utjecaj prostornog rasporeda prijemnika i predajnika na propagaciju

SVEUČILIŠTE JOSIPA JURJA STROSSMAYERA U OSIJEKU

ELEKTROTEHNIČKI FAKULTET

Sveučilišni studij

UTJECAJ PROSTORNOG RASPOREDA PRIJEMNIKA I

PREDAJNIKA NA PROPAGACIJU SVJETLOSNOG

SIGNALA SLOBODNIM PROSTOROM

Diplomski rad

Jelena Vlaović

Osijek, 2013.

Obrazac D1: Obrazac za imenovanje Povjerenstva za obranu diplomskog rada

Osijek, 31. listopad 2013.

Odboru za završne i diplomske ispite

Imenovanje Povjerenstva za obranu diplomskog rada

Ime i prezime studenta: Jelena Vlaović

Studij (smjer): Diplomski studij elektrotehnike, smjer Komunikacije i informatika

Mat. br. studenta, godina upisa: D-464, 2011/2012

Mentor: Doc.dr.sc. Slavko Rupčić

Sumentor: Doc.dr.sc. Davor Vinko

Predsjednik Povjerenstva: Doc.dr.sc. Vanja Mandrić

Član Povjerenstva: Doc.dr.sc. Davor Vinko

Naslov diplomskog rada: Utjecaj prostornog rasporeda prijemnika i predajnika na propagaciju svjetlosnog signala slobodnim prostorom

Primarna znanstvena grana rada: Optičke komunikacije

Sekundarna znanstvena grana (ili polje) rada:

Zadatak diplomskog rada

Propagacija svjetlosnih signala slobodnim prostorom nalazi svoju primjenu kod realizacije sigurne komunikacije velikih brzina na udaljenostima od jednog kilometra do nekoliko desetaka kilometara ovisno o namjeni. Takva komunikacija se često koristi u urbanim prostorima za realizaciju LAN-a između susjednih objekata. Zadatak ovog diplomskog rada jest izraditi laboratorijski model za mjerenje propagacije svjetlosnog signala slobodnim prostorom s mogućnošću mjerenja utjecaja promjene udaljenosti i upadnog kuta svjetlosne zrake. Mjerni sustav mora imati mogućnosti promjene izvora svjetlosti kao i upotrebu različitih tipova detektora svjetlosti. Također, sustav mora omogućavati mjerenje propagacije i kvalitetu primljenog signala kroz različite medije, ponajprije kroz različite vrste fluida.

Potpis sumentora: Potpis mentora:

Dostaviti:

1. Studentska služba

U Osijeku, 31.listopad 2013. godine

Potpis predsjednika Odbora:

IZJAVA O ORIGINALNOSTI RADA

Osijek, 31. Listopad 2013.

Ime i prezime studenta: Jelena Vlaović

Studij : Diplomski studij elektrotehnike, smjer Komunikacije i informatika

Mat. br. studenta, godina upisa: D-464, 2011/2012

Ovom izjavom izjavljujem da je rad pod nazivom:

Utjecaj prostornog rasporeda prijemnika i predajnika na propagaciju svjetlosnog signala slobodnim prostorom

izrađen pod vodstvom mentora

Doc.dr.sc. Slavko Rupčić

i sumentora

Doc.dr.sc. Davor Vinko

moj vlastiti rad i prema mom najboljem znanju ne sadrži prethodno objavljene ili neobjavljene pisane materijale drugih osoba, osim onih koji su izričito priznati navođenjem literature i drugih izvora informacija. Izjavljujem da je intelektualni sadržaj navedenog rada proizvod mog vlastitog rada, osim u onom dijelu za koji mi je bila potrebna pomoć mentora, sumentora i drugih osoba, a što je izričito navedeno u radu.

Potpis studenta:

SADRŽAJ

1. UVOD ...................................................................................................................................... 1

1.1. Zadatak diplomskog rada .................................................................................................. 2

2. OPTIČKI PRIJENOS SIGNALA ............................................................................................ 3

2.1. Fizikalne osnove ............................................................................................................... 5

2.2. Osnovna građa sustava ..................................................................................................... 9

3. SVJETLOVODNI OPTIČKI PRIJENOS SIGNALA ........................................................... 12

3.1. Fizikalne osnove ............................................................................................................. 15

3.2. Svjetlovod ....................................................................................................................... 19

3.3. Osnovna građa sustava ................................................................................................... 26

4. NEVOĐENI PRIJENOS OPTIČKOG SIGNALA ................................................................ 29

4.1. Fizikalne osnove ............................................................................................................. 31

4.2. Osnovna građa sustava ................................................................................................... 36

4.2.1. Predajnici ................................................................................................................. 39

4.2.2. Svjetlosni izvori ....................................................................................................... 41

4.2.3. Prijemnici ................................................................................................................ 44

4.2.4. Fotodetektori ........................................................................................................... 46

4.3. Upotreba nevođenog optičkog prijenosa signala ............................................................ 48

5. NEVOĐENI PRIJENOS OPTIČKOG DIGITALNOG SIGNALA ...................................... 50

5.1. Predajnik ......................................................................................................................... 53

5.2. Prijemnik ........................................................................................................................ 59

5.3. Analiza rezultata mjerenja .............................................................................................. 62

5.3.1. Utjecaj udaljenosti između predajnika i prijemnika ................................................ 63

5.3.2. Utjecaj kuta upada svjetlosne zrake ...................................................................... 104

5.3.3. Utjecaj vanjskih svjetlosnih izvora ....................................................................... 115

5.3.4. Utjecaj medija kroz koji se propagira svjetlost ..................................................... 117

6. ZAKLJUČAK ...................................................................................................................... 128

LITERATURA ........................................................................................................................ 129

SAŽETAK ............................................................................................................................... 131

ABSTRACT ............................................................................................................................ 132

ŽIVOTOPIS ............................................................................................................................. 133

PRILOZI .................................................................................................................................. 134

1

1. UVOD

Danas postoje različiti komunikacijski sustavi za prijenos informacija. Osim činjenice da svi

komunikacijski sustavi prenose energiju elektromagnetskog polja koja se širi u vremenu i

prostoru, zajedničko im je i da svi teže ostvarivanju što veće brzine prijenosa, što veće količine

informacije na određenoj udaljenosti te povećanju te udaljenosti. Komunikacijski sustavi se sve

više razvijaju i već je duži niz godina poznato da je tehnologija koja koristi bakrene parice

zastarjela te da više jednostavno ne može zadovoljiti sve veće potrebe korisnika za

širokopojasnim pristupom informacijama. Iako optičke komunikacije nisu jedino rješenje

navedenog problema, svakako su zbog svoje efikasnosti i isplativosti postale vrlo raširene. U

prvom redu to su svjetlovodne optičke komunikacije kod kojih se informacija prenosi

svjetlosnim signalom preko svjetlovoda. Optičke komunikacije slobodnim prostorom isprva su

bile tehnologija koja nije imala isplativu primjenu te su se istraživanja i razvoj više usmjeravali

na svjetlovodne prijenosne sustave. Međutim, zadnjih desetak godina nevođeni prijenos optičkog

signala kod kojeg se informacija prenosi svjetlosnim signalom kroz slobodni prostor sve više

pronalazi svoju primjenu. Razlog tome su mnoge prednosti u odnosu na konkurente sustave kao

što su jednostavna i brza implementacija, jednake ili veće brzine prijenosa te niska cijena

implementacije sustava. Efikasnost sustava koji se koriste za prijenos signala slobodnim

prostorom ovisi o komponentama od kojih je sustav sačinjen. Zadatak ovog diplomskog rada je

proučiti koliko i na koji način utječu različiti svjetlosni izvori i fotodetektori na prijenos signala

te koliko udaljenost između prijemnika i predajnika, kut upada svjetlosti u prijemnik i medij

propagacije utječu na propagaciju svjetlosnog signala. Upravo je Centar za komunikacijske

tehnologije iz Brazila [1] proučavao jednu od navedenih stavki, a to je utjecaj valne duljine

svjetlosnog izvora na uspješnost propagacije signala. Nakon uvoda i zadatka diplomskog rada,

drugo poglavlje daje temeljna znanja iz optičkih prijenosnih sustava. Prvenstveno je to fizikalna

podloga same propagacije signala putem svjetlosti, povijest optičkih sustava te osnovna građa

svakog optičkog prijenosnog sustava. Treće poglavlje daje osnovna teorijska znanja o široko

rasprostranjenim svjetlovodnim optičkim komunikacijama kao što su povijest, fizikalna osnova

te građa sustava. Također je opisana konstrukcija i podjela svjetlovoda te proizvodnja i vrste

optičkih vlakana. Četvrto poglavlje detaljno opisuje fizikalne osnove potrebne za razumijevanje

nevođenog optičkog prijenosa signala, osnovnu građu sustava, primjenu nevođenog optičkog

prijenosa signala te postojeće komercijalne sustave. Peto i posljednje poglavlje prije zaključka

obrađuje praktični dio ovog rada, a to je izrada prijemnika i predajnika s različitim svjetlosnim

2

izvorima i fotodetektorima te testiranje propagacije i kvalitete signala pri prijenosu između dva

računala.

1.1. Zadatak diplomskog rada

Propagacija svjetlosnih signala slobodnim prostorom nalazi svoju primjenu kod realizacije

sigurne komunikacije velikih brzina na udaljenostima od jednog kilometra do nekoliko desetaka

kilometara ovisno o namjeni. Takva komunikacija se često koristi u urbanim prostorima za

realizaciju LAN-a između susjednih objekata. Zadatak ovog diplomskog rada jest izraditi

laboratorijski model za mjerenje propagacije svjetlosnog signala slobodnim prostorom s

mogućnošću mjerenja utjecaja promjene udaljenosti i upadnog kuta svjetlosne zrake. Mjerni

sustav mora imati mogućnosti promjene izvora svjetlosti kao i upotrebu različitih tipova

detektora svjetlosti. Također, sustav mora omogućavati mjerenje propagacije i kvalitetu

primljenog signala kroz različite medije, ponajprije kroz različite vrste fluida.

3

2. OPTIČKI PRIJENOS SIGNALA

Kroz povijest ljudi su koristili različite svjetlosne signale kako bi komunicirali. U početku

Kinezi, Asirci, Egipćani i Grci koristili su dimne signale kako bi komunicirali, kasnije u antici

korištene su baklje na vrhovima planina, a u antičkoj Grčkoj korišteni su i svjetionici. Stari

Rimljani su također koristili svjetlosne signale kao sredstvo komunikacije tako što su reflektirali

sunčevu svjetlost na velike udaljenosti pomoću zrcala. Povijest optičkog prijenosa signala

kakvog poznajemo danas počinje ipak u nešto ranijoj povijesti, točnije u 18. stoljeću. 1973.

godine usred Francuske revolucije Claude Chappe izumio je optički telegraf kojim se uspio

poslati poruku između Pariza i Lillea koji su udaljeni 230 km. 1850.-ih godina električni

Morseov telegraf zamjenjuje dotadašnji optički telegraf. 1870. godine John Tyndall otkrio je da

se svjetlost može širiti kroz mlaz vode. Alexandar Graham Bell je 1880. godine izumio fotofon,

uređaj za komunikaciju koji je radio na principu amplitudne modulacije sunčeve svjetlosti.

Sunčeva svjetlost se reflektirala od membrane koja je vibrirala pri govoru. Na udaljenosti od 183

m nalazila se ćelija od selena smještena u sredinu paraboličnog zrcala u koju je upadala

modulirana sunčeva svjetlost.

Sl. 1.1. Odašiljač i prijemnik fotofona koje je konstruirao A.G.Bell [35]

Od 1880. do 1920. godine staklene cijevi korištene su kao sredstvo za osvjetljavanje pogotovo u

medicini zbog svog svojstva da provode svjetlost. Kombiniranjem Bellovih i Tyndallovih ideja

1934. godine nastao je optički telefon. Nakon izuma poluvodičkih lasera 1962. godine optičke

komunikacije se počinju ubrzano razvijati. 1971. godine životni vijek lasera bio je samo par sati,

1973. godine 1 000 sati, 1977. godine 7 000 sati, dok se već 1979. godine produžio na više od

100 000 sati. 1966. godine izumljeno je optičko vlakno s gušenjem od 1000 dB/km (Charles

Kao) koje je imalo brzinu prijenosa od 1 GHz, da bi se samo nekoliko godina kasnije izumilo

vlakno s gušenjem manjim od 20 dB/km (Corning Glass Works-SAD). Tim vlaknom prenosio se

4

signal valne duljine svjetlosnim izvorom od 633 nm. Dvije godine kasnije izrađeno je optičko

vlakno sa stupnjevitom promjenom indeksa loma koje je imalo gušenje manje od 4 dB/km.

Danas su gušenja vrlo mala i za višemodna vlakna iznose 0,5 dB/km za prijenos svjetlosnim

izvorom valne duljine od 1300 nm, a za jednomodna 0,2 dB/km za 1550 nm. 1977. godine u

SAD-u je izrađen prvi optički prijenosni sustav. Putem infracrvenog izvora svjetlosti valne

duljine 850 nm prenošen je telefonski signal brzinom od 6.2 Mbit/s i 45 Mbit/s. Zbog gubitaka

od 2 dB/km korišteni su elektro-optički regeneratori svakih nekoliko kilometara. Ti su uređaju

pretvarali optički signal u električni, pojačavali ga i pretvarali ga opet u optički signal. 1988.

godine poduzeće AT&T položilo je svjetlovod dug 5066 km koji je spajao Sjevernu Ameriku s

Francuskom čije je gušenje bilo 0.4 dB/km te su bili potrebni regeneratori koji su bili postavljeni

svakih 65 km. Telefonski signal prenošen je svjetlosnim signalom valne duljine 1300 nm.

Neovisno koji se tip podataka prenosi optičkim putem, optički prijenos informacija

podrazumijeva prijenos svjetlosnim impulsima. Svaki optički prijenosni sustav se sastoji od

predajnika, prijemnika i medija za prijenos signala. Ovisno o mediju koji se nalazi između

prijemnika i predajnika postoje dvije vrste optičkih sustava, a to su svjetlovodni optički sustavi i

nevođeni optički sustavi. Svjetlovodni optički sustavi kao medij za prijenos signala koriste

svjetlovode, dok se kod nevođenih optičkih sustava signal prenosi slobodnim prostorom. Optički

prijenos signala ima svoje prednosti i nedostatke. Najvažnija prednost je velika brzina prijenosa

signala, preko 1Tbit/s. Za razliku od bakrenih vodova kod kojih regeneratori moraju biti

postavljeni svaka 2 km, kod optičkih prijenosnih sustava regeneratori mogu biti postavljeni

svakih 100 km. Ta činjenica ujedno znači i financijsku uštedu. Financijsku uštedu još više

donose sustavi za optički prijenos signala slobodnim prostorom kod kojih čak niti nema

infrastrukture koju je potrebno polagati u zemlju. Općenito optički prijenosni sustavi su u

prednosti u odnosu na sustave s bakrenim vodovima jer u njima ne dolazi do interferencije, nema

utjecaja elektromagnetskog zračenja i ne postoji mogućnost prisluškivanja. Također silicijevog

dioksida od kojih se izrađuju optička vlakna za svjetlovodne sustave na Zemlji ima puno više

nego bakra, dok sustavi za optički prijenos signala slobodnim prostorom uopće niti ne koriste

vodove. Negativna strana optičkih sustava je činjenica da je prijenos jednosmjeran što znači da je

za dvosmjernu komunikaciju potrebno imati na primjer dvije niti u slučaju svjetlovodnih

optičkih komunikacije. Kod nevođenih optičkih komunikacija glavni nedostatci su to što je za

prijenos signala potrebna optička vidljivost između prijemnika i predajnika te je takav oblik

prijenosa osjetljiv na atmosferske prilike. Bez obzira na nedostatke, optički prijenos signala

5

danas je vrlo rasprostranjen te se više od 80% međukontinentalnih komunikacija vrši upravo

optičkim putem.

2.1. Fizikalne osnove

Fizikalne osnove optičkog prijenosa signala temelje se na geometrijskoj, valnoj i kvantnoj optici.

Poznato je da svjetlost ima dualnu prirodu, npr. u interakciji s materijom se može promatrati kao

skup čestica, a u slobodnom prostoru se može promatrati kao val. Ako su strukture kojima

propagira svjetlost puno veće od valne duljine svjetlosti tada se koristi geometrijska optika za

objašnjavanje nastalih pojava.

Geometrijska optika odnosno teorija zraka definirana je kroz tri zakona koji opisuju propagaciju

svjetlosti. Sva tri zakona geometrijske optike primjenjuju se i u svjetlovodnim i u nevođenim

optičkim komunikacijama. Prvi zakon je zakon o pravocrtnom širenju svjetlosti koji kaže da se

svjetlost širi pravocrtno iz izvora u optički jednolikom i prozirnom sredstvu. Drugi zakon je

zakon refleksije ili zakon odbijanja koji kaže da se zraka svjetlosti koja padne na glatku površinu

od nje odbije s tim da upadna zraka, odbijena zraka i normala na plohu u upadnoj točki leže u

istoj ravnini. Kut koji upadna zraka svjetlosti zatvara s normalom, jednak je kutu koji

reflektirana zraka zatvara s normalom (Sl. 2.1.).

Sl. 2.1. Zakon refleksije [11]

Potpuna ili totalna refleksija je pojava do koje dolazi kada je kut upada veći od graničnog kuta i

tada se svjetlosna zraka reflektira bez refrakcije, apsorpcije i transmisije. Totalna refleksija se

može definirati i kao pojava koja nastaje kada je kut loma veći od upadnog kuta odnosno kada se

svjetlost širi iz optički gušćeg u optički rjeđe sredstvo. Granični kut određuje se prema izrazu (2-

1). U izrazu za granični kut n1 je indeks loma jednog, a n2 indeks loma drugog sredstva.

𝛩𝑐 = sin−1 𝑛2

𝑛1 (2-1)

6

Sl. 2.2. Totalna refleksija (n1>n2) [36]

Lomljena zraka širit će se po samoj granici sredstava kada je za neki granični kut, kut loma

jednak 90 stupnjeva.

Treći zakon geometrijske optike je zakon loma ili refrakcije koji govori da smjer zrake svjetlosti

pri prolasku iz jednog sredstva u drugo s različitim indeksima loma mijenja. Na taj način nastaju

upadna i lomljena zraka što je prikazano slikom 2.3. Upadna zraka, lomljena zraka, normala na

okomicu u lomljenoj točki i odbijena zraka leže u istoj ravnini.

Sl. 2.3. Zakon refrakcije [11]

Snellov zakon povezuje kutove koje upadna i lomljena zraka zatvaraju s normalom. Kutovi

dobiveni refrakcijom se razlikuju.

𝑛1 sin 𝑢 = 𝑛2 sin 𝑙 (2-2)

Omjer brzine svjetlosti u vakuumu, c i fazne brzine svjetlosti u nekom sredstvu, v naziva se

indeksom loma [11].

𝑛1 =𝑐

𝑣1 ; 𝑛2 =

𝑐

𝑣2 (2-3)

Fizikalna optika proučava prirodu svjetlosti te se može podijeliti na čestičnu i valnu optiku.

Valna optika opisuje svjetlost kao transverzalni elektromagnetski val i koristi se kada je duljina

prostora približno jednaka valnoj duljini svjetlosti. Prvenstveno se koristi za opis ogiba svjetlosti,

7

interferencije i polarizacije svjetlosti. Svjetlosne zrake se prostiru okomito u odnosu na valne

fronte. Ogib svjetlosti opisuje se kao širenje svjetlosti „iza ugla“. Postoje dvije vrste ogiba

svjetlosti. Fraunhoferov ogib se definira kada su mjesto promatranja ogiba i izvor svjetlosti

beskonačno udaljeni od zapreke, dok se Fresnelov ogib definira kada su te udaljenosti konačne.

Interferencija se definira kao superpozicija dvaju ili više valova.

S obzirom da je svjetlost transverzalni val, ima i polarizaciju. Linearna polarizacija vala znači da

se može postići da se titranje vala odvija samo u jednoj ravnini i to u ravnini pravca širenja vala.

Brewsterov zakon (polarizacija refleksijom) kaže da monokromatska zraka svjetlosti koja se

djelomično lomi, a djelomično reflektira na granici dva sredstva različita indeksa loma ima

potpuno linearno polariziranu reflektirajuću zraku ako vrijedi da je suma kutova upadne zrake i

lomljene zrake jednaka 90 stupnjeva. Polarizacija raspršenjem nastaje na primjer pri upadu

svjetlosti na molekulama zraka, prašini i vodenoj pari kada električno polje u elektromagnetskom

valu pokrene električne naboje u molekuli na titranje, a najviše se raspršuje svjetlost manjih

valnih duljina (plava, ljubičasta). Polarizacija dvolomom nastaje pri upadu svjetlosti na

neizotropni kristal kod kojeg se upadna zraka lomi na dvije: redovnu i izvanrednu. Zrake koje

pritom nastaju polarizirane su na način da su im ravnine polarizacije međusobno okomite.

Teorija modova koja pomoću Maxwellovih jednadžbi opisuje propagaciju svjetla te gubitke koji

se pritom događaju također je dio valne optike. Iz Maxwellovih jednadžbi iskazanih u

diferencijalnom obliku uz pomoć relacija građe izvode se valne jednadžbe čija su rješenja

modovi. Mod je skup navođenih elektromagnetskih valova s definiranim kutom upada [3]. Samo

se određena količina svjetlosnih zraka s određenim upadnim kutovima odnosno određena

količina modova može propagirati jer zbog refleksije i propagacije često dolazi do pomaka u fazi

te ponekad dolazi do destruktivne interferencije. Uvjet propagacije svjetlosti je da valne fronte

budu u fazi. Ova se teorija prvenstveno primjenjuje kada se opisuje propagacija svjetla kroz

vlakna. Iako se disperzija opisuje u sklopu geometrijske optike, a apsorpcija u sklopu fizikalne

optike, za oba svojstva potrebno je poznavati i kvantnu optiku.

Disperzija ili rasap svjetlosti je ovisnost brzine propagacije svjetlosti u nekom prozirnom

sredstvu o valnoj duljini, λ. Propagacijska konstanta, β odnosno periodička frekvencija kojom se

ponavljaju fronte određenog moda s upadnim kutom, Θ dana je jednadžbom (2-4).

𝛽 =2×𝜋×sin 𝛩

𝜆 (2-4)

Uzrok širenja svjetlosnog impulsa odnosno disperzije su promjene u propagacijskoj konstanti.

Disperzija se može podijeliti na kromatsku, modalnu i disperziju polarizacijskih modova.

Kromatska disperzija puno je manja od modalne, a nastaje zbog razlike u brzinama kojima

8

putuju različite spektralne komponente. Kromatska se disperzija može podijeliti na materijalnu i

valovodnu. Valovodna dispezija nastaje kao posljedica promjene efektivnog indeksa loma u

ovisnosti o valnoj duljini. Kao posljedica promjene indeksa loma u ovisnosti o valnoj duljini

nastaje materijalna disperzija. Superpozicija modova koji imaju jednake valne duljine λ, ali

različite duljine puteva prostiranja uzrokuje modalnu disperziju. U jednomodnim vlaknima se još

javljaju profilna disperzija i disperzija polarizacijskih modova. Uzrok profilne disperzije su

promjene u ovisnosti indeksa loma ovojnice i jezgre. Disperzija polarizacijskih modova nastaje

kao posljedica razlike u promjeni indeksa loma koju vide dva nezavisna, ortogonalno

polarizirana moda.

Apsorpcija je jedan od uzroka gušenja u optičkom prijenosu pri čemu se optička snaga pretvara u

neki drugi oblik energije najčešće u toplinsku. Apsorpcija se očituje u smanjenju intenziteta

svjetlosti prema jednadžbi (2-5).

𝐼 = 𝐼0 × 𝑒−𝑎×𝑙 (2-5)

gdje je I0 intenzitet svjetlosti izvora svjetlosti, a koeficijent apsorpcije, a l duljina puta koju

prijeđe svjetlost. Kvantna optika koristi se za opisivanje čestičnog ponašanja svjetlosti.

Propagacija svjetlosti se analizira kvantnom optikom kada je duljina prostora puno manja od

valne duljine svjetlosti. Čestična priroda svjetlosti znači da se svjetlosna zraka sastoji od fotona

(svjetlosnih kvanta) od kojih svaki ima energiju jednaku umnošku Planckove konstante i

frekvencije zračenja. Ako je taj umnožak veći ili jednak širini energetskog procijepa između

valentnog i vodljivog pojasa, tada dolazi do apsorpcije fotona i unutrašnjeg fotoelektričnog

efekta. Fotoelektrični efekt je pojava da metali emitiraju elektrone zbog elektromagnetskih

valova. Ako je umnožak Planckove konstante i frekvencije zračenja manji od širine energetskog

procijepa između valentnog i vodljivog pojasa, tada dolazi do termičkog efekta. Termički efekt

je pojava kada atomi ili molekule emitiraju elektromagnetske valove zbog termičkog gibanja.

9

2.2. Osnovna građa sustava

Sl. 2.4. Blok shema optičkog komunikacijskog sustava [21]

Svi sustavi za prijenos optičkog signala sastoje se od predajnika, medija za prijenos optičkog

signala i prijemnika. Kada se na ulaz predajnika dovede električni signal, on se u predajniku

pretvara u niz svjetlosnih impulsa. Od čega će se predajnik sastojati ovisit će o namjeni optičkog

sustava te radi li se o svjetlovodnom ili nevođenom optičkom sustavu. Na primjer, ako se radi o

prijenosu digitalnog signala osim samog svjetlosnog izvora predajnik može imati koder i

modulator. Također pobudni stupanj predajnika kod prijenosa digitalnog signala mora imati

generator brzih impulsa koji uključuju i isključuju izvor svjetlosti. Kod prijenosa analognih

signala potrebno je da pobudni stupanj predajnika osigura svjetlosnom izvoru nužnu struju za

održavanje pozitivne i negativne promjene signala.

O modulacijskom postupuku ovisit će koji će se modulator koristiti ako je uopće potreban.

Postoji nekoliko modulacijskih postupaka koji se koriste u optičkom prijenosu, a mogu se

podijeliti u dvije grupe: direktni modulacijski postupci kao što su 2PAM, OOK, ASK, PSK,

DQPSK, DPSK, FSK i QAM i modulacije s vanjskim modulatorima. Kod direktnih

modulacijskih postupaka modulacija se obavlja na svjetlećoj diodi ili laseru. Modulirat se mogu

analogni i digitalni signali, a prednosti ovakvih modulacija su niska cijena i jednostavnost te se

zbog toga one najčešće i koriste. Direktna, odnosno intenzitetna modulacija je modulacija kod

koje se za moduliranje trenutne snage svjetlosti na željenoj valnoj duljini koristi valni oblik

informacije. OOK ili on-off keying je vrlo jednostavan modulacijski postupak koji električni

signal pretvara u niz nula i jedinica. Radi na principu da se promjenom jakosti struje mijenja i

intenzitet svjetlosti. Kada postoji stalno protjecanje struje radi se o konstantnom upravljanju, a

kada se struja modulacije povremeno uključuje, a struja praga je konstantno prisutna radi se ili o

serijskom upravljanju ili o shunt upravljanju ovisno o načinu spajanja. ASK, FSK i PSK su

diskretni modulacijski postupci kod kojih prijenosni signal ima sinusni valni oblik, a

modulacijski signal je diskretan. ASK ili amplitude-shift keying je modulacijski postupak u

kojem se amplituda pretvara u intenzitet svjetlosti. ASK je vrlo često koristi u optičkim

komunikacijama. Implementacija FSK i PSK je skupa te se zato rjeđe koriste. Kod FSK

modulacije ili frequency-shift keying modulacije modulacijski signal uzrok je diskretne promjene

10

frekvencije nositelja. S obzirom da bi širina laserske zrake trebala biti puno uža od pojasne širine

signala i da ako se koristi FSK na prijemnoj strani je potrebna koherentna detekcija ova vrsta

modulacije se rijetko koristi. PSK ili phase-shift keying modulacijski postupak znači da postoji

konačan skup diskretnih vrijednosti koje se dodjeljuju relativnoj fazi moduliranog signala. QAM

ili quadtrature amplitude modulation je diskretni modulacijski postupak kod kojeg se amplituda

modulira pri istovremenom prijenosu dva signala na istoj prijenosnoj frekvenciji zakrenutih za

90 stupnjeva.

Sl. 2.5. Grafički prikaz ovisnosti optičkog dobitna snage iskazanog u dB u odnosu na OOK i

iskoristivosti pojasne širine [37]

Slika 2.5. prikazuje usporedbu modulacijskih postupaka s tim da je OOK korišten kao referentna

vrijednost jer je odnos snage i iskoristive pojasne širine najpovoljniji. Za nevođene optičke

komunikacije preporučuje se korištenje postupaka iz gornjeg desnog dijela slike jer je u tom

dijelu učinkovitost iskoristivosti snage i pojasne širine maksimalna (OOK).

Kod modulacije s vanjskim modulatorima modulacija se vrši u vanjskom modulatoru na

svjetlosti konstantnog intenziteta. Za modulaciju s vanjskim modulatorima koriste se

elektrooptički modulatori MZI (Mach-Zender inferometar), TWLPM (Traveling-wave linear

phase modulator), magnetooptički modulatori i elektroapsorpcijski modulatori. Modulator

modulira izlazni signal na način da mijenja intenzitet i fazu svjetlosnog signala izvora. Ova vrsta

modulacije koristi se jer je mnogo brža od direktne i pogodna je za korištenje s laserima koji

11

imaju veliku snagu. Elektrooptički modulatori moduliraju signal na način da dolazi do faznog

pomaka između signala zbog korištenja materijala čiji indeks loma ovisi o narinutom naponu.

Magnetooptički modulatori vanjskim magnetskim poljem mijenjaju polarizaciju svjetlosti na

izlazu iz modulatora. Elektroapsorpcijski modulatori vanjskim poljem mijenjaju širinu

zabranjenog područja u poluvodiču.

Kao izvor svjetlosti odašiljača koriste se ili laseri ili diode. Koji će se točno izvor svjetlosti

koristiti ovisi o traženim karakteristikama sustava, a najčešće su to VCSEL laseri (Vertical-

cavity surface-emitting laser), GaAs, GaAlAs laseri, GaAlAs IR LED (GaAlAs infrared light

emitting diode), GaAs IR LED i GaAsP Visible Red LED.

Ako se radi o svjetlovodnom optičkom prijenosu kao prijenosni medij se koriste optička vlakna

odnosno svjetlovodi. Nevođeni optički prijenos kao prijenosni medij koristi slobodni prostor

odnosno zrak. Prilikom samog prijenosa signala može doći do refleksije, raspršenja, apsorpcije,

disperzije, ali i pojačanja signala ovisno o uvjetima u komunikacijskom kanalu.

Prijemnik se koristi za pretvaranje svjetlosnih impulsa u električni signal. Ako je za modulaciju

na predajniku korištena direktna modulacija, tada se na prijemniku koristi direktna detekcija kod

koje fotodetektor daje električni signal u skladu s trenutnom snagom primljenog optičkog

signala. Kao detektor svjetlosti kod prijemnika se koriste fotodiode (PIN, lavinska) ili

fototranzistori. Osim samog detektora svjetlosti prijemnik ima pojačalo i sklop za obnavljanje

signala. S obzirom da signal slabi kada se prenosi medijem potrebno ga je pojačati. Nakon

pojačanja signal ide u sklop za obnavljanje signala koji se koristi za primanje niza impulsa u

ovisnosti o vremenu i rekonstrukciju poslanog signala. Često je jedan od dijelova prijemnika i

filter koji se koristi kako bi se primljeni signal očistio od neželjenih smetnji koje je signal

pokupio pri prijenosu kroz komunikacijski kanal.

Sl. 2.6. Shema optičkog komunikacijskog sustava [13]

12

3. SVJETLOVODNI OPTIČKI PRIJENOS SIGNALA

Svjetlovodne optičke komunikacije su komunikacije kod kojih se signal prenosi svjetlosnim

signalom između predajnika i prijemnika. Svjetlosni signal prenosi se svjetlovodom. Prednosti

korištenja optičkih vlakana za prijenos signala u odnosu na bakrene vodove su brži prijenos

signala na veće udaljenosti i veća pojasna širina. Također optička vlakna izrađuju se od

silicijevog dioksida kojeg na Zemlji ima u velikim količinama te je time i cijena niža u odnosu

na cijenu bakra. Prednosti svjetlovodnog optičkog sustava su malo gušenje koje iznosi oko 0,2

dB/km, manji i lakši kabeli (teže jednu devetinu koaksijalnog kabela), otpornost na atmosferske

uvjete, na elektromagnetska zračenja te nepostojanje elektromagnetske interferencije. Također

prisluškivanje je praktično nemoguće, jer da bi se prisluškivao signal koji propagira optičkim

vlaknom potrebno je fizički prekinuti vlakno i spojiti se prislušnim uređajem na pukotine što se

vrlo lako otkriva. Cijenu samih sustava snižava i činjenica da su kod optičkih sustava

regeneratori potrebni svakih 100 km, što je 50 puta rjeđe u odnosu na bakrene parice jer su

gušenja u optičkim kabelima puno manja.

Svjetlovodne komunikacije imaju i svojih nedostataka. Cijene komponenti, spojnica i okončanja

veće su nego kod bakrenih ožičenja te je potrebno biti oprezan pri radu sa svjetlovodima, jer su

oni osjetljiviji i manje savitljivi od bakrenih parica.

Iako se u većini izvora John Tyndall navodi kao začetnik svjetlovodnih optičkih komunikacija u

Ženevi 1841. godine Daniel Colladon prvi je pokazao mogućnost propagacije svjetlosti

refrakcijom u mlazu vode. Isto je i Jacques Babinet pokazao u Parizu godinu dana kasnije.

Sl. 3.1. Tyndallov pokus [49]

13

John Tyndall je 1854. godine u Londonu neovisno o Colladonu i Babinetu također pokazao

propagaciju svjetlosti kroz mlaz vode koji istječe iz bačve. Tyndall je tvrdio da je za propagaciju

svjetlosti kroz mlaz vode zaslužna totalna unutarnja refleksija. Iako međusobno neovisna, ta su

tri otkrića bila temelj svjetlovodnog optičkog prijenosa. Iako su staklena vlakna korištena za

vođenje svjetlosti u medicini, za osvjetljavanje prostorija i slično, svoju primjenu u optičkim

komunikacijama dobila su tek 1962. godine nakon izuma poluvodičkog lasera. Prije

poluvodičkih lasera, 1960. godine otkriveni su koherentni izvori svjetlosti, laseri od rubina

onečišćenog kromom. U početku su se poluvodički laseri izrađivali od GaAs i osim što su imali

kratak vijek trajanja, također su se i pregrijavali. Problem pregrijavanja riješen je 1967. godine

otkrićem dopiranja. Znanstvenici M. Panish i I. Hayashi otkrili su proces kod kojeg se spoju

GaAs dodaju atomi aluminija na način da se neki atome galija zamjenjuju atomima aluminija.

Nakon što je riješen problem pregrijavanja, problem vijeka trajanja lasera rješavao se postupno

te je do 1979. godine povećan vijek lasera na više od 100 000 sati. Nakon što je izumljen

dugotrajan stabilan poluvodički laser počela se ozbiljnije razvijati ideja o svjetlovodnim

optičkim komunikacijama.

Optička vlakna pokazala su se idealnim za rješenje problema prijenosa na velike udaljenosti koje

je do tada bilo ograničeno zbog toga što laser daje kratkovalnu svjetlost. U početku je staklo od

kojeg su se izrađivala optička vlakna imalo previše nečistoća te je pri prolasku kroz optičko

vlakno kraće od 100 m svjetlost gubila 99% svoje snage. Engleska tvrtka STL je 1963. godine

radila istraživanja na optičkim vlaknima koja su imala gušenje od 3000 dB/km i koja su imala

domet samo 20-ak metara. 1966. godine vlakna na kojima su se radila testiranja imala su gušenje

od 1000 dB/km, međutim već tada C. Kao i C. Hockam iz Telecommunications Laboratories

tvrdili su da je to gušenje moguće smanjiti na manje od 20 dB/km povećanjem prozirnosti

vlakna. Iako se jednomodna vlakna danas više koriste nego višemodna, u početku znanstvenici

nisu bili zadovoljni s jednomodnim vlaknima, jer su imala promjer jezgre od nekoliko

mikrometara, stepeničasti indeks loma i uski frekvencijski spektar. Također je postojao problem

raspršenja svjetlosti na konektoru pri ulasku svjetlosne zrake u vlakno. Iz tih razloga

znanstvenici su se okrenuli proučavanju višemodnih vlakana koja su imala jezgre promjera 50

µm i 62,5 µm. Samo nekoliko godina kasnije 1970. godine u SAD-u izrađeno je vlakno s

gušenjem manjim od 20 dB/km. 1973. godine izrađena su optička vlakna s gušenjem od 4

dB/km, a godinu dana kasnije s gušenjem od 3 dB/km, oba za svjetlost valne duljine 850 nm.

1976. godine izrađena su vlakna s gušenjem od 0.5 dB/km kojim je propagirala svjetlost valne

14

duljine 1300 nm. 1976. godine testiran je prvi svjetlovod u Atlanti. Postavljena su dva optička

kabela od kojih je svaki imao 144 vlakna ukupne duljine 7 km. Postavljeni kabeli bili su izrađeni

od vlakana koja su imala gušenje od 2 dB/km s maksimalnom duljinom prijenosa 10 km. 1977.

godine izrađena su prva vlakna s gradijentnim indeksom loma. 1979. godine uz korištenu valnu

duljinu od 1500 nm dobiveno je gušenje od 0.2 dB/km. Iako je to tehnologija koja se još uvijek

razvija, vlakna koja se danas koriste imaju gušenje od 0,5 dB/km za višemodna vlakna i 0,22

dB/km za jednomodna vlakna.

Sl. 3.2. Grafički prikaz ovisnosti gušenja o godini izrade vlakna [38]

1977. godine aktiviran je prvi optički prijenosni sustav u SAD-u. S obzirom da prijenos signala

ne ovisi samo o izvoru svjetlosti i o prijenosnom mediju istraživanja su bila usmjerena na

smanjenje gušenja i unapređenjem prijemnika i predajnika te je tako 1985. godine izumljeno

optičko pojačalo. To je bilo prvo pojačalo koje je imalo samo optičke elemente, a izradio ga je

fizičar S. B. Poole. Optički signal se pojačavao bez dodatne elektronike na način da je postojao

kratki, stakleni pramen dopiran erbijem koji je bio ugrađen u optičko vlakno i koji se kada je

primio energiju od vanjskog svjetlosnog izvora ponašao kao laser pojačavajući na taj način

optički signal. 1991. godine u Bell laboratoriju pokazano je da sustavi koji koriste optička

pojačala imaju 100 puta veći kapacitet od sustava koja koriste elektronska pojačala. Od tada

optički prijenosni sustavi postali su široko rasprostranjena tehnologija koja pruža brzi prijenos

informacija i kod kojih još uvijek ima prostora za razvoj.

15


Sl. 3.3. Zakon refrakcije u vlaknu [15]

Propagacija svjetlosti kroz vlakno započinje upadom svjetlosti u vlakno. Prilikom upada

svjetlosti u jezgru dolazi do refrakcije svjetlosti zbog razlike u indeksima loma između jezgre, 𝑛1

i vanjskog okruženja, 𝑛0. Svako vlakno se sastoji od omotača i jezgre koji imaju različite indekse

loma. Totalna unutarnja refleksija nastaje zbog činjenice da je indeks loma jezgre, 𝑛1 veći od

indeksa loma omotača, 𝑛2. Propagacija svjetlosti u vlaknu posljedica je totalne unutarnje

refleksije na graničnom sloju između jezgre i omotača gdje je kut upada, 𝛩1 veći od graničnog

kuta, 𝛩𝑐. U slučaju idealnog svjetlovoda, bez nečistoća u vlaknu ne bi dolazilo do loma zrake

svjetlosti i zraka bi nastavila beskonačno putovati svjetlovodom. Iz slike 3.3. se vidi da bi se

zbog različitih indeksa loma zraka svjetlosti lomila i nakon nekog vremena bi se potpuno

prigušila. Kut prihvata, 𝛩𝑎 je maksimalni kut upada zrake svjetlosti iz vanjskog okruženja pri

kojem je moguće širenje upadne zrake vlaknom, a izračunava se pomoću jednadžbe (3-1).

𝛩𝑎 = sin−1 √𝑛12−𝑛2

2

𝑛0 (3-1)

Numerička apertura, NA ili veličina numeričkog otvora je još jedno od ograničenja svjetlovoda,

a predstavlja sposobnost skupljanja svjetlosnih zraka optičkog vlakna. Numerički otvor određuje

maksimalni kut upada zrake koji je određen graničnim kutom refleksije.

𝑁𝐴 = 𝑛0 sin 𝛩𝑎 = √𝑛22 − 𝑛1

2 (3-2)

Veća vrijednost numeričke aperture znači i veću učinkovitost veze između izvora i vlakna.

Uobičajene vrijednosti numeričke aperture su za staklena vlakna između 0,20 i 0,29, a za

16

plastična vlakna mogu biti veća od 0,50. Numerički otvor može se definirati i kao mjera količine

svjetlosti koja se može spregnuti u svjetlovod koja utječe na broj modova koji se mogu koristiti.

Gušenje optičke snage u optičkom vlaknu je eksponencijalno i opisuje se izrazom (3-3) gdje je α

koeficijent prigušenja koji iskazuje gubitke u dB/km.

𝑃(𝑥) = 𝑃0 × 10−𝛼×𝐿

10 (3-3)

Gušenje u vlaknu koje nastaje pri propagaciji svjetlosti kroz vlakno posljedica je vanjskih i

unutrašnjih uzroka. Unutrašnji uzroci su nečistoće u staklu od kojih se staklena vlakna izrađuju i

pri udaru fotona u nečistoće dolazi do raspršenja ili apsorpcije. U vlaknu je najčešće javljaju

Rayleighovo, Ramanovog i Brillouinovo raspršenje. Rayleighovo raspršenje koje najviše utječe

na gušenje (96%) nastaje kao posljedica nehomogenosti indeksa loma jezgre i osnovni je uzrok

gušenja u vlaknima čija je valna duljina od 800 do 1600 nm s tim da ima sve manji utjecaj što se

valna duljina povećava. Ramannovo raspršenje je raspršenje kod kojeg se dio energije pretvara u

neki drugi oblik energije. Brillouinovo raspršenje je raspršenje kod kojeg dolazi do akustičke

interakcije fotona i medija. Električno polje uzrokuje pomicanje molekula, mijenjanje indeksa

loma i generiranje akustičkog vala. Kerov efekt je pojava kada zbog utjecaja električnog polja

dolazi do izobličenja atoma i molekula. Indeks loma će u tom slučaju ovisiti o snazi optičkog

signala (3-4).

𝑛 = 𝑛0 + 𝑛2 ×𝑃

𝐴𝑒𝑓𝑓 (3-4)

n0 je linearni indeks loma, n2 je Kerrov koeficijent, P je optička snaga, a Aeff je efektivna

površina. Apsorpcija je drugi uzrok gušenja u vlaknima, a može se podijeliti na ultraljubičastu,

infracrvenu i materijalnu apsorpciju. Apsorpcija je pojava pretvorbe optičke snage u toplinsku, a

očituje se smanjenjem intenziteta svjetlosti. Ultraljubičasta apsorpcija se u vlaknu javlja kada

foton pobudi elektron iz najniže ljuske. Infracrvena apsorpcija posljedica je molekularnih

vibracija silicijevog dioksida. Materijalna apsorpcija posljedica je nečistoća u vlaknu čije je

porijeklo nesavršenost proizvodnog procesa vlakna.

17

Sl. 3.4. Ovisnost gušenja u optičkom vlaknu o valnoj duljini [24]

Iz slike 3.4. se vidi da je gušenje manje što je valna duljina veća. Sve valne duljine ispod 800 nm

su neupotrebljive za prijenos signala za komercijalne svrhe. Vanjski uzroci gušenja su na primjer

savijanje svjetlovoda pri čemu se mijenja put koji zrake prolaze. Optički prozori su valne duljine

na kojima je gušenje najmanje. Prvenstveno se radi o smanjenju utjecaja gušenja nastalog kao

posljedica materijalne apsorpcije, točnije apsorpcije na 𝑂𝐻− ionima. Postoje tri optička prozora

(Sl. 3.5). Prvi optički prozor nalazi se na rasponu valnih duljina od 800 do 900 nm koji je u

početku jedini korišten za prijenos signala zbog tada postojećih izvora svjetlosti, ali se uglavnom

više ne koristi. U tom prozoru gušenje iznosi 2 dB/km. Drugi optički prozor nalazi se oko 1300

nm i na njemu gušenje iznosi 0,5 dB/km, a treći oko 1550 nm na kojem gušenje iznosi 0,2

dB/km. Danas već postoje vlakna s gušenjima koja se bliže teoretskom.

18

Sl. 3.5. Grafički prikaz ovisnosti gušenja u optičkom vlaknu o valnoj duljini s istaknutim

optičkim prozorima i valnom duljinom pri kojoj je apsorpcija OH iona najveća [22]

Gušenje također nastaje na spoju dva vlakna, na spojevima s izvorom svjetlosti i s detektorom,

ali danas su takva prigušenja zanemariva. Prigušenje najviše ovisi o materijalu od kojeg je

svjetlovod izrađen, pa tako kvarcno staklo ima gušenje 0,5-2 dB/m, silikatno staklo 5-10 dB/km,

dok su gušenja plastičnih vlakana puno veća. Disperzija je pojava da svjetlosni impulsi koji se

pri propagaciji proširuju ograničavaju širinu propusnog opsega. Višemodna vlakna imaju

problem modalne disperzije zbog različitih vremena prolaska prisutnih modova. Kod

jednomodnih vlakana nema modalne disperzije, ali zato ima kromatske. Kromatska disperzija je

kod jednomodnih vlakana uzrokovana nekoherentnošću svjetlosnog izvora i sastoji se od dvije

komponente: valovodne i materijalne. Materijalna disperzija postoji zbog ovisnosti indeksa loma

o valnoj duljini, a valovodna komponenta postoji zbog toga što različite valne duljine imaju

različiti λ/a u odnosu na polumjer valovoda što kao posljedicu ima različita propagacijska

svojstva. Kromatska disperzija za svjetlovode sa skokovitom promjenom indeksa loma iznosi 2-

5 ns/km, za svjetlovode s kontinuiranom promjenom indeksa loma iznosi 0,1-2 ns/km. Modalna

disperzija za višemodne svjetlovode sa skokovitom promjenom indeksa loma iznosi <20 ns/km,

za višemodne svjetlovode s kontinuiranom promjenom indeksa loma iznosi <50 ps/km.

Disperzija polarizacijskih modova nije značajna kada je BER (Bit Error Rate) nizak, ali se mora

uzeti u obzir da se za BER iznad 5 Gbit/s uzima 0,5 dB veća snaga upravo zbog disperzije

polarizacijskih modova.

19

3.2. Svjetlovod

Svjetlovodni kabel je skup više optičkih modula koji mogu biti spojeni na različite načine ovisno

o kojoj se vrsti optičkih modula radi. Skupovi optičkih vlakana koja su spojena zajedno na

različite načine nazivaju se optičkim modulima. Optičko vlakno je transparentan, cilindrično

oblikovan materijal koji provodi svjetlosne zrake pomoću totalne unutarnje refleksije. Iz slike

3.6. se vidi da se svako se vlakno sastoji od jezgre, omotača jezgre, buffera te vanjskog omotača.

Omotač jezgre je istog sastava kao i jezgra, ali ima nešto manju optičku gustoću, dok se vanjski

omotač najčešće izrađuje od PVC-a (Poly-vinyl chloride), često nije optički providan i ima

funkciju zaštite ostalih dijelova svjetlovoda od vanjskih utjecaja kao što su mehanička oštećenja,

vlaga, toplina i slično. Svjetlovodna vlakna se najčešće izrađuju od silicijevog dioksida odnosno

od kvarcnog stakla, ali mogu biti izrađena i od plastičnih materijala.

Sl. 3.6. Građa svjetlovodnog vlakna [8]

Proizvodnja vlakana se može podijeliti na tri bitne cjeline, materijale od kojih se vlakna izrađuju,

proces proizvodnje i testiranje proizvedenog vlakna kako bi se vidjelo odgovaraju li njegove

karakteristike traženim karakteristikama. Staklena optička vlakna se gotovo uvijek izrađuju od

silicij dioksida, ali se za izradu koriste i halkogeni spojevi, spojevi s fluoraluminijem i

fluorcirkonijem. Indeks refrakcije za stakla izrađena od silicij dioksida i od fluorida je većinom

oko 1,5. Stakla izrađena od halkogenih spojeva mogu imati indeks refrakcije i do 3. Osim

staklenih vlakana izrađuju se i plastična vlakna. Plastična vlakna su najčešće višemodna vlakna

sa stupnjevitim indeksom loma čiji je promjer jezgre 0,5 mm ili veći. Gušenja su kod plastičnih

vlakna veća nego kod staklenih i iznose minimalno 1 dB. Vlakna od silicij dioksida imaju mnogo

prednosti te je to jedan od razloga zašto su i najraširenija. Na dijelu spektra koji je vrlo blizu

infracrvenom dijelu spektra, vlakna od silicij dioksida imaju vrlo mala gušenja zbog apsorpcije i

raspršenja i mogu prenositi signal na širokom spektru valnih duljina. Dopiranjem s germanij

20

dioksidom i aluminij oksidom moguće je povećati indeks refrakcije vlakana izrađenih od slicij

dioksida. U odnosu na ta vlakna nastala dopiranjem s elementima kojih nema na Zemlji u

velikim količinama, bolja svojstva imaju vlakna od fosfata. Još jedan od razloga zašto se vlakana

od silicij dioksida najviše koriste je činjenica da silicij dioksida ima puno na Zemlji. Vlakna

izrađena od halkogenida mogu prenositi signal na velike udaljenosti i osobito su dobra za

prijenos signala valnim duljinama iz infracrvenog dijela spektra, ali takva se vlakna teško

proizvode. Također i vlakna od spojeva fluora s metalima imaju dobra optička svojstva i koriste

za prijenos signala na valnim duljinama 2000 do 5000 nm, ali iako fluoridi u spoju s teškim

metalima imaju vrlo malo gušenje teško ih se proizvodi i takva su vlakna lomljiva. Također

imaju lošu otpornost na vlagu i različite utjecaje iz okoline.

Za proizvodnju staklenih vlakana razvijeno je više različitih tehnologija koje se mogu podijeliti u

dvije osnovne skupine: primjena dvije posude s tekućim staklima jezgre i omotača i kemijska

depozicija u parnoj fazi. Kod postupka dvostruke posude u uređaj se odvojeno stavljaju

materijali za izradu jezgre i za izradu omotača. Grijači zagrijavaju materijale i tope ih. Iz

unutarnje posude izlazi jezgra vlakna koja zatim prolazi kroz vanjsku posudu i jezgra se oblaže

omotačem. Vlakno se na kraju izvlači i namata se na bubanj.

Općenito proces kemijske depozicije u parnoj fazi podrazumijeva proizvodnju predforme,

staklenog štapa promjera dva do četiri cm, duljine do jednog metra. Predforma je uvećano

vlakno iz kojeg se u indukcijskoj ili elektrootpornoj peći zagrijanoj na 2000 stupnjeva izvlači

vlakno i namotava na bubanj. Postoje vanjska, unutarnja i aksijalna depozicija u parnoj fazi.

Vanjska depozicija u parnoj fazi je proces kod kojeg se na noseći štap koji rotira i koji služi kao

mamac taloži prvo jezgra od čistog silicij dioksida, a zatim i omotač. Nataloženi materijali se

nazivaju poroznom predformom. Kad se svi slojevi materijala natalože, noseći štap se uklanja i

započinje proces konsolidacije. U procesu konsolidacije vodena para se uklanja iz predforme i

od staklene cijevi nastaje stakleni štap odnosno predforma. U unutarnjoj kemijskoj depoziciji u

parnoj fazi proces proizvodnje predforme započinje rotiranjem šuplje cijev dužine oko 40 cm.

Na jednom kraju cijevi uvode se plinovi (silicij tetraklorid, germanij teteraklorid, kisik itd.) koji

se zatim zagrijavaju vanjskim plamenikom do 1600 0C. Tetrakloridi reagiraju s vodom i nastaju

silicij dioksid i germanij dioksid. Osim unutarnje depozicije postoji i modificirana depozicija u

parnoj fazi. Razlika između unutarnje i modificirane depozicije je u tome što se kod unutarnje

depozicije reakcija odvija samo na površini stakla, a kod modificirane se odvija u cijelom

volumenu cijevi. Nastali oksidi se spajaju u velike strukture koje se zatim talože na stjenkama

cijevi. Cijev se ravnomjerno okreće, a plamenik se pomiče cijelom dužinom cijevi kako bi se

21

oksidi taložili ravnomjerno. Svojstva budućeg vlakna kontroliraju se dodavanjem različitih

plinova u različitim količinama u cijev kojim se na taj način kontroliraju svojstva svakog sloja

taloga. Indeks refrakcije veći je kod višemodnih vlakana u odnosu na jednomodna zato što se pri

stvaranju jednomodnih vlakana dodaju manje količine germanija. Nakon što je talog prave

debljine, brzina kretanja plamenika se smanjuje, a temperatura se povećava i tako od cijevi

spajanjem stjenki nastaje stakleni štap odnosno predforma. Kod aksijalne depozicije u uređaj se

stavlja polazna predforma koja se rotira i pomiče se prema gore. Na dnu polazne predforme

staklene čestice se talože zbog zagrijavanja ubačenih plinova i nastaje porozna predforma.

Staklena predforma nastaje zagrijavanjem gornjeg dijela porozne predforme električnim

grijačem.

S obzirom da se vlakna izrađuju tako da jezgra i omotač imaju različit indeks loma, vlakna se

mogu podijeliti na vlakna sa stepenastim indeksom loma i na vlakna s gradijentnim indeksom

loma. Vlakna sa stepenastim indeksom loma imaju jasnu granicu između jezgre i omotača i kod

njih se zraka svjetlosti prostire tako da se odbija od plašta na različitim mjestima pod različitim

kutevima. Vlakna s gradijentnim indeksom loma nemaju jasnu granicu između jezgre i omotača,

nego se optička gustoća postupno smanjuje. Podjela na jednomodna i višemodna vlakna odnosno

na monomodna i multimodna vlakna se temelji na načinu propagacije elektromagnetskog vala.

Način propagacije elektromagnetskog vala ovisi o odnosu promjera jezgre o valnoj duljini.

Propagacija svjetlosti se kod jednomodnog vlakna vrši putem jedne zrake svjetlosti, putem

jednog moda koji putuje centralnom osi jezgre koja ima puno manji promjer od promjera

omotača. Za propagaciju svjetlosti jednomodnim vlaknom kao svjetlosni izvor se najčešće

koriste laseri.

Sl. 3.7. Jednomodno vlakno sa stupnjevitim indeksom loma [25]

Propagacija svjetlosti se kod višemodnih vlakana vrši putem više zraka svjetlosti (do 100) od

kojih svaka zraka prelazi različit put. Za svaku zraku mora vrijediti za u vlakno upada pod kutom

22

koji je manji ili jednak kutu upada. Za propagaciju svjetlosti višemodnim vlaknom kao svjetlosni

izvor se najčešće koriste VCSEL laseri ili svjetleće diode.

Sl. 3.8. Višemodno vlakno sa stupnjevitim indeksom loma [25]

Sl. 3.9. Višemodno vlakno s gradijentnim indeksom loma [25]

Vlakna su osjetljiva na savijanje, vlagu i radijalnu silu. Podvrgavanje vlakna radijalnoj sili

dovodi do povećanja gušenja. Osim što pri prevelikom savijanju vlakno može puknuti, također

postaje lošiji vodič svjetlosti te se povećava vjerojatnost pucanja vlakna pri utjecaju uzdužne

sile. Vlaga na vlakno utječe tako da rastavlja kemijsku kompoziciju što za posljedicu ima veće

gubitke i manji vijek trajanja vlakna. Tablica 3.1. prikazuje gušenje i propusni opseg za

standardne dimenzije jezgre i omotača vlakna. 50/125 optičko vlakno se obično koristi u

kombinaciji s VCSEL laserom za brzi prijenos signal. 62,5/125 optičko vlakno se obično koristi

u kombinaciji sa svjetlećim diodama i nije pogodno za gigabitni Ethernet. Jednomodna vlakna se

koriste za prijenos signala velikim brzinama na velikim udaljenostima.

23

Tab. 3.1. Gušenje i propusni opseg za standardne dimenzije jezgre i omotača vlakna. [4]

Tip vlakna

Promjer

jezgre/promjer

omotača [µm]

𝑛1 − 𝑛2

𝑛1

Gušenje

[dB/km], valna

duljina [nm]

Propusni opseg

[MHz.km]

Višemodno, skokovita

promjena indeksa

loma

100/140 2 x 10-2 5-12, 850 20

Višemodno,stupnjevita

promjena indeksa

loma

50/125 1 x 10-2 3, 850

0,6, 1300 1000

Višemodno,stupnjevita

promjena indeksa

loma

62,5/125 1 x 10-2 1, 1300 400

Jednomodno 9/125 2,5 x 10-3 0,5, 1300

0,25, 1550 100 000

Optički moduli su skupovi optičkih vlakana koja su spojena zajedno na različite načine. Optički

moduli mogu se podijeliti na klasične, žljebaste i trakaste. Kod klasičnih se modula (Sl. 3.10.)

vlakna slažu koncentrično kao kod užeta, a mogu biti slobodne i čvrste strukture. Klasični modul

čvrste strukture se sastoji od optičkog vlakna, primarne i sekundarne zaštite. Klasični modul

slobodne strukture osim optičkog vlakna, primarne i sekundarne zaštite ima i dodatnu

sekundarnu zaštitu i vodonepropusnu masu.

Sl. 3.10. Klasični optički modul [4]

Žljebasti optički modul prikazan slikom 3.11. ima optička vlakna uložena u utore na rubovima

cilindičnog nosivog elementa koji može biti okruglog, polukružnog ili trokutastog oblika.

24

Sl. 3.11. Žljebasti optički modul [4]

Trakasti optički modul (Sl. 3.12.) se sastoji od pojedinačnih vlakana koja su uložena u vrpce

izrađene od poliestera ili plastificiranog aluminija. Optička vlakna u trakastom optičkom modulu

mogu biti zaštićena ili nezaštićena.

Sl. 3.12. Trakasti optički modul [4]

Klasični i žljebasti moduli se u svjetlovodnim vlaknima slažu koncentrično, a trakasti se slažu u

redove (Sl. 3.13.).

Sl. 3.13. Složeni svjetlovodni kabel s klasičnim, žljebastim i trakastim optičkim modulima [26]

Svjetlovodni kabel se sastoji od svjetlovodnih vlakana koja su zaštićena primarnom zaštitom i

zatim posložena u optičke module. Slaganjem optičkih modula nastaje jezgra svjetlovoda. Osim

optičkih modula svaki svjetlovodni kabel ima elemente za pojačanje koji služe kao zaštita od

savijanja. Pojačanje može biti čelična šipka, čelična žica, plastična šipka pojačana

25

stakloplastikom, pojedinačna vlakna od poliestera, stakla ili ugljika, više upredenih ili upletenih

vlakana od plastičnih masa, a smješta se u središte jezgre, kao oplet oko jezgre ili se može

postaviti na periferiju jezgre. Elementi za pojačanje mogu bit smješteni u središte jezgre kabela

za bolju fleksibilnost, može biti postavljeno više pojedinačnih vlakana na periferiji jezgre kao

ispuna od neke plastične mase i slično. Zatim svjetlovodni kabel ima i zaštitu koja ovisi o vrsti

svjetlovodnog kabela. S obzirom da svjetlovodni kabel može biti zračni, podvodni, podzemni,

uvlačni i instalacijski i vanjska zaštita i dodatna pojačanja ovisit će o namjeni. Najčešće se

koristi zaštita od vlage koja može biti izvedena kao punilo (thixotropic gel), traka koja nabubri u

dodiru s vodom ili kao metalne folije. Vanjska zaštita jezgre kabela obično se izrađuje od PVC-a,

poliuretana ili polietilena.

Sl. 3.14. Svjetlovodni kabel sa žljebastim modulom i čeličnim užetom kao pojačanjem [27]

Tablica 3.2. prikazuje koji vrste svjetlovoda i njihova svojstva koja se koriste za određene

namjene. Na primjer, svjetlovodi koji se koriste za povezivanje gradskih automatskih centrala i

komunikacijskih čvorova izrađeni su od kvarca, imaju 4, 8 ili 10 niti unutar jednog svjetlovoda.

Vlakna imaju gradijentni indeks loma s gušenjem 5-10 dB/km, promjer jezgre im je 50 µm, a

omotača je 125 µm. Kada se koristi navedeni svjetlovod najbolje je koristiti poluvodički laser

kao izvor svjetlosti, a kao detektor lavinsku fotodiodu.

Tab. 3.2. Prikaz osnovnih podataka za različite vrste svjetlovodnih kabela. [38]

Svjetlovodna

linija

Gradivni

materijal Tip niti

Broj

niti

Promjer

jezgre/omotača

[µm]

Valna

duljina

[µm]

Gušenje

[dB/km]

Duljina

linije Izvor Detektor

Međugradska Kvarc Gradijentno 4,8,10 50/125 1,3-

1,6 1-3

Stotine

km

Poluvodički

laser

Lavinska

fotodioda

Gradska Kvarc Gradijentno 4,8,10 50/125 0,85 5-10

Nekoliko

desetaka

km

Poluvodički

laser

Lavinska

fotodioda

Objektna Staklo Stepenasto 2,4,6 50/125

200/400 0,85 40-40

Nekoliko

km

Svjetleća

dioda

Lavinska

fotodioda

Provodna Kvarc Gradijentno 4,6 50/125 1,3-

1,6 1

Stotine

km

Poluvodički

laser

Lavinska

fotodioda

Montažna Staklo Stepenasto 1,2,4 50/125

200/400 0,85 Do 100

Nekoliko

m

Svjetleća

dioda

Lavinska

fotodioda

26


Sl. 3.15. Shema svjetlovodnog optičkog sustava [28]

Svjetlovodni prijenosni sustav se sastoji od predajnika, svjetlovoda kao prijenosnog medija i

prijemnika. Predajnik prima električni ulazni signal i pretvara ga u struju koja pobuđuje

niskoimpedantni svjetlosni izvor. Pored svjetlosnog izvora najvažniji dio predajnika je modulator

o kojem ovisi koji se od modulacijskih postupaka koristiti. Kod digitalnog prijenosa najčešće se

koristi OOK, a kod analognog prijenosa impulsno frekvencijska modulacija. Kada modulatora

nema vrši se direktna modulacija odnosno pobuda izvora svjetlosti električnim signalom koji

nosi informaciju. Po izlasku svjetlosnih impulsa iz svjetlosnog izvora signal se uvodi u

svjetlovod kao prijenosni medij između predajnika i prijemnika.

Kao izvor svjetlosti se koriste svjetleće diode i laseri. Laserske i svjetleće diode su malih

dimenzija i imaju nizak napon napajanja. Laseri su izvor koherentne svjetlosti koja ima uži

spektar i za 10 dB veću izlaznu snagu u odnosu na svjetleće diode. Laseri se koriste u

kombinaciji s jednomodnim vlaknima. Svjetleće diode izvor su nekoherentne svjetlosti,

pouzdane su, imaju nižu cijenu i dulji vijek trajanja u odnosu na lasere, jednostavne su i

temperaturno stabilne. Koriste se u kombinaciji s višemodnim vlaknima.

27

Predajnik može na svjetlovod biti spojen privremenim ili trajnim spojem. Varenje i mehanički

spoj su trajni načini spajanja, a konektor je privremeni način spajanja. Ako se radi o realnom

sustavu koji se koristi za prijenos signala na veće udaljenosti, tada se između odašiljača i

prijemnika postavljaju regeneratori odnosno retranslatori.

Regeneratori se postavljaju zbog gušenja signala i disperzije u vlaknima. Zaduženi su za

ispravljanje izobličenja signala i za kompenziranje gušenja. Nekada su regeneratori pretvarali

optički signal u električni, pojačavali ga i opet ga pretvarali u optički kako je prikazano slikom

3.15, ali nakon otkrića optičkih pojačala, kao regeneratori se koriste pojačala koja su izvedena

kao skup optičkih vlakana koja imaju posebni erbijem dopirani omotač. Erbijem dopirano

pojačalo radi na principu da se prvo dovodi optički signal iz optičke pumpe koji je uobičajeno

valne duljine oko 980 nm ili 1480 nm kada se prenosi signal valne duljine 1550 nm. Na početku

dopiranog vlakna nalazi se valno osjetljivi sprežnik. Valno osjetljivi sprežnici sprežu ulazni

signal i signal iz optičke pumpe. Isto tako na izlazu iz erbijem dopiranog vlakna se nalazi

rasprežnik koji raspreže signal iz optičke pumpe i ulazni, sada pojačani, signal. Na izlazu iz

pojačala se nalazi izolator koji se koristi za sprječavanje refleksije signala u pojačalo.

Sl. 3.16. Pojačalo s erbijem dopiranim vlaknima [39]

Prijemnik se sastoji od detektora svjetlosti, pretpojačala i sklopa za obnavljanje signala. Glavni

dio prijemnika svjetlovodnog prijenosnog sustava je fotodetektor koji detektira i pretvara niz

svjetlosnih impulsa u električni signal pomoću fotoelektričnog efekta. Kao fotodetektor se

koriste PIN fotodiode, APD (Avalanche Photo Diode) fotodiode, PN fotodiode i fototranzistori.

Glavne karakteristike PIN fotodiode su brzina i uzak propusni opseg, a lavinske fotodiode

osjetljivost i širok propusni opseg. Zbog veće osjetljivosti lavinska fotodioda ima veću cijenu u

odnosu na PIN fotodiodu i potreban joj je dodatni izvor napajanja. Fototranzistor ima nisku

cijenu, uzak frekvencijski opseg i veliko vrijeme porasta te se rijetko koristi.

Osim fotodetektora prijemnik ima pojačalo koje pojačava slabi primljeni signal prije nego ga

predaje sklopu za obnavljanje signala. Primljeni signal se u sklopu za obnavljanje signala

rekonstruira na osnovi pojedinačnih promjena stanja signala i promjena u vremenu u poslani

signal.

28

Sl. 3.17. Ovisnost snage svjetlosnog izvora o brzini prijenosa podataka [4]

Prilikom planiranja optičkog linka jedan od najvažnijih parametara na koji treba paziti je

osjetljivost prijemnika. Osjetljivost prijemnika je najniži iznos snage koju neki prijemnik može

detektirati uz BER od 10-9. Osjetljivost nekog prijemnika ovisi o odnosu signal šum koji ovisi o

različitim izvorima šuma koji utječu i kvare korisni signal. Šum uvijek postoji, jer čak i da je

prijemnik savršen, sam fotodetektor unosi mali šum (kvantni šum).

29

4. NEVOĐENI PRIJENOS OPTIČKOG SIGNALA

Nevođeni optički prijenos signala-FSO (Free Space Optics) je LOS (Line-of Sight) tehnologija

kod koje se informacija prenosi slobodnim prostorom moduliranom zrakom vidljive ili

infracrvene svjetlosti. Sustavi za nevođeni optički prijenos slični su svjetlovodnim optičkim

sustavima s razlikom u mediju koji se koristi za prijenos signala što je i jedna od prednosti

nevođenog optičkog sustava. Kod sustava za nevođeni optički prijenos signala svjetlosni signal

se prenosi slobodnim prostorom i putuje brzinom svjetlosti, dok se kod svjetlovodnih sustava

signal prenosi optičkim vlaknima u kojem se brzina prijenosa signala smanjuje na 66 % brzine

svjetlosti. Područje primjene ovakvih sustava može se podijeliti na sustave koji su alternativa

svjetlovodnim optičkim sustavima za povezivanje korisnika u topologiji od točke do točke kako

bi se optikom došlo što bliže krajnjem korisniku i na sustave koji se koriste za povezivanje dvije

LAN mreže.

A.G.Bell je 1880. godine prvi puta koristio nevođeni optički prijenos signala kada je svojim

fotofonom prenio ljudski govor. Fotofon je bio uređaj koji se sastojao od prijemnika i predajnika.

Na predajnoj strani se nalazila membrana koja je vibrirala pri govoru i od koje se reflektirala

sunčeva svjetlost, a na prijemnoj strani se na udaljenosti od 183 m nalazila ćelija od selena

smještena u sredinu paraboličnog zrcala u koju je upadala modulirana sunčeva svjetlost. 1904.

godine njemačka je vojska za komunikaciju koristila heliografe-telegrafske odašiljače, dok je

tijekom Prvog svjetskog rata koristila tri vrste optičkih odašiljača koji su koristili Morseovu

abecedu. Blinkgerät (njem. uređaj koji treperi) kako se zvao odašiljač mogao je odašiljati

svjetlosni signal na 4 km preko dana i na 8 km po noći. Postojali su i posebni Blinkgerät koji su

se koristili za komunikaciju s avionima, balonima i tenkovima. Carl Zeiss Jena je izumio uređaj

koji je pomoću svjetlosnih zraka prenosio govor, a koji je njemačka vojska koristila tijekom

Drugog svjetskog rata. NASA je razvoj nevođenih optičkih sustava kakvi se koriste danas

započela paralelno sa razvojem svjetlovodnih optičkih sustava. Iako obje vrste sustava imaju

svoje prednosti i nedostatake, zbog brzog razvoja optičkih vlakana svjetlovodni sustavi su dugo

godina bili više zastupljeni na tržištu, međutim stvari se zadnjih godina mijenjaju. Velika

poslovna i telekomunikacijska poduzeća prepoznala su mogućnosti sigurnog i brzog prijenosa

informacija svjetlosnim signalima slobodnim prostorom. Također FSO rješava i problem

nedostatka dovoljne širine frekvencijskog pojasa. 1967. godina bila je prekretnica u razvoju

optičkih prijenosnih sustava. Te je godine izumljen dopirani poluvodički laser kojim je uklonjen

problem pregrijavanja ranije izumljenih lasera. Tek se 1990. godine FSO sustavi počinju koristiti

30

u komercijalne svrhe za povezivanje LAN-ova zgrada i za komunikaciju s TV kamerama koje se

nalaze na mjestu snimanja događaja.

Prednosti nevođenog optičkog prijenosa su jednostavna, jeftina i brza implementacija sustava,

otpornost na elektromagnetske smetnje, mala potrošnja energije, sigurnost podataka, nizak BER,

prijenos podataka velikim brzinama (od 10 Mb/s do 1,25 Gb/s), jednostavnost nadogradnje i

mogućnost postavljanja sustava na teško dostupnim mjestima. Nevođeni optički prijenos signala

je siguran jer lasersku zraku nije moguće detektirati spektralnim analizatorima i RF-metrima što

znači i uštedu na sigurnosnoj programskoj podršci koja u tom slučaju nije potrebna. Da bi se

signal presreo bilo bi potrebno savršeno poravnati drugi prijemnik (koji po komponentama

odgovara postojećem prijemniku) s postojećim predajnikom, što je teško ostvarivo i zato se

smatra da je takav scenarij malo vjerojatan. Također većinom se koriste izvori svjetlosti iz

infracrvenog dijela spektra što bilokakvo presretanje signala čini još težim zadatkom. Prednost

FSO u odnosu na svjetlovodne prijenose sustave nije samo brži prijenos signala nego i činjenica

da za FSO nisu potrebni kabeli niti dozvole za polijeganje infrastrukture što znači i nižu cijenu

sustava. FSO može odašiljati signal i kroz prozore tako da je prijemnik i predajnik moguće

postaviti i unutar zgrade što oslobađa prostor na krovu i smanjuje količinu kablova potrebnu za

povezivanje prijemnika i predajnika s na primjer serverima. Na taj način se povećava i vijek

trajanja opreme koja na taj način nije izložena vanjskim utjecajima. Jedino je bitno da postoji

optička vidljivost između prijemnika i predajnika. Prednost FSO je i činjenica da nije potrebno

rezervirati dio spektra kako bi se prenosio signal. Prednost u odnosu na svjetlovodne optičke

sustave je i što je kod FSO moguć full-duplex prijenos signala jer obje strane imaju i prijemnik i

predajnik kao dio jednog sustava, dok kod svjetlovodnih optičkih sustava to nije moguće nego je

potrebno imati po jedno vlakno za svaki smjer komunikacije.

Nedostaci nevođenog optičkog prijenosa signala su osjetljivost sustava na zagađenje zraka,

sjene, treperenja, te Sunce može zagušiti dolazeći signal ako se nalazi odmah iza odašiljača.

Također na gušenje korisnog signala utječu i disperzija i apsorpcija uslijed nepovoljnih

atmosferskih prilika kao što su kiša, snijeg i magla. Postoje i problemi usmjerenosti zrake pri

jakom vjetru. Problem prijenosa signala brzinama od Gb/s na udaljenosti veće od 1 do 2 km

riješen je na način da se FSO linkovi povezuju u prstenastu ili isprepletenu topologiju.

31


Nevođeni optički prijenosni sustav je sustav kod kojeg svjetlosni izvor s predajnika emitira

svjetlosnu zraku koja pravocrtno propagira slobodnim prostorom. Fotodetektor na prijemniku

prima odaslanu svjetlosnu zraku koju zatim prijemnik pretvara u električni signal. Iako je sam

sustav sličan svjetlovodnim optičkim sustavima, neki se fizikalni zakoni, kao što su raspršenje i

apsorpcija, pojavljuju u različitoj funkciji.

Kako bi se u FSO sustavima osigurala usmjerena propagacija svjetlosti potrebne su leće. Leće

koje se koriste u FSO sustavima su obično konveksne leće koje su izrađene od stakla ili plastike.

U slučaju da su potrebne leće veće od 8 cm, tada se koriste Fresnelove odnosno ravne leće (Sl.

4.1.). Fresnelove leće su plankonveksne leće koje savijaju zrake svjetlosti na isti način kao i

konveksne leće. Jedan od uzroka gubitaka u propagaciji svjetlosnog signala slobodnim

prostorom su i nesavršenosti leća i druge optičke opreme. Za pravilnu je propagaciju potrebno

paziti na kut prihvata i kut divergencije.

Sl. 4.1. Fresnelova leća [29]

Svjetlo se iz svjetlosnog izvora propagira u obliku stošca iz čega proizlazi da je kut divergencije

jednak dvostrukom kutu osvjetljenja (slika 4.2.) odnosno kut od središnje osi stošca osvjetljenja

prema rubu stošca. Rub tog stošca definiran je točka u kojoj se centralni intenzitet svjetlosti

smanji za 50 %. Veća leća znači i užu zraku svjetlosti, a usmjerenija zraka svjetlosti znači manji

kut divergencije. Kut divergencije i kut prihvata su potrebni kako bi bili mogući mali pomaci

prijemnika bez da komunikacijska veza pukne. Kut divergencije bi dakle trebao biti dovoljno

širok kako ne bi dolazilo do pucanja veze. Bez obzira na širinu kuta divergencije i ako veza nije

pukla, ipak se dio korisnog signala gubi upravo zbog kuta divergencije. Pogreške nastale zbog

kuta divergencije nazivaju se geometrijskim gubicima. Kut prihvata se određuje jednako kao i

kut divergencije, kao kut koji je jednak dvostrukom kutu osvjetljenja. Kod i kod kuta

divergencije niti kut prihvata ne bi trebao biti preuzak kako bi se lakše održavala veza između

prijemnika i predajnika.

32

Sl. 4.2. Propagacija svjelosnog signala s naznačenim kutem divergencije [6]

Ukupni gubici koji nastaju pri propagaciji svjetlosnog signala slobodnim prostorom su također i

gubici zbog nedovoljne preciznosti prijemnika i gubici nastali zbog nedovoljno precizno

usmjerenih predajnika i prijemnika. U tim slučajevima može se dogoditi da prijemnik primi

signal koji je premale snage ili ima previše smetnji koje je signal pokupio prilikom propagacije

kroz slobodni prostor da bi ga sklop za obnavljanje signala mogao obnoviti u koristan signal.

U slučaju kada se FSO sustav nalazi u kontroliranim uvjetima u kojima nema vanjskih uzročnika

gušenja signala zraka svjetlosti će prema zakonu o pravocrtnom širenju svjetlosti propagirati

pravocrtno kroz slobodni prostor bez gubitaka značajnih za kvalitetu signala.

Glavni uzrok gušenja i pucanja komunikacijske veze u FSO sustavima su uvjerljivo atmosferske

prilike. Beer-Lambertov zakon gušenja nastaje pri propagaciji svjetlosnih zraka slobodnim

prostorom pripisuje gušenje apsorpciji i raspršenju. Beer-Lambertov zakon prikazan je

jednadžbom (4-1) gdje je intenzitet 𝐼0 je intenzitet svjetlosti na predajniku, intenzitet 𝐼𝑅 je

intenzitet svjetlosti na prijemniku na udaljenosti x, a γ je koeficijent gušenja. Koeficijent gušenja

je jednak zbroju svih vrsta raspršenja i apsorpcija koja se pojavljuju u optičkim sustavima.

𝐼𝑅

𝐼0= 𝑒(−𝛾𝑥) (4-1)

U nevođenim optičkim sustavima od raspršenja se pojavljuju Rayleighovo i Mieovo raspršenje.

Raspršenje nastaje pri sudaru elektromagnetskog vala s česticama poput molekula kisika, vodene

pare i dima u atmosferi. Rayleighovu i Mieovo raspršenje se razlikuju u veličini čestica s kojima

se elektromagnetski valovi sudaraju.

𝑥0 =2𝜋𝑟

𝜆 (4-2)

Pomoću izraza (4-2) opisuju je raspršenje gdje je r veličina čestice s kojom se val sudara, a λ je

valna duljina vala. Rayleighovo raspršenje je raspršenje koje se javlja kada se elektromagnetski

val sudari s česticama manjim od valne duljine vala kao što su molekule kisika i dušika odnosno

33

kada je x0<<1. Ulazno zračenje na vezane elektrone atoma ili molekula inducira nestabilnost

naboja ili pojavu dipola koji oscilira na frekvenciji ulaznog zračenja. Oscilirajući elektroni

odašilju svjetlosni signal kao raspršeni val. Rayleighovo raspršenje, σs je opisano izrazom (4-3)

gdje je f snaga oscilatora, e naboj elektrona, λ0 valna duljina koja odgovara prirodnoj frekvenciji

(4-4), ε0 dielektrična konstanta, c brzina svjetlosti, a m masa oscilirajućeg entiteta.

𝜎𝑠 =𝑓×𝑒4×𝜆0

4

6×𝜋× 02×𝑚2×𝑐4×𝜆4

(4-3)

𝜔0 =2×𝜋×𝑐

𝜆0 (4-4)

Rayleighovo raspršenje se kod FSO sustava može zanemariti jer FSO sustavi rade na valnim

duljinama blizu infracrvenog dijela spektra ili u infracrvenom dijelu spektra.

Sl. 4.2. Ovisnost Rayleighovog raspršenja o valnoj duljini [1]

Slika prikazuje ovisnost Rayleighovog raspršenja iskazanog kao relativna jedinica i valne duljine

iskazane u µm.

Mieovo raspršenje je raspršenje koje se javlja kada se elektromagnetski val sudari sa česticama

koje su približno jednake valnoj duljini vala kao što su dim, prašina i vodena para odnosno kada

je x0≈1. Mieovo raspršenje, γ je opisano izrazom (4-5) gdje je V vidljivost, a λ prijenosna valna

duljina.

𝛾 =3.91

𝑉× (

𝜆

550)

−𝛿

(4-5)

34

Za udaljenosti manje od 6 km vrijedi izraz (4-6), za udaljenosti od 6 do 50 km δ iznosi 1.3, a za

udaljenosti veće od 50 km δ iznosi 1.6.

𝛿 = 0.585 × 𝑉1

3 (4-6)

Kada je x0>>1 tada se raspršenje opisuje pomoću geometrijske optike. Posljedica raspršenja nije

gubitak energije nego direkcionalna raspodjela energije koja uzrokuje značajno smanjenje

intenziteta svjetlosne zrake.

Apsorpcija, α se u nevođenim optičkim sustavima javlja najčešće pri sudaru s molekulama

ugljikovog dioksida, vode i ozona na kojima se fotoni svjetlosne zrake apsorbiraju što dovodi do

smanjenja gustoće snage svjetlosne zrake. Apsorpcija je opisana izrazom (4-7) gdje je k

koeficijent apsorpcije.

𝛼 =4×𝜋×𝑘

𝜆 (4-7)

Na propagaciju signala slobodnim prostorom utječe i turbulencija zraka koja nastaje kao

posljedica vrlo zagrijanog zraka i tla. Turbulencija zraka podrazumijeva da se dijelovi zraka griju

više nego drugi i tada nastaju zračni džepovi. Zračni džepovi su pojave koje uzrokuju promjenu

u indeksu loma koja nije stalna, nego se mijenja ovisno o zagrijanosti zračnih džepova. Upravo

zbog zračnih džepova prilikom propagacije svjetlosne zrake kroz slobodni prostor mijenja se

indeks loma zraka što za posljedicu ima nepredvidivo lomljenje zrake svjetlosti. Propagacijom

svjetlosne zrake kroz zonu zračnih turbulencija može se dogoditi da se zraka svjetlosti

nasumično lomi kako se mijenja indeks loma ili da dolazi do mijenjanja konstantne faze zrake

što dovodi do treperenja (promjene intenziteta svjetlosti). Također se može dogoditi i da se zrake

svjetlosti šire više nego što je predviđeno zakonom loma.

Najveći utjecaj na propagaciju svjetlosnog signala nevođenim optičkim sustavima imaju

atmosferske prilike odnosno vremenske neprilike poput kiše, magle i snijega. Tablica 4.1.

prikazuje utjecaj vremenskih uvjeta na gušenje signala i kolika je pritom vidljivost.

35

Tab. 4.1. Utjecaj vremenskih uvjeta na gušenje signala [1]

Mieovo raspršenja je vrlo često prouzrokovano maglom, a gustoća magle određuje koliko će

pritom biti gušenje. Magla se sastoji od kapljica vode koje imaju promjer od nekoliko stotina

µm. Magla može bit uzrok velikih gušenja signala, ali najčešće ne dovodi do prekida

komunikacijske veze. Osim raspršenja magla uzrokuje i apsorpciju i refleksiju. Osim magle koje

je najveći problem od atmosferskih prilika koje utječu na propagaciju signala i kiša uzrokuje

gušenja. Kišne kapi su bitno veće od valne duljine svjetlosne zrake odašiljača, tako da kiša

uzrokuje gušenje signala koje je značajno tek s povećanjem udaljenosti. Na primjer za kišu koja

pada 2.5 cm/sat, gušenje će biti 6 dB/km što i nije puno s obzirom da komercijalni sustavi mogu

podnijeti gušenje od 25 dB, a i FSO sustavi se često postavljaju na udaljenostima manjim od 1

km (LAN). S obzirom da su snježne pahuljice još veće od kiše, a time i od valne duljine

odašiljača, snijeg vrlo rijetko predstavlja problem. Kao i kod bilo koje druge oborine, sama

gustoća oborine utječe na gušenje signala, tako da kada je snijeg izrazito gust moguće je da će

biti gušenja. Međutim čak i izrazito gust snijeg neće uzrokovati veće gušenje nego kod umjereno

guste magle ili lagane kiše. Raspršenje u FSO sustavima nije uzrokovano snijegom. Kratkotrajni

prekid u prijenosu svjetlosnog signala mogu uzrokovati fizičke prepreke kao što su na primjer

ptice. Taj je problem riješen odašiljanjem više istovjetnih svjetlosnih zraka.

36


Sustavi nevođenog optičkog prijenosa signala se kao i oni svjetlovodni sastoje od tri glavna

dijela, a to su predajnik, prijemnik i medij za prijenos svjetlosti, u ovom slučaju slobodni prostor

odnosno zrak (Sl. 4.3.).

Sl. 4.3. Osnovna građa nevođenog optičkog sustava [21]

Predajnik se sastoji od izvora svjetlosti, modulatora i pojačala, ali ovisno o namjeni sustava

može imati i druge dijelove kao što su sklopovi za kodiranje i filtriranje ulaznog signala. Osim

samog izvora svjetlosti optički dio predajnika ima i leću ili parabolično zrcalo koja usmjerava

zraku svjetlosti prema prijemniku.

Prijemnik koji prima većinu poslane zrake svjetlosti sastoji se od fotodetektora, demodulatora,

sklopa za obnavljanje signala i pojačala, a ovisno o namjeni kao i predajnik može imati i druge

dijelove kao što su dekoder i filter. Optički dio prijemnika se sastoji od fotodetektora i leće. Od

modulacijskih postupaka kod digitalnog prijenosa signala se najčešće koristi OOK, dok se kod

analognog prijenosa signala najčešće koristi impulsno frekvencijska modulacija. Pri propagaciji

svjetlosnog signala ne smiju postojati čvrste prepreke između predajnika i prijemnika.

Sl. 4.4. Građa nevođenog optičkog prijenosa [17]

Sustav nevođenog optičkog prijenosa signala može prenositi analogni ili digitalni optički signal.

Sl. 4.5. Prijenos analognog optičkog signala [23]

37

Sustav za prijenos analognog optičkog signala na predajnoj strani ima linearni svjetlosni izvor

koji ulazni električni signal pretvara u svjetlosni niz. Predajnik mijenja intenzitet svjetlosti

svjetlosnom nizu proporcionalno električnom signalu. Na prijemniku se nalazi linearni svjetlosni

detektor koji detektira različite intenzitete svjetlosti i rekonstruira početni električni signal.

Sl. 4.6. Prijenos digitalnog optičkog signala [23]

Građa sustava za prijenos digitalnog optičkog signala ovisit će o tome je li ulazni signal analogan

ili digitalan. Ako je ulazni električni signal analogan, tada se prvo analogni signal pretvara u

digitalni A/D pretvornikom (analogno/digitalni pretvornik), a zatim se taj signal putem

impulsnog svjetlosnog izvora prenosi slobodnim prostorom. Ako je ulazni signal digitalan, signal

se odašilje putem impulsnog svjetlosnog izvora. Nakon prijenosa signala slobodnim prostorom,

impulsni svjetlosni detektor na prijemniku prima digitalni optički signal. Ako je potrebno da se

izlazu iz prijemnika dobije analogan signal, tada još na prijemniku slijedi D/A pretvorba signala.

U FSO sustavim se za prijenos signala koriste svjetlosni izvori koji daju svjetlost valne duljine

prvog ili trećeg optičkog prozora, dakle između 780 i 900 nm i između 1500 i 1600 nm. Drugi

optički prozor koji se često koristi za prijenos signala u svjetlovodnim optičkim komunikacijama

se u FSO sustavima ne koristi zbog slabog isijavanja u atmosferu. Prednost FSO sustava koji

signal prenose u prvom optičkom prozoru u odnosu na one koji signal prenose u trećem

optičkom prozoru je niža cijena komponenata, dok je prednost prijenosa u trećem optičkom

prozoru mogućnost sigurnog korištenja lasera veće snage. Razlog tome je što rožnica ljudskog

oka asimilira valne duljine veće od 1400 nm što omogućuje oku upijanje većeg intenziteta

svjetlosnog zračenja. Kod valnih duljina manjih od 1400 nm, svjetlost se usmjeruje izravno kroz

rožnicu na mrežnicu što je štetno za ljudsko oko.

Osim dijelova od kojih se FSO sustav nalazi propagacija signala će ovisiti i o položaju

prijemnika i predajnika. Postoje tri načina pozicioniranja prijemnika i predajnika u prostoru koji

se koriste u FSO sustavima: nasuprotan, retro-reflektivan i difuzno reflektivan. Nasuprotno

pozicioniranje prijemnika i predajnika se koristi kada su prijemnik i predajnik postavljeni jedan

nasuprot drugoga i ne postoje nikakve prepreke između njih (Sl. 4.7.). Ovaj način pozicioniranja

se najčešće koristi za prijenos signala na velike udaljenosti. Dio svjetlosnog signala neće doći do

38

prijemnika što zbog različitih utjecaja na svjetlosnu zraku pri prijenosu slobodnim prostorom što

zbog činjenice da se svjetlost iz predajnika širi konusno.

Sl. 4.7. Nasuprotno pozicionirani predajnik T i prijemnik R [21]

Kod retro-reflektivne konfiguracije prijemnik i predajnik su pozicionirani jedan pored drugoga

(Sl. 4.8.), a svjetlosna zraka se odbija od plastičnog reflektora koji se nalazi nasuprot prijemnika

i predajnika. U ovoj se konfiguraciji koristi kutni reflektor koji se osim plastike izrađuje i od

stakla. Kutni reflektori većinu svjetlosti vraćaju u smjeru iz kojeg je svjetlost i došla, ali je

reflektirana svjetlosna zraka paralelna primljenoj i na nju ne utječe. To je razlog iz kojeg

prijemnik i predajnik moraju biti smješteni vrlo blizu. Učinkovitost kutnog reflektora se može

povećati postavljanjem Fresnelove leće ispred kutnog reflektora.

Sl. 4.8. Retro-reflektivno pozicionirani predajnik T i prijemnik R [21]

Slika 4.9. prikazuje difuzno reflektivnu konfiguraciju se najčešće koristi za prijenos signala na

manje udaljenosti gdje se koriste refleksije o objekte za prijenos signala. Dakle u ovom slučaju

predajnik nije usmjeren prema prijemniku nego prema objektima od kojih se svjetlost reflektira

prema prijemniku. Koliko će od svjetlosne zrake iz svjetlosnog izvora doći do prijemnika ovisit

će o karakteristikama objekta od koje se svjetlost reflektira. Na primjer svijetle površine

reflektirat će više svjetlosti od tamnih, također glatke površine će reflektirati više svjetlosti od

grubih površina.

39

Sl. 4.9. Difurzno reflektivno pozicionirani predajnik T i prijemnik R [21]

4.2.1. Predajnici

Predajnici optičkog signala su uređaji koji ulazni električni signal pretvaraju u izlazni modulirani

svjetlosni signal. Ovisno o ulaznom signalu, izlazni signal može imati linearno promjenjiv

intenzitet svjetlosti koji se mijenjaja između dvije unaprijed određene granice intenziteta ili on-

off promjenu intenziteta što znači da izlazni signal ovisno o ulaznom signalu može imati samo

dva moguća stanja intenziteta svjetlosti (Sl.4.10).

Sl. 4.10. Modulacije u FSO sustavima[40]

U FSO sustavima se kao izvor svjetlosti koriste svjetleće ili laserske diode. Pojednostavljene

sheme odašiljača prikazane su slikom 4.11. neovisno koristi li se svjetleća ili laserska dioda kao

izvor svjetlosti. Na slici 4.11. A prikazana je on-off promjena intenziteta za digitalni ulazni

signal za što se tranzistor koristi kao sklopka. Brzina prijenosa signala ovisit će o brzini same

diode i o brzini sklopa. Brzina prijenosa kada se koristi svjetleća dioda je nekoliko stotina

megaherca, a kada se koristi laserska dioda je nekoliko tisuća megaherca. Shema sklopa za

linearnu promjenu intenziteta svjetlosti prikazana je slikom 4.11. B. Iz slike se vidi da se ulazni

signal modulira pomoću operacijskog pojačala. Osim linearne i OOK modulacije koriste se i

impulsno širinska modulacija i impulsno frekvencijska modulacija.

40

Sl. 4.11. Pojednostavljene sheme predajnika: A-Predajnik s OOK modulacijom; B-Predajnik s

linearnom modulacijom [40]

Ispred same diode se može staviti i leća koja se odabire prema željenoj žarišnoj udaljenosti kako

bi se smanjio kut divergencije i kako bi što više svjetlosti došlo do prijemnika (Sl. 4.12.). Ako se

za prijenos signala koristi dioda sa širokim kutom divergencije koristit će se leća s kratkom

žarišnom udaljenosti. Suprotno tome, za diodu s uskim kutom divergencije koristit će se leća s

duljom žarišnom udaljenosti.

Sl. 4.12. Ovisnost kuta divergencije o žarišnoj udaljenosti leće [21]

41

4.2.2. Svjetlosni izvori

Dijelovi od kojih se predajnik sastoji ovisit će o vrsti signala koji se prenosi, je li signal analogan

ili digitalan, izvoru signala koji se prenosi, o jačini signala i udaljenosti od prijemnika. Svaki

predajnik ima svjetlosni izvor koji se koristi za pretvorbu električnog signala u svjetlosni. U

nevođenim optičkim sustavima se u pravilu koriste različite vrste svjetlećih i laserskih dioda

odnosno izvori svjetlosti koji se temelje na poluvodičkoj tehnologiji.

Svjetleće diode su poluvodičke komponente koje emitiraju svjetlost kada su propusno

polarizirane. U sustavima za prijenos optičkog signala slobodnim prostorom svjetleće diode se

koriste za sustave za prijenos signala na manje udaljenosti brzinama do 155 Mb/s. Prednosti

svjetlećih dioda u odnosu na laserske diode su dugotrajnost i niska cijena što ih čini dostupnima i

prikladnima za korištenje u kućanstvima. Svjetleće diode imaju širu uporabu u odnosu na

laserske diode iako su relativno male snage. Nevođeni optički sustavi većinom koriste

infracrvene svjetleće diode čija je valna duljina 800-900 nm ili 1500-1600 nm jer izvori svjetlosti

na tim valnim duljinama imaju veću učinkovitost i slažu se sa silikonskim fotodetektorima.

Svjetleće diode koje se koriste u FSO sustavima su: GaAs IR LED, GaAlAs IR LED i GaAsP

Visible Red LED.

GaAs IR LED je svjetleća dioda koja se često koristi u sustavima kod kojih se zahtjeva prijenos

optičkog signala na kratke udaljenosti prosječnom brzinom. Osim u FSO sustavima, GaAs IR

svjetleće diode se ponekad koriste i u svjetlovodnim optičkim sustavima. Ova vrsta svjetleće

diode je starija verzija GaAlAs IR svjetleće diode. Razlika između GaAs IR LED i GaAlAs IR

LED je u tome što je GaAs IR LED manje učinkovita od GaAlAs IR LED i emitira samo šestinu

intenziteta svjetlost. Prednosti GaAs IR LED u odnosu na GaAlAs IR LED su što u kombinaciji

s malim lećama ima uži kut divergencije i ima do 10 puta veću brzinu prijenosa.

GaAlAs IR svjetleće diode se koriste za prijenos signala na kraće do srednje udaljenosti. To su

najčešće korišteni modulirani infracrveni svjetlosni izvori jer pri niskim vrijednostima struje

imaju dobru učinkovitost pri pretvorbi električnog signala u optički. Ako se na predajnoj strani

optičkog sustava nalaze GaAs IR ili GaAlAs IR svjetleće diode, tada se na prijemnoj strani

najčešće koriste silikonski PIN detektori od 900 nm.

42

Sl. 4.13. Emisijski spektar GaAlAs IR LED [6]

GaAsP Visible Red LED je svjetleća dioda koja ima veću brzinu prijenosa signala u odnosu na

infracrvene svjetleće diode, ali je zato manje učinkovita. Prednost ove svjetleće diode s vidljivim

zrakama je i olakšano usmjeravanje odašiljača i prijemnika. GaAsP Visible Red LED se koristi u

FSO sustavima malih udaljenost za pretvaranje električnog u svjetlosni signal i omogućava

prijenos prosječne brzine, a može odašiljati i do 2 milijuna svjetlosnih impulsa u sekundi.

Sl. 4.14. Emisijski spektar GaAsP Visible Red LED [6]

Laserske diode (laseri) se mogu podijeliti na lasere s čvrstom jezgrom, lasere sa slobodnim

elektronima, lasere s bojilima, poluvodičke, kemijske i plinske lasere. U FSO sustavima se

koriste poluvodički laseri s čvrstom jezgrom i plinski laseri. Laserske diode su poluvodičke

komponente koje emitiraju zrake malog kuta divergencije. Prednosti poluvodičkih laserskih

dioda su velika snaga, male dimenzije i cijena koja odgovara visokom stupnju učinkovitosti.

43

Najčešće korištene laserske diode s čvrstom jezgrom su GaAs laserske diode, GaAlAs laserske

diode i VCSEL laserske diode.

GaAs laserske diode su najstarije poluvodički laserske diode koje još uvijek imaju praktičnu

primjenu. Prednosti ove vrste laserskih dioda su velika snaga, do 20 W, izlazna zraka ima uzak

kut divergencije, zbog čega nisu potrebne velike leće te na prijemniku daje povećan raspon

korisnog signala. Nedostatci ove laserske diode su činjenica da je radni ciklus manji od 0,1% i

moraju imati malu maksimalnu širinu pulsa, zahtijevaju minimalni početnu struju od 20 A do 30

A, što je dosta visoko, dosta su skupi i relativno su kratkog vijeka. GaAs laseri se primjenjuju u

optičkim sustavima na veće udaljenosti kod kojih nije potrebna velika brzina prijenosa signala.

GaAlAs laserske diode su infracrvene poluvodičke laserske diode koje su se u početku koristile u

laserskim printerima, CD-ROM čitačima i telefax uređajima, međutim paralelno s njihovim

razvojem i njihova se primjena proširila na optičke prijenosne sustave. GaAlAs laserske diode su

relativno skupe, ali imaju mogućnost vrlo brze modulacije (do milijardu impulsa u sekundi) te

imaju mali kut divergencije.

Sl. 4.15. Emisijski spektar GaAlAs laserske diode [6]

VCSEL laserske diode su laserske diode koji se prvenstveno primjenjuju u optičkim prijenosnim

sustavima. Iako se trenutno većinom koriste u svjetlovodnim optičkim sustavima, VCSEL laseri

imaju svijetlu budućnost u nevođenim optičkim sustavima zbog vrlo velike brzine modulacije

(više milijardi impulsa po sekundi) koja omogućava prijenos signala velikim brzinama između

korisnika. VCSEL laserske diode malih su dimenzija, imaju učinkovitost od 40 % i većinom se

proizvode kao nizovi laserskih dioda umjesto pojedinačnih dioda. Na 1 cm2 stane 100 milijuna

VCSEL laserskih dioda.

44

Plinski laseri koji se koriste u FSO sustavima su HeNe laser, CO2 laser i Ar laser. Plinski se

laseri sastoje od cijevi ispunjene plinom ili smjesom plinova na čijim se krajevima nalaze zrcala.

Nakon što se atomi plina pod tlakom pobude električnim pražnjenjima kroz plin, atomi se u

cijevi odbijaju od zrcala u oba smjera. Dio svjetlosti izlazi kroz zrcalo kao vrlo usmjerena

monokromatska zraka. Nedostatci ove vrste lasera su uzak kut divergencije, visoka cijena, vrlo

mala učinkovitost pri pretvorbi električnog u optički signal i nezgrapnost. Prednost plinskih

lasera je otpornost svjetlosne zrake ove vrste lasera na dim i maglu. U FSO sustavima se osim

svjetlećih i laserskih dioda koriste i fluorescentni izvori svjetlosti i izvori koji koriste izboj plina.

4.2.3. Prijemnici

Prijemnici u FSO sustavima su uređaji koji primaju svjetlosni signal, pretvaraju ga u električni

signal, pojačavaju ga, filtriraju i obnavljaju. Svaki se prijemnik sastoji od nekoliko dijelova kao

što su pojačalo, sklop za obnavljanje signala, filter, ali osnovni dio je svakako fotodetektor.

Fotodetektori koji se koriste u FSO sustavima su najčešće PIN i lavinske diode. Detekciju

signala opisuju vanjski i unutarnji fotoelektrični efekt. Oba efekta zaslužna su za pretvaranje

svjetlosnog signala u električni. PIN i lavinske diode temelje detekciju signala na unutarnjem

fotoelektričnom efektu, dok vakumske i fotomultiplikacijske cijevi detekciju temelje na

vanjskom fotoelektričnom efektu. Odziv detektora, ρ se definira omjerom izlazne struje

detektora, i i snage ulaznog optičkog signala, P (4-8).

𝜌 =𝑖

𝑃 (4-8)

Nakon prijenosa signala slobodnim prostorom, signal koji dolazi do fotodetektora često je male

snage te prijemnici obično imaju analogno pretpojačalo. Kao i kod predajnika i prijemnici mogu

biti digitalni ili analogni. Slika 4.16. prikazuje pojednostavljeni analogni prijemnik optičkog

signala. Na ulazu u prijemnik se nalazi operacijsko pojačalo koje je spojeno kao strujno naponski

pretvornik (operacijsko pojačalo u invertirajućem spoju s ulaznim otporom jednakim nuli) i koje

malu struju s fotodetektora pretvara u napon u milivoltima. Signal se zatim pojačava pomoću

operacijskog pojačala spojenog u invertirajućem spoju iz čijeg se izlaza dobiva željeni izlazni

signal.

45

Sl. 4.16. Analogni prijemnik optičkog signala [40]

Slika 4.17. prikazuje pojednostavljeni digitalni prijemnik optičkog signala. Na ulazu u prijemnik

se nalazi operacijsko pojačalo koje je spojeno kao strujno naponski pretvornik koje malu struju s

fotodetektora pretvara u napon u milivoltima. Izlaz iz operacijskog pojačala se odvodi na ulaz

komparatora koji kao izlaz daje digitalni signal kratkog vremena porasta signala. Dio za

podešavanje razine okidanja koristi se kako bi „popravio“ analogni signal na mjestima gdje će

doći do okidanja kako bi odluka o okidanju bila jednostavnija.

Sl. 4.17. Digitalni prijemnik optičkog signala [40]

46

4.2.4. Fotodetektori

Fotodetektor se koristi za detekciju svjetlosnih impulsa i pretvorbu primljenog optičkog signala u

električni signal. U FSO sustavima kao fotodetektori se koriste različite vrste poluvodičkih

fotodioda, fototranzistori, fotomultiplikacijske cijevi i vakumske cijevi. Najjednostavnije

poluvodičke diode su PN diode, ali se u FSO sustavima većinom koriste PIN diode. PIN diode

između p i n sloja imaju intrisični sloj. Otpor instrinsičnog sloja je velik jer ne postoje slobodni

naboji što za posljedicu ima postojanje jakih sila električnog polja između slojeva (Sl. 4.18.).

Sl. 4.18. Shematski prikaz strukture PIN diode [1]

Prednosti poluvodičkih dioda su velika osjetljivost, velika brzina detekcije, male dimenzije i

činjenica da mogu raditi na širokom spektru valnih duljina (Sl. 4.19.). Silicijske PIN diode koje

se koriste u FSO sustavima najbolje rade pri valnim duljinama od 800 do 900 nm odnosno u

prvom optičkom prozoru (Sl. 4.19.).

Sl. 4.19. Odziv silicijske PIN fotodiode [6]

47

Sl. 4.20. Odziv InGaAs PIN fotodiode [6]

Osim silikonskih PIN fotodioda, koriste se i InGaAs PIN fotodiode (Sl. 4.20.) koje su nešto

skuplje, ali rade na valnim duljinama od 900 do 1700 nm. Lavinska fotodioda (APD) je

poluvodička fotodioda koja se koristi kada do fotodetektora stiže signal niskog intenziteta.

Sl. 4.21. Shematski prikaz strukture lavinske fotodiode [1]

Lavinska multiplikacija uzrokuje promjenu struje svakim primljenim optičkim impulsom.

Prednost lavinske diode u odnosu na PIN diode je manji odnos signal-šum te se zato koristi kada

je potrebno detektirati signale niskog intenziteta. Ako do PIN fotodiode dolazi signal niskog

intenziteta, tada je taj signal potrebno pojačati čime se pojačava i šum što kao posljedicu ima

lošiji odnos signal-šum. Lavinske diode nisu dobar izbor kao fotodetektor kada se na predajniku

48

koriste svjetleće diode kao izvor svjetlosti jer u tom slučaju one detektiraju i dodatne šumove iz

okruženja. Ipak lavinske diode se većinom ne koriste u FSO sustavima zbog puno veće cijene u

odnosu na PIN diode i zbog toga što zahtijevaju kompliciraniji ostatak prijemnika.

Fototranzistor je jedan od najzastupljenijih fotodetektora u amaterskim sustavima zbog svoje

niske cijene, pristupačnosti i jednostavnosti uporabe, no u komercijalnim sustavima se rijetko

koristi. Kvaliteta signala primljenog fototranzistorom nešto je lošija od onog primljenog

silikonskom PIN fotodiodom, iako im je krivulja odziva slična. Također fototranzistor ima

manju brzinu odziva te veći odnos signal-šum.

Većina fotodetektora i izvora svjetlosti koji se koriste u FSO sustavima najbolje radi u

infracrvenom dijelu spektra, međutim fotomultiplikacijske cijevi najbolje rade u područjima

vidljive i ultraljubičaste svjetlosti, iako novije cijevi mogu raditi i u infracrvenom dijelu spektra.

Fotomultiplikacijske cijevi se koriste za detekciju vrlo slabih svjetlećih impulsa kojima

povećavaju struju. Nedostatci fotomultiplikacijskih cijevi su osjetljivosti na šumove uzrokovane

osvjetljenjem okruženja u kojem se nalazi fotodetektor, potreba za korištenjem lasera s vrlo

uskim kutom divergencije na odašiljaču, potreba za kompliciranim ostatkom prijemnika, visoka

cijena, veličina fotodetektora i osjetljivost na lomove, jer su cijevi izrađene od stakla. Sve

navedeno je razlog iz kojeg fotomultiplikacijske cijevi nemaju širu primjenu iako se odlikuju

velikom brzinom i najvećom postojećom osjetljivost nekog uređaja na svjetlost.

4.3. Upotreba nevođenog optičkog prijenosa signala

Sustavi nevođenog optičkog prijenosa signala se već desetljećima koriste u vojsci. Međutim kao

komercijalni proizvod postoje zadnjih 10-ak godina. Zbog svojih prošlih ograničenja i zbog

brzog širenja svjetlovodnih optičkih sustava, nevođeni optički sustavi se još uvijek nisu značajno

proširili tržištem iako je većina problema FSO sustava odavno riješena. FSO sustavi koji rade na

kraće udaljenosti se koriste za: kontrolu osvjetljenja prostora, kontrolu medicinske elektronske

opreme, kontrolu pogona u monitora u raznim postrojenjima, otvaranje garažnih vrata, muzejske

interaktivne vodiče, brojanje i nadgledanje prometa i kontrolu sigurnosnih sustava. FSO sustavi

koji rade na veće udaljenosti se koriste kao optički radari, elektronski mjerači udaljenosti i za

telekomunikacijski link. FSO se koristi i kao zamjena za postojeći sustav bežične komunikacije

ili njegova nadogradnja. Nevođene sustave za prijenos optičkog signala moguće je koristiti za

prijenos podataka između dvije zgrade što je sada vjerojatno najpopularnija primjena FSO

sustava zbog velike brzine prijenosa podataka i velike sigurnosti prijenosa. Također je moguća i

optička veza preko koje se prenose signali između računala i pisača, između dojavljivača

49

suradnika, ali i informacije na bazi grada ili između ureda. Osim između dvije zgrade, sve se više

razvija FSO komunikacija u pomorstvu gdje se ova vrsta komunikacije osim između dva broda

koristi i za komunikaciju između broda i kopna za pomoć pri plovidbi, za razmjenu informacija

unutar broda te općenito za razmjenu informacija na kraćim udaljenostima. Nevođeni optički

prijenos signala se može koristiti i kao privremeni način komunikacije na primjer u svrhu

održavanja predavanja na mjestu gdje nema drugih načina povezivanja ili isti nisu u funkciji.

Također se koristi i kao telemetrijski odašiljač koji je spojen na geografski udaljene monitore

koji odašilju prikupljene podatke. FSO se može koristiti i za povezivanje većih područja kao što

je kampus brzim ili gigabitnim Ethernetom u MAN. Jedna od primjena FSO sustava je i prijenos

signala preko područja koje nije u vlasništvu vlasnika sustava, preko mora, autocesta i slično.

Također se može koristiti i kao sigurnosni sustav ako postojeći na primjer svjetlovodni sustav

otkaže. Osim svega navedenog FSO sustavi imaju veliku primjenu i za povezivanje Zemlje sa

svemirskim stanicama i satelitima. FSO sustavi koji se koriste za povezivanje sa satelitima imaju

mogućnost prijenosa signala nekoliko tisuća kilometara brzinom od nekoliko desetaka megabita

po sekundi. FSO sustavi su vrlo sigurni te su tako uz ostale karakteristike vrlo dobra alternative

za korisnike koji svakodnevno prenose vrlo važne informacije. Vjerojatno najveći potencijal

FSO sustavi imaju za prijenos signala od optičkog vlakna do samog korisnika za što se još uvijek

vrlo često koriste bakrene parice. Nevođeni optički prijenos signala može imati široku upotrebu,

ali se još uvijek ne koristi dovoljno što će se promjeniti u skoroj budućnosti.

50

5. NEVOĐENI PRIJENOS OPTIČKOG DIGITALNOG SIGNALA

Praktični dio ovog diplomskog rada je projektiranje predajnika i prijemnika za dva laboratorijska

modela pomoću kojih bi se vršio nevođeni optički prijenos digitalnog signala između dva

računala.

Sl. 5.1. Shema principa rada sustava za nevođeni optički prijenos digitalnog signala između dva

računala [30]

Prvi model prikazan slikom 5.2. će se koristiti za mjerenja utjecaja udaljenosti između

prijemnika i predajnika na propagaciju svjetlosnog signala slobodnim prostorom.

Sl. 5.2. Prvi laboratorijski model

51

Na istom modelu radit će se i mjerenja utjecaja vrste i karakteristika svjetlosnih izvora i

fotodetektora na propagaciju svjetlosnog signala slobodnim prostorom. Također će se mjeriti i

utjecaj propagacijskog medija, prvenstveno različitih fluida na propagaciju svjetlosnog signala

slobodnim prostorom.

Sl. 5.3. Drugi laboratorijski model

Drugi model prikazan slikom 5.3. će se koristiti za mjerenje kuta divergencije svjetlosnih izvora

i fotodetektora i utjecaja vanjskih izvora svjetlosti na prijenos signala. Oba modela bit će preko

USB (Universal Serial Bus) na TTL (Transistor-Transistor Logic) konvertera (Sl. 5.4.) spojena

na računala. USB na TTL konverter koristi stabilan i pouzdan čip C2012 [42] koji se koristi kao

most USB na UART (Universal Asynchronus Receiver/Transmitter). Jedna strana konvertera

ima standardni muški konektor tipa A, a druga strana ima 6-pinski TTL konektor s oznakama

3.3V, RST (Reset), TXD (Transmitt Data), RXD (Receive Data), GND (Ground) i 5V.

Konverter omogućuje prijenos signala brzinama od 300 bit/s do 1.5 Mbit/s. Prijemni buffer je

jedan bajt, a odašiljački 640 bajta.

52

Sl. 5.4. USB na TTL konverter

Brzina prijenosa signala i sami podaci koji se prenose određivat će se programom SimpleTerm.

U predajniku se signal primljen iz računala pretvara u svjetlosne impulse koje zatim prijemnik

prima putem fototranzistora. Signal primljen prijemnikom prenosi se preko USB na TTL

konvertera do drugog računala gdje se primljeni signal interpretira (Sl. 5.1.).

Kao predajno računalo korišteno je stolno računalo čija je konfiguracija u prilogu P. 5.1. Za

određivanje brzine prijenosa podataka i niza podataka korišten je SimpleTerm Gold v5.7. Kao

prijemno računalo je korišteno prijenosno računalo Toshiba Satellite L300-1A3 (P. 5.2.). Osim

računala u sustavu su korišteni odašiljači i prijemnici opisani potpoglavljima 5.1. i 5.2.

53

5.1. Predajnik

Predajnik prikazan slikom 5.6. je sklop za odašiljanje signala primljenog iz USB na TTL

konvertera putem svjetlosnog izvora, D1. Kao dio diplomskog rada izrađeno je ukupno sedam

predajnika čija je glavna razlika bio korišteni svjetlosni izvor.

Korišteni svjetlosni izvori su:

1. Svjetleće diode: GaAlAs IR LED (SFH 484), GaAs IR LED (TSTS7102), crvena

svjetleće dioda 5mm, 3600 mCd, plava svjetleća dioda 5mm, 4200 mCd

2. Laserske diode: GaAlAs IR laser, GaAsP Visible red laser, InGaAs laser

Na ulazu u sklop (Sl. 5.6.) postavljen je potenciometar R11 od 4.7 kΩ. Funkcija R11 je da kao

otporno dijelilo prilagođava razinu ulaznog napona kako ne bi dolazilo do izobličenja signala u

slučajevima kada bi ulazni napon bio veći od 10 V. Nakon potenciometra signal dolazi do

neinvertirajućeg operacijskog pojačala U2.1. spojenim kao naponsko slijedilo. Korišteno je

TL082 [32] operacijsko pojačalo čiji je raspored izvoda prikazan slikom 5.5.

Sl. 5.5. Raspored izvoda operacijskog pojačala TL082

Nakon izlaza pojačala postavljen je kondenzator C3 od 22 μF (470 μF) čija je funkcija

uklanjanje istosmjerne komponente ulaznog signala. Potenciometar R1 od 100 Ω (500 Ω) se

koristi za podešavanje statičke radne točke izvora svjetlosti. Otpornik R4 od 20 Ω (25 Ω) koristi

se kao zaštitni otpornik izvora svjetlosti. Zaštitni otpornik je potreban jer je napon koji dolazi do

diode veći od maksimalnog napona na kojem rade standardne diode, a to je od 3 do 3,6 V.

Otpornik R3 je zaštitni otpornik diode D2, a dioda D2 je signalizacija da sklop ima spojeno

napajanje. Elektronički osigurač radi na principu mjerenja pada napona na otporniku poznate

veličine R4 (Sl. 5.6.). Iznos otpornika je izračunat tako da pri maksimalnoj dopuštenoj struji

predajnika napon na otporniku R4 bude dovoljan da provede dioda D2 (1N4148). Kada dioda

provede na invertirajućem ulazu operacijskog pojačala U2.2 je doveden napon koji se uspoređuje

s naponom na potenciometru R8 na neinvertirajućem ulazu. U slučaju da je napon na serijskom

otporniku R9 veći od napona praga otvaranja diode te da napon na invertirajućem ulazu veći od

54

podešenog napona na potenciometru, operacijsko pojačalo napon na izlazu spušta sve dok se

MOSFET BS170 ne zatvori (sklopka režim rada). Kada se ostvare gore navedeni uvjeti

elektronski osigurač je isključio predajnik te se može resetirat jedino isključivanjem i ponovnim

uključivanjem cijelog sklopa. Maksimalna struja pri kojoj se osigurač aktivira se može

podešavati mijenjanjem iznosa napona na neinvertirajućem ulazu operacijskog pojačala preko

trimera R1 sa sheme. Otpornik R2 osigurava da je MOSFET uključen pri uključenju predajnika,

a otpornik R9 i kondenzator C1 osiguravaju da se osigurač ne aktivira prilikom uključenja

predajnika.

Sl. 5.6. Shema predajnika

Ispravnost sheme prvo je provjerena na eksperimentalnoj pločici (Sl. 5.7).

55

Sl. 5.7. Odašiljač na eksperimentalnoj pločici

Nakon što je utvrđeno da je shema ispravna u programu DipTrace izrađen je nacrt buduće

pločice prikazan slikom 5.8. Dil letve preko kojih će se dovoditi napajanje na sklop stavljene su

na dvije strane, tako da i u slučaju da se predajnik i krivo okrene i dalje će sklop dobiti sva

potrebna napajanja, ulazni signal i uzemljenje. Isto je napravljeno i kod prijemnika. Napajanje

predajnika od +/- 10 V je izvedeno pomoću naponskih regulatora 7810 i 7910.

Sl. 5.8. Nacrt pločice predajnika izrađen u DipTrace-u

Nakon ispisa slike 5.8. na prozirnu foliju, pločica se razvija fotopostupkom. Fotopostupak

započinje pripremanjem pločice. Dobro je prije osvjetljavanja pločice, pločicu izrezati na

potrebnu veličinu, zatim je potrebno prozirnu foliju sa shemom zalijepiti na pločicu namijenjenu

za fotopostupak (Sl. 5.9.).

56

Sl. 5.9. Pločica pripremljena za osvjetljavanje UV svjetlom

Pločica za fotopostupak na površini bakrenog sloja ima zaštitni sloj laka osjetljivog na

ultraljubičasto svjetlo. Nakon što je pločica pripremljena za osvjetljavanje potrebno ju je

osvijetliti UV svjetlom od 5 do 6 minuta (Sl. 5.10.). Duljina ekspozicije utvrđena je

eksperimentalno.

Sl. 5.10. Pločica pod UV svjetlom

Kao UV svjetlo korišteno je 70 UV svjetlećih dioda napajanih s 3,3 V. Nakon što je pločica

osvjetljena UV svjetlom, potrebno ju je staviti u otopinu natrijevog hidroksida kako bi se uklonio

lak s pločice (Sl. 5.11.).

57

Sl. 5.11. Pločica u otopini natrijevog hidroksida

Otopina se priprema tako da se na 1 L vode stavi 7g natrijevog hidroksida. Nakon što je lak

uklonjen pločicu je potrebno staviti u otopinu solne kiseline u koju je dodan hidrogen na 15 do

20 minuta kako bi se uklonio višak bakra s pločice. Otopina se priprema tako da se na 500 mL

19 postotne solne kiseline doda 100 mL vode i 40 mL tridesetpostotnog hidrogena.

Sl. 5.12. Pločica u otopini solne kiseline i hidrogena

58

Sl. 5.13. Proces bušenja rupa i lemljenja komponenti

Na kraju je na razvijenoj pločici potrebno probušiti rupe i zalemiti komponente (Sl. 5.13). Slika

5.14. prikazuje predajnike prije provjere ispravnosti.

Sl. 5.14. Predajnici

59

5.2. Prijemnik

Kao dio diplomskog rada izrađeno je ukupno sedam prijemnika čija je jedina razlika bila u

korištenim fotodetektorima.

Korišteni fotodetektori su:

1. Silikonske PIN fotodiode: BPW 83, BPW 43

2. Fototranzistori: BP 103-3, BPW 40, BPW 41

3. InGaAs PIN fotodioda (EXT 300T)

4. Lavinska fotodioda (AD 500)

Sl. 5.15. Shema prijemnika

60

Prijemnik (Sl. 5.15.) se sastoji od fotodetektora za prijem signala, operacijskog pojačala za

njegovo pojačavanje te Schmittovog sklopa za regeneriranje signala. Fotodetektor se napaja

preko potenciometra R11 iznosa 4.7 kΩ za podešavanje statičke radne točke koja odgovara

intenzitetu prijemnog signala na način da ne dođe do izobličenja. Iza fotodetektora je otpornik

R2 iznosa 10 kΩ koji služi kao zaštita od previsoke struje u slučaju da se potenciometar postavi

na minimalnu vrijednost. Također ima i dvostruku ulogu kao mjerna točka za informacijski

signal. Između operacijskog pojačala (TL082) i fotodetektora (otpornika u seriji iza njega) je

kondenzator C1 koji služi za odvajanje istosmjerne komponente s neinvertirajućeg ulaza

operacijskog pojačala. Da bi se dobio signal koji se može dalje koristiti s obzirom na promjenjiv

intenzitet prijemnog signala operacijsko pojačalo radi s maksimalnim pojačanjem. S obzirom da

se prenosi digitalni signal nije važan valni oblik nego integritet signala. Maksimalnim

pojačanjem signala prijemni signal se očuva te amplitudno pojača do napona napajanja

operacijskog pojačala. Prilagodba naponskih granica i daljnja regeneracija signala se radi na

Schmittovom sklopu (Sl. 5.16).

Sl. 5.16. Raspored izvoda Schmittovog sklopa 74HC14 [43]

Korišteni Schmittovi sklopovi također invertiraju signal te se za vraćanje signala u izvorni oblik

koriste dva sklopa. Dvostruko invertiranje signala rezultira originalnim valnim oblikom.

Regeneracija signala na Schmittovom sklopu osim standardne funkcije rekonstruiranja signala na

temelju dvije naponske granice predstavlja i popravljanje nagiba rubova pravokutnog valnog

oblika (slew rate). Nagib rubova pravokutnog signala ovisi o brzini promjene napona u

određenom vremenu sklopa koji obrađuje signal. Schmittov sklop ima brži odziv od korištenog

operacijskog pojačala te kao rezultat toga daje valni oblik koji je bliži izvornom obliku

odaslanog informacijskog signala.

Napajanje prijemnika je izvedeno na odvojenoj pločici od napajanja predajnika. Na napajanje

prijemnika se dovodi +/- 10 V i uzemljenje s napajanja predajnika te se na pločici nalazi

naponski regulator 7805 kako bi se osiguralo pozitivno napajanje od +5 V za Schmittov sklop.

61

Ispravnost sheme sa slike 5.15. prvo je provjerena na eksperimentalnoj pločici (Sl. 5.17.).

Sl. 5.17. Prijemnik na eksperimentalnoj pločici

Na osnovi slike 5.15. u programu DipTrace izrađen je nacrt buduće pločice prikazan slikom

5.18.

Sl. 5.18. Nacrt pločice prijemnika izrađen u DipTrace-u

62

Nakon razvijanja pločice pomoću fotopostupka te bušenja rupa i lemljenja komponenata

dobiveni su prijemnici prikazani slikom 5.19 spremni za daljnje testiranje.

Sl. 5.19. Prijemnici

5.3. Analiza rezultata mjerenja

Izrađeni prijemnici odnosno predajnici koristit će se u mjerenjima utjecaja udaljenosti između

prijemnika i predajnika za propagaciju digitalnog svjetlosnog signala slobodnim prostorom.

Također će se mjeriti kut upada svjetlosne zrake na predajnike s fotodetektorima različitih

upadnih kuteva kada se koriste svjetlosni izvori različitih kuteva divergencije. Potom će se

promatrati utjecaj dodatnog predajnika koji odašilje digitalni signal na uspješnost propagacije

svjetlosnog signala između prijemnika i predajnika. Na kraju će se raditi mjerenja uspješnosti

propagacije digitalnog svjetlosnog signala između prijemnika i predajnika kada se između njih

nalaze različiti mediji (voda, jestivo ulje i motorno ulje). Prilikom svih mjerenja radit će se s više

različitih prijemnika i predajnika kako bi se napravila usporedba njihovih tehničkih

karakteristika.

63

5.3.1. Utjecaj udaljenosti između predajnika i prijemnika

Za mjerenje utjecaja udaljenosti i brzine prijenosa podataka na propagaciju digitalnog

svjetlosnog signala između dva računala korišten je model prikazan slikom 5.2.

U prvom je slučaju udaljenost između prijemnika i predajnika bila konstantna i iznosila je 10, 15

i 20 cm te su mjerenja odrađena s jednim predajnikom (LED 880 nm) i više različitih prijemnika.

Korišteni predajnik odašilje svjetlosni signal valne duljine 880 nm koji pripada prvom optičkom

prozoru. Korišteni fotodetektori su APD fotodioda, BPW 83, BP 103 B i BPW 43. APD

fotodioda AD500-8 ima valnu duljinu 740 nm (400-1100 nm). Lavinska dioda je korištena kao

jedan od fotodetektora jer u odnosu na PIN diode je manji odnos signal-šum i zato što ima veću

spektralnu osjetljivost. Koristi se kada je potrebno detektirati signale niskog intenziteta. Lavinske

diode nisu dobar izbor kao fotodetektor kada se na predajniku koriste svjetleće diode kao izvor

svjetlosti jer u tom slučaju one detektiraju i dodatne šumove iz okruženja što bi mjerenja trebala i

pokazati.

Sl. 5.20. Grafički prikaz ovisnosti spektralne osjetljivosti lavinske diode AD500-8 o valnoj

duljini [45]

BPW 83 je fotodioda s valnom duljinom 950 nm (790-1050 nm). BPW 43 je fotodioda valne

duljine 900 nm (420-1130 nm). Navedene fotodiode odabrane su zbog različitih upadnih kuteva i

različite spektralne osjetljivosti (Sl. 5.21. i 5.22.). Upadni kut BPW 83 je ±65º dok je upadni kut

BPW 43 ±25º. Fotodiode su korištene zbog svoje velike osjetljivosti, velike brzine detekcije,

malih dimenzija te odgovarajućeg opsega valnih duljina u kojima rade (prvi optički prozor).

64

Sl. 5.21. Grafički prikaz ovisnosti spektralne osjetljivosti fotodiode BPW 83 o valnoj duljini [46]

Sl. 5.22. Grafički prikaz ovisnosti spektralne osjetljivosti fotodiode BPW 43 o valnoj duljini [47]

BP 103 B je fototranzistor valne duljine 850 nm (420-1130 nm). Iako fototranzistori nemaju

praktičnu primjenu u optičkim komunikacijama, korišten je jedan kako bi se ipak napravila

usporedba između različitih tehnologija izrade fotodetektora. Fototranzistori se često koriste u

amaterskim sustavima zbog svoje niske cijene i jednostavnosti upotrebe. S obzirom da

fototranzistori imaju manju brzinu odziva te veći odnos signal-šum u odnosu na fotodiode

očekivani rezultati mjerenja su da će propagacija signala između dva računala biti uspješnija

pomoću fotodioda.

65

Sl. 5.23. Grafički prikaz ovisnosti spektralne osjetljivosti fototranzistora BP 103 B o valnoj

duljini [48]

Sl. 5.24. Prikaz sustava za mjerenje utjecaja udaljenosti na propagaciju svjetlosnog signala

U tablicama 5.1. do 5.12. se nalaze rezultati mjerenja za prvi slučaj kada je korišten jedan

predajnik LED 880 nm i više različitih prijemnika i kada je udaljenost između prijemnika i

predajnika bila konstantna i iznosila je 10, 15 i 20 cm.

66

Tab. 5.1. Pogrešni/ukupni broj znakova primljenih pri zadanim brzinama prijenosa uz udaljenost

od 10 cm između predajnika (LED 880 nm) i prijemnika (APD fotodioda)

BRZINA PRIJENOSA

[baud]

POGREŠNI/UKUPNI BROJ

ZNAKOVA

110 0/20

300 0/20

600 0/20

1200 0/20

2400 20/20

4800 20/20

9600 20/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20



BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 0/20

300 0/20

600 0/20

1200 15/20

2400 20/20

4800 20/20

9600 20/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20

67



BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 0/20

300 0/20

600 5/20

1200 20/20

2400 20/20

4800 20/20

9600 20/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20


od 10 cm između predajnika (LED 880 nm) i prijemnika (BPW 83)

BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 0/20

300 0/20

600 0/20

1200 0/20

2400 17/20

4800 20/20

9600 20/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20

68



BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 0/20

300 0/20

600 0/20

1200 0/20

2400 20/20

4800 20/20

9600 20/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20



BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 0/20

300 0/20

600 12/20

1200 20/20

2400 20/20

4800 20/20

9600 20/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20

69

Sl. 5.25. Prikaz sustava za mjerenje utjecaja udaljenosti na propagaciju svjetlosnog signala s

predajnikom LED 880 nm i prijemnikom BPW 83 pri 20 cm


od 10 cm između predajnika (LED 880 nm) i prijemnika (BP 103 B)

BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 0/20

300 0/20

600 0/20

1200 0/20

2400 0/20

4800 11/20

9600 20/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20

70



BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 0/20

300 0/20

600 0/20

1200 0/20

2400 2/20

4800 20/20

9600 20/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20



BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 0/20

300 0/20

600 0/20

1200 0/20

2400 0/20

4800 20/20

9600 20/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20

71

Tab. 5.10. Pogrešni/ukupni broj znakova primljenih pri zadanim brzinama prijenosa uz

udaljenost od 10 cm između predajnika (LED 880 nm) i prijemnika (BPW 43)

BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 0/20

300 0/20

600 0/20

1200 0/20

2400 0/20

4800 0/20

9600 16/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20



BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 0/20

300 0/20

600 0/20

1200 0/20

2400 0/20

4800 11/20

9600 17/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20

72



BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 0/20

300 0/20

600 0/20

1200 0/20

2400 0/20

4800 11/20

9600 18/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20

Grafički prikazi:

Sl. 5.26. Grafički prikaz rezultata mjerenja utjecaja udaljenosti na propagaciju svjetlosnog

signala s predajnikom LED 880 nm i više prijemnika pri 10 cm

0

5

10

15

20

25

100 1000 10000 100000BR

OJ

PO

GR

EŠN

O P

RIM

LJEN

IH Z

NA

KO

VA

BRZINA PRIJENOSA [BAUD]

10 CM, LED 880 NM

AD 500 BPW 83 BP 103 B BPW 43

73





Iz grafičkih prikaza prikazanih slikama 5.26, 5.27 i 5.28. se može vidjeti da se u sva tri slučaja

povećanjem brzine prijenosa signala, broj pogrešno primljenih znakova povećava. Razlog tome

je ograničena brzina potrebna da fotodetektor provede odnosno prestane voditi. Također

povećanjem udaljenosti između prijemnika i predajnika se smanjuje najveća brzina pri kojoj je

moguć prijenos signala. Povećanjem udaljenosti, smanjuje se amplituda odaslanog signala što na

prijemniku znači veću pogrešku. Za 10 i 15 cm najslabije performanse je očekivano imala

0

5

10

15

20

25

100 1000 10000 100000BR

OJ

PO

GR

EŠN

O P

RIM

LJEN

IH Z

NA

KO

VA


15 CM, LED 880 NM

AD 500 BPW 83 BP 103 B BPW 43

0

5

10

15

20

25

100 1000 10000 100000

BR

OJ

PO

GR

EŠN

O P

RIM

LJEN

IH Z

NA

KO

VA


20 CM, LED 880 NM

AD 500 BPW 83 BP 103 B BPW 43

74

lavinska dioda, dok je najbolje preformase imala fotodioda BPW 43. Korišteni fototranzistor BP

103 B je također očekivano radio pri manjih brzinama nego fotodioda BPW 43, no komunikacija

je bila uspješnija nego kada su se koristili lavinska dioda i fotodioda BPW 83. S obzirom da se

očekivalo da će obje PIN fotodiode raditi pri većim brzinama od lavinske fotodiode i

fototranzistora postavlja se pitanje zašto je PIN fotodioda BPW 83 prestala voditi pri manjim

brzinama od fototranzistora. Razlog tome je činjenica da je vrijeme potrebno da PIN fotodioda

BPW 83 provede, odnosno prestane voditi 100 ns. PIN fotodioda BPW 43 koja je radila pri

najvećim brzinama od promatranih svjetnosnih izvora provede, odnosno prestane voditi za 4 ns.

U slučaju kada je udaljenost bila 20 cm, BPW 83 je imao nešto lošije rezultate od lavinske

fotodiode, jer iako oba fotodetektora imaju vrijeme otvaranja duže od BPW 43 i fototranzistora,

lavinska fotodioda ima veću osjetljivost što je vidljivo pri povećanju udaljenosti prijemnika i

predajnika.

U drugom je slučaju udaljenost između prijemnika i predajnika konstantna i iznosi 10, 15 i 20

cm te su mjerenja odrađena s jednim prijemnikom (BPW 40) i više različitih predajnika.

Korišteni prijemnik ima fototranzistor valne duljine 780 nm (520-950 nm) kao fotodetektor koji

je odabran prvenstveno zbog niske cijene i što prima signal valnih duljina koje pripadaju prvom

optičkom prozoru. Korišteni svjetlosni izvori su laserske diode od 850 nm i 650 nm te svjetleće

diode valnih duljina 630 nm i 880 nm. Odabrane infracrvene laserske i svjetleće diode pripadaju

prvom optičkom prozoru dok su crvena laserska dioda i crveni laser odabrane kako bi se radila

usporedba sa svjetlonim izvorima koji ne pripadaju jednom od optičkih prozora. Očekivano je da

će uspješnost propagacije signala biti veća kada se koriste infracrveni svjetlosni izvori u odnosu

na svjetlosne izvore koji odašilju svjetlost crvene boje. Također, zbog veće usmjerenosti i jačine

signala koji odašilju laserske diode pretpostavlja se da će propagacija biti uspješnija kada se

signal odašilje laserskim diodama u odnosu na svjetleće diode.

75


udaljenost od 10 cm između predajnika (LD 850 nm) i prijemnika (BPW 40)

BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 0/20

300 0/20

600 0/20

1200 0/20

2400 0/20

4800 0/20

9600 15/20

14400 18/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20



BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 2/20

300 0/20

600 0/20

1200 0/20

2400 0/20

4800 2/20

9600 17/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20

76



BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 0/20

300 0/20

600 0/20

1200 0/20

2400 0/20

4800 4/20

9600 18/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20



BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 0/20

300 0/20

600 0/20

1200 0/20

2400 0/20

4800 0/20

9600 11/20

14400 17/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20

77



BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 0/20

300 0/20

600 0/20

1200 0/20

2400 0/20

4800 0/20

9600 12/20

14400 17/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20



BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 0/20

300 0/20

600 0/20

1200 0/20

2400 0/20

4800 0/20

9600 0/20

14400 12/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20

78



BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 0/20

300 0/20

600 0/20

1200 0/20

2400 0/20

4800 18/20

9600 20/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20



BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 0/20

300 0/20

600 0/20

1200 0/20

2400 17/20

4800 20/20

9600 20/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20

79



BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 0/20

300 0/20

600 0/20

1200 0/20

2400 20/20

4800 20/20

9600 20/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20



BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 0/20

300 0/20

600 0/20

1200 0/20

2400 0/20

4800 18/20

9600 20/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20

80



BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 0/20

300 0/20

600 0/20

1200 0/20

2400 0/20

4800 0/20

9600 17/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20



BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 0/20

300 0/20

600 0/20

1200 0/20

2400 0/20

4800 0/20

9600 17/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20

81

Grafički prikazi:


signala s prijemnikom BPW 40 i više predajnika pri 10 cm



0

5

10

15

20

25

100 1000 10000 100000

BR

OJ

PO

GR

EŠN

O P

RIM

LJEN

IH Z

NA

KO

VA


10 CM BPW 40

LD 850 LD 650 LED 630 LED 880

0

5

10

15

20

25

100 1000 10000 100000

BR

OJ

PO

GR

EŠN

O P

RIM

LJEN

IH Z

NA

KO

VA


15 CM BPW 40

LD 850 LD 650 LED 630 LED 880

82



Slikama 5.29, 5.30 i 5.31 prikazani su grafički prikazi rezultata mjerenja utjecaja udaljenosti na

propagaciju svjetlosnog signala s prijemnikom BPW 40 i više predajnika pri udaljenostima 10,

15 i 20 cm. Iz priloženog se vidi da se povećanjem brzine prijenosa povećava i broj pogrešno

primljenih znakova što je rezultat ograničene brzine otvaranja i zatvaranja svjetlosnog izvora i

fotodetektora. Povećanjem udaljenosti između prijemnika i predajnika se smanjuje maksimalna

brzina prijenosa za promatrane kombinacije prijemnika i predajnika. Prijenos je najuspješniji

kada se kao izvor svjetlosti koristi crvena laserska dioda, iako ista nije iz prvog optičkog prozora

te infracrvena svjetleća dioda. Na uspješnost prijenosa signala utječe činjenica da se radi o 5 mW

laserskoj diodi i da se signal prenosi pri malim udaljenostima za lasersku diodu navedene snage.

Prijenos je najmanje uspješan kada se koristi crvena svjetleća dioda što je i očekivano jer njezina

valna duljina ne pripada prvom optičkom prozoru te ima snagu mnogo manju od laserskih dioda.

Infracrvena dioda je ovdje poseban slučaj i iako se radi o diodi snage 5 mW koja ima valnu

duljinu iz prvog optičkog prozora, mjerenja su pokazala da se signal prenosi nešto lošije nego

kad se odašilje s LED 880 nm ili LD 650 nm. Razlog tome je činjenica da laserska dioda odašilje

usmjerenu zraku svjetlosti koji je vrlo teško usmjeriti kada se radio o infracrvenoj diodi.

0

5

10

15

20

25

100 1000 10000 100000

BR

OJ

PO

GR

EŠN

O P

RIM

LJEN

IH Z

NA

KO

VA


20 CM BPW 40

LD 850 LD 650 LED 630 LED 880

83

U trećem je slučaju brzina prijenosa signala između prijemnika i predajnika konstantna i iznosi

110, 600 i 2400 i 4800 bauda te su mjerenja odrađena s jednim predajnikom (LED 880 nm) i više

različitih prijemnika. Korišteni fotodetektori su APD fotodioda, BPW 83, BP 103 B i BPW 43

kao i u slučaju kada su mjerenja rađena s konstantnom udaljenosti između prijemnika i

predajnika.

Tab. 5.25. Pogrešni/ukupni broj znakova primljenih pri zadanim udaljenostima uz brzinu

prijenosa od 110 bauda između predajnika (LED 880 nm) i prijemnika (APD fotodioda)

UDALJENOST [cm] POGREŠNI/UKUPNI BROJ

ZNAKOVA

1 0/20

2 0/20

5 0/20

10 0/20

15 0/20

20 20/20

25 20/20

30 20/20

35 20/20

40 20/20

45 20/20

50 20/20




ZNAKOVA

1 0/20

2 0/20

5 0/20

10 0/20

15 0/20

20 20/20

25 20/20

30 20/20

35 20/20

40 20/20

45 20/20

50 20/20

84




ZNAKOVA

1 0/20

2 0/20

5 20/20

10 20/20

15 20/20

20 20/20

25 20/20

30 20/20

35 20/20

40 20/20

45 20/20

50 20/20




ZNAKOVA

1 20/20

2 20/20

5 20/20

10 20/20

15 20/20

20 20/20

25 20/20

30 20/20

35 20/20

40 20/20

45 20/20

50 20/20

85


prijenosa od 110 bauda između predajnika (LED 880 nm) i prijemnika (BPW 83)


ZNAKOVA

1 0/20

2 0/20

5 0/20

10 0/20

15 0/20

20 0/20

25 20/20

30 20/20

35 20/20

40 20/20

45 20/20

50 20/20




ZNAKOVA

1 0/20

2 0/20

5 0/20

10 0/20

15 0/20

20 8/20

25 20/20

30 20/20

35 20/20

40 20/20

45 20/20

50 20/20

86




ZNAKOVA

1 0/20

2 0/20

5 12/20

10 17/20

15 20/20

20 20/20

25 20/20

30 20/20

35 20/20

40 20/20

45 20/20

50 20/20




ZNAKOVA

1 20/20

2 20/20

5 20/20

10 20/20

15 20/20

20 20/20

25 20/20

30 20/20

35 20/20

40 20/20

45 20/20

50 20/20

87


prijenosa od 110 bauda između predajnika (LED 880 nm) i prijemnika (BP 103 B)


ZNAKOVA

1 0/20

2 0/20

5 0/20

10 0/20

15 0/20

20 0/20

25 0/20

30 0/20

35 0/20

40 20/20

45 20/20

50 20/20




ZNAKOVA

1 0/20

2 0/20

5 0/20

10 0/20

15 0/20

20 0/20

25 0/20

30 0/20

35 0/20

40 20/20

45 20/20

50 20/20

88




ZNAKOVA

1 0/20

2 0/20

5 0/20

10 0/20

15 0/20

20 0/20

25 0/20

30 0/20

35 20/20

40 20/20

45 20/20

50 20/20




ZNAKOVA

1 20/20

2 0/20

5 11/20

10 20/20

15 20/20

20 20/20

25 20/20

30 20/20

35 20/20

40 20/20

45 20/20

50 20/20

89




ZNAKOVA

1 0/20

2 0/20

5 0/20

10 0/20

15 0/20

20 0/20

25 0/20

30 0/20

35 0/20

40 0/20

45 20/20

50 20/20




ZNAKOVA

1 0/20

2 0/20

5 0/20

10 0/20

15 0/20

20 0/20

25 0/20

30 0/20

35 0/20

40 0/20

45 20/20

50 20/20

90




ZNAKOVA

1 0/20

2 0/20

5 0/20

10 0/20

15 0/20

20 0/20

25 0/20

30 0/20

35 0/20

40 20/20

45 20/20

50 20/20




ZNAKOVA

1 0/20

2 0/20

5 0/20

10 0/20

15 0/20

20 0/20

25 0/20

30 0/20

35 16/20

40 20/20

45 20/20

50 20/20

91

Grafički prikazi:


signala s predajnikom LED 880 nm i više prijemnika pri brzini od 110 bauda



0

5

10

15

20

25

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0BR

OJ

PO

GR

EŠN

O P

RIM

LJEN

IH Z

NA

KO

VA

UDALJENOST [CM]

110 BAUDA, LED 880 NM

AD 500 BPW 83 BP 103 B BPW 43

0

5

10

15

20

25

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0

BR

OJ

PO

GR

EŠN

O P

RIM

LJEN

IH Z

NA

KO

VA

UDALJENOST [CM]


AD 500 BPW 83 BP 103 B BPW 43

92





Slikama 5.32. do 5.35. prikazani su grafički prikazi rezultata mjerenja utjecaja udaljenosti na

propagaciju svjetlosnog signala s predajnikom LED 880 nm i više različitih prijemnika pri

brzinama od 110, 600, 2400 i 4800 bauda. Iz priloženih grafičkih prikaza se može zaključiti da

se povećanjem udaljenosti povećava broj pogrešno primljenih znakova. Što je i očekivano jer se

s povećanjem udaljenosti smanjuje amplituda odaslanog signala te se povećava utjecaj šuma.

Također povećanjem brzine prijenosa signala smanjuje se udaljenost pri kojoj se signal uspješno

prenosi i povećava se broj pogrešno primljenih znakova. Signal se prenosi pri najvećim

0

5

10

15

20

25

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0BR

OJ

PO

GR

EŠN

O P

RIM

LJEN

IH Z

NA

KO

VA

UDALJENOST [CM]


AD 500 BPW 83 BP 103 B BPW 43

0

5

10

15

20

25

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0BR

OJ

PO

GR

EŠN

O P

RIM

LJEN

IH Z

NA

KO

VA

UDALJENOST [CM]


AD 500 BPW 83 BP 103 B BPW 43

93

udaljenostima kada se kao svjetlosni izvor koristi PIN fotodioda BPW 43. Nešto lošiji rezultati

su kada se koristi fototranzistor BP 103 b. Najlošiji rezultati mjerenja dobiveni su kada se kao

fotodetektor koristila lavinska fotodioda. PIN fotodioda BPW 83 je i u ovom slučaju zbog svog

vremena otvaranja i zatvaranja od 100 ns tek nešto bolja od lavinske fotodiode.

U četvrtom je slučaju brzina prijenosa signala između prijemnika i predajnika konstantna i iznosi

110, 600 i 2400 i 4800 bauda te su mjerenja odrađena s jednim prijemnikom (BPW 40) i više

različitih predajnika. Korišteni svjetlosni izvori su laserske diode od 850 nm i 650 nm te

svjetleće diode valnih duljina 630 nm i 880 nm kao i u slučaju kada su mjerenja rađena s

konstantnom udaljenosti između prijemnika i predajnika.


prijenosa od 110 bauda između predajnika (LD 850 nm) i prijemnika (BPW 40)


ZNAKOVA

1 0/20

2 0/20

5 0/20

10 0/20

15 0/20

20 0/20

25 0/20

30 16/20

35 20/20

40 20/20

45 20/20

50 20/20

94




ZNAKOVA

1 0/20

2 0/20

5 0/20

10 0/20

15 0/20

20 0/20

25 7/20

30 18/20

35 20/20

40 20/20

45 20/20

50 20/20




ZNAKOVA

1 0/20

2 0/20

5 0/20

10 0/20

15 0/20

20 0/20

25 15/20

30 20/20

35 20/20

40 20/20

45 20/20

50 20/20

95




ZNAKOVA

1 0/20

2 0/20

5 0/20

10 0/20

15 0/20

20 4/20

25 18/20

30 20/20

35 20/20

40 20/20

45 20/20

50 20/20




ZNAKOVA

1 0/20

2 0/20

5 0/20

10 0/20

15 0/20

20 0/20

25 0/20

30 0/20

35 0/20

40 0/20

45 0/20

50 2/20

96




ZNAKOVA

1 0/20

2 0/20

5 0/20

10 0/20

15 0/20

20 0/20

25 0/20

30 0/20

35 0/20

40 0/20

45 0/20

50 0/20




ZNAKOVA

1 0/20

2 0/20

5 0/20

10 0/20

15 0/20

20 0/20

25 0/20

30 0/20

35 0/20

40 0/20

45 0/20

50 2/20

97




ZNAKOVA

1 0/20

2 0/20

5 0/20

10 0/20

15 0/20

20 0/20

25 0/20

30 2/20

35 5/20

40 7/20

45 12/20

50 14/20




ZNAKOVA

1 0/20

2 0/20

5 0/20

10 0/20

15 0/20

20 0/20

25 1/20

30 1/20

35 1/20

40 1/20

45 0/20

50 0/20

98




ZNAKOVA

1 0/20

2 0/20

5 0/20

10 0/20

15 0/20

20 0/20

25 3/20

30 0/20

35 0/20

40 0/20

45 0/20

50 0/20




ZNAKOVA

1 0/20

2 0/20

5 0/20

10 0/20

15 11/20

20 20/20

25 20/20

30 20/20

35 20/20

40 20/20

45 20/20

50 20/20

99




ZNAKOVA

1 0/20

2 1/20

5 5/20

10 15/20

15 16/20

20 17/20

25 20/20

30 20/20

35 20/20

40 20/20

45 20/20

50 20/20




ZNAKOVA

1 0/20

2 0/20

5 0/20

10 0/20

15 0/20

20 0/20

25 0/20

30 0/20

35 0/20

40 0/20

45 0/20

50 0/20

100




ZNAKOVA

1 0/20

2 0/20

5 0/20

10 0/20

15 0/20

20 0/20

25 0/20

30 0/20

35 0/20

40 0/20

45 0/20

50 0/20




ZNAKOVA

1 0/20

2 0/20

5 0/20

10 0/20

15 0/20

20 0/20

25 0/20

30 0/20

35 0/20

40 0/20

45 0/20

50 0/20

101




ZNAKOVA

1 0/20

2 0/20

5 0/20

10 0/20

15 0/20

20 0/20

25 0/20

30 11/20

35 11/20

40 11/20

45 12/20

50 14/20

Grafički prikazi:


signala s prijemnikom BPW 40 i više predajnika pri brzini od 110 bauda

0

5

10

15

20

25

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0BR

OJ

PO

GR

EŠN

O P

RIM

LJEN

IH Z

NA

KO

VA

UDALJENOST [CM]

110 BAUDA, BPW 40

LD 850 LD 650 LED 630 LED 880

102





0

5

10

15

20

25

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0BR

OJ

PO

GR

EŠN

O P

RIM

LJEN

IH Z

NA

KO

VA

UDALJENOST [CM]

600 BAUDA, BPW 40

LD 850 LD 650 LED 630 LED 880

0

5

10

15

20

25

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0BR

OJ

PO

GR

EŠN

O P

RIM

LJEN

IH Z

NA

KO

VA

UDALJENOST [CM]

2400 BAUDA, BPW 40

LD 850 LD 650 LED 630 LED 880

103



Slikama 5.36. do 5.39. prikazani su grafički prikazi rezultata mjerenja utjecaja udaljenosti na

propagaciju svjetlosnog signala s prijemnikom BPW 40 i više predajnika pri brzinama od 110,

600, 2400 i 4800 bauda. Iz priloženih grafičkih prikaza se može zaključiti da se povećanjem

udaljenosti povećava broj pogrešno primljenih znakova. Navedeno se prvenstveno događa zato

što se povećanjem udaljenost smanjuje amplituda odaslanog signala te se povećava utjecaj šuma.

Također povećanjem brzine prijenosa se povećava broj pogrešno primljenih znakova te se

smanjuje udaljenost pri kojoj je moguć prijenos signala. Usporedbom korištenih svjetlosnih

izvora može se zaključiti da se signal prenosi pri najvećim udaljenostima i na najvećim brzinama

kada se koristi laserska dioda LD 650 nm i svjetleća dioda LED 880 nm. Iako laserska dioda

valne duljine 650 nm ne pripada prvom optičkom prozoru zbog male udaljenosti prijenosa

signala za diodu od 5 mW prijenos signala je uspješan i pri graničnim uvjetima ovog mjerenja.

Vrlo slični rezultati su dobiveni infracrvenom svjetlećom diodom puno manje snage čija valna

duljina pripada prvom optičkom prozoru. Najlošiji rezultati mjerenja dobiveni su kada se za

odašiljanje signala koristila crvena svjetleća dioda male snage čija valna duljina ne pripada

prvom optičkom prozoru. Mjerenja dobivena kada se za odašiljanje svjetlosnog signala koristila

infracrvena laserska dioda se ne mogu uzeti u obzir jer je povećanjem udaljenosti

eksponencijalno postalo teže usmjeriti lasersku diodu s prijemnikom.

0

5

10

15

20

25

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0BR

OJ

PO

GR

EŠN

O P

RIM

LJEN

IH Z

NA

KO

VA

UDALJENOST [CM]

4800 BAUDA, BPW 40

LD 850 LD 650 LED 630 LED 880

104

5.3.2. Utjecaj kuta upada svjetlosne zrake

U prvom će se slučaju raditi mjerenja pogrešno primljenih znakova pri brzini prijenosa 110

bauda pri različitim kutevima upada svjetlosne zrake na fotodetektor BPW 40 kada se svjetlosna

zraka odašilje svjetlosnim izvorima s različitim kutom divergencije. Udaljenost je pri svim

mjerenjima konstantna i iznosi 10 cm. Kao izvori svjetlosti korišteni su laserska dioda od 650

nm i 950 nm te svjetleće diode od 430 nm i 630 nm.

Sl. 5.40. Prikaz sustava za mjerenje utjecaja kuta upada svjetlosne zrake

105

Tab. 5.57. Pogrešni/ukupni broj znakova primljenih pri udaljenosti od 10 cm uz brzinu prijenosa

od 110 bauda između predajnika (LD 650 nm) i prijemnika (BPW 40) za različite upadne kutove

KUT UPADA LASERSKE

ZRAKE [°]

AMPLITUDA [mV] POGREŠNI/UKUPNI BROJ

ZNAKOVA

-70 0 20/20

-60 0 20/20

-50 0 20/20

-40 0 20/20

-30 0 20/20

-20 0 20/20

-10 0 20/20

0 980 0/20

10 0 20/20

20 0 20/20

30 0 20/20

40 0 20/20

50 0 20/20

60 0 20/20

70 0 20/20


od 110 bauda između predajnika (LED 430 nm) i prijemnika (BPW 40) za različite upadne

kutove

KUT UPADA LASERSKE

ZRAKE [°]


ZNAKOVA

-90 0 20/20

-80 48 20/20

-70 56 0/20

-60 68 0/20

-50 78 0/20

-40 82 0/20

-30 96 0/20

-20 120 0/20

-10 340 0/20

0 400 0/20

10 200 0/20

20 180 0/20

30 180 0/20

40 112 0/20

50 76 0/20

60 74 0/20

70 64 0/20

80 64 0/20

90 16 20/20

106



kutove

KUT UPADA LASERSKE

ZRAKE [°]


ZNAKOVA

-90 70 0/20

-80 80 0/20

-70 88 0/20

-60 104 0/20

-50 120 0/20

-40 168 0/20

-30 208 0/20

-20 488 0/20

-10 640 0/20

0 1040 0/20

10 1020 0/20

20 280 0/20

30 200 0/20

40 160 0/20

50 120 0/20

60 96 0/20

70 80 0/20

80 56 0/20

90 10 20/20


od 110 bauda između predajnika (LD 950 nm) i prijemnika (BPW 40) za različite upadne kutove

KUT UPADA LASERSKE

ZRAKE [°]


ZNAKOVA

-70 0 20/20

-60 0 20/20

-50 0 20/20

-40 0 20/20

-30 0 20/20

-20 0 20/20

-10 0 20/20

0 960 0/20

10 0 20/20

20 0 20/20

30 0 20/20

40 0 20/20

50 0 20/20

60 0 20/20

70 0 20/20

107

Grafički prikazi:

Sl. 5.41. Grafički prikaz ovisnosti kuta upada svjetlosne zrake i amplitude pri mjerenju s

prijemnikom BPW 40 i više predajnika pri brzini od 110 bauda

Slika 5.41. prikazuje grafički prikaz ovisnosti kuta upada svjetlosne zrake i broja pogrešno

primljenih znakova pri mjerenju s prijemnikom BPW 40 i više predajnika pri brzini od 110

bauda. Iz slike se vidi da se laserskim diodama signal prenosi samo kada kut upada svjetlosne

zrake iznosi 0 stupnjeva odnosno kada su prijemnik i predajnik savršeno usmjereni. Amplituda

crvene laserske diode veća je od amplitude infracrvene diode zbog veće efikasnosti crvene diode.

Približno jednaku amplitudu amplitudi crvene laserske diode ima i crvena svjetleća dioda s

razlikom da kada se svjetlosni signal odašilje crvenom svjetlećom diodom zbog neusmjerenosti

svjetleće zrake, prijemnik prima signal na ±90º. Pri istim upadnim kutevima se signal prima i

kada se odašilje plavom svjetlećom diodom no zbog valne duljine i efikasnosti diode, amplitude

su nešto manje nego kad se signal odašilje crvenom svjetlećom diodom.

0

200

400

600

800

1000

1200

- 1 0 0 - 5 0 0 5 0 1 0 0

AM

PLI

TUD

A [

MIL

IVO

LT]

KUT UPADA SVJETLOSNE ZRAKE [°]

110 BAUDA, BPW 40

LD 650 LED 430 LED 630 LD 950

108

Sl. 5.42. Grafički prikaz ovisnosti kuta upada svjetlosne zrake i broja pogrešno primljenih

znakova pri mjerenju s prijemnikom BPW 40 i više predajnika pri brzini od 110 bauda


primljenih znakova pri mjerenju s prijemnikom BPW 40 i više predajnika pri brzini od 110

bauda. Iz priloženog se vidi da se broj pogrešno primljenih znakova povećava povećavanjem

kuta upada svjetlosne zrake. Kada se signal odašilje laserskom diodom, tada je isti uspješno

primljen na prijemniku samo u slučaju kada su prijemnik i predajnik savršeno usmjereni zbog

usmjerenosti laserske diode. Kada se za prijenos signala koriste svjetleće diode tada se broj

pogrešno primljenih bitova povećava kako se povećava kut upada svjetlosne zrake.

U drugom će se slučaju raditi mjerenja pogrešno primljenih znakova pri brzini prijenosa 110

bauda pri različitim kutevima upada svjetlosne zrake na fotodetektore s različitim upadnim

kutem kada se svjetlosna zraka odašilje pomoću svjetleće diode valne duljine 880 nm.

Udaljenost je pri svim mjerenjima konstantna i iznosi 10 cm. Kao fotodetektoru su korišteni

BPW 41n, BPW 43 i BPW 40. Također su napravljena mjerenja kada je kao izvor svjetlosti

korištena svjetleća dioda od 630 nm, a kao fotodetektori BPW 43 i BPW 40.

0

5

10

15

20

25

- 1 0 0 - 5 0 0 5 0 1 0 0

BR

OJ

PO

GR

EŠN

O P

RIM

LJEN

IH Z

NA

KO

VA


110 BAUDA, BPW 40

LD 650 LED 430 LED 630 LD 950

109


od 110 bauda između predajnika (LED 880 nm) i prijemnika (BPW 41n) za različite upadne

kutove

KUT UPADA LASERSKE

ZRAKE [°]


ZNAKOVA

-70 0 20/20

-60 0 20/20

-50 0 20/20

-40 30 0/20

-30 48 0/20

-20 72 0/20

-10 96 0/20

0 104 0/20

10 104 0/20

20 96 0/20

30 84 0/20

40 84 0/20

50 56 0/20

60 56 0/20

70 40 0/20

80 0 20/20



kutove

KUT UPADA LASERSKE

ZRAKE [°]


ZNAKOVA

-70 0 20/20

-60 0 20/20

-50 0 20/20

-40 0 20/20

-30 64 0/20

-20 88 0/20

-10 128 0/20

0 88 0/20

10 80 0/20

20 65 0/20

30 40 0/20

40 20 0/20

50 0 20/20

60 0 20/20

70 0 20/20

110



kutove

KUT UPADA LASERSKE

ZRAKE [°]


ZNAKOVA

-70 0 20/20

-60 0 20/20

-50 0 20/20

-40 0 20/20

-30 0 20/20

-20 0 20/20

-10 60 0/20

0 70 0/20

10 50 0/20

20 0 20/20

30 0 20/20

40 0 20/20

50 0 20/20

60 0 20/20

70 0 20/20

Grafički prikazi:


predajnikom LED 880 nm i više prijemnika pri brzini od 110 bauda

Slika 5.43. prikazuje grafički prikaz ovisnosti kuta upada svjetlosne zrake i amplitude pri

mjerenju s predajnikom LED 880 nm i više prijemnika pri brzini od 110 bauda. Iz grafičkog

prikaza se vidi da je najveća amplituda primljenog signala kada se kao prijemnik koristi

0

20

40

60

80

100

120

140

- 1 0 0 - 5 0 0 5 0 1 0 0

AM

PLI

TUD

A [

MIL

IVO

LT]



BPW 41n BPW 43 BPW 40

111

fotodioda BPW 43, a najmanja kada se koristi fototranzistor BPW 40. Najširi raspon kuteva pri

kojima je moguća komunikacija dobije se kada se kao fotodetektor koristi fotodioda BPW 41n, a

najuži je raspon kada se kao fotodetektor koristi fototranzistor BPW 40. Prema podacima

proizvođača [50] deklarirani kut osjetljivosti fotodiode BPW 41n je ±65º (130º). Mjerenjima je

polazano da se u relanim uvjetima karakteristika naginje u jednom smijeru (-40º - +70º ), no

ukupni raspon kuteva odstupa za samo 20º (110º). Iz podataka proizvođača [33] fototranzistora

BPW 40 može se vidjeti da je deklarirani upadni kut ±20º. Mjerenjima je dobiveno da isti iznosi

±10º što je kao i u prethodnom slučaju manje nego što je proizvođač naveo u karakteristikama

fotodetektora. Kod fotodiode BPW 43 koja je imala najveću amplitudu primljenog signala

izmjerena širina upadnog kuta je (-30º - +40º) što je šire od širine kuta navedenog u podacima

proizvođača [47] (±25º).


znakova pri mjerenju s predajnikom LED 880 nm i više prijemnika pri brzini od 110 bauda


primljenih znakova pri mjerenju s predajnikom LED 880 nm i više prijemnika pri brzini od 110

bauda. Mjerenja se slažu s teorijskom podlogom rada u smislu da dobiven veći broj pogrešno

primljenih znakova kada se kao fotodetektor koristi fototranzistor u odnosu na fotodiode.

Najmanje je pogrešno primljenih znakova kada se kao fotodetektor koristila fotodioda BPW 41n

koja i deklarirano ima najširi upadni kut.

0

5

10

15

20

25

- 1 0 0 - 5 0 0 5 0 1 0 0BR

OJ

PO

GR

EŠN

O P

RIM

LJEN

IH Z

NA

KO

VA



BPW 41n BPW 43 BPW 40

112

U prethodnim mjerenjima je kao odašiljač korištena infracrvena dioda te fotodetektori koji mogu

primati signal valne duljine od 880 nm. U sljedećim mjerenjima korištena je crvena svjetleća

dioda valne duljine 630 nm. Kao fotodetektori su korišteni fotodioda BPW 43 i fototranzistor

BPW 40 kako bi se napravila usporedba između fotodiode i fototranzistora kada se kao izvor

svjetlosti koristi intracrvena odnosno crvena svjetleća dioda.



kutove

KUT UPADA LASERSKE

ZRAKE [°]


ZNAKOVA

-70 0 20/20

-60 0 20/20

-50 88 0/20

-40 104 0/20

-30 132 0/20

-20 164 0/20

-10 192 0/20

0 192 0/20

10 176 0/20

20 144 0/20

30 96 0/20

40 92 0/20

50 0 20/20

60 0 20/20

70 0 20/20

113



kutove

KUT UPADA LASERSKE

ZRAKE [°]


ZNAKOVA

-90 26 0/20

-80 64 0/20

-70 88 0/20

-60 112 0/20

-50 152 0/20

-40 176 0/20

-30 200 0/20

-20 224 0/20

-10 512 0/20

0 520 0/20

10 520 0/20

20 260 0/20

30 220 0/20

40 160 0/20

50 160 0/20

60 112 0/20

70 112 0/20

80 72 0/20

90 40 0/20

Grafički prikazi:


predajnikom LED 630 nm i više prijemnika pri brzini od 110 bauda

0

100

200

300

400

500

600

- 1 0 0 - 5 0 0 5 0 1 0 0

AM

PLI

TUD

A [

MIL

IVO

LT]



BPW 43 BPW 40

114


znakova pri mjerenju s predajnikom LED 630 nm i više prijemnika pri brzini od 110 bauda

Iz grafičkih prikaza prikazanih slikama 5.45. i 5.46. vidi se da je smplituda primljenog signala

veća kada se kao fotodetktor koristi fototranzistor BPW 40 u odnosu na fotodiodu BPW 43.

Također broj pogrešno primljenih znakova manji je kada se koristi BPW 40. Mjerenjima

dobiveni upadni kutevi fotodetektora su u oba slučaja veći od onih deklariranih datasheet-ovima.

S obzirom da su mjerenja s infracrvenom i crvenom laserskom diodom rađena pod istim

uvjetima, može se zaključiti da je do razlike u mjerenjima došlo zbog različitih snaga

odašiljačkih dioda. Veća osvijetljenost prijemnog sklopa kao posljedicu ima uspješniji prijenos

signala. Činjenica da je u ovom slučaju prijenos signala bio uspješniji a fototranzistorom

objašnjava se s karakteristikama ovisnosti valne duljine o relativnoj spektralnoj osjetljivosti iz

kojih se vidi da je valna duljina crvene svjetleće diode od 630 nm bliže najvećoj spektralnoj

osjetljivosti fototranzistora BPW 40 (780 nm) nego što je to kod fotodiode BPW 43 (900 nm).

0

5

10

15

20

25

- 1 0 0 - 5 0 0 5 0 1 0 0BR

OJ

PO

GR

EŠN

O P

RIM

LJEN

IH Z

NA

KO

VA



BPW 43 BPW 40

115

5.3.3. Utjecaj vanjskih svjetlosnih izvora

Sl. 5.47. Prikaz sustava za mjerenj utjecaja vanjskih svjetlosnih izvora na propagaciju

svjetlosnog signala između dva računala

Osim mjerenja utjecaja udaljenosti između prijemnika i predajnika i kuta između prijemnika i

predajnika na propagaciju svjetlosnog signala slobodnim prostorom, napravljena su i mjerenja

utjecaja vanjskih izvora svjetlosti na propagaciju digitalnog signala između dva računala. U

mjerenju su korištena dva odašiljačka računala i jedno prijemno računalo. Primarni odašiljač i

prijemnik i odašiljač u bili usmjereni pod kutem od 0º, dok je sekundarni odašiljač bio pod

kutem od 40º. Mjerenja su rađena pri brzini prijenosa od 110 bauda na udaljenosti od 10 cm. U

prvom je slučaju kao primarni izvor svjetlosti korištena infracrvena svjetleća dioda od 880 nm, a

kao fotodetektor je korišten fototranzistor BPW 40. Kao sekundarni izvor svjetlosti je korištena

crvena svjetleća dioda valne duljine 630 nm. U ovom slučaju sekundarni izvor svjetlosti nije

utjecao na prijem signala s primarnog izvora svjetlosti zato što je kao primarni izvor svjetlosti

korištena infracrvena svjetleća dioda čija je valna duljina bliže najvećoj spektralnoj osjetljivosti

fotodetektora BPW 40.

116

Sl. 5.48. Prikaz sustava za mjerenj utjecaja vanjskih svjetlosnih izvora na propagaciju

svjetlosnog signala koji odašilje LED 880 nm između dva računala

U drugom je slučaju je kao sekundarni izvor svjetlosti korištena infracrvena svjetleća dioda valne

duljine 950 nm. U ovom slučaju sekundarni izvor svjetlosti nije utjecao na prijenos signala

između primarnog odašiljača i prijemnika. Zatim je na primarni odašiljač stavljena crvena

svjetleća dioda valne duljine 630 nm, a na sekundarni plava svjetleća dioda valne duljine 430

nm. Niti u ovom slučaju sekundarni izvor svjetlosti nije utjecao na prijenos korisnog signala što

je i očekivano s obzirom da je valna duljina od 430 nm na rubu spektralne osjetljivosti

fototranzistora BPW 40. U sljedećem je slučaju na mjesto sekunadrnog izvora svjetlosti stavljena

infracrvena dioda valne duljine 880 nm koja je bliže najvećoj spektralnoj osjetljivosti BPW 40 i

u ovom slučaju prijenos signala nije bio moguć. Na kraju su napravljena mjerenja kada su se kao

primarni izvori svjetlosti koristile laserske diode. U prvom se slučaju kao primarni izvor

svjetlosti koristila laserska dioda valne duljine 650 nm, a kao sekundarni izvor svjetlosti

svjetleća dioda valne duljine 630 nm. U ovom se slučaju signal uspješno prenosio bez obzira na

sekundarni izvor svjetlosti. U slučaju kada se kao sekundarni izvor svjetlosti koristila infracrvena

dioda valne duljine 880 nm, prijenos signala nije bio moguć. Iz navedenog se može zaključiti da

kada signal odašilje izvorom svjetlosti čija je valna duljina blizu ili jednaka valnoj duljini pri

kojoj fotodetektor ima najveću spektralnu osjetljivosti, vanjski izvori svjetlosti neće utjecati na

prijenos signala.

117

5.3.4. Utjecaj medija kroz koji se propagira svjetlost

U prvom će se slučaju raditi mjerenja pogrešno primljenih znakova pri različitim brzinama

prijenosa između različitih prijemnika i predajnika kada se između njih nalazi staklena cijev

ispunjena vodom. Udaljenost je pri svim mjerenjima konstantna i iznosi 21 cm. U mjerenju su

korišteni sljedeći parovi svjetlosni izvor-fotodetektor: LD 1550 nm-InGaAs PD, LD 850 nm-

BPW 40, LD 650 nm-BPW 40, LED 630 nm-BPW 40 i LED 880 nm-BPW 40.

Sl. 5.49. Prikaz sustava za mjerenj utjecaja medija-vode kroz koji se propagira svjetlost

Tab. 5.66. Pogrešni/ukupni broj znakova primljenih pri udaljenosti od 21 cm uz različite brzine

prijenosa između predajnika (LD 1550 nm) i prijemnika (InGaAs PD)

BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 3/20

300 6/20

600 2/20

1200 0/20

2400 2/20

4800 15/20

9600 18/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20

118


prijenosa između predajnika (LD 850 nm) i prijemnika (BPW 40)

BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 3/20

300 8/20

600 3/20

1200 2/20

2400 4/20

4800 16/20

9600 20/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20



BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 0/20

300 0/20

600 0/20

1200 0/20

2400 0/20

4800 0/20

9600 16/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20

119


prijenosa između predajnika (LED 630 nm) i prijemnika (BPW 40)

BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 0/20

300 0/20

600 0/20

1200 0/20

2400 1/20

4800 17/20

9600 20/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20



BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 20/20

300 20/20

600 20/20

1200 20/20

2400 20/20

4800 20/20

9600 20/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20

120

JESTIVO BILJNO ULJE



BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 17/20

300 14/20

600 7/20

1200 3/20

2400 5/20

4800 15/20

9600 17/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20



BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 18/20

300 16/20

600 9/20

1200 7/20

2400 0/20

4800 15/20

9600 20/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20

121



BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 0/20

300 0/20

600 0/20

1200 0/20

2400 0/20

4800 16/20

9600 20/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20



BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 0/20

300 0/20

600 0/20

1200 0/20

2400 0/20

4800 20/20

9600 20/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20

122



BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 20/20

300 20/20

600 20/20

1200 20/20

2400 20/20

4800 20/20

9600 20/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20

MOTORNO ULJE

Sl. 5.50. Prikaz sustava za mjerenj utjecaja medija-motornog ulja kroz koji se propagira

svjetlost

123



BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 20/20

300 20/20

600 19/20

1200 17/20

2400 18/20

4800 20/20

9600 20/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20



BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 20/20

300 20/20

600 20/20

1200 19/20

2400 18/20

4800 20/20

9600 20/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20

124



BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 20/20

300 20/20

600 20/20

1200 20/20

2400 20/20

4800 20/20

9600 20/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20



BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 20/20

300 20/20

600 20/20

1200 20/20

2400 20/20

4800 20/20

9600 20/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20

125



BRZINA PRIJENOSA

[baud]


ZNAKOVA

110 20/20

300 20/20

600 20/20

1200 20/20

2400 20/20

4800 20/20

9600 20/20

14400 20/20

19200 20/20

38400 20/20

56000 20/20

57600 20/20

115200 20/20

128000 20/20

Grafički prikazi:

Sl. 5.51. Grafički prikaz ovisnosti brzine prijenosa i broja pogrešno primljenih znakova pri

mjerenju utjecaja medija kroz koji se propagira svjetlost (LD 1550 nm-InGaAs PD)

0

5

10

15

20

25

1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0

BR

OJ

PO

GR

EŠN

O P

RIM

LJEN

IH Z

NA

KO

VA


LD 1550 NM-INGAAS PD

Voda Jestivo ulje Motorno ulje

126


mjerenju utjecaja medija kroz koji se propagira svjetlost (LD 850 nm-BPW 40)


mjerenju utjecaja medija kroz koji se propagira svjetlost (LD 650 nm-BPW 40)

0

5

10

15

20

25

100 1000 10000 100000BR

OJ

PO

GR

EŠN

O P

RIM

LJEN

IH Z

NA

KO

VA


LD 850 NM-BPW 40


0

5

10

15

20

25

100 1000 10000 100000BR

OJ

PO

GR

EŠN

O P

RIM

LJEN

IH Z

NA

KO

VA


LD 650 NM-BPW 40


127


mjerenju utjecaja medija kroz koji se propagira svjetlost (LED 630 nm-BPW 40)

Slike 5.51. - 5.54. prikazuju grafičke prikaze ovisnosti brzine prijenosa i broja pogrešno

primljenih bitova kada se propagacija svjetlosnog signala između prijemnika i predajnika

umjesto slobodnim prostorom odvija kroz tri različita fluida: vodu, jestivo ulje i motorno ulje. U

mjerenjima je predviđeno da će se koristiti jedna vrsta fotodetektora i to fototranzistor BPW 40 i

različiti izvori svjetlosti. U prvom je slučaju ipak kao fotodetektor korištena fotodioda InGaAs

kako bi se mogla napraviti mjerenja s laserskom diodom valne duljine 1550 nm (treći optički

prozor). Iz priloženih grafičkih prikaza se vidi da se povećanjem viskoznosti tekućina i količine

česica u tekućini te smanjenjem prozirnosti tekućina povećava broj pogrešno primljenih znakova

bez obzira na korištene svjetlosne izvore i fotodetektore. Ipak, iz priloženoga se može vidjeti da

je uspješnost prijenosa signala veća kada se za odašiljanje signala koriste infracrvene laserske

diode u odnosu na svjetleće dioda. Razlog tome je usmjerenost svjetlosne zrake. Ako se

usporede slike 5.51. i 5.52. može se vidjeti da različite infracrvene laserske diode imaju

najuspješniji prijenos pri različitim brzinama prijenosa signala. Najmanji broj pogrešno

primljenih bitova u ovisnosti o mediju propagacije i brzini je za lasersku diodu valne duljine

1550 nm pri 1200 bauda. Najmanji broj pogrešno primljenih bitova u ovisnosti o mediju

propagacije i brzini je za lasersku diodu valne duljine 850 nm pri 2400 bauda. Ako se usporede

slike 5.53. i 5.54. gdje su za prijenos signala korištene crvena laserska dioda (650 nm) i crvena

svjetleća dioda (630 nm), može se zaključiti da je prilikom prijenosa signala kroz različite medije

pri različitim brzinama prijenosa signala broj pogrešno primljenih znakova manji kada se signal

prenosi laserskom diodom.

0

5

10

15

20

25

100 1000 10000 100000

BR

OJ

PO

GR

EŠN

O P

RIM

LJEN

IH Z

NA

KO

VA


LED 630 NM-BPW 40


128

6. ZAKLJUČAK

Razvojem tehnologije došlo je do sve veće potražnje za širokopojasnim pristupom

informacijama što je dovelo do problema nedostatka širine frekvencijskog pojasa. Jedna je od

nekoliko mogućih alternativa za rješavanje navedenog problema su i sustavi za prijenos optičkog

signala. Prijenos optičkog signala se dijeli na svjetlovodne i nevođene optičke sustave. Nevođeni

optički prijenos karakteriziraju neovisnost o prijenosnom mediju, velike brzine prijenosa,

jednostavna i jeftina implementacija sustava. Zadatak ovog diplomskog rada je bio opis

teorijskih osnova optičkih sustava te izrada sustava za nevođeni prijenos optičkog signala

između dva računala. Sustav je bilo potrebno izraditi na način da postoji mogućnost

jednostavnog izvođenja mjerenja s različitim svjetlosnim izvorima i fotodetektorima kada se

prijemnik i predajnik nalaze na različitim udaljenostima. Sustav je morao imati mogućnost

mjerenja signala nakon propagacije kroz različite fluide te mogućnost mjerenja kuta divergencije

svjetlosnih izvora i upadnog kuta fotodetektora. Iz mjerenja utjecaja udaljenosti na propragaciju

svjetlosnog signala između prijemnika i predajnika se može zaključiti da se broj pogrešno

primljenih znakova smanjuje kako se udaljenost povećava zbog smanjenja amplitude i većeg

utjecaja šuma na signal koji se šalje. Također povećanjem brzine prijenosa signala, smanjuje se

udaljenost pri kojoj je moguć prijenos signala zbog ograničene brzine potrebne da fotodetektor

provede odnosno prestane voditi. Od uspoređenih fotodetektora, lavinska fotodioda je prestala

ispravno detektirati signal pri najmanjim udaljenostima i brzinama, dok je fotodioda BPW 43

ispravno detektirala signal pri najvećim udaljenostima i brzinama. Pri mjerenjima utjecaja kuta

divergencije i upadnog kuta na propagaciju signala slobodnim prostorom između prijemnika i

predajnika dobiveno je da najuži kut divergencije imaju laserske diode koji odašilju usmjerenu

svjetlost, dok je najširi kut divergencije imala crvena svjetleća dioda. Mjerenjima je ustanovljeno

da od korištenih fotodetektora najširi upadni kut ima fotodioda BPW 41n, a najuži upadni kut

ima fototranzistor BPW 40 što je i očekivano ako se mjerenjima dobiveni upadni kutevi

usporede s onima deklariranim u datasheet-ovima. Prilikom mjerenja utjecaja vanjskih izvora

svjetlosti na propragaciju signala između prijemnika i predajnika ustanovljeno je da vanjski izvor

svjetlosti neće imaju utjecaja na primarni izvor svjetlosti ako njegova valna duljina nije blizu

valne duljine pri kojoj fotodetekor ima najveću spektralnu osjetljivost. Završno su napravljena

mjerenja utjecaja medija (voda, jestivo ulje, motorno ulje) kroz koji se propagira svjetlosni

signal. Mjerenjima je pokazano da se povećanjem viskoznosti i količine čestica u tekućini te

smanjenjem prozirnosti tekućine povećava broj pogrešno primljenih znakova.

129

LITERATURA

[1] H. Willebrand, B. S. Ghuman, Free-Space Optics: Enabling Optical Connectivity in

Today's Networks, Sams Publishing, Indianapolis, 2001.

[2] http://en.wikipedia.org/wiki/Optical_fiber (3.10.2013.)

[3] http://161.53.19.59/files/cetvrta/TS/UvodOptikaNasupno(2slidesPerPage).pdf

(10.10.2013.)

[4] http://old.tel.fer.hr/files/cetvrta/TS/optika2003.pdf (10.10.2013.)

[5] http://eskola.hfd.hr/laseri/paper1/b-d1.htm (10.10.2013.)

[6] http://www.imagineeringezine.com/files/air-bk2.html (15.10.2013.)

[7] H. Pelaić, Hrvatska optička infrastruktura, Mreža, br.5, str. 56, svibanj, 2009.

[8] N. Karlovčec, Optička infrastruktura u Hrvata, Mreža, br.1, str. 40-44, sječanj, 2011.

[9] W. A. Shay, Savremenne komunikacione tehnologije i mreže: stvarni svet, Kompjuter

biblioteka, Beograd, 2004.

[10] V. Aćimović-Raspopović, S. Lazović telekomunikacioni sistemi-optički sistemi prenosa,

Univerzitet u Beogradu: Saobraćajni fakultet, Beograd, 2002.

[11] V. Henč-Bartolić, P. Kulišić, Valovi i optika, Školska knjiga, Zagreb, 1991.

[12] http://communication.howstuffworks.com/fiber-optic-communications/fiber-optic.htm

(22.10.2013.)

[13] H. J. R. Dutton, Understanding Optical Communications, IBM Corporation, Raleigh,

1998.

[14] A. Z. Dodd telekomunikacije, Algoritam, Zagreb, 2002.

[15] http://www.informatika.buzdo.com/s487.htm (29.10.2013.)

[16] http://www.lightpointe.com/whitepapers/LPC_FSO_WhatisFSO.pdf (23.10.2013.)

[17] http://www.ucsi.edu.my/cervie/ijasa/volume1/pdf/11B.pdf (19.10.2013.)

[18] http://en.wikipedia.org/wiki/Free-space_optical_communication (18.10.2013.)

[19] http://azhar-paperpresentation.blogspot.com/2010/04/free-space-optics.html

(24.10.2013.)

[20] http://www.freespaceoptic.com/WhitePapers/Physics%20of%20Free-

space%20Optics.pdf (15.10.2013.)

[21] http://www4.ncsu.edu/~arattari/opticspaper.pdf (22.10.2013.)

[22] http://www.fer.hr/_download/repository/P7-2_TSM_2011_Drugi_dio.pdf (30.10.2013.)

[23] http://www.iptvarticles.com/iptvmagazine_2006_05_optical.htm (28.10.2013.)

[24] http://bib.irb.hr/datoteka/168294.Diplomski.pdf (25.10.2013.)

[25] www.pfst.hr/~ivujovic/stare_stranice/ppt/pred10.ppt (22.10.2013.)

[26] http://www.fpz.unizg.hr/ztos/PRSUS/Svjetlovodi.pdf (20.10.2013.)

[27] http://spvp.zesoi.fer.hr/seminari/2005/MarasovicJosko_Svjetlovodi.pdf (18.10.2013.)

[28] http://www.itblogs.in/communication/technology/fiber-optic-communication-system/

(15.10.2013.)

[29] http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/geoopt/fresnellens.html (25.10.2013.)

[30] http://www.etfos.hr/upload/OBAVIJESTI/obavijesti_diplomski/OK_LV6_01-12-

2010.pdf (22.10.2013.)

[31] http://eu.computers.toshiba-

europe.com/innovation/jsp/SUPPORTSECTION/discontinuedProductPage.do?service=E

U&com.broadvision.session.new=Yes&PRODUCT_ID=1058088 (25.10.2013.)

[32] http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-

pdf/view/25383/STMICROELECTRONICS/TL081.html (22.10.2013.)

[33] http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/140809/ETC1/BPW40.html

(23.10.2013.)

http://en.wikipedia.org/wiki/Optical_fiber

http://161.53.19.59/files/cetvrta/TS/UvodOptikaNasupno(2slidesPerPage).pdf

http://old.tel.fer.hr/files/cetvrta/TS/optika2003.pdf

http://eskola.hfd.hr/laseri/paper1/b-d1.htm

http://www.imagineeringezine.com/files/air-bk2.html

http://communication.howstuffworks.com/fiber-optic-communications/fiber-optic.htm

http://www.informatika.buzdo.com/s487.htm

http://www.lightpointe.com/whitepapers/LPC_FSO_WhatisFSO.pdf

http://www.ucsi.edu.my/cervie/ijasa/volume1/pdf/11B.pdf

http://en.wikipedia.org/wiki/Free-space_optical_communication

http://azhar-paperpresentation.blogspot.com/2010/04/free-space-optics.html

http://www.freespaceoptic.com/WhitePapers/Physics%20of%20Free-space%20Optics.pdf

http://www.freespaceoptic.com/WhitePapers/Physics%20of%20Free-space%20Optics.pdf

http://www4.ncsu.edu/~arattari/opticspaper.pdf

http://www.fer.hr/_download/repository/P7-2_TSM_2011_Drugi_dio.pdf

http://www.iptvarticles.com/iptvmagazine_2006_05_optical.htm

http://bib.irb.hr/datoteka/168294.Diplomski.pdf

http://www.pfst.hr/~ivujovic/stare_stranice/ppt/pred10.ppt

http://www.fpz.unizg.hr/ztos/PRSUS/Svjetlovodi.pdf

http://spvp.zesoi.fer.hr/seminari/2005/MarasovicJosko_Svjetlovodi.pdf

http://www.itblogs.in/communication/technology/fiber-optic-communication-system/

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/geoopt/fresnellens.html

http://www.etfos.hr/upload/OBAVIJESTI/obavijesti_diplomski/OK_LV6_01-12-2010.pdf

http://www.etfos.hr/upload/OBAVIJESTI/obavijesti_diplomski/OK_LV6_01-12-2010.pdf

http://eu.computers.toshiba-europe.com/innovation/jsp/SUPPORTSECTION/discontinuedProductPage.do?service=EU&com.broadvision.session.new=Yes&PRODUCT_ID=1058088



http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/25383/STMICROELECTRONICS/TL081.html

http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/25383/STMICROELECTRONICS/TL081.html

http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/140809/ETC1/BPW40.html

130

[34] http://www.dealextreme.com/p/rigol-ds1052e-5-6-tft-lcd-50mhz-2-channel-digital-color-

storage-oscilloscope-30573 (24.10.2013.)

[35] http://moodle.etfos.hr/file.php/406/Predavanja/Predavanje_1_-_Uvod.ppt (18.10.2013.)

[36] http://moodle.etfos.hr/file.php/406/Predavanja/Predavanje_2_-_Priroda_svjetla.ppt

(15.10.2013.)

[37] http://moodle.etfos.hr/file.php/406/Predavanja/Predavanje_8_-

_Modulacijski_postupci.ppt (12.10.2013.)

[38] T. Brodić, G. Jurin, Svjetlovodna tehnika tehnički fakultet Sveučilište u Rijeci, Rijeka,

1995. (22.10.2013.)

[39] http://bib.irb.hr/datoteka/168294.Diplomski.pdf (23.10.2013.)

[40] http://www.commspecial.com/download/file/asset/EduGuide/id/NA== (29.10.2013.)

[41] http://www.brightskyltd.com/pictures/ETX300T.pdf (26.10.2013.)

[42] https://www.sparkfun.com/datasheets/IC/cp2102.pdf (22.10.2013.)

[43] http://www.nxp.com/documents/data_sheet/74HC_HCT14.pdf (28.10.2013.)

[44] M. Cvijetić, Digitalne svjetlovodne telekomunikacije, Naučna knjiga, Beograd, 1989.

[45] http://www.pacific-sensor.com/pdf_s8/AD500-8-TO52-S1.pdf (12.10.2013.)

[46] http://www.vishay.com/docs/81530/bpw83.pdf (12.10.2013.)

[47] http://ronja.twibright.com/datasheets/pin/bpw43_vishay_telefunken.pdf (11.09.2013.)

[48] http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/B/P/1/0/BP103B.shtml (11.09.2013.)

[49] http://i-fiberoptics.com/laser-kits-projects-detail.php?id=2490 (18.10.2013.)

[50] http://www.vishay.com/docs/81522/bpw41n.pdf (08.10.2013.)

http://www.dealextreme.com/p/rigol-ds1052e-5-6-tft-lcd-50mhz-2-channel-digital-color-storage-oscilloscope-30573

http://www.dealextreme.com/p/rigol-ds1052e-5-6-tft-lcd-50mhz-2-channel-digital-color-storage-oscilloscope-30573

http://moodle.etfos.hr/file.php/406/Predavanja/Predavanje_1_-_Uvod.ppt

http://moodle.etfos.hr/file.php/406/Predavanja/Predavanje_2_-_Priroda_svjetla.ppt

http://moodle.etfos.hr/file.php/406/Predavanja/Predavanje_8_-_Modulacijski_postupci.ppt

http://moodle.etfos.hr/file.php/406/Predavanja/Predavanje_8_-_Modulacijski_postupci.ppt

http://bib.irb.hr/datoteka/168294.Diplomski.pdf

http://www.commspecial.com/download/file/asset/EduGuide/id/NA==

http://www.brightskyltd.com/pictures/ETX300T.pdf

https://www.sparkfun.com/datasheets/IC/cp2102.pdf

http://www.nxp.com/documents/data_sheet/74HC_HCT14.pdf

http://www.pacific-sensor.com/pdf_s8/AD500-8-TO52-S1.pdf

http://www.vishay.com/docs/81530/bpw83.pdf

http://ronja.twibright.com/datasheets/pin/bpw43_vishay_telefunken.pdf

131

SAŽETAK

Sustavi kod kojih se signal prenosi svjetlosnim impulsima nazivaju se optičkim sustavima.

Sustavi za prijenos optičkog signala nastali su kao jedno od mogućih rješenja problema

nedostatka širine frekvencijskog pojasa. Svaki se optički sustav sastoji od predajnika, prijemnika

i medija za prijenos signala. Ovisno o mediju, optički se sustavi mogu podijeliti na svjetlovodne i

nevođene optičke sustave. Svjetlovodni optički sustavi kao medij koriste optička vlakna odnosno

svjetlovode, dok nevođeni optički sustavi kao medij koriste slobodni prostor odnosno zrak. U

današnje vrijeme svjetlovodni optički sustavi rašireniji su nego FSO sustavi, ali razvojem novih

tehnologija i FSO sustavi se sve više primjenjuju jer omogućuju brz i siguran prijenos podataka i

jednostavnu i jeftinu implementaciju što je osobito zanimljivo poslovnim poduzećima. Izrađeni

laboratorijski modeli omogućili su mjerenjima usporediti karakteristike različitih svjetlosnih

izvora i fotodetektora. Mjerenjima se ustanovljeno da su laserske diode bolje za prijenos signala

na veće udaljenost zbog užeg kuta divergencije, dok su svjetleće diode bolje za prijenos na

manje udaljenosti, ali nije potrebno da prijemnik i predajnik budu savršeno usmjereni što je

uvijet za propagaciju signala kada se koriste laserske diode. Povećanjem udaljenosti između

prijemnika i predajnike i promjenom kuta između njih, povećava se broj pogrešno primljenih

znakova, a maksimalna moguća brzina prijenosa se smanjuje. Povećanjem viskoznosti i količine

čestica u tekućini te smanjenjem prozirnosti tekućine koja se koristi kao medij za prijenos

signala također se povećava broj pogrešno primljenih znakova.

Ključne riječi:

nevođeni optički prijenos

svjetlovodni optički prijenos

optički prijemnik

optički odašiljač

izvor svjetlosti

fotodetektor

132

ABSTRACT

The optical transmission system is a system that transmits a signal over light pulses. Systems for

transmission of optical signals emerged as a possible solution to the problem of a lack of

bandwidth. Each optical system consists of a transmitter, a receiver and a transmission medium.

Depending on the medium, optical systems are divided into FSO (Free Space Optics) and fiber-

optic systems. Fiber-optic systems use optical fibers as the medium and FSO systems use the air

as the medium. Although fiber-optic systems are more widespread, the usage of FSO systems is

increasing daily because of the new advancements in FSO technology. FSO systems ensure high-

speed and a secure data transfer, fast, easy and inexpensive implementation of systems. Those

are the reasons why FSO systems are particularly interesting to business companies. Two

laboratory models were made as a part of this thesis. The measurements made on those models

have enabled the comparison of the characteristics of different light sources and photo detectors.

The measurement results show that the laser diodes are better for transmitting the signals over

long distances due to the narrow angle of divergence, while the LEDs are better for transmitting

the signals over short distances. It was also shown that when transmitting with LEDs it is not

necessary for the receiver and transmitter to be aligned perfectly due to the wide angle of

divergence. The laser diode signal transmission requires perfect alignment of the receiver and the

transmitter. By increasing the distance between the receiver and the transmitter and/or by

changing the angle between them, the number of incorrectly received characters increases, and

the maximum possible bit rate reduces. By increasing the viscosity and the quantity of particles

in the fluid and by reducing the transparency of the fluid used as the medium for the transmission

of the signal, the number of incorrectly received characters increases.

Keywords:

• free space optics

• fiber optics

• optical receiver

• optical transmitter

• photo receiver

• photo detector

133

ŽIVOTOPIS

Jelena Vlaović rođena je 11. prosinca 1989. godine u Osijeku. Nakon završetka osnovne škole u

razdoblju od 2004. do 2008. godine pohađala je 2. Gimnaziju u Osijeku. Zatim je s akademskom

godinom 2008/2009 započela studiranje na Sveučilištu Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku, na

Elektrotehničkom fakultetu, na sveučilišnom preddiplomskom studiju elektrotehnike smjera

Komunikacije i informatika gdje je 2011. godine stekla titulu prvostupnice elektrotehnike. Po

završetku preddiplomskog studija upisuje sveučilišni diplomski studij elektrotehnike. Osim

prethodno navedenog obrazovanja Jelena ima položen Deutsches Sprachdiplom C1-napredna

razina, Cambridge ispit, C1-napredna razina te završen 1. stupanj talijanskog jezika. Uz to je

tijekom studiranja položila dva Microsoft Technology Associate certifikata: Networking

Fundamentals i Database Administration Fundamentals te je prošla tečaj prodajnih vještina u

organizaciji HT-a. Tijekom zadnje godine studiranja na diplomskom studiju upisuje i završava

tečajeve web dizajna i web programiranja u školi informatike i menadžmenta Edunova. Također

je tijekom studiranja dvije godine bila korisnik stipendije Nacionalne zaklade za potporu

učeničkom i studentskom standardu kao nagrada za odličan uspjeh. 2013. godine dobiva stručnu

praksu i počinje raditi u Siemens Convergence Creators u Osijeku gdje radi do danas.

Potpis:

_________________________

134

PRILOZI

P. 5.1. Tehničke karakteristike osobnog računala

135

P. 5.2. Tehničke karakteristike prijenosnog računala Toshiba Satellite L300-1A3 [31]

Satellite L300-1A3

Part Number : PSLB8E-01200NG3

Key Features

Processor type : Intel® Pentium® dual-core processor T3200

clock speed : 2.00 GHz

Front Side Bus : 667 MHz

2nd level cache : 1 MB

Operating system Genuine Windows Vista® Home Premium 32-bit Edition (pre-

installed, Toshiba-HDD recovery)

System memory standard : 3,072 (2,048 + 1,024) MB

maximum expandability : 4,096 MB

technology : DDR2 RAM (800 MHz)

Hard disk capacity : 160 GB

certification : S.M.A.R.T.

drive rotation : 5,400 rpm

DVD Super Multi

drive (Double Layer)

compatibility : CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD-ROM, DVD-R,

DVD-R(DL), DVD-RW, DVD+R, DVD+R(DL), DVD+RW, DVD-

RAM

maximum speed : Read: 24x CD-ROM, 8x DVD-ROM/ Write: 24x

CD-R, 4x CD-RW, 10x HS CD-RW, 24x US CD-RW, 8x DVD-R,

6x DVD-R (Double Layer), 6x DVD-RW, 8x DVD+R, 6x DVD+R

(Double Layer), 8x DVD+RW, 5x DVD-RAM

type : DVD Super Multi (Double Layer) drive

Display size : 39.1cm (15.4”)

type : Toshiba TruBrite® WXGA TFT High Brightness display

internal resolution : 1,280 x 800

Graphics adapter manufacturer : Intel®

type : Mobile Intel® GMA 4500M

memory amount : up to 1,340 MB total available graphics memory

with 3 GB system memory

memory type : shared

Internal video modes The following internal video modes are supported:

resolution : 1,280 x 800

Max. external video

modes

max. resolution : 2,048 x 1,536

max. refresh rate : 85 Hz

non-interlaced resolution with max. refresh rate : 1,600 x 1,200

http://syndication.intel.com/DistributeModule.aspx?ppc_cid=IIP_02105071701&cc=CI

http://eu.computers.toshiba-europe.com/images/eu/msg/

136

Interfaces 1 x DC-in

1 x external monitor

1 x RJ-11

1 x RJ-45

1 x external microphone

1 x headphone (stereo)

3 (Left 2, Right 1) x USB 2.0

1 x integrated VGA Web Camera with built-in microphone

Expansion 2 x memory slots

1 x Express Card™ slot

Wireless

communication

Compliancy : Wi-Fi®

Network Support : 802.11b/g

Wireless Technology : Wireless LAN

Wired

communication

topology : Fast Ethernet LAN

speed : 10BASE-T/100BASE-TX

topology : international V.90 modem (V.92 ready)

speed : 56 Kbps data and 14.4 Kbps fax

Sound system supported audio format : 24-bit stereo

speakers : built-in stereo speaker

manufacturer : Toshiba Bass Enhanced Sound System

Keyboard Keys : 87

Windows® keys : Yes

Pointing device type : Touch Pad

Battery technology : lithium-ion

maximum life : up to 2h30min (Mobile Mark™ 2007)

AC adapter input voltage : autosensing AC adapter (100/240 V) for worldwide

usage

output voltage : 19 V

output current : 3.95 A

Physical dimensions W x L x H : 362 x 267 x 33.0 (front) / 37.7 (rear) mm

weight : starting at 2.49 kg

Copyright © 2010 Toshiba Corporation. All rights reserved.

Documents

utjecaj prostornog rasporeda prijemnika i predajnika na propagaciju