Σχεδιασμός Και Υλοποίηση Συστήματος Παραγωγής Και Λήψης Οπτικού Σήματος Διαμορφωμένου Κατά D8psk Για Μετάδοση Δεδομένων Στα 160gbaud

Abstract

Η μελέτη των φωτονικών δικτύων οδήγησε στην ανάπτυξη νέων μορφώνοπτικής διαμόρφωσης με βελτιστοποιημένα χαρακτηριστικά. Τα διάφοραφαινόμενα αλλοίωσης των μεταδιδόμενων παλμών και οι διάφοροιμηχανισμοί απωλειών αποτελούν ανασταλτικούς παράγοντες για τηνεπιτυχημένη μετάδοση σημάτων πληροφορίας διαμέσου των οπτικών ινών.Στα πλαίσια της προσπάθειας βελτιστοποίησης των συνθηκών μετάδοσηςέχουν αναπτυχθεί καινοτόμες μορφές και σχήματα διαμόρφωσης. Στηνπαρούσα διπλωματική εργασία μελετάμε την D8PSK (differential 8-phaseshift keying) μέθοδο διαμόρφωσης μέσα από τα βασικά στοιχεία ενόςοπτικού δικτύου. Η αύξηση του ρυθμού μετάδοσης, η ανοχή σταφαινόμενα αλλοίωσης του οπτικού σήματος, η πολυπλοκότητα τωνδιαφόρων συστατικών του οπτικού δικτύου είναι κάποια από τασημαντικότερα χαρακτηριστικά που επιζητούμε από μία τεχνικήδιαμόρφω- σης. Στην εργασία αυτή μοντελοποιούμε δύο διατάξεις πομπώνστα 40Gbaud που παράγουν σήματα 8PSK, μία διάταξη πολυπλέκτη στοπεδίο του χρόνου (OTDM) από τα 40Gbaud στα 160Gbaud, μια διάταξηαποπολυπλεξίας, μόνο με οπτικά στοιχεία, από τα 160Gbaud στα 40Gbaudκαι μια διάταξη δέκτη στα 40Gbaud. Κατά τη μοντελοποίηση πουπραγματοποι- ήσαμε, χρησιμοποιήσαμε τιμές στις διάφορες παραμέτρουςτου προσομοιωτικού συστήματος VPI, ίσες με τις τιμές των στοιχειώνπου χρησιμοποιούμε στα διάφορα πειράματα στο εργαστήριο φωτονικώνεπικοινωνιών. Ως εκ τούτου, τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τημοντελοποίηση ανταποκρίνονται πλήρως στην πραγματικότητα.Στο πρώτο μέρος της εργασίας, υλοποιούμε δύο διατάξεις πομπών στα40Gbaud. Η μία διάταξη είναι ιδιαίτερα απλοϊκή (αποτελούμενη απότρεις διαμορφωτές φάσης στη σειρά) και σκοπός της υλοποίησή τηςείναι η παρουσίαση της μεθόδου διαμόρφωσης 8PSK και τωνχαρακτηριστικών της, παρουσιάζοντας αρκετά διαγράμματα. Η δεύτερηδιάταξη χρησιμοποιεί μια καινοτόμο μέθοδο παραγωγής του 8PSK σήματοςκαι χρησιμοποιεί τον διαμορφωτή Mach-Zehnder. Έτσι, κάνουμε και μίαανάλυση του σημαντικού στοιχείου αυτού των οπτικών διατάξεων.Στο δεύτερο μέρος της εργασίας, υλοποιούμε μία μέθοδο πολυπλεξίαςαπό τα 40Gbaud στα 160Gbaud. Η πολυπλεξία γίνεται στο πεδίο τουχρόνου σύμφωνα με την μέθοδο OTDM (Optical Time DivisionMultiplexing).Η διάταξη που χρησιμοποιήσαμε για τη μοντελοποίηση τηςμεθόδου OTDM είναι σχετικά απλή αλλά ταυτόχρονα ιδιαίτερα αποδοτικήκαι επιτυχημένη κάτι που φαίνεται από τα διαγράμματα του σήματοςστην έξοδος της βαθμίδας πολυπλεξίας και των χαρακτηριστικών αυτού.Στο τρίτο μέρος της εργασίας, υλοποιούμε μία καινοτόμο μέθοδοαποπολυπλεξίας από τα 160Gbaud στα 40Gbaud. Η μέθοδος αυτήχρησιμοποιεί αποκλειστικά οπτικά στοιχεία και έτσι δεν χρειάζεται ημετατροπή των οπτικών σημάτων σε ηλεκτρικά για την επεξεργασία τους.Το γεγονός αυτό είναι πολύ σημαντικό καθώς η παρουσία των ηλεκτρικώνστοιχείων στα οπτικά δίκτυα δεν επιτρέπει την πλήρη αξιοποίηση τωνδυνατοτήτων των οπτικών δικτύων. Η δημιουργία χρήσιμων διατάξεων(όπως του αποπολυπλέκτη στην περίπτωσή μας) μόνο με οπτικά στοιχείαμας δίνει τη δυνατότητα να αναπτύξουμε δίκτυα σε πολύ μεγάλεςταχύτητες (της τάξης των εκατοντάδων Gb/sec) και επομένως ναικανοποιήσουμε την ολοένα αυξανόμενη τηλεπικοινωνιακή κίνηση.Τέλος, υλοποιούμε μία διάταξη δέκτη στα 40Gbaud με χρήση τουασύμμετρου Mach-Zehnder συμβολόμετρου U-MZI ή όπως συχνά αναφέρεταιστη βιβλιογραφία συμβολόμετρου καθυστέρησης DI (DelayInterferometer). Η διάταξη αυτή αποδιαμορφώνει απευθείας το σήμαστην είσοδο του. Έτσι, δεν χρειάζεται η χρήση τοπικού φέροντος στοδέκτη, κάτι που μειώνει την πολυπλοκότητα της διάταξης καιταυτόχρονα ελαχιστοποιεί την πιθανότητα λάθους στην απόφαση τηςτιμής του αποκωδικοποιημένου συμβόλου.