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Diseño

Se generan dos formas de onda:

  • Cosenoidal con factor de chirp variable.
  • Envolvente de pulso gaussiano con ensanchamiento variable.

Se modula la forma de onda cosenoidal con el pulso gaussiano generado, habiendo determinado numéricamente los parámetros de **k (factor de chirp) ** y ** $T_0$ (ensanchamiento temporal) **

Parámetros involucrados

Se definen los siguientes parámetros, necesarios para producir las dos formas de onda que finalmente conforman un pulso gaussiano con dispersión y chirp en función de la longitud del enlace de fibra óptica y el tiempo:

  • $z$: Longitud de la fibra, seteada por el usuario. [km]
  • $T_0$: Ensanchamiento temporal inicial. [s]
  • k: Factor de chirp inicial, lo setea el usuario, puede ser nulo, por defecto se calcula según: $\frac{\Delta f}{T}$.
    • $\lambda$: Según valor típico de fabricante. [nm]
    • $\Delta \lambda$: Según valor típico de fabricante.
  • $\beta_2$: Dispersión de la velocidad de grupo, según:
    • $\beta_2= -\frac{\lambda^2}{2\pi c}D$
      • D: Dispersión cromática, según valor típico del fabricante. $\frac{ps}{nm·km}$
  • $k_z$, chirp a $z km$ de fibra, se calcula según:
    • $k_z = k + \frac{(1+k^2)\beta_2z}{T_0^2}$
  • $\frac{T_z}{T_o}$, relación entre ensanchamiento temporal inicial y ensanchamiento temporal a $k km$, se calcula según:
    • $\frac{T_z}{T_o} = \sqrt{(1 + \frac{\beta_2zk_o}{To^2})^2+(\frac{\beta_2z}{T_o^2})^2}$
  • $L_D$, longitud de dispersión, se da cuando con un chirp inicial nulo, $T_z^2 = 2T_o^2$, se calcula según:
    • $L_D = \frac{T_o^2}{\beta_2}$

Cosenoidal con chirp

Se genera una forma de onda cosenoidal con frecuencia variable a lo largo del tiempo, que se modula con un pulso gaussiano, conformando así la forma de onda de interés.

Scipy Signal Chirp

Se emplea la librería scipy y sus herramientas para procesamiento de señales, más específicamente scipy.signal.chirp para generar de manera dinámica formas de onda con chirp.

y = scipy.signal.chirp(t, f0, t1, f1, method='linear', phi=0, vertex_zero=True)

donde los argumentos de entrada son:

  • t es un arreglo los valores de tiempo en los que se evalúa el pulso.
  • f0 es una variable numérica de tipo float que almacena la frecuencia en t=0 en (Hz).
  • t1 es una variable numérica de tipo float que almacena el valor de tiempo para el cual el pulso adquiere la frecuencia f1.
  • f1 es una variable numérica de tipo float que almacena la frecuencia en t1 (Hz).
  • method es un parámetro opcional que especifica el tipo de barrido de frecuencia, {‘linear’, ‘quadratic’, ‘logarithmic’, ‘hyperbolic’}, si no se especifica se asume un barrido lineal.
  • phi variable numérica del tipo float, opcional, que almacena el desvío de fase en grados, por defecto es nulo.
  • tex_zero variable booleana, opcional que se usa sólo si el método de barrido de frecuencia deseado es el cuadrático, determina si el vértice de la parábola de frecuencia sucede en t=0 o t=1.

Retorna:

  • y, variable del tipo ndarray (numpy array) que contiene los valores de la forma de onda para cada valor de t y variación de frecuencia. Más precisamente la salida es $cos(\phi + \frac{\pi}{180}\phi)$

Siendo el chirp inicial una variable del tipo int seteada por el usuario, puede ser nula, por defecto es -3.

el chirp a una longitud $z$:

$k_z = k + \frac{(1+k^2)\beta_2z}{T_0^2}$

donde $\beta_2 = -\frac{\lambda^2}{2\pi c}D$

IMPORTANTE: Inicialmente se pensó a las variables para graficar una forma de onda con chirp como $f_o$ del transmisor y $f_1$ obtenida desde el valor de chirp calculado, sin embargo los resultados numéricos no son útiles para la representación gráfica, por lo que se opta por interpretar a fines pragmáticos a $k_z$ calculado como una relación de proporcionalidad entre $f_o$ y $f_1$. Por ejemplo: si $k_z = 3$, entonces $f_1 = 3f_o$, $k_z = -4$, entonces $f_o = 4f_o$.

Pulso Gaussiano

Se genera un pulso gaussiano con la dispersión de interés, y se emplea para modular la forma de onda consenoidal con chirp.

Scipy Signal Gausspulse

Se emplea la librería "scipy" y más específicamente sus herramientas para procesamiento de señales y de generación de pulsos gaussianos scipy.signal.gausspulse

scipy.signal.gausspulse(t, fc=1000, bw=0.5, bwr=-6, tpr=-60, retquad=False, retenv=False)

Donde:

  • retquad es una variable booleana
    • True, retorna la parte real e imaginaria, en fase y cuadratura.
  • retenv es una variable booleana
    • True, retorna la envolvente de la señal, sin modular.
    • False, retorna la señal modulada
  • t es un arreglo los valores de tiempo en los que se evalúa el pulso. O un string de valor "cutoff".
  • fc variable tipo int, opcional que almacena el valor de la frecuencia central en Hz, por defecto es 1000 Hz.
  • bw variable de tipo float, opcional, indica el ancho de banda fraccional en el dominio de la frecuencia, por defecto es 0.5.
  • bwr variable de tipo float, opcional, indica el nivel como fracción del ancho de banda en dB, por defecto es 6dB.
  • tpr variable del tipo float, opcional, si f='cutoff', la función retorna el tiempo en el que la amplitud cae a tpr, por defecto -60dB
  • retquad, variable booleana, opcional,
    • True, retorna la parte real e imaginaria de la onda, por defecto es falso.
  • retenv, variable booleana, opcional
    • True, retorna la envolvente de la señal, por defecto es falso.

Retorna:

Sinusoidal modulada con un pulso gaussiano

    exp(-a t^2) exp(1j*2*pi*fc*t).

yI : ndarray (arreglo numpy) con la parte real de la señal. Siempre la retorna.

yQ : ndarray (arreglo numpy) con la parte imaginaria de la señal. La retorna sólo si la var retquad es True.

yenv : ndarray (arreglo numpy) que contiene la envolvente de la señal. La retorna si retenv es True.

fc se setea de manera proporcional a $\frac{T_z}{T_o}$ según:

$\frac{T_z}{T_o} = \sqrt{(1 + \frac{\beta_2zk_o}{To^2})^2+(\frac{\beta_2z}{T_o^2})^2}$