Funk
2 Besonderheiten gegenüber Funk
Kein multipath-fading“ bzgl. des optischen Trägers (2)
”
Sendesignal ist intensitätsmoduliertes Breitbandrauschen
Kein multipath-fading“ bzgl. des optischen Trägers (1)
”
zum Vergleich: Kanal-Verstärkungsfaktor (in dB) eines
Funk-Kanals über dem Ort des Empfängers bei 2,4 GHz
unmoduliertes Sendesignal ist ein spread spectrum“ Signal
”
(echtes Rauschen statt pseudozufälliges Rauschen)
riesiger frequency diversity gain“
”
die Photodiode ist inhärent ein spatial diversity“ Empfänger
”
Abmessungen groß gegenüber der Wellenlänge
equal gain square law combining“ mit riesiger
”
Diversitätsordnung
Dr. Mike Wolf, Fachgebiet Nachrichtentechnik
Optische Telekommunikationstechnik II
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Dr. Mike Wolf, Fachgebiet Nachrichtentechnik
Optische Telekommunikationstechnik II
2 Besonderheiten gegenüber Funk
2 Besonderheiten gegenüber Funk
Intensitätsmodulation und Direktempfang (1)
Intensitätsmodulation und Direktempfang (2)
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Behauptung: LTI-System kann auf Basis der
Momentanleistungen ptx (t) und prx (t) modelliert werden
Beweis (für Profis, die SS2 gehört haben):
bei geringer Kohärenz des Senders unvermeidlich
Direktmodulation des Lasers / der LED
Informationsaufprägung durch Intensitätsänderung, im
Ausnahmefall durch Wellenlängenvariation
Modell Übertragungsstrecke:
x(t) und y (t) seien normierte Feldstärkeverläufe (komplexes
Basisband) mit ptx (t) = |x(t)|2 und prx (t) = |y (t)|2
die Impulsantwort (komplexes Basisband) des Mehrwegekanals
PL−1
sei am Ort (x, y ) gegeben durch k=1 gk (x, y )δ(t − k/B)
dann gilt für den Photostrom
L−1
X
R|y (t, x, y )|2 =
|gk (x, y )|2 |x(t − k/B)|2
k=1
+
die optische Übertragungsstrecke wird auf der Basis der
optischen Momentanleistungen modelliert und als LTI-System
beschrieben
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Optische Telekommunikationstechnik II
L−1 X
L−1
X
k= l=0,l6=k
gk (x, y )gl∗ (x, y )x(t − k/B)x ∗ (t − l/B)
die Doppelsumme verschwindet nach Mittelung über die
Detektorfläche (B ist die Signalbandbreite, R die Diodenempfindlichkeit)
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2 Besonderheiten gegenüber Funk
2 Besonderheiten gegenüber Funk
Grenzen der Empfängerempfindlichkeit (1)
Grenzen der Empfängerempfindlichkeit (2)
Funk: thermisches Rauschen der Antenne ist maßgebend:
Optik:
Rauschleistungsdichte (für Frequenzen < 300 GHz):
N0 = kB · T = 4.1 · 10−21 W/Hz @300 K
SNR bei Nutzsignalleistung P: η = NP0 B
das thermisches Rauschen im Bereich der optischen
Trägerfrequenz fopt hat hier einen verschwindenden Einfluss
die Empfindlichkeitsgrenze wird stattdessen durch
Quantenrauschen definiert
die Leistungsdichte muss modifiziert werden zu [6]:
Optik: Warum gilt N0 = kB · T hier nicht?
weil kB · T eine Näherung für
Φ(f ) =
e
h·f
h·f
kB T
−1
Φ(fopt ) = h · fopt +
Max Planck, um 1900
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h·f
e kB T − 1
≈ h · fopt
Beispiel Optik: idealer Photonenzähler: Pmin = −87 dBm
(OOK, 1 Mbit/s, λ = 1 µm, BER: 10−9 )
darstellt, die nur bei niedrigen Frequenzen gilt
Beispiel: Φ(f = 300 THz) = 3 · 10−40 W/Hz
es gilt also nicht mehr wie im Funk (siehe auch [6]):
h·f
+1
h · f ≪ kB · T und damit e kB T ≈ kh·f
BT
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h · fopt
Beispiel Funk: Pmin = −98.5 dBm
(OOK, 1 Mbit/s, 300 K, BER: 10−9 )
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