Σχεδίαση οπτικής διάταξης για σχηματοποίηση δέσμης σε ασύρματα δίκτυα πέμπτης γενεάς 5G

Μυλωνάς, Ηλίας; Mylonas, Ilias

dc.contributor.author	Μυλωνάς, Ηλίας	el
dc.contributor.author	Mylonas, Ilias	en
dc.date.accessioned	2018-09-27T09:05:52Z
dc.date.available	2018-09-27T09:05:52Z
dc.date.issued	2018-09-27
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/47687
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.15890
dc.rights	Default License
dc.subject	Σχηματοποίηση δέσμης	el
dc.subject	Φωτονική ολοκλήρωση	el
dc.subject	5G mobile networks	en
dc.subject	Phased-array antennas	en
dc.subject	Photonic integration	en
dc.title	Σχεδίαση οπτικής διάταξης για σχηματοποίηση δέσμης σε ασύρματα δίκτυα πέμπτης γενεάς 5G	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ασύρματες Επικοινωνίες	el
heal.classification	Φωτονική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-07-12
heal.abstract	Στην εργασία αυτή παρουσιάζεται μια εκτενής ανάλυση ενός οπτικού δικτύου σχηματοποίησης δέσμης βασισμένο στην αρχιτεκτονική του Blass matrix, με δυνατότητα σχηματοποίησης πολλαπλών δεσμών με σκοπό την χρήση σε ασύρματα δίκτυα πέμπτης γενεάς 5G. Η σχεδίασή του βασίζεται στην χρήση ολισθητών φάσης και συμβολόμετρων Mach-Zehnder (MZIs) μέσα στον MxN Blass matrix, η οποία επιτρέπει την παραγωγή Μ-μικροκυματικών δεσμών από Ν στοιχεία γραμμικής στοιχειοκεραίας. Η ανάλυση ξεκινάει με ένα οπτικό σήμα διαμορφωμένο κατά πλάτος από δύο μικροκυματικούς τόνους και επιβεβαιώνεται η αρχή λειτουργίας, δηλαδή η ισοδυναμία στροφής της οπτικής φάσης των σημάτων μέσα στον οπτικό Blass matrix σε στροφή της φάσης των σημάτων του ηλεκτρικού τομέα. Δίνεται η θεωρητική ανάλυση και δείχνεται πως είναι δυνατή η λειτουργία για οπτικά σήματα μονής πλευρικής ζώνης και όταν το οπτικό φέρον επανασυνδέεται με το σήμα πριν την φωτοδίοδο. Τα συμπεράσματα αυτά προεκτείνονται και στην περίπτωση οπτικών σημάτων που φέρουν μικροκυματικά QAM σήματα ταυτόχρονα σε διαφορετικές θύρες εισόδου του Blass matrix. Με βάση την ανάλυση αυτή, σχεδιάστηκε αλγόριθμος για την ρύθμιση των παραμέτρων του Blass matrix, λαμβάνοντας υπόψη τις ιδιότητες των MZIs. Μέσω προσομοιώσεων, εξακριβώνουμε την λειτουργία για σχηματοποίηση πολλαπλών δεσμών, και μετράμε την επίδοση του συστήματος στα 28.5 GHz σε σχέση με το σχήμα διαμόρφωσης και τον ρυθμό συμβόλων. Σε κάθε περίπτωση, για ρυθμό συμβόλων μέχρι 3 Gbaud, ο ρυθμός λανθασμένων bits παραμένει χαμηλότερος από 10-3, αποδεικνύοντας πως το φαινόμενο του beam-squinting που υπάρχει στην σχεδίαση μας μπορεί να είναι ανεκτό. Τέλος, μελετήθηκε η συχνοτική εξάρτηση του συστήματος από αναπόφευκτες ασυμμετρίας κατά την κατασκευή των MZIs, και φαίνεται πως η υποβάθμιση του συστήματος είναι αμελητέα για ρεαλιστικές τεχνικές κατασκευής ολοκληρωμένων φωτονικών κυκλωμάτων.	el
heal.abstract	The present an extensive analysis of an optical Blass-matrix architecture as a beamforming network with potential for multi-beam operation in wireless systems. Its design relies on the use of phase shifters and Mach-Zehnder Interferometers (MZIs) inside an MxN matrix, and enables the generation of M beams by N-element antenna arrays. We start our analysis from an optical signal with amplitude modulation by discrete microwave tones, and confirm the possibility to translate its optical phase shifts inside the matrix into equivalent phase shifts in the microwave domain. We show this is possible when the input is an optical single-side band signal and the optical carrier is re-inserted before photodetection. We extend the conclusions to the case of an optical signal carrying a microwave with quadrature amplitude modulation (QAM) and the case of simultaneous inputs at the M input ports. Based on this analysis, we propose a Blass-matrix configuration algorithm taking into account the properties of the MZIs. Through simulations, we validate the potential for multi-beam operation, and evaluate the beamforming performance at 28.5 GHz with respect to the QAM order, symbol rate and pulse shaping parameters. In all cases with rate up to 3 Gbaud, the bit-error rate remains lower than 10 , showing that the beam squinting effect, which is present in our design, can be tolerated. Finally, we study the frequency dependence of the beamforming performance due to inevitable asymmetries of the MZIs. -3 st This manuscript consists of five chapters. The 1 Chapter gives a brief historical overview of the evolution of wireless networks and the necessity for beamforming in the future generations of mobile networks, and also the basic concept of microwave photonics is described. In the 2 Chapter, the basic theory of antennas is provided along with considerable explanation on the beamforming technique. The 3 Chapter offers an insight on some fundamental integrated photonic components which are useful for the implementation of the beamforming network. In the 4 Chapter, an extensive theoretical analysis is presented of the optical beamforming network which is based on the Blass matrix architecture along with simulation results in order to evaluate the performance of the system and its feasibility. Finally, the 5 Chapter provides conclusions and an outlook for future possibilities in the direction of this work.	en
heal.advisorName	Αβραμόπουλος, Ηρακλής	el
heal.committeeMemberName	Ουζούνογλου, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Φικιώρης, Γεώργιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Συστημάτων Μετάδοσης Πληροφορίας και Τεχνολογίας Υλικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	83 σ.
heal.fullTextAvailability	true