Μελέτη και επίδοση αρχιτεκονικών μετάδοσης σε συστήματα Radio over Fiber (RoF)

Abstract

Η συνεχώς αυξανόμενη χρήση κινητών συσκευών και η ανάγκη των χρηστών για μεγάλο όγκο δεδομένων και υπηρεσιών multimedia επιβάλει την διεύρυνση των δυνατοτήτων του δικτύου κινητών επικοινωνιών. Η σύγκλιση ασύρματης και ενσύρματης επικοινωνίας για την παροχή υπηρεσιών broadband αποτελεί μια σημαντική προοπτική, καθώς μπορεί να υποστηρίξει υψηλούς ρυθμούς μετάδοσης και μεγάλο εύρος ζώνης. Η τεχνολογία Radio over Fiber (RoF), αποτελεί την επιτομή αυτής της σύγκλισης, λόγω των σημαντικών πλεονεκτημάτων της σε κόστος υλοποίησης και τη μεγάλη χωρητικότητα της οπτικής ζεύξης. Είναι λοιπόν δυνατή η απλοποίηση του σταθμού βάσης, καθώς όλες οι λειτουργίες ελέγχου του δικτύου πραγματοποιούνται σε ένα κεντρικό σταθμό (Central Office – CO) ενώ οι σταθμοί βάσης χρησιμοποιούνται σχεδόν ως απλές κεραίες. Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής είναι η δημιουργία ενός συστήματος RoF που θα μπορεί να υποστηρίξει κινούμενους χρήστες σε εσωτερικό χώρο, οι οποίοι θα εξυπηρετούνται από το πρότυπο IEEE 802.11ad. Στα πλαίσια αυτής της μελέτης πραγματοποιήθηκε μια όσο το δυνατόν πληρέστερη καταγραφή της αρχιτεκτονικής ενός συστήματος RoF καθώς και των δεδομένων εναλλακτικών. Έμφαση δόθηκε στα βασικά δομικά στοιχεία του συστήματος, στα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της εκάστοτε αρχιτεκτονικής. Ακόμα αναλύθηκε το πρότυπο IEEE 802.11ad, οι διάφορες εναλλακτικές που προσφέρει σε ρυθμούς μετάδοσης, η δομή των πακέτων και τα βασικά στοιχεία μετάδοσης όπως η ισχύς εκπομπής, η ευαισθησία του δέκτη και τα ικανοποιητικά επίπεδα απώλειας πακέτων στον δέκτη. Για την περαιτέρω μελέτη της επίδοσης του συστήματος, παρουσιάζεται το μοντέλο Moving Extended Cell και γίνεται η προσομοίωση ενός δικτύου εσωτερικού χώρου, όπου η ποιότητα της υπηρεσίας αξιολογείται από δύο κριτήρια. Το πρώτο είναι η πιθανότητα απόρριψης της κλήσης και το δεύτερο ο ρυθμός που χάνονται πακέτα. Παράλληλα δημιουργήθηκαν πολλαπλά σενάρια κίνησης των χρηστών και χρήσης δεδομένων. Η προσομοίωση παρέχει σημαντικά συμπεράσματα για την αποτελεσματικότητα του ενός συστήματος RoF και γενικότερα για τα πλεονεκτήματα του μοντέλου Moving Extended Cell με σκοπό την υποστήριξη κινούμενων χρηστών.

The continuous growth of mobile users along with their need for a large amount of data and multimedia services imposes the improvement of the status quo in the mobile networks. The convergence of wired and wireless communication should be considered a good perspective in order to provide broadband services, as it can serve their needs in high data rates and wide spectrum. The Radio over Fiber technology (RoF) is the best case scenario of this convergence due to its low implementation costs and the high capacity of the optical fiber. Under these circumstances a low complexity base station is applicable, as all the core processes of the network are executed in the Central Office, while the base stations are being used almost as simple antennas. The main objective of the diploma thesis is the creation of a RoF network system that can support indoor moving users that will use the IEEE 802.11ad standard. During this research, the architecture of a RoF system, along with its alternatives, has been recorded. Especially, they are presented thoroughly the basic elements, the advantages and disadvantages of each architecture. Moreover, the IEEE 802.11ad standard has been analyzed. Particular emphasis was placed in the different data rates that the standard supports, the data packet structure and the basic transmission characteristics such as the transmission power, receiver’s sensitivity and the quality standards in terms of packet loss. To further study the performance of the system, the Moving Extended Cell concept is presented and a simulation is made for an indoor network, in which the quality of service is evaluated under two criteria. The first one is the call drop probability, while the second one is the packet loss rate. In parallel, many concepts have been created regarding the moving pattern of the users and the data traffic. The simulation provides many important outputs about the general performance of a RoF system and the advantages of the Moving Extended Cell concept, aiming the support of mobile users.