Optik ağların performans analizi ve uygulamaları
Performance analysis and applications of optical networks
Yazar: BİLAL DOĞAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ NECMİYE ÖZLEM ÜNVERDİ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Haberleşme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektrooptik aletler = Electo-optic devices ; Fiber optik kablo = Fiber optic cable ; Optik ağlar = Optical networks ; İletişim ağları = Communication networks

Özet:
Teknolojinin gelişmesi ile birlikte veri, görüntü ve ses iletişimine olan talepler artmış ve çok yüksek band genişliğine ihtiyaç duyulmuştur. Mevcut durumda kullanılan bakır konvansiyonel teknolojiler maksimum kapasitelerine ulaştığından yüksek band genişliği ihtiyacını karşılayamamıştır. İletim hattında fiber optik kabloların kullanıldığı optik ağlar, kaybın azlığı, uzun mesafelerde düşük iletim kaybı, yüksek hızda veri iletimi, çevresel şartlardan ve elektromanyetik parazitlerden etkilenmemesi gibi avantajlarından dolayı artan veri taleplerine çözüm olarak getirilmiştir. Fiber optik haberleşme teknolojisi, veri iletişimi, telefon ağları, ulaşım, sağlık hizmetleri, bilgisayar ağları, savunma sanayi ve askeri uygulamalar gibi birçok alanda kullanılmaktadır.
Bu tez çalışmasının 1. Bölüm'ünde, tezin amacı ve hipotezi açıklanmıştır. Literatür hakkında genel bilgiler verilmiştir. 2. Bölüm'ünde, optik haberleşmenin temelleri hakkında bilgi verilmiştir. 3. Bölüm'ünde, fiber optik kablo yapısı, çalışma prensibi, iletim kayıpları, fiber türleri, fiberin avantajları, dezavantajları ve uygulama alanları açıklanmıştır. 4. Bölüm'ünde, son kullanıcıya kadar fiber teknolojisi olarak bilinen FTTX (Fiber to the X, X'e kadar Fiber) sistemler ve FTTX ağ çeşitleri incelenmiştir. 5. Bölüm'ünde, aktif ve pasif optik ağ yapıları incelenmiş ve pasif optik ağın temel bölümleri olan OLT (Optical Line Termination, Optik Hat Sonlandırıcı), ODN (Optical Distribution Network, Optik Dağıtım Ağı), ONU (Optical Network Union, Optik Ağ Ünitesi) ve splitter (optik güç bölücü) açıklanmıştır. Pasif optik ağ çeşitleri APON (ATM Passive Optical Network, ATM Pasif Optik Ağ), BPON (Broadband Passive Optical Network, Genişband Pasif Optik Ağ), EPON (Ethernet Passive Optical Network, Ethernet Pasif Optik Ağ)/GEPON (Gigabit Ethernet Passive Optical Network, Gigabit Ethernet Pasif Optik Ağ) ve GPON (Gigabit Passive Optical Network, Gigabit Pasif Optik Ağ) yapıları incelenmiştir. 6. Bölüm'de optik ağlarda kullanılan optik vericiler, darbe üreteci, fotodedektörler, kuvvetlendiriciler ve filtreler hakkında genel bilgiler verilmiştir. 
Çalışmanın 7. Bölümünde ise OptiSystem 7.0 simülasyon programında tasarımlar yapılmıştır. Saha kabininde 1:2, 1:4 veya 1:8 bölme oranına sahip optik güç bölücü kullanılmıştır. OptiSystem 7.0 simülasyon yazılımı ile diğer parametreler sabit tutularak farklı güç bölme oranlarına sahip tasarımlar oluşturulmuş ve bölme oranının sistem üzerindeki etkileri irdelenmiştir. Bölme oranına bağlı olarak güç bölücünün giriş ve çıkışındaki optik sinyal zayıflaması hem teorik hem de pratik olarak karşılaştırılmıştır. Farklı optik bölme oranlarında tasarlanan sistemin maksimum kalite faktörü ve BER (Bit Error Rate, Bit Hat Oranı) değerleri incelenmiştir. En iyi sonucun elde edildiği bölme oranındaki çalışmada farklı optik devre elemanları kullanarak tasarım ve analiz çalışmalarına devam edilmiştir. Optik güç bölme oranı 1:2 olan sistemde NRZ (Non Return to Zero, Sıfır Dönüşşüz) ve RZ (Return to Zero, Sıfır Dönüşlü) darbe üreteçlerinin, LED (Light Emitting Diode, Işık Yayan Diyot) ve lazer ışık kaynaklarının, Mach-Zender, Elektroabsorbsiyon, Genlik, Frekans ve Faz modülatörlerin, iletim hattı uzunluk değişiminin, alıcı bloğunda kullanılan farklı filtre ve fotodedektör türlerinin sistem performansına olan etkisi ayrı ayrı incelenmiştir. Bu tezde farklı optik bölme oranı ve devre elemanları ile uzak iletim hatlarında daha fazla kullanıcıya ulaşabilmek için veri iletim performansı en iyi olan tasarımın elde edilmesi amaçlanmaktadır. Yapılan tasarım ve analiz çalışmalarında elde edilen BER diyagramları, optik güç ölçer ve spektrum grafiklerinden yararlanılarak optik ağlar için en uygun yapılar incelenmiştir.

Abstract:
With the development of technology and the increasing demands for voice, image and data communication, very high bandwidth has been needed. Currently used copper conventional technologies have reached their maximum capacity and have not been able to meet the high bandwidth need. Optical networks using fiber optic cables in the transmission line have been introduced as a solution to increasing data demands due to their advantages such as low loss, large bandwidth, low transmission loss over long distances, high speed data transmission, and not being affected by environmental conditions and electromagnetic interference. Fiber optic communication technology is used in many areas such as data communication, telephone networks, transportation, healthcare, computer networks, defense industry and military applications.
In the first chapter of this thesis, the aim and hypothesis of the thesis are explained. General information about the literature is given. In the second chapter, information about the basics of optical communication is given. In the third chapter, fiber optic cable structure, operating principle, transmission losses, fiber types, advantages, disadvantages and application areas of fiber are explained. In the fourth chapter, FTTX (Fiber to the X) systems known as fiber technology to the end user and FTTX network types are examined. In the fifth chapter, active and passive optical network structures are examined and the basic parts of passive optical network, OLT (Optical Line Termination), ODN (Optical Distribution Network), ONU (Optical Network Union, Optical Network Unit) and splitter (optical power divider), are explained. Passive optical network types APON (ATM Passive Optical Network), BPON (Broadband Passive Optical Network), EPON (Ethernet Passive Optical Network)/GEPON (Gigabit Ethernet Passive Optical Network) and GPON (Gigabit Passive Optical Network) structures are examined. In Chapter 6, general information is given about optical transmitters, pulse generators, photodetectors, amplifiers and filters used in optical networks.
In the 7th part of the study, designs were made in the OptiSystem 7.0 simulation program. An optical power splitter with a split ratio of 1:2, 1:4 or 1:8 is used in the field cabinet. Using the OptiSystem 7.0 simulation software, the effects of the division ratio on the system were examined by creating designs with different power division ratios, keeping other parameters constant. The optical signal attenuation at the input and output of the power divider depending on the division ratio has been compared both theoretically and practically. The maximum quality factor and BER (Bit Error Rate) values of the system designed with different optical splitting ratios were examined. Design and analysis studies continued using different optical circuit elements in the study of the division ratio where the best results were obtained.
In the system with an optical power division ratio of 1:2, NRZ (Non Return to Zero) and RZ (Return to Zero) pulse generators, LED (Light Emitting Diode),  and laser light sources, Mach-Zender, Electroabsorption, Amplitude, Frequency and Phase modulators, transmission line length change and receiver filter type change. Its effect on system performance was examined separately.
In this thesis, it is aimed to obtain the design with the best data transmission performance in order to reach more users in remote transmission lines with different optical splitting ratios and circuit elements. The most suitable structures for optical networks were examined by using the BER diagrams, optical power meters and spectrum graphs obtained in the design and analysis studies.