L'uso sempre maggiore dei dati sta imponendo maggiori esigenze alle unità di antenna radio che trasmettono dati ai dispositivi mobili. Alimentare queste unità di antenna attraverso gli stessi sistemi in fibra ottica che trasmettono i segnali dati potrebbe migliorare e semplificare queste infrastrutture, se fosse possibile aumentare la potenza fornita in questo modo. Ora, Motoharu Matsuura, Hidehito Furugori e Jun Sato dell'Università di Elettrocomunicazioni di Tokyo hanno dimostrato la possibilità di fornire 60 W in un sistema di prova in fibra di 300 m, superando la potenza fornita in lavori precedenti e mettendo in evidenza il potenziale di questo approccio.
I sistemi alimentati in fibra sono limitati dalla loro efficienza di trasmissione di potenza, che è ostacolata dalla grande frazione di potenza introdotta nel collegamento ottico che viene dispersa sotto forma di calore durante la trasmissione. Di conseguenza, sono necessarie limitazioni ai livelli di potenza per evitare che il calore disperso danneggi i componenti ottici del collegamento.
Matsuura e i suoi colleghi hanno dimostrato di poter raggruppare due fibre multimodali per la trasmissione di potenza con una fibra a doppio rivestimento per la trasmissione dei dati. Questo gruppo è stato poi rastremato e giuntato in un'unica fibra a doppio rivestimento in uscita. Tuttavia, si è verificata una perdita di potenza nello splitter del fascio di fibre a causa della minore area della sezione trasversale occupata dalla fibra all'interno del fascio. Di conseguenza, l'efficienza complessiva di trasmissione della potenza era solo del 20%, limitando la potenza che poteva essere erogata sul collegamento a soli 40 W.
Aumentando il numero di fibre multimodali portatrici di potenza a sei, i ricercatori hanno ottimizzato l'area della sezione trasversale della fibra all'interno del fascio senza introdurre ulteriori limitazioni, massimizzando così l'efficienza di trasmissione della potenza. Nel loro rapporto, i ricercatori concludono: "Questi risultati dimostrano che i sistemi di potenza ottica che utilizzano fibre a doppio rivestimento hanno un elevato potenziale per l'uso pratico nelle future comunicazioni mobili small-cell".
Reti dati mobili:
le unità di antenna radio wireless trasmettono dati da una stazione centrale ai dispositivi mobili su frequenze radio. La stazione centrale trasmette i dati alle unità di antenna utilizzando la trasmissione radio su fibra ottica.
L'alimentazione dell'unità di antenna radio è normalmente fornita dalla rete, ma la proposta di alimentazione su fibra ottica potrebbe semplificare l'alimentazione. Inoltre, l'alimentazione su fibra ottica renderebbe le unità di antenna invulnerabili alle interruzioni di corrente della rete, come quelle causate dai fulmini. Sebbene le opzioni di alimentazione su fibra ottica abbiano attirato l'attenzione dei ricercatori, la potenza disponibile su fibra ottica è stata finora limitata.
Dettagli del sistema di test:
i ricercatori hanno testato il loro cluster di fibra dati e fibra di alimentazione in un sistema bidirezionale costituito da una stazione centrale e un'unità di antenna radio collegate da una fibra a doppia guaina.
Un diodo laser con modulazione elettrica diretta da un generatore di segnale ha prodotto segnali di test a 1550 nm, conformi alle specifiche standard IEEE per le reti locali wireless (WLAN) utilizzate nel Wi-Fi (IEEE 802.11g). Anche i diodi laser commerciali hanno fornito la potenza ottica.
Un amplificatore a fibra drogata con erbio ha potenziato il segnale e aumentato il livello di potenza del segnale dati per la trasmissione. Il sistema includeva anche elementi di riduzione del rumore, tra cui filtri passa-banda e dispositivi di rimozione del modo di rivestimento.
Le fibre multimodali e la fibra a doppio rivestimento all'ingresso del fascio di fibre del cluster sono rastremate e giuntate a un'uscita di trasmissione in fibra a doppio rivestimento di 300 m. Il doppio rivestimento previene la diafonia. Il costo eccessivo impedisce l'utilizzo di un'uscita in fibra a doppio rivestimento per un periodo più lungo nel sistema di test. Le fibre a doppio rivestimento sono generalmente prodotte commercialmente per essere utilizzate come mezzi di guadagno, per i quali non è necessario che siano molto più lunghe di 100 metri.
I ricercatori hanno identificato l'area della sezione trasversale combinata delle due fibre multimodali come il fattore limitante per l'efficienza di trasmissione della potenza. Le due fibre multimodali lasciavano spazio vuoto nell'assemblaggio del fascio, quindi la sezione trasversale totale della fibra era inferiore a quella della fibra a doppio rivestimento incollata, con conseguente trasferimento di potenza inefficiente.
L'utilizzo di un numero maggiore di fibre multimodali più strette aumenta il loro fattore di riempimento all'interno del fascio e quindi la loro area trasversale combinata. Tuttavia, ciò significa anche che ogni fibra è più stretta, riducendo la capacità di gestione della potenza di ciascuna singola fibra. I ricercatori hanno determinato che un fascio di sei fibre multimodali a gestione di potenza fornisce il compromesso ottimale tra i due fattori limitanti.
Riferimento:
Motoharu Matsuura*, Hidehito Furugori e Jun Sato, Alimentazione di potenza su fibra da 60 W utilizzando fibre a doppio rivestimento per sistemi radio su fibra con unità di antenna remota alimentate otticamente, Optics Letters 40 5598 (2015). Scuola superiore di informatica e ingegneria, Università di elettrocomunicazioni, 1-5-1 Chofugaoka, Chofu, Tokyo 182-8585, Giappone
