Μελέτη τοπικών δικτύων που βασίζονται σε ενσύρματα και ασύρματα οπτικά μέσα
Authors: Ράπτης Νικόλαος 
Published: September 2021

Στη παρούσα διατριβή καλύφθηκαν δύο θεματικές ενότητες στις οποίες εξετάστηκε η δυνατότητα ανάπτυξης ζεύξεων που βασίζονται σε οπτικές τεχνολογίες για την κάλυψη μικρών αποστάσεων. Η πρώτη θεματική ενότητα αφορά ενσύρματες μεταδόσεις με χρήση πλαστικών οπτικών ινών με πυρήνα διαμέτρου 980 μm κατασκευασμένες από PMMA για την κάλυψη δεκάδων μέτρων σε εσωτερικούς χώρους. Αυτό που εξετάστηκε ήταν κατά πόσο είναι εφικτή η επέμβαση απευθείας στις πλαστικές ίνες, ώστε να αντιμετωπιστούν οι σχετικά υψηλές απώλειες και το περιορισμένο εύρος ζώνης τους. Αυτά που προέκυψαν ήταν η αύξηση του εύρους ζώνης κατά περίπου 40% και μία μικρή μείωση των απωλειών των τμημάτων ινών που υπέστησαν μία συγκεκριμένη διαδικασία θέρμανσης. Τα επικερδή αποτελέσματα προέκυψαν υπό την προϋπόθεση ότι η πηγή laser και η ίνα είναι άμεσα συνδεδεμένες, με τη δέσμη να εισέρχεται εστιασμένη στο κέντρο της ίνας. Ωστόσο, όταν η δέσμη κάλυπτε την επιφάνεια του πυρήνα, το κέρδος στο εύρος ζώνης εξαφανιζόταν, ενώ παρέμενε μία μικρή μείωση των απωλειών. Η ερμηνεία των φαινομένων επιβεβαιώθηκε και θεωρητικά μέσω προσομοιώσεων. Στη δεύτερη θεματική ενότητα, που αφορά τις οπτικές ασύρματες μεταδόσεις σε εξωτερικό περιβάλλον, ο στόχος ήταν η κάλυψη μικρών αποστάσεων σε χαμηλούς ρυθμούς δεδομένων. Οι απαιτήσεις που τέθηκαν ήταν η έλλειψη οπτικής επαφής μεταξύ πομπού και δέκτη και η περιορισμένη υποβάθμιση της λειτουργίας των ζεύξεων λόγω της ηλιακής ακτινοβολίας. Μία μπάντα που καλύπτει και τις δύο προϋποθέσεις βρίσκεται μεταξύ 200 nm και 280 nm. Αρχικά, η μελέτη περιλάμβανε τη μοντελοποίηση καναλιών για ζεύξεις δύο σημείων στα 265 nm. Επίσης, θεωρήθηκαν μεταδόσεις παλμικών σημάτων και σημάτων πολλαπλών φερόντων, ενώ μοντελοποιήθηκε και η λειτουργία μίας απλής δικτυακής υποδομής. Επιπλέον, τέθηκε το ζήτημα της λειτουργίας υπό καθεστώς πυκνότερης ατμόσφαιρας, όπως με την εμφάνιση ομίχλης, και τα αποτελέσματα έδειξαν σημαντική μείωση των απωλειών και βελτίωση στο εύρος ζώνης. Όσον αφορά τις θεωρητικές μεταδόσεις σημάτων, το αποτέλεσμα της διάδοσης μέσα από το πυκνότερο μέσο ήταν η μείωση των απαιτούμενων επιπέδων ισχύος εκπομπής και ο περιορισμός της αλληλοπαρεμβολής συμβόλων. Τα χαμηλότερα επίπεδα ισχύος εκπομπής υπό πυκνή ατμόσφαιρα επιβεβαιώθηκαν και στην περίπτωση του δικτυακού σεναρίου. Στο πειραματικό κομμάτι, εγκαταστάθηκαν ζεύξεις δύο σημείων. Στο οπτικό τμήμα, ο πομπός αποτελούνταν από LEDs στα 265 nm και ο δέκτης από ένα φίλτρο και ένα φωτοπολλαπλασιαστή. Το πρώτο στάδιο περιλάμβανε τη μέτρηση των απωλειών υπό καθαρή ατμόσφαιρα μέχρι και τα 20 μέτρα. Με την εισαγωγή τεχνητής ομίχλης στο μέσο, προέκυψε καθαρή πτώση των απωλειών. Σε κάποιες ζεύξεις, η μείωση των απωλειών ξεπέρασε τα 7 dB, ενώ υπήρχαν και περιπτώσεις σχηματισμών όπου οι ελάχιστες τιμές των απωλειών ήταν ακόμα και πάνω από 10 dB μικρότερες σε σχέση με την καθαρή ατμόσφαιρα. Το δεύτερο στάδιο των μετρήσεων περιλάμβανε την αξιολόγηση των επιδόσεων ζεύξεων μέχρι 20 μέτρα όσον αφορά τον ρυθμό σφαλμάτων bits για διάχυτες μεταδόσεις σημάτων διαμορφωμένων κατά ένα παλμικό (4-PPM) και κατά ένα σχήμα πολλαπλών φερόντων (Flip-OFDM) σε ρυθμό 10 kbit/s, όπου φάνηκε η ανωτερότητα του 4-PPM λόγω της βέλτιστης διαδικασίας φώρασης. Με την εμφάνιση τεχνητής ομίχλης προέκυψε η αναμενόμενη πτώση του ρυθμού σφαλμάτων bits τόσο για το 4-PPM όσο και για το Flip-OFDM. Η πτώση αυτή ξεπερνούσε σε κάποιες περιπτώσεις ζεύξεων ακόμα και τις δύο τάξεις μεγέθους. Τέλος, εξετάστηκε η επίδραση της ομίχλης σε ζεύξεις με οπτική επαφή πομπού-δέκτη, όπου ο δέκτης αποτελούνταν από ένα φακό και μία φωτοδίοδο pin. Η επίδραση της ομίχλης ήταν αρνητική επιδεινώνοντας τόσο τις απώλειες όσο και το ρυθμό σφαλμάτων bits.