Υψίρρυθμα Οπτικά Συστήματα Μετάδοσης Άμεσης Φώρασης Σε Μητροπολιτικά Δίκτυα

Abstract

Η ανοχή στη διασπορά ενός οπτικού σήματος μειώνεται δραματικά καθώς αυξάνεται ο ρυθμός μετάδοσης και έτσι τα συστήματα υψηλών ρυθμών επηρεάζονται σημαντικά από ανεπαρκώς προσαρμοσμένη αντιστάθμιση διασποράς. Η λύση της τοποθέτησης ινών αντιστάθμισης διασποράς ανά τακτά διαστήματα κατά μήκος μιας ζεύξης κρίνεται στατική και μη ευέλικτη, καθώς προϋποθέτει ότι η τιμή της διασποράς πρέπει να είναι γνωστή εκ των προτέρων. Αντίθετα, η χρήση ηλεκτρονικών εξισωτών παρέχει στο οπτικό σύστημα μια περισσότερο προσαρμοστική λύση στην αντιστάθμιση της διασποράς. Για το σκοπό αυτό μελετήθηκαν μέθοδοι βελτίωσης της ποιότητας του σήματος τόσο όταν η αντιστάθμιση της διασποράς γίνεται αποκλειστικά μέσω ηλεκτρονικών μεθόδων στο δέκτη, όσο και με συνδυασμό ηλεκτρονικών εξισωτών και μεθόδων οπτικής αντιστάθμισης. Βασικός στόχος ήταν η αναζήτηση του βέλτιστου συνδυασμού ανάμεσά τους, ώστε να διατηρηθεί όσο το δυνατόν χαμηλότερο το κόστος υλοποίησης. Ένας από τους βασικούς σκοπούς της διδακτορικής διατριβής ήταν η επίδειξη της δυνατότητας αναβάθμισης ενός ήδη υπάρχοντος συστήματος που λειτουργεί στα 10 Gb/s, σε μεγαλύτερους ρυθμούς μετάδοσης, χωρίς την ανάγκη αλλαγής της εγκατεστημένης υποδομής, τροποποιώντας μόνο τα τερματικά που βρίσκονται στα άκρα του δικτύου (πομπός-δέκτης). Ταυτόχρονα, κρίνεται σημαντική και η επίδειξη της δυνατότητας αύξησης του συνολικού μήκους μετάδοσης χωρίς την ανάγκη αναγέννησης του σήματος. Για το σκοπό αυτό μελετήθηκαν διαφορετικά μεγέθη εξισωτών κλασματικής απόστασης με επίβλεψη: (α) συμβόλων γραμμικής παραμετροποίησης και (β) ακολουθίας μέγιστης πιθανοφάνειας. Πιο συγκεκριμένα, οι βασικές κατηγορίες εξισωτών που ερευνήθηκαν είναι: 1. Decision Feedback Equalizer (DFE), 2. Volterra Decision Feedback (VDFE), 3. Maximum Likelihood Sequence Equalizers (MLSE), Η παραπάνω μελέτη επεκτάθηκε και για περισσότερο προηγμένα σχήματα διαμόρφωσης (DPSK,DQPSK) καταλήγοντας σε παρόμοια συμπεράσματα τόσο για συστήματα 10 Gb/s, όσο και για 40 Gb/s. Ωστόσο, καθώς αυξήθηκε η πολυπλοκότητα του ζευγαριού πομπού/δέκτη (λόγω σύνθετων τρόπων διαμόρφωσης) παρατηρήθηκε ότι το κόστος υλοποίησης των εξισωτών αύξανε δραματικά. Έτσι, χρησιμοποιώντας τεχνικές μείωσης πολυπλοκότητας εισήχθησαν στην έρευνα μας εξισωτές που παρά τη αρκετά μειωμένη πολυπλοκότητα, εξακολουθούν να φέρουν εξαιρετικές επιδόσεις που δε διαφέρουν σημαντικά από τις πλήρεις εκδοχές τους. Όλοι οι παραπάνω στόχοι, ερευνήθηκαν τόσο στις περιπτώσεις των εμπορικά διαθέσιμων τρόπων διαμόρφωσης, όσο και σε περισσότερο προηγμένα σχήματα διαμόρφωσης, είτε πρόκειται για μονοκάναλα, είτε για πολυκάναλα συστήματα. Ιδιαίτερα για την περίπτωση των πολυκάναλων συστημάτων μελετήθηκαν συστηματικά οι επιδόσεις του κεντρικού καναλιού, το οποίο φέρει και τη χειρότερη απόδοση ως προς τα μη γραμμικά φαινόμενα, δίνοντας μας έτσι μια εικόνα για το επίδοση του worst case σεναρίου. Αξίζει να σημειωθεί ότι παράλληλα με την επίδοση των ηλεκτρονικών εξισωτών όσον αφορά τη δυνατότητα αντιστάθμισης της χρωματικής διασποράς, ερευνήθηκε και η δυνατότητα τους να αντισταθμίσουν την διασπορά τρόπου πόλωσης (PMD), στην οποία επίσης εμφάνισαν εξαιρετικά καλή απόδοση. Ειδικότερα δε, καθώς η PMD αποτελεί ένα στοχαστικό μέγεθος που δεν μπορεί να είναι γνωστό εκ των προτέρων, η συνεισφορά των ηλεκτρονικών εξισωτών κρίνεται ιδιαίτερα σημαντική μιας και η στατική της διαχείριση δεν μπορεί να αποτελέσει λύση.