Ανάπτυξη αλγορίθμου για την τυφλή εκτίμηση του σηματοθορυβικού λόγου σε δυναμικά οπτικά δίκτυα

Abstract

Καθώς πλησιάζουμε την υψηλότερη δυνατή τιμή της φυσικής χωρητικότητας των συμβατικών οπτικών ινών, δημιουργείται η ανάγκη για αποδοτική χρησιμοποίηση των διαθέσιμων πόρων προκείμενου να εξυπηρετήσουμε το γεωμετρικά αυξανόμεντο τηλεπικοινωνιακό φορτίο. Η στατική φύση των σημερινών δικτύων τα καθιστά ακατάλληλα για την ικανοποίηση των μελλοντικών αναγκών και προσδοκιών. Τα τελευταία χρόνια έχουν προταθεί νέες, ευέλικτες και δυναμικές αρχιτεκτονικές δικτύων για να ξεπεράσουν τα προβλήματα των στατικών. Το βασικό πλεονέκτημα αυτών των δικτύων είναι η δυνατότηα που έχουν να προσαρμόζουν την λειτουργία τους στις συνεχώς μεταβαλλόμενες φυσικές και δικτυακές καταστάσεις που επικρατούν στις γραμμές. Η πιο σημαντική διαδικασία που λαμβάνει χώρα σε αυτά τα δίκτυα είναι το optical performance monitoring (OPM), χάρη στην οποία το κεντρικό σύστημα ελέγχου του δικτύου ενημερώνεται για την τρέχουσα κάθε στιγμή κατάσταση των γραμμών με σκοπό να αναθέσει δυναμικά και αποδοτικά τους διαθέσιμους πόρους. Σε αυτήν την εργασία, εξετάζουμε δυναμικά οπτικά δίκτυα που χρησιμοποιούν ψηφιακά συστήματα διαμόρφωσης με συνάφεια φάσης. Συγκεκριμένα θα μελετήσουμε συστήματα με διαμορφώσεις 4-QAM, 16-QAM, 64-QAM και 256-QAM. Στο κεφάλαιο 2 γίνεται μια μικρή αναφορά στις ψηφιακές διαμορφώσεις. Επιπρόσθετα, αναπτύσσουμε έναν αλγόριθμο με σκοπό να εκτιμάμε τον σηματοθορυβικό λόγο (SNR) της γραμμής γρήγορα και αξιόπιστα. Επίσης, ελέγχουμε την συμπεριφορά δυναμικών δικτύων για διάφορα σχέδια μετάδοσης χρησιμοποιώντας τον προαναφερθέντα αλγόριθμο. Η αξιολόγηση του αλγορίθμου γίνεται με την βοήθεια στατιστικών αποτελεσμάτων από εικονικά πειράματα που έγιναν με χρήστη του MATLAB. Τα αποτελέσματα αυτά δείχνουν ότι ο συγκεκριμένος αλγόριθμος δίνει αρκετά εύστοχες εκτιμήσεις και κατά συνέπεια κρίνεται κατάλληλος για δυναμικά συστήματα.

As we are approaching the physical capacity limit of standard optical fiber, we are in a great demand of achieving high utilization-efficiency of the available resources in order to accommodate the geometrical increasing telecommunication traffic. The static nature of the conventional networks makes current networks inappropriate for satisfying future consumers’ needs and expectations. During the last decades, new, flexible optical network architectures have been proposed to overcome the inabilities of the static ones. The main advantage of these networks is the capability of adapting their operation on the link’s varying existing physical and traffic conditions. The most important procedure that takes place in these networks is the optical performance monitoring (OPM) with witch the network controller is provided with the essential information about system’s current state, in order to dynamically allocate the available resources and therefore, to maximize the utilization-efficiency. In this thesis, we examine optical networks which use coherent detection technology for the transmission schemes. The available modulation formats of the networks are 4-QAM (QPSK), 16-QAM, 64-QAM and 256-QAM. A small reference in digital multilevel modulation formats is made. Moreover, an algorithm based on digital signal processing is proposed to agilely and reliably estimate the link’s existing signal to noise ratio (SNR). In addition, we test the performance of various dynamic networks for different transmission parameters. For the OPM of these networks the proposed algorithm is used. Statistical results have been added for the evaluation of the introduced method and it is proven that the estimations of the algorithm are very accurate.