Theoretical and experimental analysis of a burst-mode wavelength converter for access and 5G networks
Creators: name: Τσακυρίδης, Απόστολος Ευστράτιου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2019
Subjects: Μετατροπή μήκους κύματος
Παθητικά Οπτικά Δίκτυα
Ημιαγώγιμος Οπτικός Ενισχυτής σε συμβολόμετρο Mach-Zehnder
Wavelength Conversion
Passive Optical Networks
Semiconductor Optical Amplifier- Mach-Zehnder Interferometer

description: In recent years, much of the research activity in the field of access networks and 5G networks has focused on cost-efficient architectures with the simultaneous increase in bandwidth. Most publications conclude on the use of fiber optics on long-reach networks with a high split ratio so that many customers can simultaneously receive the packets they have requested in a very short time. One of the proposed architectures, which is supposed to be the most prevalent to implement, is passive optical networks (PONs) because it is a point-to-multipoint topology, low cost and avoids overloading the network. On the other hand, in conventional PON architectures is not provided wavelength conversion, which is mainly used to simultaneously serve multiple users, but also to convert wavelength when the packet arrives at the terminal optical line. Also, the largest distance that such a network can reach is 10 km. This is because the packets arriving at the terminal line must not differ widely in width (loud/soft ratio) to be processed correctly, while the maximum recorded speed is up to 10 Gb/s. A very interesting device that could be added to the PON architecture is the Burst-Mode Wavelength Converter (BMWC) providing higher operational speed, longer distance and simultaneous wavelength conversion. The present thesis presents the theoretical analysis and the transfer function of the BMWC as well as its experimental setup. In particular, BMWC was tested at 10 Gb/s and 20 Gb/s and for different loud/soft ratio up to 9 dB at 10 Gb/s and up to 5 dB at 20 Gb/s. In addition, the BMWC was tested under fiber transmission of 14 and 25 km so as to verify its operation in a real network. The work is divided into 5 chapters. Chapter 1 is an introduction to the subject covered by this diploma thesis, analyzing the reasons we utilize the BMWC in SOA-MZI (Semiconductor Optical Amplifier-Mach Zehnder Interferometer) configuration and outlines the structure of its chapters. Chapter 2 describes the theoretical analysis of the BMWC and its transfer function. In Chapter 3 occurs experimental setup of BMWC at 10 Gb/s and 20 Gb/s with different loud/soft ratios, while Chapter 4 examined the function of the BMWC in a fiber transmission experiment of 14 and 25 km. Finally, in Chapter 5, conclusions are drawn based on the experimental results recorded and proposed for future research activity.
description: Τα τελευταία χρόνια, μεγάλο μέρος της ερευνητικής δραστηριότητας στον τομέα των δικτύων πρόσβασης και των δικτύων 5G, εστιάζουν σε τεχνικές μείωσης κόστους με την ταυτόχρονη αύξηση του εύρους ζώνης. Οι περισσότερες δημοσιεύσεις καταλήγουν στο συμπέρασμα της χρησιμοποίησης των οπτικών ινών σε μεγάλης έκτασης δικτύων με μεγάλο ποσοστό διαίρεσης ώστε ταυτόχρονα πολλοί πελάτες να παραλαμβάνουν τα πακέτα που έχουν αιτηθεί σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα. Μια από τις αρχιτεκτονικές που προτάθηκαν, η οποία φέρεται να είναι και η επικρατέστερη ώστε να εφαρμοστεί, είναι τα παθητικά οπτικά δίκτυα (ΠΟΔ) γιατί είναι μια τοπολογία σημείου προς πολλά σημεία, χαμηλού κόστους και αποφεύγει την υπερφόρτωση του δικτύου. Από την άλλη πλευρά, στην συμβατική αρχιτεκτονική των ΠΟΔ δεν παρέχεται η δυνατότητα μετατροπής μήκους κύματος, η οποία χρησιμοποιείται κυρίως για την ταυτόχρονη εξυπηρέτηση πολλών χρηστών, αλλά και για να μετατρέπει το μήκος κύματος όταν το πακέτο καταφτάνει στην τερματική οπτική γραμμή. Επίσης, η μεγαλύτερη απόσταση που μπορεί να φτάσει ένα τέτοιο δίκτυο είναι τα 10 χμ. και αυτό γιατί τα πακέτα που καταφθάνουν στην τερματική οπτική γραμμή δεν πρέπει να διαφέρουν κατά πολύ σε πλάτος ούτως ώστε να μπορούν να επεξεργαστούν σωστά ενώ, η μέγιστη ταχύτητα που έχει καταγραφεί φτάνει μέχρι 10Gb/s. Μια πολύ ενδιαφέρουσα προσθήκη στην αρχιτεκτονική των ΠΟΔ ώστε να παρέχει μεγαλύτερες ταχύτητες, σε μεγαλύτερη απόσταση και με την ταυτόχρονη μετατροπή του μήκους κύματος είναι μια συσκευή μετατροπέα μήκους κύματος εκρηκτικής ροής (ΜΜΚΕΡ). Στην παρούσα διπλωματική παρουσιάζεται, η θεωρητική ανάλυση και η συνάρτηση μεταφοράς του ΜΜΚΕΡ καθώς και η πειραματική υλοποίηση του. Πιο συγκεκριμένα ο ΜΜΚΕΡ εξετάστηκε στα 10Gb/s και 20Gb/s και για διαφορετικό λόγο πλάτους πακέτων που φτάνει μέχρι τα 9dB στα 10Gb/s και μέχρι τα 5dB στα 20Gb/s. Επιπλέον ο ΜΜΚΕΡ εξετάστηκε και με οπτική ίνα μετάδοσης 14 και 25 χμ ούτως ώστε να επαληθευτεί η λειτουργία του και σε ένα πραγματικό δίκτυο. Η εργασία χωρίζεται σε 5 κεφάλαια. Το κεφάλαιο 1 αποτελεί μία εισαγωγή στο αντικείμενο που πραγματεύεται η παρούσα διπλωματική εργασία και τους λόγους που μας ώθησαν να χρησιμοποιήσουμε το ΜΜΚΕΡ σε συνδεσμολογία SOA-MZI (Ημιαγώγιμου Οπτικού Ενισχυτή σε συμβολόμετρο Mach-Zehnder), καθώς και περιγράφεται περιληπτικά η διάρθρωση των κεφαλαίων της. Στο Κεφάλαιο 2 περιγράφεται η θεωρητική ανάλυση του ΜΜΚΕΡ καθώς και συνάρτηση μεταφοράς του. Στο Κεφάλαιο 3 λαμβάνει χώρα η πειραματική υλοποίηση του ΜΜΚΕΡ στα 10Gb/s και 20Gb/s με διαφορετικό λόγο πλατών, ενώ στο κεφάλαιο 4 εξετάζεται η λειτουργία του με την προσθήκη οπτικής ίνας μετάδοσης 14 και 25χμ. Τέλος, στο Κεφάλαιο 5, εξάγονται τα συμπεράσματα βάση των πειραματικών αποτελεσμάτων που καταγράφηκαν και προτείνεται η μελλοντική ερευνητική δραστηριότητα.