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• SFDR

L’obiettivo delle comunicazioni è stato da sempre quello di permettere la trasmissione dell’informazione tra utenti posti in luoghi differenti. Attualmente il mezzo che offre le migliori prestazioni in termini di minor degradazione del segnale, di distanza di comunicazione e quantità di dati trasmessi nell’unità di tempo è la fibra ottica.
Il presente elaborato si pone l’obiettivo di analizzare i componenti e le caratteristiche di collegamenti ottici realizzati mediante la tecnica denominata Radio over Fiber (RoF), una tecnologia che permette di trasportare le informazioni direttamente sulla fibra ottica, modulando la luce del laser con segnali radio: in altre parole i segnali radio viaggiano direttamente sulla fibra ottica e nessuna conversione di frequenza analogico-digitale è coinvolta.

L’utilizzo di questa tecnica offre i seguenti vantaggi: bassa attenuazione, maggiore sicurezza per le intercettazioni, peso e dimensioni minori dei cavi coassiali standard ed enorme capacità d’informazione. Infatti questa tecnica potrebbe essere una valida alternativa all’impiego dei cavi coassiali a bordo delle Unità Navali della Marina Militare.

Per quantificare i vantaggi e descrivere il sistema di trasmissione ottico realizzato mediante la tecnica RoF verranno utilizzati i seguenti parametri prestazionali:

- il guadagno, che descrive il trasferimento RF-RF dei segnali dall'ingresso all'uscita del sistema;
- la cifra di rumore (Noise Figure, NF), che indica i livelli di rumore nel collegamento; - lo Spurious Free Dynamic Range (SFDR), che descrive il range dinamico di potenza del segnale a RF che può essere accettato sul collegamento, tenendo conto degli effetti del rumore e delle distorsioni non lineari.

In generale ci sono due modi per trasmettere i segnali su fibra ottica: la modulazione diretta e la modulazione tramite un dispositivo esterno.
Nel primo caso, la corrente di iniezione del laser è modulata direttamente dal segnale a RF mentre nel secondo caso la luce è modulata da un laser ad onda continua (Continuos Wave, CW) mediante un dispositivo elettro-ottico esterno: il tipo più popolare è il modulatore Mach-Zehnder (Mach Zehnder Modulator, MZM).
Rispetto alla modulazione diretta, usando il dispositivo MZM, se si aumenta la potenza ottica al modulatore aumenta anche il guadagno del collegamento, che cresce in modo quadratico con la potenza. A seconda del rumore dominante poi si riduce anche la cifra di rumore e di conseguenza lo SFDR.
Dopo un attento studio ed analisi dei componenti e delle caratteristiche di questo tipo di collegamento, si passerà a fare una “Design Exploration” finalizzata a spiegare i motivi che spingono ad usare un particolare tipo di laser, una determinata modulazione (diretta o esterna) e un particolare fotorivelatore.
Si analizzeranno successivamente i contributi di rumore (termico, RIN e shot) e le distorsioni, focalizzando l’attenzione in particolare sui prodotti di intermodulazione del terzo ordine.
Seguiranno inoltre i risultati numerici che consentiranno di valutare le prestazioni della tecnica RoF in termini di guadagno, NF e SFDR al fine di dare al progettista delle linee guida per la scelta dei componenti del collegamento.
In ultimo si confronteranno le prestazioni raggiunte grazie alla tecnica della RoF con quelle ottenibili utilizzando i cavi coassiali tradizionali per valutarne le opportunità di impiego su una piattaforma militare come ad esempio una unità navale della Marina Militare.