Π.Μ.Σ. ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ & ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΤΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΕΙΔΙΚΗ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ WDM over POF ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΣΤΟ ΔΙΚΤΥΟ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΚΙΝΗΤΗΣ ΤΗΛΕΦΩΝΙΑΣ Μπανιάς Κωνσταντίνος ΑΜ.55 1
ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΩΝ POF Χαμηλό κόστος. Μεγάλος πυρήνας-αριθμητικό ριθμητικό άνοιγμα Υψηλή απόδοση σύζευξης. Εύκολες στην εγκατάσταση λόγω της μεγάλης διαμέτρου του πυρήνα Δεν απαιτείται ειδικός εξοπλισμός ακριβείας. Γινόμενο B*L>2 Gbit/s-Km εξαιτίας του προφίλ διαβαθμισμένου δείκτη διάθλασης. Χρήση για μεταφορά δεδομένων: Ρυθμός μετάδοσης B>1Gbit/s σε αποστάσεις L<1 km. Οι GI-POF ιδανική λύση για τη μεταφορά δεδομένων μεταξύ υπολογιστών σε τοπικά δίκτυα. Εγκαθίστανται σε αυτοκίνητα, πολυώροφα κτίρια. 2
ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΤΩΝ ΔΙΑΦΟΡΩΝ ΙΝΩΝ Σχ.1 SI-SMF, SI-MMF, GI-MMF. 3
ΜΟΝΤΕΛΟ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ POF Στόχος: O υπολογισμός της κρουστικής απόκρισης και της διασποράς της GI-POF POF. Βασίζεται: Σε μαθηματικές εξισώσεις που με την χρήση εντολών προγραμματισμού σε C, Matlab &Mathematica Υπολογισμός μεγεθών r(λ, z) και σ. Καθυστέρηση τρόπων μετάδοσης T m ( λ) = N1( λ) 1 c [ + ε ( λ) ] Δ( λ) 1 α + 2 m M ( λ) Τ m (λ): Καθυστέρηση του τρόπου μετάδοσης m σε μήκος κύματος λ. α: Εκθετικός δείκτης πυρήνα. M(λ): Αριθμός των τρόπων μετάδοσης σε μήκος κύματος λ. 2α α + 2 m 1 2Δ( λ) ( ) M λ 2α a+ 2 1 2 (1) 4
ΜΟΝΤΕΛΟ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ POF Δ(λ): Κλασματική μεταβολή του δείκτη διάθλασης. ε(λ): Παράμετρος διασποράς. N 1 (λ): Δείκτης διάθλασης ομάδας. Eξασθένιση τρόπων μετάδοσης A m z : Mήκος της ίνας ( λ, z) (2) γ m (λ): Σχετική εξασθένιση κάθε τρόπου μετάδοσης Κρουστική απόκριση = e γ m ( λ ) z r( λ, z) = M ( λ ) m= 1 A m ( λ, z) dt ( 1) m dt ( t) (3) 5
ΜΟΝΤΕΛΟ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ POF ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΡΟΥΣΤΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ Κρουστική Απόκριση για διάφορες τιμές του εκθετικού δείκτη α. 7 a=2.1 8 a=2.4 104 a=3.0 10 x 104 Impulse Response of PMMA-BEN doped POF a=3.5 R(lamda) R(lamda) 6 79 8 6 5 7 5 46 4 5 3 34 2 3 2 2 1 0 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 lamda[m] x 10-7 -7 6
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η κρουστική απόκριση που προκύπτει έχει την επιθυμητή μορφή μιας συνάρτησης Gauss. Με αύξηση του εκθετικού δείκτη a προκύπτει μια αντίστοιχη αύξηση της μέγιστης τιμής της κρουστικής απόκρισης. Πιθανότερη αιτία α Μ(λ) γ m Α m Rmax Με αύξηση του εκθετικού δείκτη παρατηρείται μια αύξηση του φασματικού εύρους της κρουστικής απόκρισης. 7
ΜΟΝΤΕΛΟ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ POF ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΔΙΑΣΠΟΡΑΣ Η διασπορά υπολογίζεται από την εξίσωση τ ( z ) = M M 1 0 ( z) ( z) σ tot ( z) = M M 2 0 ( z) 2 τ ( z) ( z) (5) n M ( z) = t r( t, z) dt (6) 1 Για λ=λ 1 =620 nm λ = Τ t ) t = T ( ) 1 m ( 1 1 m λ1 n (4) 1 Για λ=λ 2 =680 nm λ = Τ t ) t = T ( ) 2 m ( 2 2 m λ2 0 M n ( z) = M ( λ ) m= 1 t 2, m t1, m t n A m [ T dt dt 1 1 m ( ) m ( t), z] t dt (7) 8
ΜΟΝΤΕΛΟ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ POF ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΔΙΑΣΠΟΡΑΣ 1.4 x 10-9 1.2 1 Dispersion 0.8 0.6 0.4 0.2 0 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4 3.6 3.8 4 a [Exponent index] Σχ.2 Μεταβολή της διασποράς ως συναρτήση του εκθετικού δείκτη a. 9
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Για τιμές του α μικρότερες ή μεγαλύτερες της τιμή α=2.3, η διασπορά αυξομειώνεται συνεχώς. Το γεγονός αυτό καθιστά το μοντέλο μη αξιόπιστο καθώς δεν έχει τα επιθυμητά αποτελέσματα. Κανονικά θα είχαμε μια ελάχιστη διασπορά για α=2.3 και εκατέρωθεν σ>σ min. Πιθανά αίτια: Η εξάρτηση του μοντέλου από το βήμα σάρωσης της περιοχής [620,680] nm. Η διακριτοποίηση που γίνεται στον υπολογισμό των ολοκληρωμάτων. 10
1 ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΜΕ POF Σχ.3 Σύστημα μετάδοσης 10 Gbps με χρήση πομπού Laser, στα 568 nm, μέσω GI-POF PMMA-BEN doped και δέκτη APD. 11
1 ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΜΕ POF Επιλογή Πομπού Laser DFB : Προτιμούνται, σε σύγκριση με τις LED, για υψηλότερους ρυθμούς μετάδοσης B>1 Gbit/s. Επιλογή Δέκτη Φωτοδίοδος APD : Έχει μεγαλύτερες τιμές αποκρισιμότητας R σε σχέση με την φωτοδίοδο pin. Προτιμάται σε όλες τις εφαρμογές με υψηλούς ρυθμούς δεδομένων. Επιλογή ίνας PMMA-BEN doped Εμφανίζει μικρότερες τιμές διασποράς σε σύγκριση με τις υπόλοιπες POF. 12
ΡΥΘΜΙΣΕΙΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΩΝ Επιλέγονται οι αντίστοιχοι συντελεστές εξασθένισης a[db/km] στην περιοχή μηκών κύματος. Eπιλέγονται οι αντίστοιχοι συντελεστές Sellmeir που αντιστοιχούν στο υλικό PMMA-BEN doped. Επιλέγονται η κλασματική μεταβολή δείκτη διάθλασης Δ, το προφίλ (Graded) και η μέγιστη τιμή δείκτη διάθλασης, η διάμετρος πυρήνα (1960 μm). Επιλέγεται συγκεκριμένη συχνότητα εκπομπής πομπού. Επιλέγεται η φωτοδίοδος APD στον δέκτη. 13
1 ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΜΕ POF ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Αποτελέσματα ισχύος Φάσμα σήματος εισόδου Φάσμα σήματος εξόδου για L=100 L=150 L=225 L=300 m 14
1 ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΜΕ POF ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Διαγράμματα Ισχύος-Μήκους Κύματος Εμφανίζεται ένας κεντρικός λοβός & η μέγιστη ισχύς σε μήκος κύματος λ 1 = 567.61 nm. Μείωση της μέγιστης ισχύος Αιτία : Eξασθένιση της ίνας 69 db/km (1.725 db/25 m.) Για μήκος L>175 m 2 πλευρικοί λοβοί οί στα 567.52 nm, 567.69 nm. Για μήκος L>250 m 4 πλευρικοί λοβοί οί στα 567.52 nm,, 567.54 nm και στα 567.68 nm,, 567.69 nm. 15
1 ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΜΕ POF ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Διαγράμματα ματιού Διάγραμμα ματιού για μήκος POF L=150m. L=100m. L=225m. L=300m. 16
1 ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΜΕ POF ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Διαγράμματα ματιού Για L 225 m : Ποιότητα λήψης του δέκτη Ικανοποιητική - Διακρίνονται ευκρινώς οι παλμοί του 1 και του 0. Για L>225 m : Εμφάνιση παλμών με τα εξής χαρακτηριστικά Μεγάλη χρονική διάρκεια Μικρότερο πλάτος Μεγάλη παραμόρφωση διαγράμματος ματιού Συμπέρασμα: Σωστή αναγνώριση παλμών Aδύνατη. 17
1 ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΜΕ POF ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Διαγράμματα Ισχύος-χρόνου χρόνου Σήμα εισόδου Λαμβανόμενο σήμα για L=100m. L=225 L=300 L=150m. 18
1 ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΜΕ POF ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Διαγράμματα Λαμβανόμενου σήματος-χρόνου Όσο αυξανεται το μήκος της ίνας αυξάνεται και η διακύμανση του πλάτους των παλμών. Όσο αυξάνεται το μήκος της ίνας Χρονική διεύρυνση των παλμών μετάδοσης Αίτια ίτια: Διασπορά τρόπων Δt Χρωματική διασπορά mod = L 1 2 c n cladd A 2 N L 1 n c core Δ (8) Δt max = 2 λ d n( λ) L Δλ 2 c dλ (9) 19
2 ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΜΕ POF Σχ.4 Σύστημα μετάδοσης 10 Gbit/s με πομπό Laser, στα 516 nm, μέσω GI-POF PMMA-BEN doped και δέκτη APD. 20
2 ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΜΕ POF ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Αποτελέσματα ισχύος Φάσμα σήματος εισόδου Ισχύς εξόδου POF για L=350 L=225m. L=100 21
2 ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΜΕ POF ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Διαγράμματα Ισχύος-Μήκους Κύματος Εμφανίζεται ένας κεντρικός λοβός & η μέγιστη ισχύς σε μήκος κύματος λ 2 = 515.64 nm. Μείωση της μέγιστης τιμής της ισχύος Αιτία : Eξασθένιση της ίνας 73 db/km (ή 1.82 db/ 25 m). Για μήκος 150 L 200 m 2 πλευρικοί λοβοί οί στα 516.58 nm και στα 516.71 nm. Για μήκος 200 L 275 m 4 πλευρικοί λοβοί οί 516.58 nm,, 516.59 nm και στα 516.70 nm,, 516.71 nm. 22
2 ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΜΕ POF - ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Σήμα εισόδου για L=100m. Λαμβανόμενο σήμα για L=100m. L=225m. L=350m. 23
2 ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΜΕ POF ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Διαγράμματα Λαμβανόμενου σήματος-χρόνου Όσο αυξανεται το μήκος της ίνας αυξάνεται και η διακύμανση του πλάτους των παλμών. Όσο αυξάνεται το μήκος της ίνας Χρονική διεύρυνση των παλμών μετάδοσης. Αίτια: Διασπορά τρόπων, Χρωματική διασπορά. 24
2 ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΜΕ POF ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Διαγράμματα ματιού Διάγραμμα ματιού για μήκος POF L=350 L=225 L=100 m. 25
2 ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΜΕ POF - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Διαγράμματα ματιού Για L 225 m : Ποιότητα λήψης του δέκτη Ικανοποιητική Διακρίνονται ευκρινώς οι παλμοί του 1 και του 0. Για L>225 m : Εμφάνιση παλμών με τα εξής χαρακτηριστικά Μεγάλη χρονική διάρκεια Μικρότερο πλάτος Μεγάλη παραμόρφωση διαγράμματος ματιού Σωστή αναγνώριση παλμών Αδύνατη. 26
3 ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΜΕ POF ΜΕ ΠΟΛΥΠΛΕΞΙΑ WDM Σχ.5 Σύστημα μετάδοσης 10 Gbps με πομπούς Laser,στα 516 nm & 568 nm, με WDM, μέσω GI-POF PMMA-BEN doped και δέκτη APD. 27
3 ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΜΕ POF - ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Διαγράμματα ματιού 1 οο Κανάλι-516 nm Μήκος POF 150 225 100 m 2 ο Κανάλι-568 nm Μήκος POF 100 150 225 m. 28
3 ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΜΕ POF - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στα διαγράμματα ματιού διακρίνονται ευκρινώς οι παλμοί του και του 0. Για L 240 m: Η ποιότητα λήψης του δέκτη παραμένει Ικανοποιητική για τα 2 κανάλια. Για L>250 m: Tα διαγράμματα ματιού παραμορφώνονται πλήρως γεγονός που καθιστά την σωστή αναγνώριση, μη εφικτή. 29
3 ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΜΕ POF ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ BER 1.4 x 10-10 BER-Estimation-Channel 1 vs POF Length 1.2 x 10-15 BER Estimation-Channel 2 vs POF Length 1.2 1 1 0.8 0.8 BER 0.6 BER 0.6 0.4 0.4 0.2 0.2 0 100 120 140 160 180 200 220 240 L(m) 0 100 120 140 160 180 200 220 240 L(m) Διάγραμμα BER-L 1 ο κανάλι Διάγραμμα BER-L 2 ο κανάλι 30
1 ο Κανάλι 3 ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΜΕ POF ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Για L 230 m BER 1*10 10-11 Για 230 L 240m Aπότομη αύξηση του BER μέχρι 1.2*10-10 Για L>240 m BER>10-9 Μη αξιόπιστη λήψη 2 ο Κανάλι Για L 230 m BER 1*10 < 10-9 Για 230 L 240m Aπότομη αύξηση του BER μέχρι 0.9*10-15 Για L>240 m BER>10-9 Μη αξιόπιστη λήψη Γενικά BER Channel 1 >BER Channel 2 Αιτία : YψηλότερηY εξασθένιση 1 ου καναλιού (73 db/km Km) σε σχέση με το 2 ο κανάλι (69 db/km Km). Και στα 2 κανάλια έχουμε επιτυχή μετάδοση μέχρι 240 m. 31
3 ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΜΕ POF ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ Q 60 Q Estimation-Channel 1 vs POF Length 70 Q Estimation-Channel 2 vs POF Length 50 60 40 50 Q Estimation 30 Q Estimation 40 30 20 20 10 10 0 100 120 140 160 180 200 220 240 L(m) Διάγραμμα Q-L 1 ο Kανάλι 0 100 120 140 160 180 200 220 240 L(m) Διάγραμμα Q-L 2 ο Kανάλι 32
3 ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΜΕ POF ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 1 ο Κανάλι Για L=100 m Q 1 =Q =Q 1max =58 Για L>100 m Εκθετική μείωση Για L=240 m Q 1 ~7 2 ο Κανάλι Για L=100 m Q 2 =Q 2max =61 Για L>100 m Εκθετική μείωση Για L=240 m Q 2 ~8 Γενικά Q Channel 2 >Q Channel 1 Αιτία: H ποιότητα λήψης, άρα και η απόδοση στο 2 ο κανάλι είναι καλύτερη τερη. 33
3 ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΜΕ POF ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΚΑΤΩΦΛΙΟΥ ΑΠΟΦΑΣΗΣ 8 x 10-5 Decision Threshold-Channel 1 vs POF Length 9 x 10-5 Decision Threshold-Channel 2 vs POF Length 7 8 6 7 Decision Threshold 5 4 3 Decision Threshold 6 5 4 2 3 1 2 0 100 120 140 160 180 200 220 240 L(m) 1 100 120 140 160 180 200 220 240 L(m) Διάγραμμα Threshold-L 1 o Kανάλι Διάγραμμα Threshold-L 2 ο Kανάλι 34
3 ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΜΕ POF ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Για το 1 ο κανάλι: L=100 m Tο κατώφλι απόφασης έχει την μέγιστη τιμή (7.5*10-5 ) L>100 m Σταδιακή μείωση L=240 m Tο κατώφλι απόφασης έχει την ελάχιστη τιμή (0.9*10-5 ) Η εξασθένιση έχει ως αποτέλεσμα την μείωση του πλάτους των παλμών Μείωση του κατωφλίου απόφασης ώστε να επιτευχθεί καλύτερη αναγνώριση. Για το 2 ο κανάλι: L=100 m Tο κατώφλι απόφασης έχει την μέγιστη τιμή (8.5*10-5 ) L>100 m Σταδιακή μείωση L=240 m Tο κατώφλι απόφασης έχει την ελάχιστη τιμή (1.1*10-5 ) Στο 1 ο κανάλι το κατώφλι απόφασης είναι εμφανώς μικρότερο. Αιτία: Mεγαλύτερη εξασθένιση. 35
ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ Τα αποτελέσματα αποδεικνύουν τα καλά χαρακτηριστικά των POF στην μετάδοση και ιδιαίτερα της PMMA-BEN doped GI-POF POF. Περιορισμοί : Mήκος ίνας Αξιόπιστη μετάδοση εφικτή για μήκος ίνας L~240 m. Η ίνα PMMA-BEN doped GI-POF μπορεί κάλλιστα να χρησιμοποιηθεί για εφαρμογές τοπικών δικτύων όπως στο Δίκτυο Μετάδοσης Κινητής Τηλεφωνίας. Η συγκεκριμένη κατηγορία οπτικών ινών χρήζει περαιτέρω εργαστηριακής έρευνας και επιστημονικού ενδιαφέροντος. Υλοποίηση συστήματος μετάδοσης 2.5 Gbit/s μέσω PMMA-GI GI-POF, Πανεπιστήμιο Eindhoven. Υλοποίηση συστήματος μετάδοσης 10 Gbit/s μέσω PF-GI GI-POF 220 m Παγκόσμιο συνέδριο για τις POF, Τορίνο νο, Σεπτέμβριος 2007. 36
ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΕΣ 37
38
ΤΕΛΟΣ ΣΑΣ ΕΥΧΑΡΙΣΤΩ! 39