Υψίρρυθμα οπτικά συστήματα μετάδοσης άμεσης φώρασης σε μητροπολιτικά δίκτυα

Abstract

Στην υπο-ενότητα αυτή αναφέρονται συνοπτικά η δομή και το περιεχόμενο των κεφαλαίων της παρούσας διδακτορικής διατριβής. Στο Κεφάλαιο 2 αναφέρονται οι μηχανισμοί υποβάθμισης στους οποίους υπόκειται το σήμα κατά τα μετάδοση του μέσω της οπτικής ίνας. Οι μηχανισμοί αυτοί διαχωρίζονται στα γραμμικά και μη γραμμικά φαινόμενα και αναλύονται εκτενέστερα στα Κεφάλαια 2.1 και 2.2, αντίστοιχα. Εξαιτίας του γεγονότος ότι η εφαρμογή των ηλεκτρονικών εξισωτών αφορούσε κυρίως την αντιστάθμιση γραμμικών φαινομένων, τα μη γραμμικά φαινόμενα δεν αναλύονται λεπτομερώς αφού στην παρούσα μελέτη η συνεισφορά τους λήφθηκε υπόψη μόνο για την περίπτωση συνύπαρξης τους με τη χρωματική διασπορά. Αντίστοιχα, στο Κεφάλαιο 3 περιγράφονται με λεπτομέρεια οι βασικές διαδικασίες της οπτικής διαμόρφωσης και αποδιαμόρφωσης, καθώς και οι πιθανοί διαφορετικοί τρόποι διαμόρφωσης. Με λεπτομέρεια έχουν αναλυθεί μόνο οι τρόποι διαμόρφωσης που στηρίζονται στην άμεση ανίχνευση, καθώς η παρούσα μελέτη ασχολείται με μητροπολιτικά δίκτυα στο οποία η χρήση τρόπων διαμόρφωσης που απαιτούν σύμφωνο τρόπο ανίχνευσης θεωρείται μη αποδοτική από πλευράς κόστους εφαρμογής. Έτσι στο Κεφάλαιο 3.3 αναλύονται οι βασικοί τρόποι διαμόρφωσης που μελετήθηκαν και περιλαμβάνουν τους NRZ-OOK, NRZ-DPSK και NRZ-DQPSK. Το Κεφάλαιο 4 ασχολείται εκτενώς με τις διαθέσιμες μεθόδους αντιμετώπισης και αντιστάθμισης των γραμμικών φαινομένων. Πιο συγκεκριμένα, στο Κεφάλαιο 4.1 περιγράφεται η διαδικασία αντιστάθμισης των απωλειών και εισάγεται η έννοια του οπτικού ενισχυτή καθώς και ο θόρυβος ο οποίος επάγεται από τη χρήση του στο οπτικό σήμα. Στη συνέχεια στα Κεφάλαια 4.2 και 4.3 αναλύονται οι οπτικές μέθοδοι αντιστάθμισης της χρωματικής διασποράς (CD) και της διασποράς πόλωσης-τρόπου μετάδοσης (PMD) ενώ ένα ξεχωριστό κεφάλαιο (Κεφάλαιο 4.4) αφιερώνεται για την περιγραφή και λεπτομερή ανάλυση των ηλεκτρονικών εξισωτών που χρησιμοποιήθηκαν. Η μελέτη των ηλεκτρονικών εξισωτών του Κεφαλαίου 4.4 κατέδειξε σαφές ότι οι επιδόσεις των εξισωτών εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από την πολυπλοκότητά τους. Ένας ιδανικός ηλεκτρονικός εξισωτής θα έπρεπε να μπορεί να ανταποκριθεί και να αντισταθμίσει όσο το δυνατό μεγαλύτερη τιμή υπολειπόμενης χρωματικής διασποράς. Πρακτικά όμως η πολυπλοκότητα ενός τέτοιου ιδανικού εξισωτή είναι μη υλοποιήσιμη και έτσι στο Κεφάλαιο 5 μελετώνται μέθοδοι μείωσης της πολυπλοκότητας αλλά και εναλλακτικές διαρθρώσεις ηλεκτρονικών εξισωτών που ερευνήθηκαν στα πλαίσια της παρούσας διατριβής. Προσπαθώντας πάντα να διασφαλίσουμε τις καλύτερες δυνατές επιδόσεις σε συνδυασμό με την μικρότερη πολυπλοκότητα στο Κεφάλαιο 5.1 ερευνήθηκαν τεχνικές μείωσης της πολυπλοκότητας των εξισωτών Volterra, ενώ στο Κεφάλαιο 5.2 μελετήθηκαν όλες οι δυνατές διαρθρώσεις εφαρμογής των ηλεκτρονικών εξισωτών για ανώτερα σχήματα διαμόρφωσης. Στο Κεφάλαιο 6 περιγράφονται αναλυτικά οι επιδόσεις ρεαλιστικών οπτικών συστημάτων, στα οποία για τη διαχείριση της χρωματικής διασποράς εφαρμόζονται οι ηλεκτρονικοί εξισωτές που αναφέρθηκαν στα Κεφάλαια 4.4 και 5. Τα ρεαλιστικά σενάρια που ερευνήθηκαν αφορούν οπτικά συστήματα που χρησιμοποιούν τρόπους διαμόρφωσης άμεσης ανίχνευσης (direct detection – DD), όπως αυτοί αναλύθηκαν στο Κεφάλαιο 3.3. Αντίστοιχα, στο Κεφάλαιο 7 περιγράφονται οι επιδόσεις οπτικών συστημάτων μεγάλης χωρητικότητας. Αρχικά, στο Κεφάλαιο 7.1 εξετάζονται επιδόσεις υψίρρυθμων οπτικών συστημάτων (40 Gb/s) όπου η συνεισφορά του φαινομένου της διασποράς πόλωσης-τρόπου μετάδοσης (PMD) είναι σημαντική, ενώ στο Κεφάλαιο 7.2 η μελέτη επεκτείνεται σε πολυκάναλα WDM συστήματα επτά καναλιών. Tέλος στο Κεφάλαιο 8 συνοψίζονται όλα τα συμπεράσματα που εξήχθησαν από τα Κεφάλαια 6 και 7, ενώ στο Κεφάλαιο 9 παρουσιάζονται ενδεικτικά οι βασικές κατευθύνσεις πιθανών μελλοντικών επεκτάσεων της παρούσας διατριβής.