• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Unijny projekt usprawnia globalną transmisję danych

    08.09.2011. 16:49
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Naukowcy opracowali dwa nowe komponenty, które mogą pomóc Europie rozwiązać niektóre z najpilniejszych wyzwań komunikacyjnych w badaniach nad wzmacniaczem optycznym.

    Finansowany ze środków unijnych zespół, w skład którego weszli Brytyjczycy, Duńczycy, Grecy, Irlandczycy, Japończycy, Szwajcarzy i Szwedzi, opracował ultraniskoszumny wzmacniacz i regenerator optyczny do sygnałów dwufazowych. Innowacje te powinny zwiększyć zdolność przesyłową i wydajność energetyczną optycznych sieci komunikacyjnych.

    W artykule opublikowanym w czasopiśmie Nature Photonics zespół opisuje, jak powstawały te nowe systemy transmisji danych. Badania otrzymały wsparcie finansowe na kwotę 2.698.947 EUR z projektu PHASORS (Systemy wzmacniaczy z detekcją fazową oraz regeneratory optyczne i ich zastosowania), dofinansowanego z tematu "Technologie informacyjne i komunikacyjne" (TIK) Siódmego Programu Ramowego (7PR).

    Bezszumowe wzmocnienie optyczne to ostateczny cel badań nad wzmacniaczami optycznymi, gdyż mogą one znacznie podnieść wydajność w szerokim zakresie zastosowań, np. w komunikacji optycznej (światłowody lub wolna przestrzeń), spektroskopii optycznej czy detekcji optycznej oraz detekcji fotonów.

    Na chwilę obecną transmisja danych w sieciach optycznych jest ograniczana przez "fazę szumu" - szybkie, krótkotrwałe i nieuporządkowane fluktuacje w fazie sygnału, które wpływają na jakość wysyłanych informacji. Powodują one błędy transmisji danych i "przenik", kiedy sygnał wchodzi w interakcje z innymi sygnałami na różnych długościach fal.

    Naukowcy zajmujący się tymi badaniami postanowili sprawdzić teorię, według której bezszumowe wzmocnienie linearne można uzyskać w sposób niedeterministyczny lub z detekcją fazową. Podczas gdy bezszumowe wzmocnienie linearne jest obciążone niskim prawdopodobieństwem powodzenia i jest niepraktyczne w przypadku najważniejszych zastosowań, naukowcy pokładali nadzieję we wzmacniaczach z detekcją fazową (PSA), o których od dawna mówi się, że mogą umożliwić praktyczne, deterministyczne i bezszumowe wzmocnienie. Na dzień dzisiejszy wszystkie komercyjne wzmacniacze optyczne wyposażone są w detekcję fazową.

    Naukowcy opracowali wzmacniacz optyczny, który potrafi wzmocnić światło przy ekstremalnie niskim poziomie szumu. Za pomocą "parametrycznego wzmacniacza światłowodowego z detekcją fazową" udało się zredukować szum do poziomu 1 dB. W tradycyjnych erbowych wzmacniaczach światłowodowych poziom szumu często sięga co najmniej 3 dB, co sprawia, że sygnał staje się nierówny i zawodny.

    Naukowcy są przekonani, że ich przełomowe odkrycia mogą teraz z łatwością znaleźć rozmaite zastosowania, np. w wysokowydajnych, optycznych systemach komunikacyjnych. "To najlepszy wzmacniacz optyczny. Umożliwia sprawniejsze łączenie miast, krajów i kontynentów poprzez rozmieszczanie węzłów wzmacniających w znacznie większych odstępach. Sygnał może być również znacznie skuteczniej modulowany. Ponadto wzmacniacz jest kompatybilny z dowolnym formatem modulacji, a także tradycyjnymi nadajnikami laserowymi i może być bardzo szerokopasmowy, co zapewnia jego kompatybilność z wieloma laserami o różnych długościach fali" - mówi jeden z autorów badań, profesor Peter Andrekson z Politechniki Chalmers w Szwecji.

    Drugim osiągnięciem projektu PHASORS, realizowanego od 2008 r. do czerwca br., jest podsystem regeneracji optycznej, który eliminuje interferencję w binarnych sygnałach dwufazowych o dużej prędkości. W odróżnieniu od wcześniej opracowanych urządzeń, to nowe bezpośrednio eliminuje fazę szumu bez konieczności konwersji na sygnał elektroniczny, która powoduje pewne spowolnienie.

    Prócz przydatności w telekomunikacji, nowe urządzenia mogą znaleźć znaczące zastosowania w szeregu dziedzin, takich jak detekcja optyczna czy metrologia.

    Przyjęcie szerokiego zakresu problematyki w projekcie PHASORS ma na celu opracowanie i zastosowanie światłowodowej technologii PSA w szerokopasmowych sieciach szkieletowych 40 Gb/s. Nadrzędnym celem jest zapewnienie Europie przewagi w tej stosunkowo nowej technologii.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Rezonans stochastyczny to zjawisko, w którym odpowiedź układu dynamicznego na zewnętrzny sygnał osiąga wartość optymalną w obecności szumu o pewnym konkretnym natężeniu. Szum może niekiedy poprawić, nie zaś wyłącznie pogorszyć własności niektórych urządzeń. Zjawisko to dotyczy układów nieliniowych, które mogą posiadać kilka stabilnych stanów. Sygnał pozbawiony szumów nie powoduje przejścia pomiędzy stanami (na przykład przejścia urządzenia w stan detekcji sygnału). Sygnał z małym szumem może powodować przejścia pomiędzy stanami zgodnie z sygnałem (na przykład detekcja sygnału może nie być trwała). Istnieje pewien optymalny poziom szumu (zapewniający na przykład detekcję sygnału). Zbyt wielki poziom szumu powoduje jednak że sygnał zaczyna „ginąć” w szumie (detekcja sygnału przestaje być stabilna ze względu na znaczny poziom szumu). Współczynnik błędów modulacji (ang. Modulation Error Ratio - MER) - parametr sygnału transmisji danych (np. sygnałów telewizyjnych). Wartość MER zależy od wielkości i rodzaju szumu zakłócającego sygnał (szum fazowy, amplitudowy). MER należałoby traktować nie jako miarę jakości sygnału, lecz jako miarę odstępu od całkowitego zaniku sygnału. Nieuwzględnienie tego parametru może powodować okresowe zanikanie sygnału cyfrowego w wyniku pojawiających się zakłóceń lub pogorszenie pogody. Zapewnienie odpowiedniego odstępu od tzw. klifu cyfrowego pozwala na uniknięcie tego typu sytuacji. Filtr Wienera – filtr stosowany w cyfrowym przetwarzaniu sygnałów w celu redukcji szumu towarzyszącego sygnałowi. Jest to dokonywane poprzez statystyczne porównanie zarejestrowanych danych z pożądanym, pozbawionym szumu sygnałem.

    Wzmacniacz sterowany napięciem (ang. Voltage Controlled Amplifier, VCA) – wzmacniacz o zmiennym współczynniku wzmocnienia, zależnym od wartości napięcia podanego na wejście sterujące wzmocnieniem. Wzmacniacz VCA posiada z reguły co najmniej dwa wejścia (jedno sygnałowe i jedno sterujące) oraz jedno wyjście (sygnałowe). Wzmacniacz VCA jest urządzeniem analogowym. W rozwiązaniach cyfrowych funkcję tego wzmacniacza realizuje zwykła operacja mnożenia. Detektor - urządzenie służące do wykrywania (detekcji) i ewentualnie rejestracji . Detekcji podlegać mogą różne obiekty, zjawiska i parametry fizyczne Detektory stosuje się wówczas, gdy badany sygnał nie możne być zarejestrowany bezpośrednio zmysłami człowieka lub wówczas, gdy działa jako element urządzenia automatycznie reagującego na nadejście sygnału oraz wtedy, gdy pożądana jest bezobsługowa rejestracja sygnałów. Detektor zamienia wykrywany sygnał na formę możliwą do obserwacji lub rejestracji.

    Propagacja wielodrogowa – zjawisko w transmisji danych polegające na tym, że przekazywany sygnał z nadajnika do odbiornika dociera za pomocą więcej niż jednej drogi. W transmisji radiowej sygnał może dotrzeć bezpośrednio lub z odbiciem od różnych obiektów np. gór, drzew budynków lub chmur. W światłowodach wielomodowych po odbiciach od ścianek. Czas po jakim sygnał dociera do odbiornika zależy od długości drogi. Ponieważ różne drogi mają inną długość, ten sam sygnał będzie docierał w różnych momentach, dodawał się do siebie i powodował zakłócenia, np. w telewizji analogowej dodatkowe obrazy (duszki) a w transmisji może dojść do interferencji międzysymbolowej. Wzmacniacz optyczny jest urządzeniem wzmacniającym sygnał optyczny (promieniowanie świetlne) bezpośrednio, bez konwersji na sygnał elektryczny. Podobnie jak laser, wykorzystuje zjawisko emisji wymuszonej w ośrodku czynnym.

    Wzmacniacz – układ elektroniczny zwiększający energię sygnału wejściowego kosztem energii pobieranej ze źródła zasilającego. Wzmocniony sygnał pojawia się na wyjściu wzmacniacza. Wzmacniacz – układ elektroniczny, którego zadaniem jest wytworzenie na wyjściu sygnału analogowego, będącego wzmocnionym sygnałem wejściowym, kosztem zużycia energii pobieranej ze źródła prądu.

    Kod z powrotem do zera (Return to Zero, RZ) – kod transmisyjny stosowany w telekomunikacji, w których sygnał przekazuje się przez nadajnik, którego stan może przyjmować trzy poziomy wartości (symbole transmisji , mogą być ogólnie określane jako +1, 0 i -1). W trakcie nadawania w każdym bicie sygnał wraca do zera. Sygnał jest samotaktujący. Oznacza to że nie potrzeba transmitowania sygnału zegara, ale powoduje też że wykorzystane jest dwukrotnie szersze pasmo niż w przypadku kodu NRZ.

    DI-Box (ang. Direct Box, DI unit, DI box), (czyt. "Daj-boks" lub "Di-aj-boks") – Urządzenie stosowane w systemach audio, którego głównym zdaniem jest symetryzacja sygnału. Dzięki symetryzacji sygnału, staje się on bardziej odporny na zakłócenia, dzięki czemu można go przesyłać na duże odległości. Posiada on także funkcję separacji sygnałów wejścia od wyjścia. W praktyce zabezpiecza to przed powstawaniem tzw. pętli masy , czyli eliminuje przydźwięk sieciowy. Trzecią funkcją di-boksów jest tłumienie sygnału, co umożliwia dopasowanie sygnału do wejścia.

    Pętla efektów to szeregowy "łańcuch" połączonych efektów do zmiany brzmienia dźwięku. Gitarzyści jednak rzadko używają tego określenia w tym znaczeniu, a stosują skrót myślowy i przez pętlę efektów rozumieją cechę wzmacniacza gitarowego, która umożliwia włączanie efektów między wyjście SEND przedwzmacniacza (preampu), a wejście RETURN wzmacniacza mocy. Takie rozwiązanie stosuje się zwykle we wzmacniaczach gitarowych wyższej klasy, bo tylko one mają na tyle dobry przedwzmacniacz, że warto najpierw w nim wzmocnić słaby sygnał z gitary i dopiero wtedy poddawać go dalszej obróbce. Zapewnia to korzystny stosunek sygnału do szumu. Często też przedwzmacniacz pełni rolę przesteru i wtedy jedynie "pętla efektów" umożliwia wpięcie efektów modulacyjnych (np. chorus) po przesterze. Wzmacniacz ze sprzężeniem zwrotnym to wzmacniacz, który dodaje pewną część sygnału wyjściowego do sygnału wejściowego dzięki czemu sprzężenie zwrotne przeciwstawia się działaniu sygnału oryginalnego. Dzięki zastosowaniu takiego wzmacniacza uzyskuje się lepsze parametry (stabilność wzmocnienia, liniowość, kształt charakterystki częstotliwościowej i charakterystki czasowej) i redukuje się wrażliwość na zmiany parametrów wynikające z technologii produkcji i wpływu środowiska. Z uwagi na powyższe zalety wzmacniacz z (ujemnym) sprzężeniem zwrotnym stosuje się powszechnie w wielu układach wzmacniających i w urządzeniach automatyki.

    Wykres wskazowy, wskaz, fazor, strzałka fazowa lub wykres wektorowy – wektorowe przedstawienie sygnału sinusoidalnego szeroko stosowane w elektrotechnice. Analiza przy pomocy wskazów jest możliwa dla obwodów, w których obecna jest tylko jedna wartość częstotliwości i w których wszystkie sygnały mogą zostać uznane za sinusoidalnie zmienne. Sygnał analogowy – sygnał, który może przyjmować dowolną wartość z ciągłego przedziału (nieskończonego lub ograniczonego zakresem zmienności). Jego wartości mogą zostać określone w każdej chwili czasu, dzięki funkcji matematycznej opisującej dany sygnał. Przeciwieństwem sygnału analogowego jest sygnał skwantowany, nazywany również dyskretnym (w szczególności: cyfrowym).

    Pasywna sieć optyczna (PON z ang. Passive Optical Network) - sieć optyczna należąca do grupy sieci FTTx (ang. Fiber To the x) np. Home/Loop/... Jest to sieć, w której, jako medium przekazywania danych, wykorzystuje się światłowód jednomodowy. Prędkość transmisji jest dzielona w zależności od standardu, zazwyczaj jest to podział 1:32 ale standardy akceptują podział z zakresu 1:16 do 1:128. Sygnał jest rozdzielany przez tzw. pasywne (nie wymagające zasilania) splitery optyczne, czyli pasywne urządzenia rozdzielające, które rozmieszczone są w różnych miejscach sieci PON. Sieć ta może najczęściej przyjmować postać drzewa lub magistrali. Zastosowanie urządzeń aktywnych (czyli wymagających jakiegoś rodzaju zasilania) jest przewidziane tylko w końcowych i początkowych węzłach sieci.

    Dodano: 08.09.2011. 16:49  


    Najnowsze