Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες με Οπτικές Ίνες

Transcript

1 Μάθημα ΗΜΥ 455 Συστήματα και Δίκτυα Επικοινωνιών με Οπτικές Ίνες Επ. Καθηγητής Γ. Ελληνας Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 1 Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες με Οπτικές Ίνες Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 2 Page 1

2 Στόχοι του μαθήματος Κατανόηση της μετάδοσης του φωτός μέσα από τις οπτικές ίνες. Κατανόηση των φαινομένων μετάδοσης (απώλεια, διασπορά, κτλ) Κατανόηση της λειτουργίας των οπτικών πομπών, δεκτών και ενισχυτών. Σχεδιασμός οπτικών τηλεπικοινωνιακών συστημάτων. Κατανόηση βασικών εννοιών των οπτικών δικτύων (αρχιτεκτονικές κόμβων και δικτύων), δρομολόγηση, κτλ. Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 3 Οπτικό Σύστημα Επικοινωνιών Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 4 Page 2

3 Απλό οπτικό τηλεπικοινωνιακό σύστημα Laser/LED Δεδομένα Εξωτερικός Διαμορφωτής Ενισχυτής Ισχύος Ίνα Ενισχυτής Γραμμής Ίνα Προενισχυτής Φωτοδίοδος Οπτικό φίλτρο Αποδιαμορ φωτής Οπτικός πομπός Οπτικός δέκτης Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 5 Εξέλιξη των τηλεπικοινωνιών Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 6 Page 3

4 Ταπρώταβήματατωνοπτικώντηλεπικοινωνιών (Κενή διαφάνεια: βλ. κείμενο) Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 7 Τηλέγραφος (1837) Σύγχρονη τηλεγραφική συσκευή Samuel Morse ( ) Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 8 Page 4

5 Φωτόφωνο (1880) Ο Alexander Graham Bell μιλά στο τηλέφωνο (1892) Οι δύο πρώτες συσκευές φωτοφώνου από τους A. G. Bell και S. Tainter (Smithsonian Institution, Washington, ΗΠΑ) Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 9 Σημαντικές στιγμές στην ιστορία των Oπτικών Τηλεπικοινωνιών (*) 1870 Ανακάλυψη κυματοδήγησης του φωτός 1955 Ανακάλυψη οπτικής ίνας 1962 Ανακάλυψη laser ημιαγωγού 1966 Πρώτη χρήση οπτικής ίνας στις οπτικές τηλεπικοινωνίες 1970 Ανακάλυψη οπτικής ίνας χαμηλής εξασθένισης (< 0.2 db/km) Πρώτα lasers ημιαγωγού σε θερμοκρασία δωματίου 1977 Πρώτο σύστημα οπτικών τηλεπικοινωνιών (Σικάγο, Η.Π.Α.) 1988 Πρώτο οπτικό υπερατλαντικό καλώδιο (ΤΑΤ-8) 1996 Μετάδοση 1 Tb/s σε οπτική ίνα (*) απότοβιβλίοτουj. Hecht, City of Light: The Story of Fiber Optics, Oxford University Press, Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 10 Page 5

6 Ανατομία μιας οπτικής ίνας Διάμετρος: Μονότροπη οπτική ίνα: 8 μm πυρήνας, 125 μm μανδύας Πολύτροπη οπτική ίνα : 50, 62.5, 100 μm πυρήνας, 125 μm μανδύας Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 11 Πλεονεκτήματα οπτικών ινών Μεγάλο εύρος ζώνης (~25 THz/παράθυρο στο υπέρυθρο 0.8,1.3 και 1.55 μm) Χαμηλή εξασθένιση (~0.25 db/km στο 1.55 μm) Χαμηλό κόστος παραγωγής Μικρoσκοπικό πάχος (~μm) Αναισθησία σε ΗΜΜ παρεμβολές Προστασία από πιθανές υποκλοπές (;) Απλουστευμένη εξήγηση λειτουργίας οπτικών ινών Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 12 Page 6

7 Μειονεκτήματα οπτικών ινών Μικρές διαστάσεις των ινών, πχ μονότροπη ίνα έχει τυπική διάμετρο πυρήνα 8 μm - ένωση ινών είναι δύσκολη - σύζευξη φωτός από lasers στις ίνες είναι δύσκολο (οδηγεί σε ψηλά κόστη για pigtailed λέιζερς). Μπορεί να μην είναι πάντα η λύση χαμηλότερου κόστους για μικρές αποστάσεις (πχ οπτικές ίνες στα σπίτια (fiber to the home)), αλλά συνήθως οι εφαρμογές είναι αυτές που καθορίζουν την τεχνολογία! Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 13 Εξέλιξη της εξασθένισης της οπτικής ίνας D. B. Keck, R. D. Maurer, P. C. Schultz Corning, Inc. Εθνικό Μετάλλιο Τεχνολογίας ΗΠΑ 2000 Εφευρέτες της πρώτης οπτικής ίνας χαμηλής εξασθένισης (1970) Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 14 Page 7

8 Τα φασματικά παράθυρα των οπτικών ινών προσφέρουν μεγάλο εύρος συχνοτήτων Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 15 Η αγορά των οπτικών ινών ~600 εκατομμύρια km οπτικών ινών έχουν εγκατασταθεί παγκοσμίως Η ετήσια κατανάλωση οπτικών ινών μόνο το 2001 ήταν 110 εκατομμύρια km (έναντι 230 εκατομμύρια km χάλκινων καλωδίων) Λόγω της παγκόσμιας οικονομικής κρίσης στον τομέα των τηλεπικοινωνιών, οι πωλήσεις οπτικών ινών το 2002 έπεσαν κατά 50% αλλά αναμένεται να ανακάμψουν μακροπρόθεσμα Πηγή Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 16 Page 8

9 Το διαδίκτυο κι η ανάγκη των οπτικών τηλεπικοινωνιών (Κενή διαφάνεια: βλ. κείμενο) Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 17 Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 18 Page 9

10 Οπτικά συστήματα Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 19 Υποθαλάσσιο δίκτυο οπτικών ινών Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 20 Page 10

11 Υποθαλάσσιο δίκτυο οπτικών ινών Undersea cable laying ship, Cagayan de Oro beach landing Tycom Reliance, Nick Rotondo Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 21 FLAG Atlantic 1997: Το πρώτο υπερατλαντικό τηλεφωνικό καλώδιο χαλκού το 1956 μπορούσε να μεταφέρει 36 συνομιλίες; Το πρώτο καλώδιο οπτικών ινών που εγκαταστάθηκε το 1988 στον Ατλαντικό μπορούσε να μεταφέρει 8,000 κανάλια (64 kb/s) σε δύο ζεύγη οπτικών ινών. Το δίκτυο Fiber-optic Link Around the Globe (FLAG) μπορεί να μεταφέρει 120,000 κανάλια (64-kb/s) σε δύο ζεύγη οπτικών ινών. Το αρχικό πρόγραμμα FLAG όταν τελείωσε τον Σεπτέμβρη του 1997 ήταν η μακρύτερη κατασκευή στον κόσμο. Με την ολοκλήρωση του συνδέει την Αγγλία με την Ιαπωνία με ένα σύστημα υποθαλασσίων οπτικών ινών που καλύπτουν μια έκταση μεγαλύτερη από 28,000 km (περισσότερη από 2/3 της περιφέρειας της γης) Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 22 Page 11

12 Υπερατλαντικό καλώδιο FLAG Atlantic-1 Ρυθμός σηματοδοσίας (Tb/s):2.4/κατεύθυνση Μήκος (km): 6250/κατεύθυνση Κόστος κατασκευής (δις Δολάρια):1.1 Χώρες που συνδέονται:ηπα, Γαλλία, Αγγλία Βάση δεδομένων υποβρυχίων καλωδίων International Cable Protection Committee Πώς ποντίζεται ένα οπτικό καλώδιο; Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 23 Υπερατλαντικό καλώδιο FLAG Atlantic-1 Ισοδύναμο με όλες τις εφημερίδες του κόσμου για τα τελευταία 300 χρόνια να μεταδίδονται στην άλλη πλευρά του Ατλαντικού ή περίπου ισοδύναμο με 30 εκατομμύρια ταυτόχρονα τηλεφωνήματα σε 1 δευτερόλεπτο. ( Συστήματα που δουλεύουν με 8 Tb/s σε αποστάσεις μεγαλύτερες των 6,500 km διατίθενται τώρα από διάφορες εταιρείες Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 24 Page 12

13 What s next? Sea-Me-We3 39,000 km 20 Gb/s (8 2.5 Gb/s) Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 25 Σήμερα: Νόμος του Gilder 3x εύρος ζώνης/χρόνο για 25 χρόνια 10 Gb/s ανά κανάλι κανάλια ανά ίνα: > 40 Gb/s ίνες/καλώδιο: > 1.2 Tb/s/καλώδιο Θεωρητικά 25 Tb/s ανά ίνα 1 Tb/s = USA 1996 WAN bisection bandwidth Ολικό εύρος ζώνης διπλασιάζεται κάθε 8 μήνες! 1 fiber = 25 Tbps Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 26 Source: Page 13

14 Τάσεις: Αυξανόμενη κίνηση δεδομένων Relative Load e-commerce $3 τρισεκατομμύρια μέχρι το POTS δεν δημιουργούν πλέον σημαντικά κέρδη Οι Τηλεπικοινωνίες είναι τώρα ο τρίτος μεγαλύτερος τομέας της παγκόσμιας οικονομίας Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 27 Τάσεις: Αυξανόμενη κίνηση δεδομένων Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 28 Source: Corning International Network Traffic Model Page 14

15 Τάσεις: Εξέλιξη σε πιο ψηλούς ρυθμούς δεδομένων Studio Quality Digital HDTV Medical Imaging Quality Digital Video Studio Quality Digital Video Compressed Digital Video (MPEG) Professional Quality Stereo Audio CD Quality Stereo Audio Voice Data rate (Mb/s): ,000 Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 29 Τάσεις: Εξέλιξη σε πιο ψηλούς ρυθμούς δεδομένων 10,000 1,000 Ethernet Telecoms Year Ethernet: Χ 10 φορές αύξηση ρυθμού δεδομένων κάθε δύο χρόνια B T, Bit rate Gb/s Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 30 Page 15

16 Οπτικές Ίνες ανά το παγκόσμιο Cumulative length 1 (millions km) Source: Corning Year Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 31 Γιατί χρειαζόμαστε όλο αυτό το εύρος ζώνης? Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 32 New Line Cinema Page 16

17 Τάσεις για E-commerce Change % 140% 120% Buy airline tickets 100% 80% Banking Shopping Source: Yankelovich Monitor & Corning 60% Check weather 40% Gamble Share Travel information 20% prices Download Sports scores software 0% Internet - 20% Chat rooms searches 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% Online users frequently/occasionally engaging in activity (2001) Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 33 Μελλοντικές ανάγκες εύρους ζώνης Required bit rate (Tb/s) 1,000, ,000 1,000 (1 Pb/s) Today = 1 Tb/s -Voice Source: Corning Year Future -Web agents -Metacomputing -3-D multimedia -Telemedicine Mainstream -Graphics -Text Frontier -HDTV -Webcasting, streaming video -Multimedia Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 34 Page 17

18 Κατηγορίες οπτικών τηλεπικοινωνιακών συστημάτων Free Space e.g. intersatellite links Οπτικές Ίνες - Άριστο μέσο μετάδοσης - Υπερισχύει στις ενσύρματες τηλεπικοινωνίες μεγάλων αποστάσεων Κατευθυνόμενες Ολοκληρωμένα οπτικά (Integrated Optics) -Χρησιμοποιούνται για λειτουργικότητα, πχ μεταγωγή, διαίρεση και συνδυασμό σήματος, πολυπλεξία, κτλ Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 35 Τεχνικές Πολυπλεξίας Το διαθέσιμο εύρος ζώνης είναι μερικά Tbps Όμως δεν υπάρχουν ηλεκτρονικές συσκευές πιο γρήγορες από μερικές δεκάδες Gbps. Πως μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε όλο αυτό το εύρος ζώνης?? Για να χρησιμοποιήσουμε αποτελεσματικά το εύρος ζώνης σε μονότροπες οπτικές ίνες χρειαζόμαστε κάποια τεχνική πολυπλεξίας => χρησιμοποιούμε πολυπλεξία κατά μήκος κύματος (WDM) TDM : Διαφορετικές ροές δεδομένων χαμηλότερων ρυθμών (data rates) πολυπλέκονται σε μια ροή δεδομένων ψηλότερου ρυθμού χρησιμοποιώντας πολυπλεξία με διαίρεση χρόνου (Time Division Multiplexing (TDM)) WDM : Ταυτόχρονη μετάδοση δεδομένων σε διαφορετικά μήκη κύματος (όπως το FDM στα ραδιοφωνικά συστήματα) Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 36 Page 18

19 Τεχνικές Πολυπλεξίας TDM : 1 N.. B bps NB bps WDM : 1 N.. B bps.. λ 1, λ 2,, λ N B bps B bps Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 37 Πολυπλεξία κατά μήκος κύματος Πομποί Ενισχυτές γραμμής Δέκτες Πολυπλέκτης Ενισχυτές γραμμής Αποπολυπλέκτης Δέκτες Πομποί Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 38 Page 19

20 Πολυπλεξία κατά μήκος κύματος (Wavelength Division Multiplexing (WDM)) Πολυπλεξία καναλιών από διαφορετικούς χρήστες στην ίδια οπτική ίνα Το οπτικό φάσμα μετάδοσης διαμοιράζεται σε ένα αριθμό (μη επικαλυπτόμενων) ζωνών μήκων κύματος, με το κάθε μήκος κύματος να χρησιμοποιείται για ένα κανάλι επικοινωνίας. Η διαφορά μεταξύ ηλεκτρονικής και οπτικής είναι η (κοκκιότητα)/ευκρίνεια (granularity) (Electronics provide finer granularity and rich connectivity whereas optics provide coarser granularity and large throughput). Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 39 Πολυπλεξία κατά μήκος κύματος (Wavelength Division Multiplexing (WDM)) καλώδιο ίνα.... Μήκη κύματος τυπική απόσταση 0.2-1nm λ 1 λ 2 λ 3 Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 40 Page 20

21 Οπτικά δίκτυα Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 41 Ερευνητικό πρόγραμμα MONET Multiwavelength Optical Networking (*) (*) R. E. Wagner et al., MONET: Multiwavelength Optical Networking, IEEE/OSA J. Lightwave Tech., pp , Jun Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 42 Page 21

22 Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 43 Αστική Τηλεφωνία Το φυσικό στρώμα σήμερα Υπεραστική τηλεφωνία OC192 OC48 OC3/OC12 DCS CO Αστική Τηλεφωνία Τοπικά Δίκτυα HUB Super HUB N. Ghani et al., Optical Fiber Telecommunications IVB, Ch.8 Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 44 Page 22

23 Το φυσικό στρώμα αύριο Υπεραστική τηλεφωνία Αστική Τηλεφωνία Αστική Τηλεφωνία Τοπικά Δίκτυα WDM OC12/192 DCS/OXC WDM CO DWDM HUB DWDM Super HUB Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 45 Οπτικοί κόμβοι Τερματικός κόμβος Wavelength Terminal Multiplexer (WTM) WTM Κόμβος προσθήκης/απαγωγής μηκών κύματος Wavelength Add/Drop Multiplexer (WADM) WADM Κόμβος δρομολόγησης μηκών κύματος Wavelength Selective Crossconnect (WSXC) WSXC Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 46 Page 23

24 Τερματικός κόμβος DFB Lasers και διαμορφωτές λ1 λ2 λ3 λ4 λ5 λ6 λ7 Combiner 8 x 8 EDFA WTM To the network λ 8 λ λ 1 2 λ 8 Receiver Array DMUX EDFA From the network Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 47 Κόμβος προσθήκης/απαγωγής μ.κ. WADM λ 1 ΣΥΜΒΟΛΑ EDFA DMUX λ 2 λ N MUX EDFA 2x2 διακόπτης Εξασθενητής με βρόχο αυτομάτου ελέγχου Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 48 Page 24

25 Κόμβος δρομολόγησης μ.κ. Input 1 λ 1 λ 8 EDFA DMUX λ 1 MUX EDFA λ 1 λ 8 WSXC Output 1 Input 2 λ 1 λ 8 λ 8 λ 1 4x4 space switch λ 1 λ 8 Output 2 λ 8 Input 4 λ 1 λ 8 λ 1 λ 8 λ1 λ2 λ3 λ4 λ5 λ6 λ7 λ8 Servocontrolled attenuators λ 1 λ 8 Output 4 Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 49 Κόμβος δρομολόγησης μηκών κύματος Παθητικοί δρομολογητές : λ1,λ2,λ3 λ1,λ2,λ3 λ1,λ2,λ3 λ1,λ2,λ3 λ1,λ2,λ3 λ1,λ2,λ3 n 2 συνδέσεις χρησιμοποιώντας n μήκη κύματος grading Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 50 Page 25

26 Κόμβος δρομολόγησης μηκών κύματος Δυναμικοί δρομολογητές λ1,λ2,λ3 DMUX λ1 sw λ1,λ2,λ3 λ1,λ2,λ3 λ1,λ2,λ3 λ2 sw λ3 sw λ1,λ2,λ3 λ1,λ2,λ3 Ένας nxn μεταγωγός με m μήκη κύματος (n ζεύξεις, m μήκη κύματος) 1 λ1,λ2,. λm DMUX λ1 sw λ1,λ2,. λm 1 Χρειάζεται m nxn μεταγωγούς 2... n λ1,λ2,. λm.. λ1,λ2,. λm λ2 sw λm sw λ1,λ2,. λm. 2.. λ1,λ2,. λm.. n Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 51 WDM Αρχιτεκτονικές Δικτύου Συστήματα επικοινωνίας μεταξύ δύο σημείων (Point-to-point) Δίκτυα τοπολογίας δακτυλίου (ring) Δίκτυα τοπολογίας βρόγχου (mesh) Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 52 Page 26

27 Σύστημα επικοινωνίας μεταξύ δύο σημείων (point-to-point) λ Ν... λ1 Mux/Demux 120km Mux/Demux λ 1... λ Ν 600km Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 53 Αρχιτεκτονική Δακτυλίου (Ring Network Architecture) Electronic Equipment Central Office SONET or Other NE 2 Fiber WDM Ring 2 Fiber WADM (Wavelength Add-Drop Mux) Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 54 Page 27

28 Αρχιτεκτονική Βρόγχου (Mesh Network Architecture) Wavelength Cross-connect Wavelength Cross-connect Wavelength Cross-connect Wavelength Cross-connect Element Management System Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 55 Αρχιτεκτονικές Δικτύων WDM link Σενάριο Εξέλιξης WDM Ring WADM Inter-office Gbps/wavelength 8-32 wavelengths ADM SONET Ring Ring OXC Star WDM backbone Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 56 Page 28

29 Αρχιτεκτονικές Δικτύων WDM Backbone Network 32 λ 64 λ Metro WDM Network Access Network ATM Switch ATM/IP/SONET SONET Ring 64 λ IP Router Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 57 Κόστος Δικτύων (μεταξύ δύο σημείων) Capacity/Cable Exhaust H 1 large spare capacity 100 miles large spare capacity H large spare 2 capacity large spare capacity 3 large spare capacity Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 58 Page 29

30 Κόστος Δικτύων (μεταξύ δύο σημείων) WDM Terminal WDM... Terminal... H 1... H 2 4 Capacity/Cable Exhaust Relief 16 fold increase in capacity e.g 16 μήκη κύματος και ένας οπτικός ενισχυτής => οικονομία 16 ινών και 16 O/E/O αναγεννητές ($80K για κάθε σήμα Gbps) Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 59 Κόστος Δικτύων (δακτύλιοι) H 1 H Traffic: One between each CO and the two hubs Capacity/Cable Exhaust 1 Capacity/Cable Exhaust large spare capacity H 1 H miles 2 3 Capacity/Cable Exhaust Capacity/Cable Exhaust 4 large spare capacity Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 60 Page 30

31 Κόστος Δικτύων (δακτύλιοι) 4x 4x H 1 H 2 1. Backhoe Solution: Ψηλό κόστος -$6M 2. OC-192 TDM solution: 0 % spare capacity in network 10 Add/Drop Muxes Cost = 10 x $300K = $3M 3. WDM 16 λ Solution: 50 % spare capacity in network 6 Wavelength Add/Drop Muxes Cost = 6 x $375K = $2.25M H 1 H Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 61 Μείωση κόστους χρησιμοποιώντας οπτικούς δρομολογητές (μειώνοντας το μέγεθος των ηλεκτρονικών δρομολογητών) 50% Through Traffic 50% Through Traffic Number of Bays Number OC48s DCS Only OXC + DCS Cost in $ Thousands $6,000 $5,000 $4,000 $3,000 $2,000 $1,000 $ Number of OC48 DCS Only OXC + DCS Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 62 Page 31

32 Διασύνδεση Η/Υ Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 63 Οπτικές συνδέσεις σε Η/Υ Ι Σήμερα Σε 5-10 χρόνια Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 64 Page 32

33 Οπτικές συνδέσεις σε Η/Υ ΙΙ Ενσύρματη μετάδοση Το σχήμα δείχνει μια πρωτότυπη οπτική ζεύξη μεταξύ δύο πλακετών που χρησιμοποιούνται στον υπολογιστή ενός αεροπλάνου. Το κύκλωμα υλοποιήθηκε στα εργαστήρια της Daimler-Chrysler στο Ulm της Γερμανίας και λειτουργεί με ρυθμό σηματοδοσίας 1 Gb/s. Ηδιαμορφωμένη οπτική δέσμη ενός laser που βρίσκεται στη μια πλακέτα στέλνεται δια μέσου ενός συστήματος φακών, ενός πλαστικού κυματοδηγού και δυο καθρεφτών σε μια φωτοδίοδο στην κάτω πλακέτα. Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 65 Οπτικές συνδέσεις σε Η/Υ ΙΙI Ασύρματη μετάδοση Το σχήμα δείχνει μια πρωτότυπη οπτική ζεύξη 256 καναλιών μεταξύ δύο ολοκληρωμένων κυκλωμάτων CMOS. Το κύκλωμα υλοποιήθηκε στο Πανεπιστήμιο του San Diego. Χρησιμοποιεί μια συστοιχία από 256 lasers κάθετης κοιλότητας επιφανειακής εκπομπής (VCSELs), που είναι τοποθετημένα πάνω στο ένα ολοκληρωμένο, και που το καθένα εκπέμπει διαμορφωμένο φως με ρυθμό σηματοδοσίας 1 Gb/s σε διαφορετική φέρουσα συχνότητα. Το φως κατευθύνεται σε μια συστοιχία φωτοδιόδων που βρίσκεται στο άλλο ολοκληρωμένο δια μέσου ενός συστήματος φακών, φραγμάτων περίθλασης και ενός καθρέφτη. Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 66 Page 33

34 Μέρος Γ Οπτικές Τηλεπικοινωνίες Ένα λαμπρό μέλλον Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 67 Μεσοπρόθεσμη έρευνα Υψίρρυθμη μετάδοση σε μεγάλες αποστάσεις: > 40 Gb/s ανά οπτικό κανάλι ~10 Tb/s ανά οπτική ίνα ~10000 km Αμιγώς οπτικά δίκτυα (μεταγωγής κυκλωμάτων, πακέτων) Οπτικά ολοκληρωμένα κυκλώματα Μονολιθικά (νανοτεχνολογία, φωτονικοί κρύσταλλοι) Υβριδικά (μικρο-ελεκτρο-μηχανικά συστήματα) Νέα υλικά (π.χ. Οργανικοί ημιαγωγοί, πολυμερή πλαστικά) Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 68 Page 34

35 Ιδέες για μακροπρόθεσμη έρευνα Κβαντικές τηλεπικοινωνίες & κρυπτογραφία (τηλεμεταφορά) Χαοτικές τηλεπικοινωνίες Καινούριες εφαρμογές, απαιτητικές σε εύρος ζώνης... και σίγουρα, κάτι εντελώς αναπάντεχο που δεν το έχει σκεφθεί (;) ακόμη κανένας! Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 69 Πληροφορίες για το μάθημα Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 70 Page 35

36 Ύλη μαθήματος Ι Μέρος A : Συστατικά Εισαγωγή Οπτικές ίνες Οπτικοί Πομποί Οπτικοί Δέκτες Οπτικοί ενισχυτες Μέρος B : Συστήματα Φαινόμενα διάδοσης και τεχνικές αντιμετώπισής τους Σχεδίαση οπτικών συστημάτων με πολυπλεξία κατά μήκος κύματος Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 71 Ύλη μαθήματος ΙΙ Μέρος Γ : Δίκτυα Οπτική μεταγωγή Δρομολόγηση και ανάθεση μηκών κύματος Έλεγχος και διαχείριση των οπτικών δικτύων Σχεδίαση αμιγώς οπτικών δικτύων με πολυπλεξία μήκους κύματος και μεταγωγή κυκλώματος Μαθηματικό συμπλήρωμα Μαθηματική αναπαράσταση σημάτων και συστημάτων σε βασική ζώνη Στοχαστικές διαδικασίες Είδη θορύβων Είδη διαμόρφωσης Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 72 Page 36

37 Ελληνική Βιβλιογραφία Σύγγραμμα G. P. Agrawal, Συστήματα επικοινωνιών με οπτικές Ίνες, 2η έκδοση, Εκδ. Τζιόλα, Βοηθήματα Οπτικές τηλεπικοινωνίες P. E. Green, Δίκτυα οπτικών ινών, Εκδόσεις Παπασωτηρίου, Ν. Ουζούνογλου, Τηλεπικοινωνίες Οπτικών Ινών, Εκδόσεις Συμεών, Αθήνα Χ. Ι. Γεωργόπουλος, Οπτικές ίνες : Θεωρία κι εφαρμογές, Πάτρα, Α. Αλεξανδρής, Οπτικές Ίνες, Εκδ. Ίων, Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 73 Ξένη βιβλιογραφία I Προπτυχιακού επιπέδου Joseph C. Palais, Fiber optic communications, Prentice Hall, 4th edition, 1998, ISBN: John M. Senior, "Optical Fiber Communications : Principles and Practice", Prentice Hall, 1993, ISBN : John Gowar, Optical Communication Systems, Prentice Hall, 2nd edition, 1993, ISBN: Gerd Keiser, Optical fiber communication, McGraw-Hill, 1983, ISBN: Wim Van Etten and Jan Van Der Plaats, Fundamentals of optical fiber communications, Prentice Hall, 2nd edition, 1991, ISBN: Robert M. Gagliardi and Sherman Karp, Optical Communications, Wiley, 2nd edition, 1995, ISBN: Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 74 Page 37

38 Ξένη βιβλιογραφία II Μεταπτυχιακού επιπέδου Govind Agrawal, Nonlinear Fiber Optics, Academic Press, 3 edition, 2001, ISBN: Govind Agrawal, Applications of Nonlinear Fiber Optics, Academic Press, 2001, ISBN: Eugenio Iannone, Francesco Matera, Antonio Mecozzi, and Marina Settembre, Nonlinear Optical Communication Networks, Wiley, 1998, ISBN: Ivan Kaminow and Tingye Li, Optical Fiber Telecommunications IV-B: Systems and Impairments, Academic Press, 4th edition, 2002, ISBN: L. Kazovsky, S. Benedetto, and A. Willner, "Optical Fiber Communication Systems", Artech House, 1996, ISBN : Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 75 Ξένη βιβλιογραφία III Οπτικά δίκτυα T. Stern and K. Bala, Multiwavelength Optical Networks, Prentice Hall, Rajiv Ramaswami and Kumar Sivarajan, Optical Networks: A Practical Perspective, Morgan Kaufmann, 2nd edition, 2001, ISBN: Biswanath Mukherjee, Optical Communication Networks, Hussein T. Mouftah and Pin-Han Ho, Optical Networks: Architecture and Survivability, Kluwer Academic Publishers, 2002, ISBN: Γ. Έλληνας, Διάλεξη 1, σελ. 76 Page 38