Μελέτη του Κέρδους και του Θορύβου σε Συστήματα Οπτικής Επικοινωνίας μέσω Ελεύθερου Χώρου
Φόρτωση...
Ημερομηνία
Συγγραφείς
Παππάς, Κωνσταντίνος
Pappas, Konstantinos
Τίτλος Εφημερίδας
Περιοδικό ISSN
Τίτλος τόμου
Εκδότης
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών. Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών
Περίληψη
Τύπος
Είδος δημοσίευσης σε συνέδριο
Είδος περιοδικού
Είδος εκπαιδευτικού υλικού
Όνομα συνεδρίου
Όνομα περιοδικού
Όνομα βιβλίου
Σειρά βιβλίου
Έκδοση βιβλίου
Συμπληρωματικός/δευτερεύων τίτλος
Περιγραφή
Η παρούσα διατριβή διερευνά τη συμπεριφορά των φωτοδιόδων χιονοστιβάδας (APDs) σε συστήματα οπτικής επικοινωνίας, χρησιμοποιώντας τα μοντέλα McIntyre-Conradi (MC) και Webb παράλληλα με τις προσεγγίσεις Gauss. Η μελέτη καταλήγει στο συμπέρασμα ότι το μοντέλο Webb χρησιμεύει ως μια ισχυρή προσέγγιση, ιδιαίτερα αποτελεσματική όταν έχουμε να κάνουμε με υψηλό μέσο αριθμό απορροφημένων φωτονίων, απλοποιώντας τους υπολογισμούς χωρίς σημαντική απώλεια ακρίβειας. Η προσέγγιση Gauss αποδεικνύεται πολύτιμη για την υπολογιστική απόδοση σε σενάρια υψηλού φωτονίου, αλλά παρουσιάζει περιορισμούς σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού, υποστηρίζοντας τη χρήση πιο ακριβών μοντέλων όπως το Webb ή το MC.
Επιπλέον, η διατριβή εμβαθύνει στο Gain and Noise in Free Space Communication Systems (FSO), δίνοντας έμφαση στη περίθλαση Fresnel, τον περιβαλλοντικό θόρυβο και τις προκλήσεις της αστικής ανάπτυξης. Μέσω της θεωρητικής ανάλυσης, των προσομοιώσεων και των περιπτωσιολογικών μελετών, αποκτώνται κρίσιμες γνώσεις σχετικά με τον αντίκτυπο της περίθλασης, τη διαχείριση κέρδους και θορύβου και τη σκοπιμότητα της εγκατάστασης FSO σε αστικές περιοχές παρά τις προκλήσεις.
Οι συνέπειες για την τεχνολογική πρόοδο του FSO περιλαμβάνουν βελτιωμένο σχεδιασμό συστημάτων, στρατηγικές αστικής ανάπτυξης και την ανάγκη για ρυθμιστικά πλαίσια που αφορούν την ασφάλεια και τη διαλειτουργικότητα. Οι μελλοντικές κατευθύνσεις έρευνας περιλαμβάνουν την εξερεύνηση προηγμένων τεχνικών διαμόρφωσης, τη μόχλευση της μηχανικής εκμάθησης για βελτιστοποίηση συστήματος και την ενοποίηση του FSO με άλλες τεχνολογίες επικοινωνίας.
Συμπερασματικά, αυτή η διατριβή συμβάλλει στην κατανόηση των αποχρώσεων της οπτικής επικοινωνίας και προσφέρει πρακτική καθοδήγηση για μελλοντική ανάπτυξη τεχνολογίας FSO. Η συνεχής καινοτομία και η έρευνα είναι ζωτικής σημασίας για την κάλυψη της αυξανόμενης ζήτησης για υψηλής ταχύτητας, αξιόπιστες λύσεις επικοινωνίας.
Λέξεις-κλειδιά: Φωτοδίοδοι χιονοστιβάδας (APD), οπτικά συστήματα επικοινωνίας, μοντέλο McIn-tyre-Conradi (MC), μοντέλο Webb, Gaussian προσέγγιση, Συστήματα επικοινωνίας ελεύθερου χώρου (FSO), περίθλαση Fresnel, κέρδος, θόρυβος, αστική ανάπτυξη, βελτιστοποίηση συστήματος, τεχνικές διαμόρφωσης, μηχανική μάθηση, ενοποίηση, ρυθμιστικά πλαίσια, επικοινωνία υψηλής ταχύτητας.
This thesis investigates the behavior of Avalanche Photodiodes (APDs) in optical communication systems, utilizing the McIntyre-Conradi (MC) and Webb models alongside Gaussian approximations. The study concludes that the Webb model serves as a robust approximation, particularly effective when dealing with a high average number of absorbed photons, simplifying computations without significant loss of accuracy. The Gaussian approximation proves valuable for computational efficien-cy in high-photon scenarios but exhibits limitations in low-light conditions, advocating for the use of more accurate models like Webb or MC. In addition, the thesis delves into Gain and Noise in Free Space Communication Systems (FSO), em-phasizing Fresnel diffraction, environmental noise, and urban development challenges. Through theo-retical analysis, simulations, and case studies, critical insights are gained regarding diffraction's im-pact, gain and noise management, and the feasibility of urban FSO deployment despite challenges. Implications for FSO technology advancement include enhanced system design, urban development strategies, and the need for regulatory frameworks addressing security and interoperability. Future research directions include exploring advanced modulation techniques, leveraging machine learning for system optimization, and integrating FSO with other communication technologies. In conclusion, this thesis contributes to understanding optical communication's nuances and offers practical guidance for future FSO technology development. Continued innovation and research are crucial to meet the growing demand for high-speed, reliable communication solutions. Keywords: Avalanche Photodiodes (APDs), optical communication systems, McIntyre-Conradi (MC) model, Webb model, Gaussian approximation, Free Space Communication Systems (FSO), Fresnel diffraction, gain, noise, urban development, system optimization, modulation techniques, ma-chine learning, integration, regulatory frameworks, high-speed communication.
This thesis investigates the behavior of Avalanche Photodiodes (APDs) in optical communication systems, utilizing the McIntyre-Conradi (MC) and Webb models alongside Gaussian approximations. The study concludes that the Webb model serves as a robust approximation, particularly effective when dealing with a high average number of absorbed photons, simplifying computations without significant loss of accuracy. The Gaussian approximation proves valuable for computational efficien-cy in high-photon scenarios but exhibits limitations in low-light conditions, advocating for the use of more accurate models like Webb or MC. In addition, the thesis delves into Gain and Noise in Free Space Communication Systems (FSO), em-phasizing Fresnel diffraction, environmental noise, and urban development challenges. Through theo-retical analysis, simulations, and case studies, critical insights are gained regarding diffraction's im-pact, gain and noise management, and the feasibility of urban FSO deployment despite challenges. Implications for FSO technology advancement include enhanced system design, urban development strategies, and the need for regulatory frameworks addressing security and interoperability. Future research directions include exploring advanced modulation techniques, leveraging machine learning for system optimization, and integrating FSO with other communication technologies. In conclusion, this thesis contributes to understanding optical communication's nuances and offers practical guidance for future FSO technology development. Continued innovation and research are crucial to meet the growing demand for high-speed, reliable communication solutions. Keywords: Avalanche Photodiodes (APDs), optical communication systems, McIntyre-Conradi (MC) model, Webb model, Gaussian approximation, Free Space Communication Systems (FSO), Fresnel diffraction, gain, noise, urban development, system optimization, modulation techniques, ma-chine learning, integration, regulatory frameworks, high-speed communication.
Περιγραφή
Λέξεις-κλειδιά
Φωτοδιόδοι χιονοστιβάδας, Οπτικά συστήματα επικοινωνίας, Μοντέλο McIntyre-Conradi (MC), Μοντέλο Webb, Gaussian προσέγγιση, Συστήματα επικοινωνίας ελεύθερου χώρου (FSO), Περίθλαση Fresnel, Κέρδος, Θόρυβος, Αστική ανάπτυξη, Βελτιστοποίηση συστήματος, Τεχνικές διαμόρφωσης, Μηχανική μάθηση, Ενοποίηση, Ρυθμιστικά πλαίσια, Επικοινωνία υψηλής ταχύτητας
Θεματική κατηγορία
Οπτικές Επικοινωνίες, Optical Communications
Παραπομπή
Σύνδεσμος
Γλώσσα
el
Εκδίδον τμήμα/τομέας
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών. Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών
Όνομα επιβλέποντος
Τσορμπατζόγλου, Ανδρέας
Εξεταστική επιτροπή
Αγγελής, Κωνσταντίνος
Δουμένης, Γρηγόριος
Δουμένης, Γρηγόριος
Γενική Περιγραφή / Σχόλια
Η εργασία μελετά τα συστήματα οπτικής επικοινωνίας μέσω ελεύθερου χώρου (FSO), με έμφαση στις φωτοδιόδους χιονοστιβάδας (APDs) και τη συμπεριφορά τους σε διαφορετικές συνθήκες. Η έρευνα εστιάζει στην ανάλυση των μοντέλων McIntyre-Conradi (MC) και Webb, καθώς και στην Gaussian προσέγγιση, προκειμένου να διερευνηθεί το κέρδος και ο θόρυβος σε αυτά τα συστήματα.
Στο θεωρητικό κομμάτι, αναλύονται βασικές έννοιες της περίθλασης Fresnel, οι επιπτώσεις των ατμοσφαιρικών συνθηκών και οι προκλήσεις που δημιουργούνται από την αστική ανάπτυξη στα συστήματα FSO. Παράλληλα, η εργασία ενσωματώνει προσομοιώσεις και μελέτες περίπτωσης για να αξιολογήσει τη σκοπιμότητα εγκατάστασης τέτοιων συστημάτων σε πραγματικά σενάρια.
Το έργο καταλήγει σε χρήσιμα συμπεράσματα για τον σχεδιασμό πιο αποτελεσματικών συστημάτων FSO, την ενίσχυση των τεχνικών διαμόρφωσης, καθώς και τη βελτιστοποίηση μέσω μηχανικής μάθησης. Επιπλέον, προτείνονται ρυθμιστικά πλαίσια που αφορούν την ασφάλεια και τη διαλειτουργικότητα αυτών των συστημάτων, δεδομένων των αυξημένων αναγκών για γρήγορες και αξιόπιστες λύσεις επικοινωνίας.
Συνολικά, η εργασία προσφέρει μια ολοκληρωμένη μελέτη των προκλήσεων και των δυνατοτήτων των συστημάτων οπτικής επικοινωνίας μέσω ελεύθερου χώρου, αποτελώντας μια σημαντική συμβολή στην έρευνα και εξέλιξη του τομέα.
Ίδρυμα και Σχολή/Τμήμα του υποβάλλοντος
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών
Πίνακας περιεχομένων
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Εισαγωγή
1.1. Εισαγωγή στο Θέμα της Οπτικής Επικοινωνίας Μέσω Ελεύθερου Χώρου
1.2. Δήλωση των Κύριων Στόχων και Στόχων της Εργασίας
1.3. Επεξήγηση της Τεχνολογίας Free Space Optical (FSO)
1.4. Επεξήγηση των Παραμέτρων που Επηρεάζουν το Κέρδος και το Θόρυβο σε Συστήματα FSO
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Θεωρητικό Υπόβαθρο
2.1. Απώλεια Μετάδοσης, Περιθώριο Πτώσης και Άλλες Σχετικές Παράμετροι
2.2. Χωρητικότητα Καναλιού σε Συστήματα FSO
2.3. Εφαρμογές Τεχνολογίας FSO
2.4. Εφαρμογές Τεχνολογίας FSO (διπλή αναφορά)
2.5. Βιβλιογραφική Ανασκόπηση στις Τελευταίες Εξελίξεις της Τεχνολογίας FSO
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: Μεθοδολογία Έρευνας
3.1. Εισαγωγή
3.2. Θεωρητικό Υπόβαθρο
3.3. Υπολογιστικά Εργαλεία και Λογισμικό
3.4. Μοντελοποίηση Περίθλασης Fresnel σε Συστήματα FSO
3.5. Αξιολόγηση Κέρδους και Θορύβου σε Συστήματα FSO
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: Αποτελέσματα Αναλύσεων
4.1. Ανάλυση Επιπτώσεων Περίθλασης Fresnel
4.2. Αξιολόγηση του Κέρδους στο Σύστημα Επικοινωνίας Ελεύθερου Χώρου Οπτικών (FSO)
4.3. Αποτελέσματα Ανάλυσης Θορύβου
4.4. Μετρήσεις Απόδοσης και Αξιοπιστία Συστήματος
4.5. Μελέτη Περίπτωσης: Urban FSO Communication Link
4.6. Μοντέλο Εξαρτώμενου Σήματος Gaussian Noise για FSO Διαβιβάσεις
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: Συμπεράσματα
5.1. Σύνοψη Ευρημάτων
5.2. Προτάσεις για Μελλοντική Έρευνα
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΕΣ ΑΝΑΦΟΡΕΣ
Χορηγός
Βιβλιογραφική αναφορά
Ονόματα συντελεστών
Αριθμός σελίδων
60
Λεπτομέρειες μαθήματος
item.page.endorsement
item.page.review
item.page.supplemented
item.page.referenced
Άδεια Creative Commons
Άδεια χρήσης της εγγραφής: CC0 1.0 Universal