Μελέτη φωτονικών μικροκυματικών ζεύξεων για συστήματα κινητών επικοινωνιών 5ης γενιάς

Abstract

Με την συνεχή αύξηση του όγκου τόσο των εκπεμπόμενων όσο και των λαμβανόμενων δεδομένων τα τελευταία χρόνια, μεγαλώνει όλο και περισσότερο η ανάγκη για ευρυζωνικά δίκτυα πέμπτης γενιάς (5G) να είναι σε θέση να ανταπεξέλθουν σε πολύ μεγάλες ταχύτητες μετάδοσης. Το έναυσμα για αυτή την εποχή το δίνουν οι φωτονικές μικροκυματικές ζεύξεις, οι οποίες εστιάζουν στην αλληλεπίδραση των μικροκυματικών και οπτικών κυμάτων. Πιο συγκεκριμένα οι φωτονικές διατάξεις εστιάζουν στη δημιουργία, μετάδοση, έλεγχο καθώς επίσης και στην επεξεργασία των μικροκυματικών σημάτων, συνδυάζοντας τα πλεονεκτήματα των ηλεκτρικών και οπτικών σημάτων με στόχο να παραγάγουν νέες δυνατότητες και λειτουργίες. Η σύζευξη των δύο αυτών κλάδων, στοχεύει στο να βελτιώσει σημαντικά την απόδοση και την ποιότητα των τηλεπικοινωνιών, συγκρινόμενη με τις παραδοσιακές μεθόδους που χρησιμοποιούσαν μόνο ηλεκτρικές ή οπτικές διατάξεις. Η συγκεκριμένη δυνατότητα του, δηλαδή να μπορούν να βρίσκονται μεταξύ αυτών των δύο κλάδων, αποτέλεσε το κύριο αίτιο για να εκδηλωθεί τόσο επιστημονικό όσο και εμπορικό ενδιαφέρον. Πιο συγκεκριμένα οι συζητήσεις γύρω από αυτό το πεδίο είχαν ξεκινήσει για περισσότερο από τριάντα χρόνια πριν και αναμένεται να συζητηθούν για πολλά χρόνια ακόμη, διότι η τεχνολογία που κρύβεται πίσω από τέτοιες διατάξεις είναι ιδιαιτέρως πολύπλοκη ή ακόμα και σχεδόν ανύπαρκτη για το πεδίο των ραδιοκυμάτων. Ο κύριος λόγος που τα τελευταία χρόνια ο συγκεκριμένος κλάδος βρίσκεται σε τεχνολογική άνοιξη, έχει να κάνει με την μεγάλη τεχνολογική ανάπτυξη των διαμορφωτών που χρησιμοποιούνται. Οι διαμορφωτές αποτελούν θεμέλιο λίθο για τις συγκεκριμένες διατάξεις, διότι καθορίζουν το είδος της διαμόρφωσης, με την εξωτερική διαμόρφωση να συζητείται για παραπάνω από δύο δεκαετίες. Τα τελευταία χρόνια διαμορφωτές όπως διαμορφωτές ηλεκτρο-απορρόφησης (EAM) και διαμορφωτές Mach–Zehnder (MZM) έχουν μονοπωλήσει το ενδιαφέρον με τους πρώτους να βελτιώνονται συνεχώς με νέες τεχνολογίες και υλικά. Με τους διαμορφωτές Mach-Zehnder να προϋπάρχουν και να εμφανίζουν πολύ καλή συμπεριφορά στη διαχείριση της οπτικής ισχύος, οι διαμορφωτές ηλεκτρο-απορρόφησης παρόλο που δεν διαχειρίζονται τόσο καλά την οπτική ισχύ και είναι ευαίσθητοι στα διάφορα μήκη κύματος και στη θερμοκρασία, παρουσιάζουν ένα πολύ σημαντικό πλεονέκτημα το οποίο έχει να κάνει με την ικανότητά τους να είναι άμεσα ενσωματωμένοι με λέιζερ ημιαγωγών, το οποίο έχει ως αποτέλεσμα να εμφανίζουν μεγάλο εύρος ζώνης. Όπως γίνεται εύκολα αντιληπτό το κομμάτι των διαμορφωτών πρόκειται να συζητηθεί εκτενώς για επόμενα χρόνια. Ο κύριος στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι να αναλύσει και να αξιολογήσει όλα τα μέτρα ποιότητας των φωτονικών μικροκυματικών ζεύξεων, να αναδείξει τα θετικά τους χαρακτηριστικά καθώς και να προτείνει λύσεις σε ενδεχόμενα μειονεκτήματα που ενδέχεται να εμφανίσουν. Η εμβάθυνση αυτή θα γίνει τόσο για τους διαμορφωτές Mach-Zehnder όσο και για τους διαμορφωτές ηλεκτρο-απορρόφησης με στόχο του να δοθεί μια όσο το δυνατόν πληρέστερη εικόνα για αυτό το τεράστιο κεφάλαιο. Κλείνοντας, οι σημαντικότερες προκλήσεις που θα συναντήσουμε στο μέλλον, θα είναι να αυξήσουμε τη φασματική περιοχή λειτουργίας, την αποδοτικότητα μετατροπής των σημάτων και την εμβέλεια, ενώ παράλληλα το κόστος να είναι σε ικανοποιητικά αν όχι σε χαμηλά επίπεδα.