PERFORMANCE OF MID L-BAND PHOTONIC MILLIMETER WAVES FOR 5G FLEXIBLE HETEROGENEOUS ACCESS NETWORKS

PERFORMANCE OF MID L-BAND PHOTONIC MILLIMETER WAVES FOR 5G FLEXIBLE HETEROGENEOUS ACCESS NETWORKS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF (Thesis)
201705030 Thesis - Eprint.pdf
Restricted to Repository staff only until 20 June 2022.

Download (6MB)

Arabic Abstract

تم حديد تقنية الموجة المليمترية (MMW) كمرشح واعد لتطبيقات الوصول إلى الميل الأخير/الميل الأول نظرًا لمزاياها العديدة. يمكن ان يحقق التكامل ما بين هذه الموجات الميليمترية والموجات الاسيكلية والبصرية تكاملا لا مثيل له ينتج عنه شبكة من الموجات اللاسلكية ذات سرعات عالية جدا تعرف ب موجات الراديو عبر الالياف البصرية (RoF). وعلى هذا النحو، تعتبرال (RoF) تقنية محتملة لتوزيع إشارات الموجات الميليمترية من المركز الرئيس إلى طرف المستقبل، في بنية تحتية مهجنة من الشبكات البصرية واللاسلكية. وبالاضافة الى ذلك ، فإن توليد الموجات البصرية عالية الجودة وتوزيع الإشارات الميليمترية ضروريان بينما يغطي أيضًا عمليات الطول الموجي للنطاق ((L الممتد إلى جانب النطاق (C) الحالي نظرًا لأن توسيع نافذة الطول الموجي للعمليات قيد النظر للشبكات البصرية من الجيل التالي. لذلك، لتلبية هذه المتطلبات، اكتسبت أشعة الليزر المبينة على أشباه الموصلات (InAs/InP based quantum-dash laser) قوة جذب في السنوات الأخيرة بسبب قدرة تشغيلها الذي يغطي كل من هذين النوعين من الاطوال الموجية، وبسبب الاجيال المتعددة من الموجات الميليمترية وأنظمة موجات الراديو عبر الالياف البصرية واللاسلكي. ومع ذلك، كل ما سبق يقتصر على النطاق C فقط بينما ظل النطاق L الممتد لم يُتبحّر فيه. وبالتالي، في هذا البحث، نسلط الضوء على الجدوى المحتملة لليزر (InAs/InP based quantum-dash) والمبني على الأطول الموجية الميليمترية في نطاق L لتستعمل في البنية التحتية للشبكة الضوئية الهجينة المستقبلية. وذلك من خلال دراسة التوليد البصري عالي النبرة عن طريق توظيف الموجات المليمترية الخارجية والذاتية عند الطول الموجي 1610 نانومترتقريبًا. لقد قمنا أيضًا بتحليل دقيق وأظهرنا بنجاح إرسالًا متزامنًا أحاديًا وثنائي الاتجاه لاشارات من نوع (QPSK) يصل ترددها إلى 8 جيجابت / ثانية عند نطاق 28 جيجاهرتز، واراسل علوي حتى 8 جيجابت/الثانية لاشارات 16-QAM عند نطاق 25 جيجاهرتز ذات مدى فوق 10 كم من الألياف أحادية النوع و قناة هجينة لاسلكية بطول 4 متر. علاوة على ذلك ، تم إجراء تحليل مقارن لأداء الإرسال عند 30 جيجاهرتز باستخدام كل من اشارات الإغلاق الخارجي وذاتية القفل في ظروف الطقس الصافية والمغبرة. علاوة على ذلك ، تم إجراء استقصاء شامل مع التركيز على نسبة القمع الوضعي الجانبيSMSR) ) ، والقوة البصرية ، وعرض الخط ، وضوضاء الطور. بالاضافة الى ماذكر، تم تقييم أداء النظام ومقارنته من حيث القدرة المُستَقبلة ، ومعدل خطأ البتBER) )، وحجم متجه الخطأEVM) )، ونسبة الإشارة إلى التشوهSNR) )، والشبكة اللاسلكية الفعالة ، والألياف الهجينة اللاسلكية والألياف الهجينة ذات قنوات (FSO) الاسلكية. ستكون هذه الدراسة خطوة مشجعة نحو تطوير هذه التقنية للجيل التالي من الطول الموجي الهجين المعقد WDM)) المعتمد على موجات الراديو عبر الالياف البصرية (RoF) ذات البناء الشبكي البصري السلبي.

English Abstract

Millimeter-wave (MMW) technology has been identified as a promising candidate for last/first-mile access applications due to its several advantages. The MMW optical/wireless integration could also realize seamless integration of wireless and high-speed fiber-optic networks known as radio over fiber (RoF). As such, RoF is considered a potential technology for distributing MMW signals from central office to radio head (RRH), the user end, in a hybrid optical/wireless network infrastructure. Nonetheless, high-quality optical generation and subsequent distribution of MMW signals are essential while also covering extended L-band wavelength operations besides the present C-band since expanding the wavelength window for operations is under consideration for next-generation optical networks. Therefore, to cater to these requirements, InAs/InP based quantum-dash (QD) semiconductor lasers has gained traction in recent years owing to their operation covering both these wavelength windows, and several MMW generation and RoF/wireless transmission systems are demonstrated; however, confined to only C-band while the extended L-band remained unexplored. Thus, in this work, we highlight the potential feasibility of InAs/InP quantum-dash dual-wavelength laser as a MMW source emitting in the unexplored mid-L-band region for future hybrid optical network infrastructure by reporting the optical generation of high-quality MMW beat-tone employing both external and self injection-locking at ~1610 nm. We also rigorously analyzed and successfully demonstrated uni- and bi-directional simultaneous transmission up to 8 Gbits/s QPSK signal at 28 GHz band and upstream transmission of up to 8 Gbps 16-QAM at 25 GHz band over 10 km single-mode fiber - 4 m wireless hybrid channel. Moreover, at 30 GHz, employing both external and self- locking, a comparative transmission performance analysis was conducted for clear and dusty weather conditions. Furthermore, a comprehensive investigation was conducted with the emphasis on side mode suppression ratio (SMSR), optical power, linewidth, and phase-noise. Moreover, the system performance was evaluated and compared in terms of received power, bit-error-rate (BER), error vector magnitude (EVM), signal-to-noise ratio (SNR) and effective wireless, hybrid fiber wireless and hybrid fiber FSO wireless channel distance. This study would be an encouraging step towards the development of this technology for next generation hybrid wavelength division multiplexed (WDM) RoF based passive optical network (PON) architecture.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Engineering
Research
Physics
Electrical
Department: College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor: Kban, MZM
Committee Members: Qureshi, Khurram and Nasir, Ali
Depositing User: QAZI TAREQ (g201705030)
Date Deposited: 27 Jun 2021 09:07
Last Modified: 27 Jun 2021 09:07
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141907