Μελέτη διάδοσης και αξιολόγηση διαθεσιμότητας σε οπτικές ζεύξεις γής-δορυφόρου
Επιτομή
Η συγκεκριμένη μεταπτυχιακή διατριβή εστιάζει στην μελέτη των οπτικών ασύρματων επικοινωνιών - Free Space Optics (FSO) Γής-Γεωστατικού δορυφόρου. Η ανάγκη για υψηλότερους ρυθμούς μετάδοσης καθώς και η συνεχώς αυξανόμενη ζήτηση εύρους ζώνης καθιστούν αναγκαία την μετάδοση σε υψηλότερες ζώνες συχνοτήτων. Και εδώ είναι που καθίσταται αναγκαία η χρησιμοποίηση των οπτικών ασύρματων επικοινωνιών - Free Space Optics (FSO). Τα ασύρματα οπτικά δίκτυα είναι μια τεχνολογία σχετικά καινούργια που πλεονεκτεί σε διάφορους τομείς σε σχέση με τις ήδη υπάρχουσες RF τεχνολογίες. Αν και η συγκεκριμένη τεχνολογία ασύρματης μετάδοσης έχει ήδη μελετηθεί από διεθνείς οργανισμούς προσφέροντας ψηλότερους ρυθμούς μετάδοσης καθώς και μετάδοση μεγάλου όγκου δεδομένων, ωστόσο είναι αναγκαία η χρησιμοποίηση μετεωρολογικών δεδομένων για τον υπολογισμό της κάλυψης σε σχέση με την απόσβεση εξαιτίας των νεφώσεων, ούτως ώστε να βρεθεί με διάφορες τεχνικές οι οποίες θα μελετηθούν, η βέλτιστη τοποθεσία(ες) εγκατάστασης επίγειων σταθμών βάσης.
Στο 10 κεφάλαιο της διατριβής μας θα πραγματοποιηθεί μια εισαγωγή στο θέμα των οπτικών δορυφορικών επικοινωνιών. Θα γίνει μια εκτενής περιγραφή των πλεονεκτημάτων που μας παρέχουν οι οπτικές επικοινωνίες σε σχέση με τις ήδη υπάρχουσες RF τεχνολογίες, έτσι ώστε να κατανοήσουμε την αναγκαιότητα χρησιμοποίησης των οπτικών ασύρματων επικοινωνιών. Ακολούθως θα πραγματοποιηθεί μια πρώτη μελέτη στο περιβάλλων διάδοσης των ραδιοκυμάτων και θα παρουσιαστούν οι παράγοντες που προκαλούν απόσβεση κατά την διάρκεια της διάδοσης μέσα από την ατμόσφαιρα.
Στο 20 κεφάλαιο της διατριβής μας θα πραγματοποιηθεί προϋπολογισμός ισχύος (Link Budget). Η διαδικασία αυτή είναι σημαντική να πραγματοποιηθεί αφού θα μας δώσει μια πρώτη εκτίμηση της ισχύος που φτάνει στον δέκτη λαμβάνοντας υπόψη όλες τις πιθανές απώλειες οι οποίες μπορούν να εμφανιστούν στο κανάλι μας κατά την διάδοση σε οπτικές συχνότητες (LFS,LATM,LBW κτλ.). Ο προϋπολογισμός μας θα πραγματοποιηθεί χρησιμοποιώντας τεχνικές προ-παραμόρφωσης (PAO). Οι συγκεκριμένες τεχνικές εφαρμόζονται στην πλευρά του επίγειου πομπού, με απώτερο σκοπό να καταφέρουμε να μειώσουμε τον δείκτη σπινθηρισμού καθώς επίσης και τη συνολική απώλεια ζεύξης του οπτικού μας καναλιού στην ανερχόμενη ζεύξη (Uplink). Θα μελετηθούν τρείς τοποθεσίες με διαφορετικά υψόμετρα, καθώς και συγκεκριμένοι τρόποι λειτουργίας N για να διαφανεί πως αυτοί επιδρούν πάνω στο Link budget. Τέλος θα υπολογιστεί μαθηματικά ο προϋπολογισμός ισχύος οπτικής ζεύξης χρησιμοποιώντας το υπολογιστικό πρόγραμμα Matlab.
Στο 30 κεφάλαιο, παρουσιάζεται η επίδραση του φαινομένου των νεφώσεων πάνω στην ζώνη οπτικών συχνοτήτων, έτσι ώστε να κατανοήσουμε το μέγεθος της συνολικής απόσβεσης που προσθέτουν τα νέφη πάνω στο μεταδιδόμενο σήμα μας. Αρχικά πραγματοποιείται μια εισαγωγή στα χαρακτηριστικά που διακατέχουν το φαινόμενο των νεφών (διαδικασία δημιουργίας, τύποι κτλ.). Ακολούθως μέσα από βιβλιογραφική επισκόπηση παρουσιάζεται ένας αλγόριθμός με τον οποίο μπορούμε να υπολογίσουμε την συνολική εξασθένιση που προκαλούν οι νεφώσεις κατά την διάδοση του κύματος μας μέσα στην ατμόσφαιρα.
Στο 40 κεφάλαιο θα ασχοληθούμε με την ανάλυση διάφορων αλγορίθμων, οι οποίοι προτείνονται μέσα από την βιβλιογραφία με απώτερο σκοπό να εξασφαλίσουμε ένα επιθυμητό ποσοστό κάλυψης του δικτύου μας, χωρίς την επίδραση των νεφώσεων. Θα παρουσιαστούν τρείς διαφορετικοί μέθοδοι με τους οποίους μπορούμε να υπολογίσουμε την συνολική διαθεσιμότητα ενός δικτύου επίγειων οπτικών σταθμών βάσης. Εμείς θα εστιάσουμε κυρίως στην 3ή μέθοδο που θα παρουσιαστεί (χρησιμοποιώντας τη συσχέτιση και τη διαθεσιμότητα μιας τοποθεσίας - site-correlation and single-site availability). Με την συγκεκριμένη μέθοδο η συσχέτιση μεταξύ των επίγειων σταθμών καθώς και η διαθεσιμότητα μιας τοποθεσίας χρησιμοποιείται για την προεπιλογή θέσεων ενδεχόμενων σταθμών εδάφους από την μια πλευρά και για την προεπιλογή ενδεχόμενων βέλτιστων συνδυασμών για τον υπολογισμό ενός βέλτιστου δικτύου από την άλλη πλευρά. θα παρουσιαστούν τα αριθμητικά αποτελέσματα που εξάγαμε μέσα από το υπολογιστικό πρόγραμμα Matlab, χρησιμοποιώντας την μέθοδο που αναφέραμε και πιο πάνω για 22 διαφορετικές τοποθεσίες στην Γερμανία, έτσι ώστε να επιτύχουμε απαίτηση διαθεσιμότητας M≥1.
Κλείνοντας στο κεφάλαιο 5, θα αναφερθούμε στα συμπεράσματα που προέκυψαν μέσα από την συγκεκριμένη διατριβή, όπως επίσης θα προταθούν τυχόν μελλοντικές βελτιώσεις οι οποίες μπορούν να πραγματοποιηθούν στον αλγόριθμό που υλοποιήσαμε (4.6) για να γίνει πιο αποδοτικός καθώς και στην έρευνα που πραγματοποιήθηκε για τον προϋπολογισμό ισχύος οπτικής άνω ζεύξης.