Optik Filtrelerde Performans Analizi Performance Analysis of the Optical Filters



Benzer belgeler
Optik Modülatörlerin Analizi ve Uygulamaları Analysis of the Optical Modulators and Applications

Optik Kuvvetlendiriciler ve Uygulamaları Optical Amplifiers and Applications

Pasif Optik Ağların Analizi ve Uygulamaları Analysis and Applications of the Passive Optical Networks

OPTİK HABERLEŞME SİSTEMLERİNİN DİZAYNI

ÇEŞİTLİ ERBİYUM KATKILI FİBER YÜKSELTEÇ KONFİGÜRASYONLARI İÇİN KAZANÇ VE GÜRÜLTÜ FAKTÖRÜNÜN İNCELENMESİ

Optik Haberleşme Sistemlerinde Kullanılan FTTX Teknolojisi ve Uygulamaları FTTX Technology and its Applications in Optical Communication Systems

Dumlupınar Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü Fiber Optik Haberleşme Laboratuarı Uygulamaları

ANALOG FİLTRELEME DENEYİ

HABERLEŞMENIN AMACI. Haberleşme sistemleri istenilen haberleşme türüne göre tasarlanır.

980 NM DE POMPALANMIŞ C BAND ERBİYUM KATKILI FİBER YÜKSELTECİN ANALİZİ

Bunu engellemek için belli noktalarda optik sinyali kuvvetlendirmek gereklidir. Bu amaçla kullanılabilecek yöntemler aşağıda belirtilmiştir:

Mobil ve Kablosuz Ağlar (Mobile and Wireless Networks)

DENEY 8: SAYISAL MODÜLASYON VE DEMODÜLASYON

İletişim Ağları Communication Networks

DUMLUPINAR ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 13. BÖLÜM FİBER OPTİK ÖLÇÜMLERİ

Ağ Teknolojileri. Ağ Temelleri. Bir ağ kurmak için

Kızılötesi. Doğrudan alınan güneşışığı %47 kızılötesi, %46 görünür ışık ve %7 morötesi ışınımdan oluşur.

V. İLETİŞİM TEKNOLOJİLERİ ULUSAL SEMPOZYUMU (İTUSEM 2013) Mayıs 2013 İzmir

1. LİNEER PCM KODLAMA

ELEKTRİK TESİSLERİNDE HARMONİKLERİN PASİF FİLTRE KULLANILARAK AZALTILMASI VE SİMÜLASYONU. Sabir RÜSTEMLİ

Ağ Donanımları NIC. Modem. Modem. Ağ Cihazları (Aktif Cihazlar) Repeater (Yineleyici)

VERĠ HABERLEġMESĠ OSI REFERANS MODELĠ

BÖLÜM 1 RF OSİLATÖRLER

Optik Haberleşme Sistemleri (EE 406) Ders Detayları

KISIM 1 ELEKTRONİK DEVRELER (ANALİZ TASARIM - PROBLEM)

BÖLÜM 2 İKİNCİ DERECEDEN FİLTRELER

T.C. ONDOKUZ MAYIS ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRONİK LABORATUVARI-II DENEY RAPORU AKTİF FİLTRELER

DENEY NO:1 SAYISAL MODÜLASYON VE DEMODÜLASYON

Telkolink Kurumsal Bilgi Teknolojileri Çözümleri

Bilgisayar Ağları ve Türleri

Direnç(330Ω), bobin(1mh), sığa(100nf), fonksiyon generatör, multimetre, breadboard, osiloskop. Teorik Bilgi

Yıldız Teknik Üniversitesi Elektronik ve Hab. Müh. Mikrodalga Lab. Deney No:6

Trodio Elektronik Dağıtım Sistemi Çözümleri

Elektrik Devre Lab

Sakarya Üniversitesi Bilgisayar ve Bilişim Bilimleri Fakültesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü

İki Aşamalı C Band Ebrium Katkılı Fiber Yükselteçlerde (EKFY) Kazanç Düzeltmek İçin Uzun Periyotlu Fiber Izgara Kullanılması

Data Communications. Gazi Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü. 5. Analog veri iletimi

ÇEŞİTLİ ERBİYUM KATKILI FİBER YÜKSELTEÇ KONFİGÜRASYONLARI İÇİN KAZANÇ VE GÜRÜLTÜ FAKTÖRÜNÜN İNCELENMESİ

Y Fiber Optik Haberleşme Eğitim Seti Fiber Optic Communication Training Set

KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ ELEKTRONİK VE HABERLEŞME MÜHENDİSLİĞİ ELEKTRONİK LAB 1 DERSİ İŞLEMSEL KUVVETLENDİRİCİ 1 DENEYİ. Amaç:

EET349 Analog Haberleşme Güz Dönemi. Yrd. Doç. Dr. Furkan Akar

BİLİŞİM SİSTEMLERİNİN PRENSİPLERİ

Telkolink Kurumsal Bilgi Teknolojileri Çözümleri

Mobil ve Kablosuz Ağlar (Mobile and Wireless Networks)

Optik Haberleşme (EE 539) Ders Detayları

UBOT Serisi. Optik Transmitter RF + IF (2 GHz)

Ebrium Katkılı Fiber Amplifikatörleri (EDFA)

Haberleşme Elektroniği (EE 410) Ders Detayları

Doğrudan Dizi Geniş Spektrumlu Sistemler Tespit & Karıştırma

Optik Yükselteç (OA) Nedir?

ĠġLEMSEL KUVVETLENDĠRĠCĠLERĠN DOĞRUSAL UYGULAMALARI. NOT: Devre elemanlarınızın yanma ihtimallerine karşın yedeklerini de temin ediniz.

Prof. Dr. Fuat ANDAY

İSTANBUL MEDENİYET ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ(TÜRKÇE) 4 YILLIK DERS PLANI

ANALOG ELEKTRONİK - II YÜKSEK GEÇİREN FİLTRE

Optoelektronik Tümleşik Devreler HSarı 1

EEM HABERLEŞME TEORİSİ NİĞDE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

T.C. AKSARAY ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Ağ Teknolojileri. Ağ Temelleri. Bir ağ kurmak için

1.GÜÇ HATLARINDA HABERLEŞME NEDİR?

Bahar BSM 450 Fiber Optik Ağlar. Örnek Vize Soruları

Şekil 3-1 Ses ve PWM işaretleri arasındaki ilişki

Mobil ve Kablosuz Ağlar (Mobile and Wireless Networks)

100 kv AC YÜKSEK GERİLİM BÖLÜCÜSÜ YAPIMI

Şekil 6-1 PLL blok diyagramı

1. DARBE MODÜLASYONLARI

DENEY NO : 1 DENEY ADI : RF Osilatörler ve İkinci Dereceden Filtreler

BİLGİSAYAR AĞLARI VE İLETİŞİM

AHD Analog HD to Fiber Optik Çeviriciler 1080P SM 20km

1Port AHD Analog HD to Fiber Optik Çeviriciler 1080P SM 20km

EEM HABERLEŞME TEORİSİ NİĞDE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

DUMLUPINAR ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 9. BÖLÜM ANALOG SİSTEMLER

Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

Karadeniz Teknik Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Elektronik Laboratuvarı I İŞLEMSEL YÜKSELTECİN TEMEL ÖZELLİKLERİ VE UYGULAMALARI

Elektromanyetik dalgalar kullanılarak yapılan haberleşme ve data iletişimi için frekans planlamasının

Tek-faz Yarım Dalga Doğrultucu

OTOMATİK KONTROL SİSTEMLERİ İŞARET AKIŞ DİYAGRAMLARI SIGNAL FLOW GRAPH

BÖLÜM 1 TEMEL KAVRAMLAR

Telkolink Kurumsal Bilgi Teknolojileri Çözümleri. 10GBase-ZR SFP+ Modül SMF LC Duplex Dual Fiber 1550nm 80km

KABLOSUZ İLETİŞİM

Bölüm 14 FSK Demodülatörleri

SFP Modül

DÜZCE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ TEMEL HABERLEŞME SİSTEMLERİ TEORİK VE UYGULAMA LABORATUVARI 1.

Akreditasyon Sertifikası Eki (Sayfa 1/6) Akreditasyon Kapsamı

1000Base-EX LC Duplex SFP Modül 1310nm SM 40km

ZX SFP Modül LC Duplex 1550nm SM 80km

DENEY 16 Sıcaklık Kontrolü

DENEY 3. Tek Yan Bant Modülasyonu

Doğrultucularda ve Eviricilerde Kullanılan Pasif Filtre Türlerinin İncelenmesi ve Karşılaştırılması

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Deney No: 7 Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü Mikrodalga ve İletişim Lab. OPTİK FİBERLERDE ÖLÇMELER

ELK273 Elektrik ve Elektronik Mühendisliğinin Temelleri Ders 6- Kondansatör

GHz Mikrodalga Kuvvetlendirici Tasarımı GHz Microwave Amplifier Design

Şekil 5.1 Opamp Blok Şeması ve Eşdeğer Devresi

Gigabit SFP 1000Base-LX SMF Singlemode LC Duplex Dual Fiber 1310nm 20km

PİEZOELEKTRİK YAMALARIN AKILLI BİR KİRİŞİN TİTREŞİM ÖZELLİKLERİNİN BULUNMASINDA ALGILAYICI OLARAK KULLANILMASI ABSTRACT

DENEY 5: GENLİK KAYDIRMALI ANAHTARLAMA (ASK) TEMELLERİNİN İNCELENMESİ

Anahtarlama Modlu DA-AA Evirici

AĞ SĠSTEMLERĠ. Öğr. Gör. Durmuş KOÇ

Prof. Dr. H. SELÇUK VAROL OPTOELEKTRON"K & F"BER OPT"K

Yrd.Doç.Dr. Cüneyt BAYILMIŞ Haberleşme Sistemleri II Arş.Gör. Ziya EKŞİ

SAYISAL ANAHTARLAMA SLIC. Süzgeçleme Örnekleme Kuantalama. Uniform Uniform olmayan. Kodlama ADPCM. Çoğullama TDM- PCM. PCMo

Transkript:

Optik Filtrelerde Performans Analizi Performance Analysis of the Optical Filters Gizem Pekküçük, İbrahim Uzar, N. Özlem Ünverdi Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi gizem.pekkucuk@gmail.com, ibrahim.uzar@yahoo.com, unverdi@yildiz.edu.tr Özet devre elemanlarından optik filtrelerin çalışma mekanizmaları incelenmiş ve performans analizleri yapılmıştır. OptiSystem 7.0 simülasyon programı kullanılarak 193.1 THz frekansında çalışan optik devre elemanlarının yer aldığı bir optik haberleşme sistemi modellenmiştir. Optik filtrelerin karakteristik özellikleri gözlenmiş ve veri iletimindeki kalitenin artırılması için sistem üzerinde filtreler incelenmiştir. Abstract In this study, optical filters that are used in optical communication systems were examined and their performance analysis were done. An optical communication system was modeled at a frequency of 193.1 THz on the OptiSystem 7.0 simulation software. Characteristic features of the optical filters that are used in the optical systems were studied in order to improve the quality of data transmission. 1. Giriş Haberleşme ağlarında, veri iletişiminin yanında, ses ve video trafiğinin taşınması ve yeni uygulamaların hayatımıza girmesiyle birlikte internet omurgasında yüksek band genişliğine ihtiyaç duyulmuştur. Bu yüksek kapasite ihtiyacı, her geçen gün gelişen fiber optik teknolojisi ile karşılanmaktadır [1, 2]. çalışma frekansı, 193.1 THz olan bir referans optik haberleşme sistemi tasarlanarak giriş işareti spektrumu ve sistem verimi incelenmiştir. 3. Bölüm de, optik haberleşme sistemlerinde kullanılan optik filtrelerin, sistem üzerindeki etkilerinin belirlenmesi için referans sistemde ölçümler yapılmış ve verim üzerindeki değişimler araştırılmıştır. 4. Bölüm de, elde edilen sonuçlar yorumlanarak değerlendirilmiştir [3]. 2. Optik Haberleşme Sistemleri Uzun mesafelerde yüksek kazanç ve düşük gürültü ile iletişim imkânı sağlayan fiber optik haberleşme sistemlerinin önemi giderek artmakta ve optik iletişim ağı dünya genelinde hızla genişlemektedir. İçinden ışığın yönlendirilebildiği cam veya plastik fiberlerden oluşmuş bir iletim ortamı olan fiber optik kablolar, alternatiflerine göre uzun mesafelerdeki veri iletiminin daha hızlı yapılabilmesine olanak sağladıkları için iletişim teknolojileri içinde kilit konumda bulunmaktadır [2]. Optik haberleşme sistemleri, optik fiber ile elektrik işaretlerinin iletimi için kullanılırlar. Şekil 1 de görüldüğü gibi, bir optik haberleşme sisteminde, verici bloğu, alıcı bloğu ve iletişim ortamı olarak optik fiber bulunmaktadır. Verici birim, elektronik önişlemci, zamanlayıcı kontrollü bir sürücü devre, soğutucu ve sıcaklık kontrol devreleri ile desteklenen bir LED veya lazerden oluşur. Alıcı birimde ise fotodedektör, düşük gürültülü kuvvetlendirici, ana kuvvetlendirici, filtre, zamanlayıcı ile kontrol edilen sayısal demodülatör ve karar verme devresi yer alır. Optik dalga kılavuzu ile iletimi sağlayan ve veri haberleşmesi, kablolu televizyon sistemleri, telefon ağları, tıp uygulamaları ve ulaşımda yaygın olarak kullanılan optik haberleşme sistemleri, günümüzde en çok tercih edilen haberleşme sistemleridir. Optik haberleşme sistemlerinin geliştirilmesi ve iletimin daha hızlı sağlanması amacıyla performans arttırılmasına yönelik uygulamalar yapılmaktadır. Bu konudaki çalışmalar, optik haberleşme sistemlerinde kullanılan sistemin ve optik devre elemanlarının analizi üzerinde yoğunlaşmıştır. filtreler analiz edilmiştir. Çalışmanın 2. Bölümü nde, optik haberleşme sistemlerinin çalışma mekanizması açıklanmış ve Şekil 1: Optik haberleşme sistemi [4]. 603

Şekil 2: Referans optik haberleşme sistemi. Şekil 3: Referans sistemin giriş işaretinin optik spektrum analizi. Bu çalışmada, OptiSystem 7.0 simülasyon programı ile Şekil 2 de yer alan referans optik haberleşme sistemi kurulmuş ve optik filtrelerin, sistem üzerindeki etkileri incelenmiştir [3-7]. Referans optik haberleşme sisteminin, OptiSystem 7.0 simülasyon programı kullanılarak elde edilen analiz sonuçları Şekil 3 ve Şekil 4 te verilmiştir. Referans sistemin verici bloğunda bulunan 193.1 THz frekansında ve 30 dbm gücündeki sürekli işaret kaynağının optik spektrum analizi Şekil 3 te görülmektedir. Referans sistemin çıkışındaki BER (Bit Error Rate, Bit Hata Oranı) analizörü ile sistemin göz diyagramı (eye diagram), bit hata oranı ve kalite faktörü incelenmiştir. Şekil 4 te yer alan sistemin BER diyagramının simetrik olduğu sonucuna varılmakla birlikte bu çalışmada, referans sistem üzerinde ölçümler yapılarak sistemin kazancı ve verimi (kalite faktörü) analiz edilmiş, göz diyagramının daha simetrik olması için çalışmalar yapılmış ve optik filtrelerin optik haberleşme sistemi üzerindeki etkileri incelenmiştir. Şekil 4: Referans sistemin BER analizi. 3. Optik Filtreler Optik filtreler, elektriksel filtrelerin belirli frekansları geçirmediği gibi, belirli dalgaboylu ışık demetlerini ya soğurur ya da yansıtırlar. Örneğin, mesafeyle zayıf hale gelen ışınlar, bir mercek ile dedektör üzerine biriktirilir. Mercekler, ışıkları biriktirirken çevreden gelen istenmeyen ışıkları da dedektör üzerinde biriktirirler. İstenmeyen ışınlar, gelen optik işaret üzerinde girişim oluştururlar. Bu istenmeyen durum, mercek ve dedektör arasında yer alan bir filtre ile önlenebilir. Bu bölümde, referans sistem üzerindeki 1x3 güç bölücü ile Gaussian optik filtre, Butterworth optik filtre ve Bessel optik filtrenin, üç farklı koldan sistem üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir. Optik filtrelerin karakteristikleri, genlik ve basamak cevapları olmak üzere sırasıyla Şekil 5, Şekil 6 ve Şekil 7 de verilmiştir [5]. 604

1x3 lük güç bölücü ve her kolda kullanılan farklı tür optik filtre ile oluşturulan sistemde 10 GHz band genişliğine sahip üç tane optik filtre kullanılmıştır. Şekil 7: Bessel optik filtrenin karakteristiği [5]. Şekil 5: Gaussian optik filtrenin karakteristiği [5]. Şekil 8: 1 x 3 lük güç ayırıcının öncesinde ve sonrasındaki güç karşılaştırmaları. 10 GHz band genişliklerine sahip olan Gaussian optik filtre, Butterworth optik filtre ve Bessel optik filtrenin kalite faktörlerinin, sırasıyla 34.10, 28.65 ve 28.72 olduğu gözlenmektedir. BER analizörlerindeki göz diyagramları ışığında en simetrik yapının, Gaussian optik filtreye ait olduğu belirlenmiştir. Daha sonraki aşamada, filtrelerin band genişlikleri 10 GHz den 100 GHz e çıkarılmış ve söz konusu olan üç optik filtre için kalite faktörleri, sırasıyla 873.48, 816.32 ve 807.27 olarak elde edilmiştir. Şekil 6: Butterworth optik filtrenin karakteristiği [5]. EDFA nın (Erbium Doped Fiber Amplifier, Erbiyum Katkılı Fiber Kuvvetlendirici) çıkışındaki güç ile her bir optik filtrenin üzerine düşen gücün karşılaştırıldığı Şekil 8 de, güç ayırıcıdan önce sistemde var olan gücün, güç ayırıcıdan sonra üç eşit parçaya ayrılmış olduğu ve optik filtrelere giden her kolda eşit miktarda güç bulunduğu görülmektedir. 18.414 dbm lik güçle çalışan optik filtrelerin çıkışlarında elde edilen BER analizleri, sırasıyla Şekil 9, Şekil 10 ve Şekil 11 de yer almaktadır [3, 6]. Şekil 9, Şekil 10 ve Şekil 11 ile Şekil 12, Şekil 13 ve Şekil 14 karşılaştırılarak Gaussian optik filtre, Bessel optik filtre ve Butterworth optik filtrenin band genişliğinin 10 kat artırılmasının, bütün optik filtre çıkışları için kalite faktörünü artırdığı ve sistemin kazancını yükselttiği ortaya konulmuştur. Üç optik filtre arasında en verimli sonucun, band genişlikleri yükselmeden önceki analiz sonuçlarına benzer şekilde Gaussian optik filtrenin çıkışından elde edildiği tespit edilmiştir. Analizde, Gaussian optik filtrenin diğer optik filtrelere göre daha verimli sonuçlar vermesinin temel sebebinin, Gaussian optik filtrenin karakteristiğinin diğer filtrelere göre ideal duruma daha yakın olması ve Butterworth optik filtrenin karakteristiğindeki gibi dalgalanmaların olmaması olduğu gözlenmiştir. 605

Şekil 9: Gaussian optik filtrenin BER analizi (BG: 10 GHz). Şekil 12: Gaussian optik filtrenin BER analizi (BG: 100 GHz). Şekil 10: Butterworth optik filtrenin BER analizi (BG: 10 GHz). Şekil 13: Butterworth optik filtrenin BER analizi (BG: 100 GHz). Şekil 11: Bessel optik filtrenin BER analizi (BG: 10 GHz). Şekil 14: Bessel optik filtrenin BER analizi (BG: 100 GHz). 606

Analizde, Gaussian optik filtrenin diğer optik filtrelere göre daha verimli sonuçlar vermesinin temel sebebinin, Gaussian optik filtrenin karakteristiğinin diğer filtrelere göre ideal duruma daha yakın olması ve Butterworth optik filtrenin karakteristiğindeki gibi dalgalanmaların olmaması olduğu gözlenmiştir. 4. Sonuçlar devre elemanları olan optik filtreler analiz edilmiştir. OptiSystem 7.0 simülasyon programı ile düzenlenen ve üçüncü pencere bölgesinde çalışan referans optik haberleşme sistemi üzerinde optik filtrelerin sistem üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Verime ve kazanca en olumlu etkiyi sağlayan optik filtrenin Gaussian optik filtre olduğu görülmüş ve Gaussian optik filtrenin, gerek dar band genişliğinde ve gerekse geniş band genişliğinde, Bessel optik filtre ve Butterworth optik filtrenin karakteristiğinin, diğer optik filtrelere göre ideal duruma daha yakın bir karaktere sahip olmasına bağlı olduğu anlaşılmıştır. Analizde, optik haberleşme sistemlerinde kullanılacak olan optik devre elemanlarının, veri iletiminin kalitesinin yüksek olması için önemli olduğu görülmüştür. Bu nedenle, optik haberleşme sistemlerinin tasarımı ve projelendirilmesinde, sistem özellikleri göz önünde bulundurularak amaca uygun olacak şekilde optik devre elemanlarının seçilmesi gerektiği sonucuna varılmıştır. 5. Kaynaklar [1] Çankaya, S. ve Ertürk, S., Optik İletim Kuramı, PTT Meslek Geliştirme Başmüdürlüğü, Ankara, 1991. [2] Güre, Ö., Pasif Optik Ağlar ve Uygulamaları, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2012. [3] Pekküçük, G. ve Uzar, İ., Optik Haberleşme Sistemlerinde Kullanılan Optik Devre Elemanlarının Analizi ve Uygulamaları, Haberleşme Devre Tasarımı Projesi, Yıldız Teknik Üniversitesi, Elektrik Elektronik Fakültesi, Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Bölümü, İstanbul, 2014. [4] Ünverdi, N. Ö. ve Ünverdi, N. A., Optik Haberleşme Sistemlerinin Dizaynı, V. İletişim Teknolojileri Ulusal Sempozyumu (İTUSEM 2013), İzmir, 16-17 Mayıs 2013, 127-133. [5] Zumbahlen, H., Basic Linear Design, Analog Devices Inc., USA, 2007. [6] Optiwave, OptiSystem 7.0 Component Library, 2007. [7] Pachnicke, S., Fiber-Optic Transmission Networks: Efficient Design and Dynamic Operation, Springer- Verlag, Heilderberg, 2012. 607