Ανάπτυξη φωτονικών συστημάτων για εφαρμογή σε ευρυζωνικά οπτικά δίκτυα πρόσβασης νέας γενιάς

Abstract

The objective of the present PhD thesis is the development of techniques and subsystems adapted to the requirements of next generation optical access networks. Within this framework, the thesis focuses on the study, development and experimental demonstration of novel solutions regarding the design of customer premises, data transmission between users and user mobility. The implementations span over a wide range and contribute greatly to the fulfillment of next-generation photonic networks, since they are optimized in terms of transmission performance, energy efficiency, cost and integration capability. An all-optical carrier recovery technique, based on a passive resonating circuit for wavelength reuse and remodulation, in loopback access networks is demonstrated. The technique is applied in WDM-PONs with RSOA-based optical network units (ONU), showing that it is efficient and flexible to be applied to different downstream signals (non-/chirped ASK and multilevel signals) with full-duplex high data rate transmission. Moreover, a colorless ONU comprised of a Fabry–Pérot filter (FPF) and a semiconductor optical amplifier (SOA) for all-optical clock recovery of the downstream signal is proposed, which allows wavelength reuse of the downstream signal for upstream remodulation, achieving full-duplex 10 Gb/s symmetrical data rate with extended reach. This technique is further used to avoid in-band Rayleigh backscattering through wavelength shifting. Furthermore, a technique for optical intra-network data transmission between different users, through cognitive wavelength routing, in metro-access networks is presented. Finally, in radio-over-fiber networks, an optical dynamic capacity allocation scheme for handoff, using moving extended cells, is demonstrated and also a technique of optical frequency multiplication, for delivery of wireless heterogeneous services over a single optical carrier to two users, is proposed.

Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη τεχνικών και υποσυστημάτων προσαρμοσμένων στις απαιτήσεις των οπτικών δικτύων πρόσβασης νέας γενιάς. Σε αυτό το πλαίσιο, η διατριβή εστιάζει στη μελέτη, ανάπτυξη και πειραματική υλοποίηση πρωτότυπων λύσεων στη σχεδίαση των δομών του χρήστη, τη μετάδοση δεδομένων ανάμεσα στους χρήστες και την κινητικότητά τους. Οι υλοποιήσεις καλύπτουν μεγάλο εύρος και συνεισφέρουν σημαντικά στην ανάπτυξη φωτονικών δικτύων πρόσβασης νέας γενιάς, καθώς είναι βελτιστοποιημένες όσον αφορά την επίδοση μετάδοσης, την ενεργειακή αποδοτικότητα, το κόστος και τη δυνατότητα ολοκλήρωσής τους. Πιο συγκεκριμένα, παρουσιάζεται μία τεχνική αμιγώς οπτικής ανάκτησης φέρουσας βασισμένη σε παθητικό οπτικό φιλτράρισμα, για επαναχρησιμοποίηση μήκους κύματος και επαναδιαμόρφωση σε δίκτυα πρόσβασης. Η τεχνική εφαρμόζεται σε πλήρως αμφίδρομα δίκτυα πολυπλεξίας μήκους κύματος, με μονάδες οπτικού δικτύου που βασίζονται σε ημιαγώγιμους ανακλαστικούς οπτικούς ενισχυτές, ενώ αποδεικνύεται ότι είναι κατάλληλη για εφαρμογή σε διαφορετικού τύπου συρρευματικά σήματα, επιδεικνύοντας υψηλό ρυθμό μετάδοσης δεδομένων. Επιπλέον, υλοποιείται μία διαφανής στο μήκος κύματος μονάδα οπτικού δικτύου, που αποτελείται από ένα φίλτρο Fabry–Pérot και έναν ημιαγώγιμο οπτικό ενισχυτή, για αμιγώς οπτική ανάκτηση του ρολογιού του συρρευματικού σήματος και επαναδιαμόρφωσή του, για μετάδοση του αντιρρευματικού σήματος, η οποία εφαρμόζεται σε πλήρως αμφίδρομα δίκτυα με συμμετρική ταχύτητα 10 Gb/s. Αυτή η τεχνική χρησιμοποιείται και για την αποφυγή του θορύβου σκέδασης Rayleigh μέσω μετατόπισης του μήκους κύματος. Επιπροσθέτως, παρουσιάζεται μέθοδος για οπτική μετάδοση δεδομένων ανάμεσα σε χρήστες μέσω επιλεκτικής στο μήκος κύματος δρομολόγησης. Αυτή η τεχνική παρέχει τη δυνατότητα εγκατάστασής της σε μητροπολιτικά δίκτυα και σε δίκτυα πρόσβασης. Τέλος, σε radio-over-fiber δίκτυα παρουσιάζεται μέθοδος δυναμικής ανάθεσης μήκους κύματος για διαχείριση των μεταβάσεων των χρηστών σε διαφορετικές κυψέλες και χρησιμοποιείται η τεχνική του οπτικού πολλαπλασιασμού συχνότητας για μετάδοση ετερογενών υπηρεσιών μέσω μίας οπτικής φέρουσας προς δύο χρήστες.