Study of the scattering based losses in passive optical networks

Abstract

In recent years, rapid development of wireless data transmission has required that researchers and engineers who study data transmission and network topology, should focus on controlling the increased data traffic and dealing with the related challenges. Both increased number of users in data communications and the need of applications with higher capacity due to widely used internet, require broader bandwidth. Since such increase in data traffic service providers should enhance service quality provided for end users in parallel with such growth. Optical fiber has become one of the essential elements of communication systems in recent years because of its high capacity for transferring the light at different wavelengths and having high performance together with large bandwidth in data transmission thanks to high carrier frequency of light. Especially large bandwidth of optical fiber has enabled a great number of users communicating on the same fiber cable simultaneously and resulted in a relief for traffic on the lines by providing high performance in data communication. In data communication, long distance Passive Optical Networks will be crucial for optical fiber access networks in the future in terms of increasing bandwidth and reducing unit line cost. During transmission throughout the optical fiber, a reduction in signal power occurs due to scattering mechanisms such as Rayleigh scattering resulting from inhomogeneity of fiber material and interaction with molecular models (Raman scattering) or acoustic waves resulting from thermal effects (Brillouin scattering). In this thesis study, use of Passive Optical Network (PON) in data communication networks was discussed and several loss mechanisms are investigated. The main aim was to understand the signal reduction mechanisms so that some solutions can be offered as a future work.

Son yıllarda, kablosuz veri iletiminde yaşanan hızlı büyüme, veri iletimi ve ağ topolojileri konularında çalışan araştırmacıların ve mühendislerin artan veri trafiğini kontrol etme ve bu zorluğun üstesinden gelme konularında yoğun olarak çalışmalarını gerekli hale getirmiştir. Gerek veri haberleşmesindeki kullanıcı sayısı artışı, gerekse internet kullanımının giderek yaygınlaşmasına paralel olarak kullanıcıların daha yüksek kapasite isteyen uygulamalara olan yönelimleri, daha yüksek bant genişliklerine gereklilik göstermiştir. Veri trafiğindeki bu artmaya bağlı olarak servis sağlayıcıların son kullanıcılara vereceği hizmetin kalitesini de bu gelişmeye paralel olarak arttırması gerekmektedir. Optik fiberlerin, ışık taşımadaki yüksek kapasiteleri ve dolayısıyla ışığın modülasyonu ile veri iletimindeki yüksek verimlilikleri ve büyük bant genişliğine sahip olmaları nedeniyle, son yıllarda haberleşme sistemlerinin önemli elemanlarından biri olmuştur. Özellikle yüksek bant genişlikleri optik fiberlerin haberleşme sistemlerinde aynı anda çok sayıda kullanıcının aynı hattan haberleşmesine olanak sağlamış ve veri trafiğinin yüksek verimlilikte kullanılmasını da sağlayarak hat trafiğinin rahatlamasına neden olmuştur. Veri haberleşmesinde, uzun erişim mesafeli Pasif Optik Ağlı linkler, geleceğin optik fiberli erişim ağları ve haberleşme sistemleri için bant genişliğini arttırmak açısından ve birim hat maliyetlerini azaltmak için çok önemlidirler. İletim esnasında optik fiber boyunca, gerek fiber malzeme yapısındaki inhomojenlikten kaynaklanan Rayleigh saçılması ve fiber içerisinde ilerleyen optik sinyalin ortamda oluşan moleküler modlarla (Raman saçılması) veya termal etkilerle ortaya çıkan akustik dalgalar ile etkileşmesi (Brillouin saçılması) sonucu meydana gelen saçılma mekanizmaları nedeniyle, sinyalde bir zayıflama meydana gelmektedir. Bu tez çalışmasında, veri haberleşmesinde ağ kullanımında, Pasif Optik Ağların (PON) kullanımına yer verilmiş ve farklı kayıp mekanizmaları incelenmiştir. Ana amaç sinyal azalma mekanizmalarının anlaşılması ve böylece gelecekteki çalışmalar için bazı çözümlerin sunulmasıdır.