Αναλυτική Περιγραφή Έργου

 

 

Τα συστήματα επικοινωνιών υπερύθρου φάσματος (IR - Infrared Communications), που χρησιμοποιούν διόδους laser ως οπτικόυς πομπούς, αναμένεται να συμβάλουν σημαντικά στη μελλοντική εξέλιξη των προηγμένων τεχνολογιών ασύρματης διασύνδεσης, υψηλών ταχυτήτων, για εφαρμογές σε δίκτυα περιορισμένης εμβέλειας. Πρόσφατα πειραματικά αποτελέσματα που αφορούν στη μελέτη υψίρυθμων IR οπτικών συστημάτων, αναφέρουν συστήματα μετάδοσης πληροφορίας με αρχιτεκτονική η οποία βασίζεται σε συνδέσεις οπτικής επαφής (LOS-line-of-sight) όπου επιτυγχάνεται ρυθμός της τάξης των multi-gigabit [1]. Οι κατευθυντικές LOS συνδέσεις εγγυώνται βελτιωμένη απόδοση του συστήματος, δεδομένης της υψηλότερης ισχύος λήψης σε σχέση με τις συνδέσεις ευρείας γωνίας εκπομπής, όπου το σήμα λήψης φθάνει στο δέκτη μέσω πολλαπλών ανακλάσεων και διαδρομών. Από την άλλη πλευρά, παρουσιάζουν περιορισμένη περιοχή κάλυψης και ως συνέπεια κινητικότητα του χρήστη, αυξημένη πιθανότητα αποκλεισμού του σήματος (increased blocking probability), καθώς και ευαισθησία σε φαινόμενα σκίασης (shadowing effects) [2].

Ένας τρόπος επίλυσης των περιορισμών που τίθενται στον ισολογισμό ισχύος της ζεύξης, είναι η θεώρηση της σύμφωνης φώρασης (coherent detection). Τα σύμφωνα συστήματα φώρασης προσφέρουν μια ποικιλλία πλεονεκτημάτων που σχετίζονται με τη δυνατότητα που προσφέρουν να διατηρείται η πληροφορία όχι μόνο στο πλάτος, όπως στην περίπτωση των IM/DD συστημάτων, αλλά και στή φάση και την πόλωση του λαμβανομένου σήματος. Το γεγονός αυτό επιτρέπει την εφαρμογή σχημάτων διαμόρφωσης φασματικά αποδοτικών και την υλοποίηση αλγορίθμων στο πεδίο ψηφιακής επεξεργασίας σήματος που μπορούν να εντοπίζουν και να διορθώνουν ανεπιθύμητες ολισθήσεις στη συχνότητα ή στη φάση του σήματος [3].

To αντικείμενο του έργου LuminousNet είναι η μελέτη της απόδοσης ενός συστήματος σύμφωνης φώρασης για την περίπτωση ασύρματων συστημάτων επικοινωνιών στο φάσμα των οπτικών συχνοτήτων. Η αρχιτεκτονική του συστήματος που μελετήθηκε αφορά σε ασύρματο οπτικό σύστημα με διαμόρφωση DPSK και σύμφωνη ετερόδυνη φώραση.

Αρχιτεκτονική του LuminousNet συστήματος. LD: laser diode, CPC: compound parabolic concentrator, PD: photodiode, BPF: band-pass filter, LPF: low-pass filter, LO: local oscillator.

Οι συνδέσεις που μελετήθηκαν αφορούν σε συνδέσεις LOS μεταξύ του πομπού και του δέκτη με ευρεία γωνία ώστε να επιτευχθεί όσο το δυνατόν μεγαλύτερη κάλυψη, LOS συνδέσεις με χρήση διάταξης diffuser, που θα επιτύχει ομοιόμορφη κατανομή της ακτινοβολίας στην περιοχή κάλυψης, και υβριδικές τοπολογίες όπου το σήμα φθάνει στο δέκτη αφού έχει ανακλαστεί μια φορά στην οροφή του δωματίου. Στην περίπτωση της υβριδικής τοπολογίας οι συντεταγμένες του πομπού συμπίπτουν με τις συντεταγμένες του σημείου ανάκλασης. Οι τελικές παράμετροι προσομοίωσης καθώς και η διάταξη του δωματίου που θεωρήθηκε παρουσιάζονται παρακάτω.

Παράμετροι Προσομοίωσης / Αρχιτεκτονικής Διάταξης

	Παράμετροι	Εύρος Τιμών
Δωμάτιο:	(μήκος, πλάτος, ύψος) = (x,y,z)	(7.5m, 5.5m, 3.5m)
Πομπός:	τρόπος	1
	(μήκος, πλάτος, ύψος) = (x,y,z)	(2m, 4m, 3.3m)
	(elevation, azimuth)	(-900,00)
Δέκτης:	(Adet, FOVR)	(1cm2, 700)
	(μήκος, πλάτος, ύψος) = (x,y,z)	(6.6m 2.8m 0.8m)
	(elevation, azimuth)	(900,00)

 

Παράμετροι Προσομοίωσης / Τεχνικά Χαρακτηριστικά Σύμφωνου Δέκτη

	Παράμετροι	Εύρος Τιμών
	Εύρος ζώνης	≥ 10 GHz
	Tυπος οπτικού σήματος τοπικού ταλαντωτή	Continuous wave
	Μήκος κύματος λειτουργίας	850nm
	Τύπος διαμόρφωσης	DPSK
	Laser Linewidth του LO	20MHz
	IF συχνότητα	4GHz
	Γωνία θέασης (FOV)	700
	LO ισχύς εκπομπής	< 5mW
	Physical area of the PD	1cm2
	Εσωτερικός δ.δ του CPC	1.85
	Responsivity	1.0018 A/W

 

 

Τοπολογική απεικόνιση της αρχιτεκτονικής του συστήματος

 

[1]    H. L. Minh, et al., “Bidirectional gigabit ethernet optical wireless communications system for home access networks,” IET Communications, vol. 6, pp.: 1529-1536 (2012)

[2]    K. Margariti and T. kamalakis, “Performance of coherent detection in optical wireless systems for high speed indoor communications," Optical & Quantum Electronics, Springer (2014)

[3]    J. C. Rasmussen, et al., “Digital Coherent Receiver Technology for 100-Gb/s Optical Transport Systems,” Fujitsu Sci. Tech. J., vol. 46, pp.:63-71 (2010)