Στα συστήματα οπτικών επικοινωνιών χρησιμοποιούνται υψηλές συχνότητες φέροντος σήματος, της τάξης των 200 THz, στην περιοχή του ορατού ή του εγγύς υπέρυθρου ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Η μετάδοση της πληροφορίας πραγματοποιείται μέσω συστημάτων οπτικών ινών.
Οι οπτικές ίνες παρέχουν πολύ μεγαλύτερο εύρος ζώνης συγκριτικά με τα καλώδια χαλκού και τα ομοαξονικά καλώδια, ενώ είναι λιγότερο ευαίσθητες σε διαφόρων ειδών ηλεκτρομαγνητικές επιδράσεις και άλλες ανεπιθύμητες παρεμβολές. Το γεγονός αυτό καθιστά τις οπτικές ίνες το επικρατέστερο μέσο μετάδοσης δεδομένων μεγάλης χωρητικότητας και το μοναδικό σε μεγάλες αποστάσεις όπως για παράδειγμα σε μητροπολιτικά οπτικά δίκτυα και οπτικά δίκτυα κορμού.
Τα πιο εξελιγμένα οπτικά συστήματα επικοινωνίας λειτουργούν στη ζώνη C (1530 -1565 nm) και λιγότερο συχνά στη ζώνη L (1565 -1625 nm). Αυτές οι δύο ζώνες προσφέρουν σχεδόν 100 nm χρήσιμου οπτικού εύρους ζώνης και έχουν επιλεγεί από τις αρχές της δεκαετίας του ’80, κυρίως επειδή παρέχουν διάδοση με τη χαμηλότερη απώλεια. Το γεγονός αυτό αποτέλεσε ισχυρό μοχλό για την κατασκευή συσκευών όπως πομπών, δεκτών και ενισχυτών που λειτουργούν σε αυτό το παράθυρο μήκους κύματος. Σήμερα, πολλοί ειδικοί στον τομέα των οπτικών επικοινωνιών και δικτύων προβλέπουν ότι η συνεχής ανάγκη για πιο απαιτητικά πρότυπα όπως το 5G, το Διαδίκτυο των πραγμάτων (IoT), οι υπηρεσίες Cloud κλπ, θα εξαντλήσει πλήρως τη χωρητικότητα που προσφέρουν οι C και L ζώνες, καθιστώντας αναγκαία τη διεύρυνση της χωρητικότητας των συστημάτων επικοινωνίας μεγάλων αποστάσεων.
Έχουν προταθεί διαφορετικές τεχνικές για την παράκαμψη αυτής της απειλής, είτε ωθώντας την λειτουργία στη μη γραμμική περιοχή, είτε εισάγοντας πολυπλεξία χωρικής διαίρεσης με τη μορφή μετάδοσης πολλαπλών ινών, πολλαπλών πυρήνων ή πολλαπλών τρόπων μετάδοσης.
Τον τελευταίο καιρό η επέκταση του εύρους ζώνης οπτικών ινών, ως μέθοδος για την επίλυση της «κρίσιμης χωρητικότητας» έχει αρχίσει να κερδίζει έδαφος. Γι’ αυτόν τον λόγο, πολλές ομάδες παγκοσμίως εστιάζουν την έρευνά τους στο σχεδιασμό και την κατασκευή οπτικών διατάξεων που μπορεί να καλύπτουν άλλα χρήσιμα μήκη κύματος για οπτική διάδοση που κυμαίνονται από 1250 nm έως 1700 nm. Το πιο σημαντικό επιχείρημα του οδικού χάρτη επέκτασης του εύρους ζώνης είναι ότι τα συστήματα οπτικών επικοινωνιών επόμενης γενιάς θα βασίζονται σε ήδη ανεπτυγμένες υποδομές, αποφεύγοντας έτσι την απαίτηση για δαπανηρή αναβάθμιση των υποδομών των εναλλακτικών προτάσεων που είναι η εκμετάλλευση των ιδιοτήτων των οπτικών ινών λίγων τρόπων (FMF) και των πολλαπλών πυρήνων (MCF).
Το πρόγραμμα ΝOOK θα επικεντρωθεί στην εξερεύνηση της ζώνης O (1260-1360 nm) που προσφέρει επιπλέον 100 nm οπτικού εύρους ζώνης και έχει σαφείς δυνατότητες για τη δημιουργία διατάξεων υψηλής ποιότητας, συμπεριλαμβανομένων των οπτικών ενισχυτών με τη χρήση οπτικών ινών με προσμίξεις βισμούθιου. Η κύρια ιδιότητα της μετάδοσης της ζώνης O είναι η σχεδόν μηδενική διασπορά και η σημαντική διακύμανσή της κατά μήκος των 100 nm που θέτει το έδαφος για την εκδήλωση ισχυρών και μη ομοιόμορφων μη γραμμικών φαινομένων που πρέπει να μετριαστούν αποτελεσματικά. Κύριος στόχος του έργου είναι να προταθούν νέες τεχνικές μη-γραμμικής επεξεργασίας σήματος που θα λαμβάνουν υπόψη τις ιδιαιτερότητες της O-band, συγκαταλέγοντας μεταξύ αυτών τη μηχανική μάθηση και την νευρομορφική υπολογιστική.
Εκτός από τη σε βάθος ανάλυση των συμβατικών επικοινωνιών, το NOOK θα λάβει επίσης υπόψη την ανάδυση στο προσκήνιο των κβαντικών επικοινωνιών και θα διερευνήσει τις δυνατότητες της ζώνης O στην ταυτόχρονη υποστήριξη κλασικών και κβαντικών καναλιών και τις επιπτώσεις της μετάδοσης στη ζώνη Ο στην απόδοση κλασικών και κβαντικών καναλιών που βρίσκονται στις C και L ζώνες.
Τίτλος Έργου: «Επόμενης γενιάς Οπτικά συστήματα επικοινωνίας στη ζώνη O– NOOK»
Χρονική Διάρκεια Έργου:1/1/2022-31/12/2024
Ιστοσελίδα Έργου:https://rncp.eu/#projects
Πλαίσιο&ΠοσόΧρηματοδότησηςΈργου
ΕΛΙΔΕΚ ΑΑ 2901 – 2η Προκήρυξη Ερευνητικών Έργων ΕΛ.ΙΔ.Ε.Κ. για την ενίσχυση Μελών ΔΕΠ και Ερευνητών, Προϋπολογισμός: 175.000 ευρώ.
Επιστημονικός Υπεύθυνος (Πα.Δ.Α.):
Αντώνης Μπόγρης, Καθηγητής Τμήματος Μηχανικών Πληροφορικής και Υπολογιστών της Σχολής Μηχανικών
Κοινοπραξία – Συνεργαζόμενοι Φορείς:
- University of Southampton
- Πανεπιστήμιο Αιγαίου – Τμήμα Μηχανικών Πληροφοριακών και Επικοινωνιακών Συστημάτων
Ερευνητικές Δημοσιεύσεις/Αποτελέσματα / Πατέντες
- Bogris, A., Sozos, K., Deligiannidis, S., Sarantoglou, G. &Mesaritakis, C. Machine Learning and Neuromorphic Computing Approaches for the mitigation of transmission impairments in high baud rate transmission systems. in European Conference and Exhibition on Optical Communication Th2C–5 (2022).
- Υ. Hong, S. Deligiannidis, N. Taengnoi, K. R. H. Bottrill, N. K. Thipparapu, Y. Wang, J. K. Sahu, David J. Richardson, C. Mesaritakis, A. Bogris, and P. Petropoulos, “ML-assisted Equalization for 50-Gb/s/λ O-band CWDM Transmission over 100-km SMF” IEEE Selected Topics in Quantum Electronics, 10.1109/JSTQE.2022.3155990 (2022).
