Στοιχεία επταμελούς επιτροπής:
Νισταζάκης Έ (κύριος επιβλέπων), Τόμπρας Γ., Τίγκελης Ι.
Περίληψη:
Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετώνται οι ασύρματες οπτικές ζεύξεις
ανοιχτού χώρου (Free Space Optics, FSO), όπου πομπός και δέκτης επικοινωνούν με
τη βοήθεια μιας δέσμης laser. Τα συστήματα FSO παρουσιάζουν μεγάλο ερευνητικό
και εμπορικό ενδιαφέρον λόγω των πλεονεκτημάτων που προσφέρουν, με κυριότερο
τον υψηλό ρυθμό μετάδοσης δεδομένων που επιτυγχάνουν και το πολύ χαμηλό κόστος.
Τα συστήματα όμως αυτά είναι ευάλωτα σε εξωτερικούς παράγοντες, όπως τα διάφορα
καιρικά φαινόμενα, η ατμοσφαιρική τυρβώδη ροή και τα σφάλματα σκόπευσης. Η
ατμοσφαιρική τυρβώδης ροή και τα σφάλματα σκόπευσης προκαλούν ταχύτατες
μεταβολές της κανονικοποιημένης ισχύος οπτικής ακτινοβολίας στον δέκτη,
φαινόμενο παρόμοιο με το φαινόμενο των διαλείψεων στις επικοινωνίες
ραδιοσυχνοτήτων. Οι γρήγορες αυτές μεταβολές μελετώνται με τη χρήση στατιστικών
κατανομών. Πρώτος στόχος της διατριβής είναι η μελέτη της επίδρασης των
παραγόντων αυτών στις επιδόσεις του συστήματος και ειδικότερα στη
διαθεσιμότητα, στην αξιοπιστία και στην απόδοση του. Πιο συγκεκριμένα,
μελετώνται η πιθανότητα διακοπής ζεύξης, ο ρυθμός σφαλμάτων μετάδοσης, η
χωρητικότητα διακοπής καθώς και η μέση χωρητικότητα του καναλιού και εξάγονται
εξισώσεις για κάθε μετρική. Παράλληλα, μελετώνται συστήματα FSO με εφαρμογή της
πολυπλεξίας OFDM, η οποία εισάγει το φαινόμενο του ψαλιδισμού, φαινόμενο το
οποίο μελετάται για πρώτη φορά σε ασύρματες οπτικές ζεύξεις σε συνδυασμό με την
ατμοσφαιρική τυρβώδη ροή. Στη συνέχεια, προτείνονται τεχνικές, διατάξεις και
αρχιτεκτονικές για την αντιμετώπιση όλων των παραγόντων που επιδρούν αρνητικά
στο σύστημα και μειώνουν την απόδοσή του. Έτσι, μελετάται η τεχνική των
πολλαπλών αλμάτων με χρήση είτε ενισχυτών ή/και αναγεννητών, η οποία έχει ως
στόχο την αύξηση της ενεργού απόστασης μεταξύ πομπού και δέκτη με χρήση
ενδιάμεσων κόμβων. Κατόπιν, η τεχνική της διαφορικής λήψης, στην οποία πολλαπλά
αντίγραφα του σήματος αποστέλλονται στον χρήστη είτε σε διαφορετικά χωρικά
κανάλια (διαφορική λήψη στον χώρο), είτε σε διαφορετικές χρονικές στιγμές
(διαφορική λήψη στον χρόνο) ή σε διαφορετικά μήκη κύματος (διαφορική λήψη στο
μήκος κύματος). Για όλες τις παραπάνω τεχνικές εξάγονται εξισώσεις, μέσω των
οποίων παρουσιάζονται αριθμητικά αποτελέσματα που περιγράφουν τη συμπεριφορά
του συστήματος. Τέλος, παρουσιάζεται η πειραματική διάταξη, που αναπτύχθηκε,
καθώς και κάποιων πειραματικών αποτελεσμάτων, προκειμένου να επιβεβαιωθεί η
πολύ καλή ακρίβεια που παρουσιάζει στον υπολογισμό των διακυμάνσεων της ισχύος
οπτικής ακτινοβολίας, λόγω ατμοσφαιρικής τυρβώδους ροής, ένα από τα στατιστικά
μοντέλα, τα οποία χρησιμοποιούνται ευρέως για τη μελέτη των FSO συστημάτων.
Λέξεις-κλειδιά:
Οπτικές επικοινωνίες, Ασύρματες επικοινωνίες, Διάδοση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, Μέση χωρητικότητα καναλιού, Απόδοση συστημάτων
