Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko University of Ljubljana, Faculty of Electrical Engineering 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE 2021 Ljubljana, 4. in 5. februarja 2021 ZBORNIK 25TH SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS 2021 Ljubljana, 4 and 5 February 2021 PROCEEDINGS UREDILA/EDITORS: Tomi Mlinar, Boštjan Batagelj ____________________________________________________ Kataložni zapis o publikaciji (CIP) pripravili v Narodni in univerzitetni knjižnici v Ljubljani COBISS.SI-ID 54585347 ISBN 978-961-243-417-5 (PDF) ____________________________________________________ _ URL: https://sok.fe.uni-lj.si/zborniki Copyright © 2021 Založba FE. All rights reserved. Razmnoževanje (tudi fotokopiranje) dela v celoti ali po delih brez predhodnega dovoljenja Založbe FE prepovedano. Založnik: Založba FE, Ljubljana Izdajatelj: Fakuleta za elektrotehniko, Ljubljana Urednik: prof. dr. Sašo Tomažič 1. elektronska izdaja 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 3/250 Predgovor Od izuma optičnega vlakna mineva že 50 let, pravi razmah gradnje optičnih omrežij do slehernega doma pa se je začel pred sedemnajstimi leti – tudi v Sloveniji. Od takrat je optična tehnologija vodilna in vseprisotna v komunikacijskih omrežjih, pa tudi na drugih področjih. Po zgledu razvijalcev celičnih radijskih komunikacij, ki so tehnologije že kmalu po njihovih komercialnih začetkih začeli ločevati po generacijah (1G do 5G), se zdaj tudi v fiksne komunikacije uvaja ta pojem. Pri fiksnih komunikacijah smo trenutno pri četrti generaciji (F4G), kar pomeni nekaj 100 Mbit/s prenosa podatkov do uporabnika. Naslednja generacija (F5G) naj bi končnim uporabnikom brez težav omogočala hitrosti dosti preko 1 Gbit/s, kar bo ob nizkih zakasnitvah in veliki zanesljivosti delovanja omogočalo uvedbo npr. video-storitev 8K, storitve navidezne resničnosti in izjemno interaktivno uporabniško izkušnjo tudi na velikih zaslonih. Sodobna optična tehnologija porabi za prenos enega bita informacije le tisočinko energije, potrebne za prenos po brezžični zvezi, izboljšanje spektralne učinkovitosti v komunikacijskih sistemih pa si obetamo z vpeljavo optičnih gradnikov na osnovi mikrovalovne fotonike in integrirane optike. Razvoj področja optoelektronike in optičnih komunikacij je spodbudil prve začetke in kasnejši razvoj nove izobraževalne dejavnosti na Fakulteti za elektrotehniko že okoli leta 1980, torej razmeroma zgodaj. Sledilo je oblikovanje predmeta Optične komunikacije na dodiplomskem in podiplomskem študiju. Strokovne seminarje Optične komunikacije je zasnoval zasl. prof. dr. Jožko Budin iz izobraževalne dejavnosti, ki jo je pod okriljem projekta TEMPUS JEN-04202 v letih 1993 do 1997 izvajala Fakulteta za elektrotehniko Univerze v Ljubljani. Pri uvajanju začetnih tečajev in pozneje seminarjev je bilo zasl. prof. dr. Jožku Budinu v pomoč večletno sodelovanje s partnerskimi organizacijami projekta, in sicer Mednarodnim centrom za teoretično fiziko (ICTP) v Trstu, Univerzo v Trstu, Univerzo v Padovi, Univerzo Strathclyde v Glasgowu in drugimi. Nobenega dvoma ni, da je seminar Optične komunikacije v preteklih desetletjih bistveno prispeval k strokovnemu izpopolnjevanju telekomunikacijskih strokovnjakov. Njegov osnovni namen je bil razširjanje, izpopolnjevanje in osveževanje znanja o optičnih tehnologijah ter dvig strokovnosti zaposlenih na področju telekomunikacij v Sloveniji. Imel je ključno vlogo pri uvajanju tehnologije optičnega vlakna v slovenski prostor. Dvajset prispevkov v tokratnem 25. zborniku seminarja Optične komunikacije obravnava predvsem dve pomembni področji: dostopovni in transportni del optičnih omrežij ter nove tehnološke rešitve v fotoniki. Program prvega dne je posvečen povezavi končnega uporabnika z optičnim vlaknom. V uvodnem prispevku Boštjan Batagelj podaja retrospektivo uvajanja optičnega dostopovnega omrežja v Sloveniji, kjer predstavi ključne korake, akterje in tehnologije, ki so omogočili današnjo pokritost z optičnim omrežjem pri nas. V dopoldanskem delu sledita prispevka Roka Čotića o vpeljevanju tehnologije XGS-PON v omrežje Telekoma Slovenije in pogled Mitje Golja iz Iskratela na prihodnost FTTH. V tem delu Katja Mohar Bastar z Digitalnega inovacijskega stičišča Slovenije razpravlja o pomenu optičnega omrežja za Slovensko digitalno družbo, Žan Knafelc z Agencije za komunikacijska omrežja in storitve Republike Slovenije pa predstavlja razvoj optičnih omrežij z vidika regulacije. Ioannis Tomkos z Univerze v Patrasu podaja evolucijo fiksnih in brezžičnih omrežij v smeri omrežij šeste generacije (6G), Eran Inbar iz izraelskega podjetja Prisma Photonics pa predstavlja uporabo senzorjev na osnovi 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 3/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 4/250 optičnega vlakna. Sledi vrsta prispevkov o razvojnem delu laboratorijev na Fakulteti za elektrotehniko Univerze v Ljubljani, kjer se raziskovalci ukvarjajo s fotonskimi integriranimi vezji in mikrovalovno fotoniko. V to skupino prispevkov spadajo predstavitev fotonskih integriranih vezij Janeza Krča in sodelavcev, integracije metamaterialov v fotonska integrirana vezja Andraža Debevca in sodelavcev, merjenje lomnega količnika v optičnem čipu Andreja Lavriča in premostitve pojava presiha moči v optični komunikacijski zvezi Kristjana Vuka Baliža. V drugem dnevu seminarja Matjaž Vidmar osveži znanje z obravnavo fizikalnih osnov svetlobnega vlakna in njegovih omejitev ter osvetli ukrepe za njihovo premostitev. Klaus Samardžić iz podjetja SmartCom se v svojem prispevku poglablja v transportna optična omrežja, ki naj bi zagotavljala dovolj velike zmogljivosti za potrebe mobilnih omrežij 5G. Sledi predstavitev uporabe 200 Gbit/s prenosnih sistemov DWDM na jedrnem omrežju RUNE in priklop prvih rezidenčnih uporabnikov na 10 Gbit/s simetričnem dostopovnem omrežju XGS-PON, kar bo obravnaval Goran Živec. V zadnjem delu zbornika so zbrane optične rešitve, kot so delujoč primer prostozračne optične zveze Luke Mustafa, uporabnost komunikacij z vidno svetlobo Žige Pušelca, prisotnost optičnih tehnologij na sodobnih potniških ladjah Mladena Radovanovića in uporaba optičnih kasnilnih linij Uroša Dragonje. Kakovostna izvedba dosedanjih tečajev in seminarjev, sodelovanje priznanih vabljenih strokovnjakov, znaten interes udeležencev in premierna izvedba letošnjega spletnega seminarja, utrjuje naše prepričanje, da je redno strokovno spopolnjevanje strokovnjakov na naglo razvijajočem se področju optičnih komunikacij ne le primerno in koristno, ampak tudi potrebno in nujno. Med našimi strokovnjaki vlada izredno zanimanje za seznanjanje z novimi tehnologijami in za uporabo tega znanja v strokovnem delu. Ta seminar to v polni meri dokazuje. Postal je redna oblika strokovnega izpopolnjevanja in srečevanja vseh, ki jih zanimajo razvoj, novosti in dosežki zadnjega časa ter priložnost za dvig strokovnosti in širšo informiranost strokovnjakov o temah, ki odražajo razvoj v svetu in so že ali pa še bodo aktualne tudi za razvoj optičnih komunikacij v Sloveniji. Organizatorji seminarja se zahvaljujemo vsem predavateljem za njihov neprecenljiv prispevek, med njimi vabljenima tujima predavateljema iz Grčije in Izraela, prav tako pa tudi domačim podjetjem in posameznikom za sodelovanje in pomoč pri pripravi ter izvedbi seminarja. Zahvala gre odgovornim v naših podjetij in institucijah, ki so svojim strokovnjakom omogočili udeležbo na seminarju in s tem podprli to dejavnost. Želiva vam, da v 25. zborniku seminarja Optične komunikacije najdete uporabne vsebine, ki vam bodo koristile v vašem poslovnem in osebnem življenju. Ljubljana, februarja 2021 Tomi Mlinar in Boštjan Batagelj, urednika 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 4/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 5/250 Foreword It has been 50 years since the invention of optical fiber. Real expansion of the construction of optical networks to every home began seventeen years ago - also in Slovenia. Since then, optical technology has been a leader and ubiquitous in communication networks as well as in other fields. Following the example of the developers of cellular radio communications, who soon after their commercial beginnings began to separate technologies by generations (1G to 5G), this concept is now being introduced into fixed communications as well. In fixed communications, we are currently in the fourth generation (F4G), which means some 100 Mbps of data transfer to the user. The next generation (F5G) should easily allow end users speeds well over 1 Gbps, which will allow for example the introduction of 8K video service, virtual reality services and an interactive user experience even on big screens. Modern optical technology consumes only a one thousandth of the energy required for wireless transmission to transmit one bit of information, and we hope to improve spectral efficiency in communication systems by introducing optical building blocks based on microwave photonics and integrated optics. The development of optoelectronics and optical communications stimulated the first beginnings and later development of a new educational activity at the Faculty of Electrical Engineering as early as around 1980. This was followed by the design of the course on Optical Communications in undergraduate and postgraduate studies. Professional seminars on Optical Communications developed professor emeriturs Jožko Budin from the educational activity carried out by the Faculty of Electrical Engineering of the University of Ljubljana under the auspices of the TEMPUS JEN-04202 project in the years 1993 to 1997. In the introduction of courses and later seminars, prof. Jožko Budin cooperated with the partner organizations of the project by many years, namely the International Center of Theoretical Physics (ICTP) in Trieste, the University of Trieste, the University of Padova, the University of Strathclyde in Glasgow and others. There is no doubt that the Optical Communications seminar has made a significant contribution to the professional development of telecommunication professionals over the past decades. Its main purpose was to spread, improve and refresh knowledge about optical technologies and raise the professionalism of employees in the field of telecommunications in Slovenia. It played a key role in the introduction of optical fiber technology in Slovenia. Twenty papers in this year's 25th proceedings of the Optical Communications seminar deal with two important areas: the access and transport optical networks and new technological solutions in photonics. The programme of the first day is dedicated to the fiber to the home. In the introductory article, Boštjan Batagelj gives a retrospective of the introduction of the optical access network in Slovenia, where he presents the key steps, actors and technologies that enabled today's coverage with the optical network in Slovenia. The morning part is followed by Rok Čotić's contribution on the introduction of XGS-PON technology in the Telekom Slovenije network and view on the future of FTTH prepared by Mitja Golja from Iskratel. In this part, Katja Mohar Bastar from the Digital Innovation Hub of Slovenia discusses the importance of the optical network for the Slovenian digital society, and Žan Knafelc from the Agency for Communication Networks and Services of the Republic of Slovenia presents the development of optical networks from the regulatory point of view. 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 5/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 6/250 Ioannis Tomkos from the University of Patras presents the evolution of fixed and wireless networks in the direction of sixth generation (6G) networks, and Eran Inbar from the Israeli company Prisma Photonics presents the use of fiber-based sensors. The following is a series of papers on the development work of laboratories at the Faculty of Electrical Engineering, University of Ljubljana, where researchers deal with photonic integrated circuits and microwave photonics. This group of papers includes the presentation of photonic integrated circuits by Janez Krč and colleagues, the integration of metamaterials into photonic integrated circuits by Andraž Debevec and colleagues, the measurement of the effective refractive index of a fiber in a silicon chip by Andrej Lavrič and overcoming the power fading in optical communication link with the use of integrated microwave photonics by Kristjan Vuk Baliž. On the second day of the seminar, Matjaž Vidmar refreshes our knowledge on the glass fiber by presenting its physical bases and limitations, and presents measures to overcome them. In his contribution, Klaus Samardžić from the company SmartCom delves into transport optical networks, which should provide sufficient capacity for the needs of 5G mobile networks. This is to be followed by a presentation of the use of 200 Gbps DWDM transmission systems on the RUNE core network and the connection of the first resident users to the 10 Gbps symmetric XGS-PON access network, which is to be discussed by Goran Živec. The last part of the proceedings contains optical solutions, such as a working example of Luka Mustafa's free-air optical connection, the usefulness of Žiga Pušelec's visible light communications, the presence of optical technologies on modern passenger ships of Mladen Radovanović and the use of optical delay lines, which is to be presented by Uroš Dragonja. Quality implementation of previous courses and seminars, participation of renowned invited experts, significant interest of participants and premiere of this year's webinar strengthens our belief that regular professional education of experts in the rapidly evolving field of optical communications is not only appropriate and useful, but also necessary. There is a great interest among our experts to get acquainted with new technologies and to use this knowledge in professional work. This seminar fully proves this. It has become a regular form of professional development and meeting of all those interested in recent developments, innovations and achievements, as well as an opportunity to raise professionalism and inform experts on topics that reflect achievements in the world and are already relevant for the development of optical communications in Slovenia. The organizers of the seminar would like to thank all the lecturers for their invaluable contribution, including invited lecturers from Greece and Israel, as well as companies and individuals for their cooperation and assistance in the preparation and implementation of the seminar. Thanks go to those responsible in our companies and institutions who enabled their experts to participate in the seminar and thus support this activity. We wish you to find useful content in the proceedings of the 25th Optical Communications seminar that will be useful in your business and private life. Ljubljana, February 2021 Tomi Mlinar and Boštjan Batagelj, editors 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 6/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 7/250 Seznam prispevkov Avtor(ji) Naslov predavanja Stran Kronološki pregled uvajanja optičnega dostopovnega 1 Boštjan Batagelj 9 omrežja v Sloveniji Pomen optičnega omrežja za Slovensko digitalno 2 Katja Mohar Bastar 22 družbo 3 Rok Cotič Vpeljava XGS-PON v Telekomu Slovenije 31 4 Žan Knafelc Optična omrežja v Sloveniji 48 5 Mitja Golja Pogled na bodočnost FTTH 60 The evolution of fixed and wireless network 6 Ioannis Tomkos 75 generations towards 6G Next Generation Fiber Sensing - Theory and 7 Eran Inbar 77 Applications Janez Krč, Andraž Debevc, Marko Topič, Aleksander Sešek, Bruno Cacovich, Miha Uvod v fotonska integrirana vezja in aktivnosti s tega 8 91 Cacovich, Janez Trontelj, Kristjan Vuk Baliž, področja na FE Boštjan Batagelj Strukture metamaterialov za višjo stopnjo integracije v 9 Andraž Debevc, Janez Krč, Marko Topič 116 fotonskih integriranih vezjih Merjenje efektivnega lomnega količnika svetlovoda v 10 Andrej Lavrič, Boštjan Batagelj 127 silicijevem čipu Kristjan Vuk Baliž, Boštjan Batagelj, Andraž Premostitev presihanja moči v optični komunikacijski 11 134 Debevc, Janez Krč zvezi z uporabo integrirane mikrovalovne fotonike Svetlobno vlakno: primerjava, fizikalne osnove, 12 Matjaž Vidmar 143 omejitve in protiukrepi, 1. del Svetlobno vlakno: primerjava, fizikalne osnove, 13 Matjaž Vidmar omejitve in protiukrepi, 2. del Optična transportna omrežja z linijskimi kapacitetami 14 Klaus Samardžić 160 za mobilna omrežja 5G Uporaba 200 Gbps prenosnih sistemov DWDM na jedrnem omrežju RUNE in priklop prvih rezidenčnih 15 Goran Živec 178 uporabnikov na 10 Gbps simetričnem dostopovnem omrežju XGS-PON 16 Luka Mustafa Prostozračne optične zveze 184 17 Žiga Pušelc, Boštjan Batagelj Komunikacije z vidno svetlobo 195 18 Mladen Radovanović, Boštjan Batagelj Optične tehnologije na sodobnih ladjah 204 19 Jernej Mušič, Boštjan Batagelj Lidar 219 20 Uroš Dragonja, Boštjan Batagelj Uporaba optičnih kasnilnih linij 235 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 7/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 8/250 Table of contents Author(s) Article Page Chronological overview of the introduction of the 1 Boštjan Batagelj 9 optical access network in Slovenia Importance of the optical network for the Slovenian 2 Katja Mohar Bastar 22 digital society 3 Rok Cotič Introduction of the XGS-PON in Telekom Slovenije 31 4 Žan Knafelc Optical networks in Slovenia 48 5 Mitja Golja A look at the future of FTTH 60 The evolution of fixed and wireless network generations 6 Ioannis Tomkos 75 towards 6G 7 Eran Inbar Next Generation Fiber Sensing - Theory and Applications 77 Janez Krč, Andraž Debevc, Marko Topič, Aleksander Sešek, Bruno Cacovich, Miha Introduction to photonic integrated circuits and 8 91 Cacovich, Janez Trontelj, Kristjan Vuk Baliž, activities in this field at FEE Boštjan Batagelj Structures of metamaterials for a higher degree of 9 Andraž Debevc, Janez Krč, Marko Topič 116 integration in photonic integrated circuits Measurement of the effective refractive index of a fiber 10 Andrej Lavrič, Boštjan Batagelj 127 in a silicon chip Kristjan Vuk Baliž, Boštjan Batagelj, Andraž Overcoming the power fading in optical communication 11 134 Debevc, Janez Krč link with the use of integrated microwave photonics Optical fiber: comparison, physical background, 12 Matjaž Vidmar 143 limitations and countermeasures, Part 1 Optical fiber: comparison, physical background, 13 Matjaž Vidmar limitations and countermeasures, Part 2 Optical transport networks with line capacities for 5G 14 Klaus Samardžič 160 mobile networks Use of 200 Gbps DWDM transmission systems on the 15 Goran Živec RUNE core network and connection of the first resident 178 users on a 10 Gbps symmetric XGS-PON access network 16 Luka Mustafa Free-space optical communications 184 17 Žiga Pušelc, Boštjan Batagelj Visible Light Communications 195 18 Mladen Radovanović, Boštjan Batagelj Optical technologies on modern ships 204 19 Jernej Mušič, Boštjan Batagelj Lidar 219 20 Uroš Dragonja, Boštjan Batagelj Use of optical delay lines 235 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 8/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 9/250 Kronološki pregled uvajanja optičnega dostopovnega omrežja v Sloveniji Chronological overview of the introduction of the optical access network in Slovenia Boštjan Batagelj Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko Katedra za informacijsko komunikacijske tehnologije, Laboratorij za sevanje in optiko bostjan.batagelj@fe.uni-lj.si Povzetek technological solutions for the optical access Letos mineva več kot 3 desetletja od kar je bila v network that have been established in Slovenia and svetovni znanstveni literaturi prvič predstavljena that can be used by end users. pasivna optična tehnologija do končnega uporabnika. Mineva 17 let od kar je bil Biografija avtorja mednarodno sprejet GPON standard in prav toliko Boštjan Batagelj je izredni profesor na Fakulteti za od kar se je optično dostopovno omrežje začelo elektrotehniko Univerze v Ljubljani, kjer predava graditi v Sloveniji. Prispevek je retrospektiva predmete optične komunikacije, radijske komunikacije implementacije optičnega dostopovnega omrežja v in satelitske komunikacije. Raziskovalno delo opravlja v Sloveniji. Predstavi ključne korake, akterje in Laboratoriju za sevanje in optiko, kjer se med drugim tehnologije, ki so omogočili današnjo pokritost z ukvarja z fizičnim nivojem prenosnih in dostopovnih optičnim omrežjem. Prikazane bodo tehnološke telekomunikacijskim omrežji zasnovanih na radijski in rešitve za optično dostopovno omrežje, ki so se optični tehnologiji. Je avtor več kot 300 člankov, osmih uveljavile v slovenskem prostoru in ki jih lahko patentnih prijav in sodeluje v domačih ter mednarodnih raziskovalnih projektih s področja optičnih in koristijo končni uporabniki. radijskih komunikacij. Abstract Author's biography This year marks more than 3 decades since end Boštjan Batagelj received his Ph.D. from the University user passive optical technology was first of Ljubljana in 2003 for work on optical fiber introduced into the world scientific literature. It nonlinearity measurements. He is currently an Assistant has been 17 years since the internationally Professor at the Faculty of Electrical Engineering, accepted GPON standard was introduced and just University of Ljubljana teaching courses in optical as long since the deployment of the optical access communications and radio communications. As network started in Slovenia. The presentation is a researcher he works at Radiation and optics laboratory. retrospective on the implementation of the optical His research interests include work on the physical access network in Slovenia. It presents the main layer of optical transport and optical access networks including convergence with radio systems and steps, actors and technologies that made today’s components. optical network coverage possible. It presents 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 9/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 10/250 Kronološki pregled uvajanja optičnega dostopovnega omrežja v Sloveniji izr. prof. dr. Boštjan Batagelj bostjan.batagelj@fe.uni-lj.si 4. februar 2021 http://lso.fe.uni-lj.si 2/23 Vsebina predstavitve � Zakaj optično vlakno v dostopu? � Kronologija dogajanja v preteklih letih � od 2004 do 2009 � od 2009 do 2021 � Tehnološke značilnosti optičnega dostopovnega omrežja v Sloveniji � točka – točka � točka – mnogo točk � Kam naprej? 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 10/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 11/250 Razvoj optičnih komunikacij v prejšnjem 3/23 stoletju za hrbtenico omrežja �km] [bit/s t zveze me Emanuel Desurvire, “Optical Communications in 2025”, SOK 2006 �do ze e � Leta 1970 je bila prva objava o WDM tehnologiji. st zv � Leta 1978 je bil izveden prvi leta gljivo laboratorijski WDM preizkus z uporabo dveh valovnih dolžin. zmo � Leta 1994 so se začeli uporabljati optični ojačevalniki. vir: E. Desurvire et al., “EDFA, Device and System developments,Vol. 2” J.Wiley & Sons, Inc., 2004. Razvoj fiksnega omrežja v dostopu 4/23 10 Gbit/s F5G 1 Gbit/s F4G 100 Mbit/s F3G 20 Mbit/s 10 Mbit/s F2G 1 Mbit/s 100 kbit/s 64 kbit/s F1G 10 kbit/s 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 vir: ETSI, Fifth Generation Fixed Network (F5G) https://www.etsi.org/technologies/fifth-generation-fixed-network-f5g Boštjan Batagelj, Digitalni polet na krilih pete generacije, Delo, 23. 1. 2021 https://www.delo.si/novice/znanoteh/digitalni-polet-na-krilih-pete-generacije/ 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 11/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 12/250 5/23 Primerjava optičnih vlaken z električnimi vodi bakrena parica, koaksialni vodnik optično vlakno izgube signala (-) velike (+) zelo majhne frekvenčni pas (-) majhen (+) izredno velik elektromagnetna občutljivost (-) velika (+) neobčutljivost prisluškovanje (-) enostavno (-) je mogoče galvanska ločitev (-) v posebnih primerih (+) vedno komunikacijska oprema (-) zahtevnejša (+) enostavna cena opreme (+) cenejša (+) drastično pada energetska potratnost (-) velika (+) zelo majhna Spekter optičnih komunikacij 6/23 1,55 Pm 1,3 Pm 1,0 Pm 1,5 Pm 2,0 Pm O0 c 0 λ 0 f f 300 THz 200 THz 150 THz 230 THz 194 THz 2 O E S C L f c U 0 B | � B � B f λ 2 λ 1260 1360 1460 1530 1565 1625 1675 c λ 0 0 B { frekvenčna pasovna širina 4,4 THz Erbijev f B { svetlobni ojačevalnik valovnodolžinska pasovna širina λ frekvenčna in valovnodolžinska pasovna širina pr λ i μm 55 , 1 in f 194THz 0 B λ 100 nm 10 nm 1 nm 0,1 nm 0,8 nm 0,08 nm 8 pm 0,8 pm B f 12,5 THz 1,25 THz 125 GHz 12,5 GHz 100 GHz 10 GHz 1 GHz 100 MHz Vir: B. Batagelj, učbenik “Osnove optičnih komunikacij“, 2015, http://lso.fe.uni-lj.si/studij/optika_vs/opticne%20komunikacije_BatageljB.pdf 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 12/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 13/250 FTTx (Fiber To The x) tehnologija 7/23 ONT vlakno do doma vlakno do zgradbe ONU Glavna razdelilna postaja ONU vlakno do kabine ONU vlakno do soseske � ONT - (angl. Optical Network Terminal) optični omrežni terminal � ONU - (angl. Optical Network Unit ) optična omrežna enota Začetki izgradnje optičnega 8/23 dostopovnega omrežja v Sloveniji � Septembra 2004 je Gratel začel za T-2 postavlja FTTH omrežje (enega prvih v Evropi). � To je bil logičen korak, saj je bil do takrat T-2 brez lastne fizične telekomunikacijske infrastrukture – “greenfield” operator. � Leta 2006 je bilo v izgradnjo zajetih že nekaj večjih mestih v Sloveniji. Vir: Dušan Kočevar, “Deployment of Broadband Fiber–Optic Network in Slovenia“. Gratel, Kranj, 2007. � Leta 2006 je Telekom Slovenije začel množičen FTTH projekt, imenovan F2. � Bil je eden od prvih telekomov (nacionalnih operaterjev) v Evropi. � Aprila 2007 je Telekom Slovenije priklopil svojega prvega FTTH naročnika. � F2 je imel za cilj opremiti 50.000 slovenskih domov do konca leta 2007 (dosegel je 40.000 v 2007). Telekom Slovenije Group, “Annual report 2006 Telekom Slovenije Group and Telekom Slovenije d.d.”, Ljubljana, May 2007. Telekom Slovenije Group, “Annual report 2007 Telekom Slovenije Group and Telekom Slovenije d.d.”, Ljubljana, May 2008. https://www.telekom.si/en/investor-relations/annual-and-interim-reports 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 13/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 14/250 Slovenija ima zavidljivo pozicijo v svetu 9/23 od 685 tisoč gospodinjstev Pogled na prihodnost leta 2008 10/23 � Predvidevanja so leta 2008 uvrščala Slovenijo na drugo mesto v Evropi. 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 14/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 15/250 Januarja 2011 11/23 � Slovenija ponovno pridobi svetovno pozornost zaradi tehnologije FTTH. � Tokrat zaradi prevelikega zadolževanja (800 milijonov evrov). � Italijanski časopis “L'Espresso“ razgalil propadle finančne posle mariborske nadškofije. Vir: Tomaž Modic, Matjaž Polanič, “Kako sta Stres in Kramberger za Cerkev iz nič ustvarila milijonski dobiček“, 3. avgust 2013, https://www.dnevnik.si/1042600892 “Zlom mariborske nadškofije je prispodoba za Slovenijo”, Finance, 22. 1. 2014, https://www.finance.si/8355508 Junij 2012: Slovenija ima še vedno 12/23 zavidljivo pozicijo v Evropi Statistični urad Republike Slovenije: � 1. januarja 2011 je imela Slovenija 813.531 gospodinjstev, kar je povečanje za 128.000 v primerjavi s pred 10 let. � Še posebej se je povečal delež manjših gospodinjstev z enim ali dvema članoma. � Povprečno število družinskih članov v gospodinjstvu, se je zmanjšal z 2,8 na 2,5 članov. � Povečanje števila gospodinjstev v obdobju od 2002 do 2011 je posledica povečanja števila prebivalcev (za 86.000 od leta 2002) in intenzivne gradnje stanovanj, ki zagotavljajo možnost za mlade, da zapustijo osnovno gospodinjstvo in oblikovanje svoje družine in gospodinjstva. 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 15/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 16/250 Opremljanje belih lis 13/23 � Gradnja odprtega širokopasovnega omrežja � 82 milijona evrov EU denarja (od tega 12,4 milijona evrov nacionalnega denarja) � 38 milijona privatnih investicij � GOŠO1 (od 2008 do 2010), opremi 15.957 gospodinjstev s FTTH (konec 2015 je “take-up rate“ 67%) � GOŠO2 (od 2011 do 2012), opremi 13.497 gospodinjstev s FTTH (konec 2015 je “take-up rate“ 33%). � GOŠO 3 ni bil izpeljan � GOŠO 4 v obsegu 7,6 milijona evrov (februar 2020) za 6.550 gospodinjstev do septembra 2023 Vir: “Načrt razvoja širokopasovnih omrežij naslednje generacije do leta 2020“, marec 2016, a Ministrstvo za izobraževanje, znanost in šport ter zunanji deležniki, https://www.gov.si/assets/ministrstva/MJU/DI/Nacrt-razvoja-sirokopasovnih-omrezij.pdf Vir: European Commission, “The Broadband Handbook: ‘Facing the challenges of broadband deployment in rural and remote areas’.“, 29. april 2020, https://ec.europa.eu/digital-single-market/en/news/broadband-handbook-facing-challenges-broadband-deployment-rural-and-remote-areas Prelomno leto 2009 14/23 � Zaradi ekonomske krize se popolnoma ustavi gradnja pri T-2. o Tudi Telekom Slovenije ustavi gradnjo. � Na trg vstopi regulacija (tudi optičnega) dostopovnega omrežja. � Regulacija prizadene zgolj Telekom Slovenije, saj jemlje dostopovno omrežje kot celoto. � T-2 s 16% in Telemach s 13% tržnim deležem aktivnih povezav nista vključena v uredbo. število aktivnih FTTH priključkov Po letu 2009 prirastek zaradi: regulacije optičnega dostopnega omrežja naložbe operaterjev kabelskih omrežij v mestih naložbe javno-zasebnega partnerstva na podeželju pospešena izgradnja izgradnja podeželskih območij z omrežja FTTH v mestih s javno-zasebnim partnerstvom in upoštevanje komercialnimi naložbami načela odprtih dostopnih omrežij � Nekateri za zamrznitev gradnje krivijo APEK (današnji AKOS), ker mislijo, da predpisi za trg ovirajo naložbe. � Vendar iz zaporedja dogodkov vemo, da to ni res, saj se je gradnja ustavila že preden je na trg vstopila regulacija v prvi polovici leta 2011. 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 16/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 17/250 Izvedbe optičnega dostopovnega omrežja v Sloveniji 15/23 � prenos po dveh vlaknih brez videa (zgolj IPTV) � popolnoma dvosmerna zveza brez deljenja pasovne širine � enostavnost izvedbe, vzdrževanja in nadgradnja � za prenos podatkov se uporablja 1300 nm � nizke krivinske izgube � poceni FP laser (poceni pretvorniki) � prenos po dveh vlaknih (ločen video) � uporabljena WDM tehnologija za izogib motnjam � odtok na 1310 nm (poceni FP laser pri uporabniku) � dotok na 1550 nm � distribucija videa na 550 nm (EDFA, deljenje) � zahtevano dobro razmerje S/N � problem je interferometerski šum vir: Boštjan Batagelj, “Deployment of fiber-to-the-home in the Slovenian telecommunications market” Fiber and integrated optics, vol. 32, str. 1-11, 2013. � APC konektorji na enem vlaknu Kebeljski operaterji 16/23 Razlogi za nadgradnjo KKS v hibridno optično/koaksialno (angl. hybrid fiber-coaxial – HFC) omrežje: � odpravljanje kaskade velikega števila električnih ojačevalnikov, � zamenjava enosmernih ojačevalnikov za dvosmerni promet, � razdelitev investicijskih stroškov na več uporabnikov, � pomenljivo varčnejše vzdrževanje vlakenskih povezav. Razlogi za uvedbo popolnoma optičnega omrežja: � za nadgradnjo HFC omrežja se uporablja uveljavljena tehnologija GPON. � GPON zahteva le polovico servisnih posegov v primerjavi s HFC. � Zaradi nizkih izgub v optičnem vlaknu se tudi privarčuje precej energije. 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 17/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 18/250 Namestitev razcepnika 17/23 � Razcepnik v OLT vlakno ONU sprejemnik OLT video oddajnik razcepnik 1:64 6 laser EDFA LO +6dBm +24dBm � Razcepnik bliže ONU vlakno ONU sprejemnik OLT video oddajnik razcepnik +24dBm 1:32 6 laser EDFA LO +21dBm Topologija 18/23 točka – točka Topologija pasivne zvezde: � povezava točka-točka � usmerjevalnik v glavni razdelilni postaji Glavna � enostavna nadgradnja sistema na višje razdelilna zmogljivosti zvez postaja � popolnoma dvosmerna zveza brez deljenja pasovne širine � domet do 80 km (120 km) � do končnega uporabnika peljemo dve vlakni točka – mnogo točk Topologija pasivnega drevesa: � zahteva manjšo količino položenega vlakna Glavna � zahteva manj prostora v centrali razdelilna � manjša poraba električne energije v centrali postaja � porazdelitev stroškov izgradnje in obratovanja med več uporabnikov � do končnega uporabnika peljemo eno vlakno (GPON v standardu predvideva eno ali dve vlakni) 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 18/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 19/250 Pasivno optično omrežje 19/23 � Prvi zapis o tehnologiji PON (angl. passive optical network) � J. R. Stern, et. al. (British Telecom), Passive Optical Local Networks for Telephony Applications and Beyond, Electronics Letters, november 1987 � Prvi standard tehnologije GPON (2004) § 1 · delilno r azm B] erje[d 10 ¨ log ¸ © N ¹ � PON razcepnik 1:2 3 dB 1:4 6 dB � Svetlobni razcepnik je vlakenski element, ki spaja eno optično vlakno na mnogo ločenih vlaken. 1:8 9 dB � Optični signal, ki prihaja na vhod razcepnika, se pojavi na vseh izhodih. 1:16 12 dB � Moč signala se razdeli med vse izhode. 1:32 15 dB � V primeru enakomernega deljenje moči je izhodna moč zmanjšana za faktor delilnega razmerja – število izhodov (N). P P vh 1:64 18 dB � Svetlobni razcepnik je linearen in recipročen element. izh N 1:128 21 dB Časovni multipleks in časovni sodostop 20/23 1 ONU uporabnik 1 � valovna dolžina 1550 nm ali 1490 nm Glavna � Optična omrežna enota sprejme 1 2 3 2 ONU razdelilna 1 2 3 uporabnik 2 vse pakete in izloči samo tistega, ki je namenjen pripadajočemu postaja optični uporabniku. -> prisluškovanje delilnik 3 � Optična omrežna enota deluje na maksimalni prenosni hitrosti. ONU uporabnik 3 1 ONU uporabnik 1 � valovna dolžina 1310 nm � preprečiti je potrebno kolizije med paketi Glavna 1 2 3 2 2 � ko ena izmed optičnih omrežnih razdelilna ONU uporabnik 2 enot govori, so ostale izključene postaja optični (časovni sodostop) delilnik � zahteva po komunikacijskem protokolu 3 � nevarnost pred neposlušnostjo uporabnika ONU uporabnik 3 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 19/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 20/250 Tehnike razvrščanja v PON 21/23 � odtočni in dotočnim promet na istem vlaknu se ne smeta motiti Data (up) Video 1310 nm 1550 nm valovnodolžinsko razvrščanje: Data (down) • Za distribucijo videa se uporablja 1550 nm (EDFA, S/N, deljenje) 1490 nm • Za podatke k uporabniku (dotok) se uporablja 1490 nm (laser z veliko močjo) • Za podatke od uporabnika (odtok) se uporablja 1300 nm (poceni FP laser) časovno razvrščanje: ■ upravljanje z dotočnim (angl. downstream) prometom ■ upravljanje z odtočnim (angl. upstream) prometom � Zahtevni uporabniki poleg zmogljive zveze želijo tudi nizke zakasnitve (angl. latency). � Dolžina dostopovnega omrežja je maksimalno 20 km. � Hitrost razširjanja svetlobnega signala je 2·108 m/s. � Zakasnitev signala v eni smeri je 0,1 ms. � Zakasnitev signala v obe smeri je 0,2 ms. � Pri TDM PON je dotok sestavljen iz okvirjev, ki trajajo 0,125 ms. � Dinamično dodeljevanje pasovne širine (angl. Dynamic Bandwidth Allocation) ima odzivnost dveh ciklov, kar je 0,250 ms. � GPON tehnologija je časovno potratna in neprimerna za zahtevne uporabnike. Pred zaključkom 22/23 � “Digitalna Agenda” - strateški dokument evropske komisije izdan 2010 Europe’s Digital Agenda “By 2020, all Europeans should have access to internet of above 30 Megabits per second (Mbps) and 50% or more of European households have subscriptions above 100Mbps” � Do leta 2020 naj bi vsi Evropejci imeli dostop do interneta s hitrostjo več kot 30 megabajtov na sekundo (Mbps), 50 % ali več evropskih gospodinjstev pa naj bi bilo naročenih na hitrosti, večje od 100 Mbps � Septembra 2016 dopolnjeno na - The European Commission's public consultation on the needs for Internet speed and quality beyond 2020 and measures to fulfil these needs by 2025 reveals clear expectations for the quality of service of fixed Internet connectivity to improve by 2025, especially regarding downlink speed (above 1 Gbps) and responsiveness (less than 10 milliseconds), and confirms the increasing importance of features other than download speed for both fixed and mobile connectivity. - Strategic objective for 2025: Gigabit connectivity for all main socio-economic drivers such as schools, transport hubs and main providers of public services as well as digitally intensive enterprises. ( 1 ) Communication from the Commission to the European Parliament, the Council, the European Economic and Social Committee and the Committee of the Regions, COM(2010) 245 final, A Digital Agenda for Europe, 19.5.2010, https://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=COM:2010:0245:FIN:EN:PDF ( 2 ) See Communication from the Commission to the European Parliament, the Council, the European Economic and Social Committee and the Committee of the Regions, European broadband: investing in digitally driven growth, COM(2010) 472 final, 20/09/2010, https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/ALL/?uri=CELEX%3A52010DC0472 (3) See Communication from the Commission to the European Parliament, the Council, the European Economic and Social Committee and the Committee of the Regions, Connectivity for a Competitive Digital Single Market - Towards a European Gigabit Society, COM(2016) 587 final, 14.9.2016 https://eur-lex.europa.eu/legal-content/GA/TXT/?uri=CELEX%3A52016DC0587 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 20/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 21/250 Zaključki 23/23 bostjan.batagelj@fe.uni-lj.si � FTTH je končna rešitev v širokopasovnih dostopovnih tehnologijah � Na žalost so investicije v FTTH v preteklosti zapoznele zaradi: � alternativnih vrvičnih rešitev (DOCSIS, VDSL, G.fast) � alternativnih brezvrvičnih rešitev (WiFi, 4G, 5G (26 GHz)) � Napačnih političnih in menedžerskih odločitev � Pomanjkanja uporabnosti � FTTH je najbolj energetsko učinkovita dostopovna tehnologija 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 21/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 22/250 Pomen optičnega omrežja za Slovensko digitalno družbo Importance of the optical network for the Slovenian digital society Katja Mohar Bastar Digitalno inovacijsko stičišče Slovenije katja.bastar@gmail.com Povzetek commercial interest tenders, the goal is not Digitalizacija je v letu 2021 že dejstvo, ki nam reached by now. The supervision of the state aid omogoča novo realnost v zadnjem letu. V tem letu projects realization is necessary if we want to smo ugotovili katere so glavne potrebe na achieve the sufficient coverage. digitalnem področju ter kje so močne in kje šibke točke. Pogoj, ki je vitalen pa je vsekakor infrastruktura. Kljub umestitvi Slovenije v Biografija avtorja povprečje EU glede na povezljivost v analizi Mag. Katja Mohar Bastar od marca 2020 deluje kot kazalnikov DESI, nam to nikakor ne sme biti direktorica Digitalnega inovacijskega stičišča Slovenija, dovolj, temveč si mora Republika Slovenija enotne točke za digitalizacijo v Sloveniji, s fokusom na prizadevati za polno pokritost z omrežjem, kar je digitalizaciji malih in srednjih podjetij, pa tudi drugih področij družbe. Pred tem je več kot 15 let delovala na bil tudi cilj Evropske Digitalne agende pred skoraj področju regulative, ki jo preko Sekcije op že desetletjem. Kljub številnim projektom, eraterjev elektronskih komunikacij in strateške skupine za vključeni državni pomoči in razpisom za tržni regulativo in okolje pri Slovenski digitalni koaliciji interes, pa tega cilja še vedno nismo dosegli. aktivno spremlja še danes. Kot vodja regulative je bila Nadzor nad izvajanjem zavez v projektih, od leta 2016 zaposlena v Telekomu Slovenije, do leta povezanih z državno pomočjo bo nuja, če bomo 2016 pa je bila na Agenciji za komunikacijska omrežja želeli doseči ustrezno pokritost ozemlja. in storitve zaposlena kot vodja področja za telekomunikacije. Abstract In 2021 digitalization is already a fact, enabling the new normality we are facing. Last year brought us recognitions of the main needs on a digital field, where are our strong and weak spots. The vital condition is infrastrucutre. The fact of Slovenia being the EU average in the DESI index in the section of connectivity should not be sufficient but we must still aim for the reaching Digital agenda goals from almost a decade ago. Despite many pojects and state aid engaged 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 22/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 23/250 Seminar optične komunikacije: Pomen optičnega omrežja za slovensko digitalno družbo mag. Katja Mohar Bastar, direktorica DIH Slovenije vzpostavitev digitalnega ekosistema povezovanje na nacionalni in evropski ravni neposredna podpora MSP DIGITALNO promocija in ozaveščanje o pomenu digitalizacije INOVACIJSKO dvig digitalnih STIČIŠČE kompetenc SLOVENIJE vzpodbujanje inovacij in prototipov podpora digitalni transformaciji 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 23/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 24/250 DESI indeks (digital economy and society index – indeks digitalnega gospodarstva in družbe), je sestavljen iz naslednjih komponent: - Povezljivost, ki zajema fiksno in mobilno širokopasovni omrežje, torej, da sploh obstaja možnost da uporabniki dostopajo do storitev, - Človeški kapital: veščine uporabe interneta in napredne veščine, - Uporaba interneta, ki kaže koliko državljani uporabljamo Teoretični internetne storitve in spletne transakcije, - Integracija digitalne tehnologije, ki pomeni poslovno digitalizacijo okvir – DESI in elektronsko trgovanje, - Ter javne digitalne storitve ki zajemajo e-upravo in e-zdravje. index Vir: https://ec.europa.eu/digital-single-market/en/digital-economy-and-society-index-desi Teoretični okvir – DESI index Vir: https://ec.europa.eu/digital-single-market/en/digital-economy-and-society-index-desi 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 24/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 25/250 Teoretični okvir – DESI index Vir: https://ec.europa.eu/digital-single-market/en/digital-economy-and-society-index-desi Teoretični okvir – McKinsey študija Vir: https://digitalchallengers.mckinsey.com/ 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 25/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 26/250 Teoretični okvir – McKinsey študija Vir: https://digitalchallengers.mckinsey.com/ Teoretični okvir – McKinsey študija Vir: https://digitalchallengers.mckinsey.com/ 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 26/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 27/250 • V tem desetletju preplet digitalne preobrazbe s prehodom v četrto industrijsko revolucijo, demografske spremembe, prehod v nizkoogljično družbo in gospodarstvo. • Znanje in neoprijemljiv kapital, katerega pomen se bo v času četrte industrijske revolucije še povečal, je Slovenija zadržala relativne primerjalne prednosti glede na konkurenčne države in regije, ki pa jih postopoma izgublja. • 26% tehnično ogroženih delovnih mest - pozitivno povezavo med digitalizacijo oz. robotizacijo in zaposlenostjo, kar pomeni, da podjetja, ki se uspejo prva preobraziti, realizirajo ne samo hitrejšo rast, ampak tudi pospešujejo zaposlenost. • Okrepljen socialni dialog in vnaprejšnji družbeni dogovor o načinih ohranjanja družbene in teritorialne kohezije –neukrepanje povečanje nevarnosti socialnih neenakosti; potreba po skladnejšem teritorialnem razvoju UMAR IN EF • Slovenija se po indeksu digitalnega gospodarstva in družbe sicer uvršča rahlo za povprečjem EU, pri čemer svoj zaostanek postopno povečuje. ŠTUDIJA • Pri osnovni ravni uvajanja digitalizacije v podjetja, so velika podjetja med uspešnejšimi, majhna in srednja podjetja pa zaostajajo in so na povprečju PRODUKTIVNOSTI EU. Vir: https://www.umar.gov.si/fileadmin/user_upload/publikacije/Porocilo_o_produktivnosti/2020 /slovenski/PoP_2020_splet.pdf Priporočila UMAR ekonomski politiki 1. Bolj ambiciozen pristop k spodbujanju digitalne preobrazbe 2. Krepitev poslovnega okolja z digitalno-inovacijskim ekosistemom 3. Srednjeročnim potrebam prilagojen razvoj znanj in spretnosti 4. Nadaljnje vlaganje v digitalno infrastrukturo, varnost in odprte podatke UMAR IN EF 5. Mobilizacijo družbe za spremembe in vključujoč prehod ŠTUDIJA PRODUKTIVNOSTI Vir: https://www.umar.gov.si/fileadmin/user_upload/publikacije/Porocilo_o_produktivnosti/2020 /slovenski/PoP_2020_splet.pdf 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 27/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 28/250 Priporočila UMAR za podjetniški sektor: • Takojšen in strateški pristop k digitalni preobrazbi • Intenzivna vlaganja v (vseživljenjsko) učenje zaposlenih ter vzpostavitev »digitalne miselnosti in kulture«, • Pospešitev vlaganj v digitalne projekte (vlaganj, še posebej v raziskave, razvoj in inovacije) • Preobrazba organizacije in poslovnih modelov UMAR IN EF ŠTUDIJA PRODUKTIVNOSTI Vir: https://www.umar.gov.si/fileadmin/user_upload/publikacije/Porocilo_o_produktivnosti/2020 /slovenski/PoP_2020_splet.pdf • Slovenija je po vseh kazalnikih nekje okoli povprečja. • Nujne so vzpodbude gospodarstvu za digitalno preobrazbo. • Dvig kompetenc na ravni šolanja, kot tudi vseživljenjskega učenja – zaposlenih, potrošnikov, aktivnega pa tudi neaktivnega prebivalstva. • Spodbujanje inovacij in raziskovanja za povečanje blaginje in konkurenčnosti. • Oblikovanje socialne pogodbe. Povzetek • Oblikovanje teritorialno uravnotežene proizvodnje. • Ustrezna regulativa, predvidljivost, sorazmernost. študij in priporočil 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 28/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 29/250 Optična povezava do vseh slovenskih šol in izobraževalnih ustanov • Pouk na daljavo – delo učiteljev iz prostorov šole; • Sprememba kurikuluma in vključitev predmetov, ki učencem omogočajo izgradnjo digitalnih profilov; • Spodbujanje šolskih inkubatorjev ; • Motiviranje otrok in mladostnikov za tehnične poklice; • Centralna točka za optično povezavo tudi na sivih in Področja belih lisah. digitalizacije Industrija 4.0 • Poslovni objekti izven komercialno zanimivih središč (teritorialna uravnoteženost) • Potreba po hrbteničnem omrežju • Integracija informacijsko komunikacijskih tehnologij (ERP, IoT, komunikacija človeka in stroja, kibernetsko fizični Področja proizvodni sistemi) • Obvladovanje rešitev 3.0 digitalizacije • Spodbujanje inovacijskih in eksperimentalnih okolij 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 29/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 30/250 Mala in srednja podjetja • Najštevilčnejši segment • Podpore za intenzivno digitalno transformacijo • Teritorialna/ kohezijska razpršenost • Agilnost in vitko delovanje • Podporna okolja Področja • Slabše digitalizirana kot večja podjetja (e-računi, ERP, CRM, sistemi za zagotavljanje in upravljanje digitalizacije kakovosti) HVALA za pozornost! info@dihslovenia.si HVH 040 606 710 www.dihslovenia.si 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 30/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 31/250 Vpeljava XGS-PON v Telekomu Slovenije Introduction of the XGS-PON in Telekom Slovenije Rok Čotić Telekom Slovenije rok.cotic@telekom.si Povzetek Author's biography V predavanju je zajeta kratka predstavitev Rok Čotić started his career in 1997 in the investment storitvenih in tehnoloških trendov na področju department of Telekom Slovenije. He was initially širokopasovnega dostopa, ter vpliv enih na druge. responsible for the TDM network and latter on for Prikazan je razvoj optičnih tehnologij in pogled v Centrex and xDSL technologies. He successfully prihodnost, kaj lahko na tem področju completed his MBA in 2006 and in 2007 he became pričakujemo. head of the Department for access elements. In 2013, he Glavna tema je namenjena opisu možnosti vpeljave tehnologije XGS became the coordinator for access elements, and in -PON v 2016 he took over the management of the team for omrežje Telekoma Slovenije ter katerim access devices and transmission systems. tehnološkim lastnostim je pri tem potrebno posvetiti pozornost. Abstract The lecture includes a brief presentation of service and technological trends in the field of broadband access, and the impact of one on another. The development of optical technologies and a look into the future of what to expect in this field are presented. Biografija avtorja Rok Čotić je začel svojo kariero leta 1997 v investicijskem oddelku Telekoma Slovenije. Najprej je bil odgovoren za omrežje TDM, kasneje Centrex in xDSL. Leta 2006 je uspešno zaključil študij MBA in v letu 2007 postal vodja Oddelka za dostopovne elemente. V letu 2013 je postal koordinator za dostopovne elemente, v letu 2016 pa je prevzel vodenje tima za dostopovne naprave in sisteme prenosa. 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 31/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 32/250 Vpeljava XGS-PON v Telekomu Slovenije Rok Čotić, MBA 4. februar 2021 Vsebina • Kratka predstavitev Telekoma Slovenije • Tehnološki in storitveni trendi • PON tehnologija • Možnosti vpeljave XGS-PONa na FTTH omrežjih P2P in P2MP • Povzetek 2 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 32/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 33/250 Telekom Slovenije Trgi in družbe Skupine Telekom Slovenije Vizija, poslanstvo in vrednote 3 Razvoj omrežja in storitev Telekoma Slovenije skozi čas 4 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 33/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 34/250 Vsebina • Kratka predstavitev Telekoma Slovenije • Tehnološki in storitveni trendi • PON tehnologija • Možnosti vpeljave XGS-PONa na FTTH omrežjih P2P in P2MP • Povzetek 5 Trendi v svetu • Giga Home evolucija; • Rast podatkovnega prometa in NGA priključkov; • Internet stvari; • Mobilnost; • Pospešena FTTH gradnja; • Konvergenca 5G in FTTH; • Novi poslovni modeli (Smart-x) in ekosistemi; • Varnost in zasebnost; • Kakovost in odlična uporabniška izkušnja; • Infrastrukturna konkurenca; • Nove tehnologije in višje potrebe po pasovni hitrosti; • Opuščanje bakrenih omrežij. 6 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 34/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 35/250 Zagotovitev dostopovnega omrežja prihodnosti Omrežje mora omogočati delovanje prihajajočih storitev Prihaja 4K, 8K, VR/AR, IOT, massive connectivity, IOE (Internet of Everything), videoanalitične rešitve, Internet TV, VR konference, VR gaming, telemedicina, … Smernice: • Full 1Gbit/s mainstream -> Gigabitna družba • Širjenje omrežja z opremo, ki podpira vgradnjo prihajajočih FTTH tehnologij in združevanje omrežij • Ekonomičnost gre v smeri PON tehnologij • Masovni prehod xDSL Æ FTTH 7 Source: Cisco Annual Internet Report, 2018–2023 Trendi - FTTH omrežja Avg DS (Mbit/s) 10000 1000 100 10 1 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 Vir: Telekom Slovenije • do 2017 ima največji vpliv xDSL in maks. FTTH 100M zmogljivosti; • do 2021 ima največji vpliv FTTH z maks 1G zmogljivosti; • do 2025 ima največji vpliv FTTH z maks 10G zmogljivosti. Vir: https://www.academia.edu/38090047/Fiber_Home_GPON_Solutions 8 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 35/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 36/250 Širokopasovna tehnologija bakrenega omrežja se poslavlja Bakreno omrežje – Topologija točka – točka POTS (Plain Old Telephone Service): • zgrajeno za govorno telefonijo • uporablja frekvenčni pas 300Hz – 3400Hz • maksimalna hitrost preko analognih modemov 56 kbit/s ADSL2+: • vklopljeni naročnik z najdaljšo razdaljo 10km • uporablja frekvenčni pas 138 kHz – 2,2 MHz • maksimalna hitrost do 21 Mbit/s Down, do 1,2 Mbit/s Up VDSL2: • vklopljeni naročnik z najdaljšo razdaljo 2,2 km • uporablja frekvenčni pas 2,2 MHz – 17 MHz • maksimalna hitrost do 100 Mbit/s Down, do 20 Mbit/s Up Source:https://medux.com/ftth-vs-docsis-ii-future-gigabit-capable-technologies/ 9 Širokopasovna strategija države: • 2016: Načrt NGN 2020 (do 2020 zagotoviti 100Mbit/s dostop 96% gospodinjstev; preostalim 4% pa 30Mbit/s) • 2018: Dodatek Načrtu NGN 2020 do 2025: šole, univerze, prometna središča 1Gbit/s simetrično do 2025: vsa gospodinjstva 100Mbit/s z možnostjo nadgradnje na 1Gbit/s do 2025: urbana območja ter pomembnejše ceste in železnice neprekinjeno pokrite s 5G Gradnja FTTH v Telekomu Slovenije: • FTTH gradnja od leta 2007 • Trenutno pokrivamo 370k gospodinjstev (45% od 824k) • Odprto omrežje, pod enakimi pogoji za vse • Pokritost gospodinjstev na ruralu 26%, suburbanih 43% in urbanih področjih 55% • 43% zgrajene optične infrastrukture TS na področjih, kjer je gostota naseljenosti pod 500 prebivalcev na km2 • Zgrajen Tržni interes iz 2016; 45k gospodinjstev • Več kot pol realiziranega od TI 2019; 12k gospodinjstev Vir: Telekom Slovenije 10 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 36/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 37/250 Trend tehnologij na omrežju Telekoma Slovenije 2016 - 2020 Vključitve na bakrenih paricah so v konstantnem upadu FTTH tehnologije dobivajo vse večji delež Z vpeljavo GPON tehnologije se v zadnjih letih povečuje delež P2MP FTTH P2P tehnologija se je ustalila in je zadnjih nekaj let na približno isti ravni Vir: Telekom Slovenije 11 Vsebina • Kratka predstavitev Telekoma Slovenije • Tehnološki in storitveni trendi • PON tehnologija • Možnosti vpeljave XGS-PONa na FTTH omrežjih P2P in P2MP • Povzetek 12 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 37/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 38/250 Standardizacija PON tehnologije Vir: htps://res-www.zte.com.cn/mediares/zte/Files/PDF/white_book/White_Paper_on_Next-https://www.telecoms-consult.com/app/download/7125011341/Gpon+presentation.pdf Generation_Fixed_Network_Access_Technologies_20200922_EN.pdf https://res-www.zte.com.cn/mediares/zte/Files/PDF/white_book/White_Paper_on_Next-Generation_Fixed_Network_Access_Technologies_20200922_EN.pdf 13 PON evolucija (ITU-T družina) 10G GPON (2.5G Down x 1.25G Up) XGPON (10G Down x 2.5G Up) Valovne dolžine izbrane za koeksistenco z GPON Speed XGS-PON (10G Down x 10G Up) 2.5G Iste valovne dolžine kot XGPON1 / 10G-EPON 1.25G 10G Upstream zagotavlja storite poslovnim strankam GPON XGPON1 XGS-PON NGPON2 NGPON2 (4-8 x 10Gx2.5G or 10Gx10G) DWDM + PON = TWDM • Višje cene komponent: • Nastavljivi filtri in laserji na ONT-ju XGS-PON 10GEPON XGS-PON • Povečane optične izgube 10GEPON 10G Upstream zagotavlja storite poslovnim strankam Večkratne valovne dolžine omogočajo višje hitrosti Stacking TDM PON -> TWDM-PON 14 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 38/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 39/250 Princip delovanja TDM PON-a Downstream: Broadcast Upstream: Time Division Multiplexing (TDM) 15 15 Primerjava GPON in XGS-PON Najpomembnejše karakteristike in razlike med GPON in XGS-PON GPON XGS-PON valovna dolžina downstream 1490 nm 1577 nm valovna dolžina upstream 1310 nm 1270 nm tipi SFP (max RX sensitivity) B+ (-28 dB), C+ (-32 dB), N1 (-29dB), N2 (-31dB), E1 (-33 dB), C++ (-35dB) E2 (-35 dB) downstream nazivna hitrost 2,5 Gbit/s 10 Gbit/s upstream nazivna hitrost 1,25 Gbit/s 10 Gbit/s največja teor. fizična oddajna razdalja 60 km 100 km največje teor. delilno razmerje 1:128 1:256 struktura okvirja GEM XGEM ITU-T G.986: 1 Gbit/s point-to-point Ethernet-based optical access system: Physical layer specification for ONT: • Receive wavelength nm 1480-1500 (1490) • Transmit wavelength nm 1260-1360 (1310) 16 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 39/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 40/250 Vsebina • Kratka predstavitev Telekoma Slovenije • Tehnološki in storitveni trendi • PON tehnologija • Možnosti vpeljave XGS-PONa na FTTH omrežjih P2P in P2MP • Povzetek 17 Možnosti vpeljave XGS-PON tehnologije FTTH omrežje: Topologija P2PM (točka več točk) Vir: http://www.kkk.forum.hu/wp-content/uploads/2018/06/KKK-2018_PON_halozatok_jovoje_EXFO.pdf 18 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 40/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 41/250 Power budget – doseg https://webthesis.biblio.polito.it/13091/1/tesi.pdf https://www.nestorcables.com/media/aineistopankki/kirjat/fttx_principles_technologies_and_installation_solutions_eng.pdf 19 Topologija PON omrežja • Velja za vsa PON (Passive Optical Network) omrežja (GPON, XGS-PON, TWDM-PON, WDM-PON…) • Del omrežja si delijo uporabniki na isti veji (OLT, vlakno pred spliterjem) • Lahko je več nivojsko splitano (1-nivojsko, 2-nivojsko) Postavitev na FL: razc azcepni ep ki xPON omrežje 20 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 41/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 42/250 Vpeljava XGS-PON tehnologije na GPON-u – P2MP • Pouporaba obstoječega optičnega pasivnega omrežja • Vpeljava sklopnega elementa WDM1r • Istočasno delovanje GPON in XGS-PON tehnologije Postavitev na FL: 21 Vpeljava XGS-PON tehnologije na GPON-u – Combo SFP • Combo SFP omogoča združitev GPON, XGS-PON in WDM1r-ja na samem SFP-ju plošče • Ni potrebe po zunanjem WDM1r-u • Ni potrebe po ohranitvi obstoječe GPON opreme (možna pouporaba na drugih FL-jih) Postavitev na FL: 22 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 42/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 43/250 Vpeljava XGS-PON tehnologije na P2P topologiji omrežja • Pouporaba obstoječega pasivnega optičnega omrežja • Brez vpeljave sklopnega elementa WDM1r • Istočasno delovanje GPON in XGS-PON ON tehnologije • Zagotavljanje regulatornih obveznosti 23 Vpeljava XGS-PON tehnologije na P2P topologiji omrežja iz nadrejene lokacije • Pokrivanje večih P2P lokacij iz ene nadrejene funkcijske lokacije • Dolgoročno ohranjanje potreb po prostoru, ru, energiji in hlajenju • Potrebne zadostne optične povezave do nadrejene FL 24 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 43/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 44/250 Vpeljava XGS-PON tehnologije na P2P in P2MP topologiji omrežja iz nadrejene lokacije • Pokrivanje večih P2P in P2MP lokacij iz ene nadrejene funkcijske lokacije • Omogočeno ohranjanje potreb po prostoru, ru, energiji in hlajenju • Potrebne zadostne optične povezave do nadrejene FL • Potreben zadosten optični power budget 25 Oprema pri naročniku Nadgradnja GPON->XGS-PON: - Naročniki Telekom Slovenije bodo zaključeni z XGS-PON modemom - Naročniki drugih ISP-jev bodo zaključeni z XGS-PON bridgem, ki bo imel 2,5 Gbit/s oz. 10Gbit/s ETH port - Povezovalna vrvica iz doze do ONT-ja ostane ista Nadgradnja P2P->XGS-PON: - Naročniki Telekom Slovenije bodo zaključeni z XGS-PON modemom - Naročniki drugih ISP-jev bodo zaključeni z XGS-PON bridgem, ki bo imel 2,5 Gbit/s oz. 10Gbit/s ETH port - Povezovalna vrvica iz doze do ONT-ja se zamenja s takšno, ki ima SC/APC konektor - Oz. se pouporabi obstoječa vrvica in se namesti pretvornik SC/UPC->SC/APC 26 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 44/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 45/250 Vsebina • Kratka predstavitev Telekoma Slovenije • Tehnološki in storitveni trendi • PON tehnologija • Možnosti vpeljave XGS-PONa na FTTH omrežjih P2P in P2MP • Povzetek 27 GPON tehnologije -> XGS-PON 10G XGS-PON 10GEPON XGS-PON Speed 10GEPON 2.5G 1.25G GPON XGPON1 XGS-PON NGPON2 28 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 45/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 46/250 Nadgradnja GPON tehnologije -> XGS-PON Možnih je več tehničnih rešitev – primer XGS/GPON Combo kartica: • na P2MP omrežju - aktivna oprema, ki združuje valovne dolžine od GPON in XGS-PON; • ena kartica oz. port → dve tehnologiji; • vključevanje zahtevnejših poslovnih uporabnikov; • priključitve malih BP; • možen model plačila „pay as you grow“. 29 Prihodnost je optična • Tehnološki in storitveni trendi narekujejo višje hitrosti • Prihodnje tehnologije omogočajo sobivanje na obstoječem omrežju • Dolgoročno je omogočeno ohranjanje footprinta • Potrebno je zgraditi dodatne medkrajevne povezave • Masovna proizvodnja bo izbrala cenovno učinkovito tehnologijo 30 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 46/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 47/250 Hvala! Telekom Slovenije, d.d. Cigaletova 15 1000 Ljubljana www.telekom.si T: 041 700 700 ali 080 8000 E: info@telekom.si 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 47/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 48/250 Optična omrežja v Sloveniji Fibre networks in Slovenia Žan Knafelc Agencija za komunikacijska omrežja in storitve Republike Slovenije zan.knafelc@akos-rs.si Povzetek uvajanja storitev. Ima univerzitetno izobrazbo s Trg elektronskih komunikacij je bil liberaliziran že tehničnega in ekonomskega področja. pred približno dvema desetletjema z namenom Author's biography znižanja vstopnih ovir za konkurenčne ponudnike Žan Knafelc has been employed at AKOS since 2007, storitev, kar je prineslo pozitivne učinke za trg v the last four years as a head of market regulation smislu uvajanja sodobnih tehnologij, nižjih cen department for electronic communications. Prior to storitev in večje izbire za končne uporabnike. V that, he gained experience working for a mobile operator in the product management. He holds degrees prispevku je v kontekstu regulacije predstavljen in technical and economics area. tehnološki napredek na trgu in stanje optične infrastrukture v Sloveniji s pogledom v prihodnost. Abstract The electronic communications market was liberalized about two decades ago with the aim of reducing barriers to entry for competing service providers, which had positive effects on the market in terms of new technology deployments, lower prices for service and greater choices for end- users. In the context of regulation, the article presents technological progress on the market and the state of optical infrastructure in Slovenia with a view to the future. Biografija avtorja Žan Knafelc je na AKOS-u zaposlen od leta 2007, zadnja štiri leta kot vodja oddelka za regulacijo trga elektronskih komunikacij. Pred tem si je izkušnje nabiral pri mobilnem operaterju na področju razvoja in 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 48/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 49/250 Optična omrežja v Sloveniji Seminar optične komunikacije 2021 Žan Knafelc, AKOS Zoom, 4. februar. 2021 Kako se je začelo? PRI MENI DOMA 23 let nazaj (1998) • Klicni dostop • 33,6 kbit/s 14 let nazaj (2007) • Paket trojček – internet 1 Mbit/s 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 49/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 50/250 Pa danes? PRI MENI DOMA Danes (2021) • Optika – 1 Gbit/s Prihodnost (2030)? • Optika – 10 Gbit/s Dostopovna omrežja MALOPRODAJNI TRG 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 50/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 51/250 Hitrosti dostopa MALOPRODAJNI TRG Penetracija optike MALOPRODAJNI TRG Penetracija 2020/3Q = 40,2% (AKOS stalno prebivališče) 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 51/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 52/250 Topologija optike MALOPRODAJNI TRG GPON DS 2,5 Gbit/s US 1,25 Gbit/s Veleprodajni dostop VELEPRODAJNI TRG Prevladuje reguliran dostop do omrežja Telekoma Slovenije 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 52/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 53/250 Veleprodajni dostop VELEPRODAJNI TRG Razvezan dostop: • Fizična razvezava • Virtualna razvezava (VULA) Poseljenost Slovenije Mreža 1000 m 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 53/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 54/250 Poseljenost Slovenije Mreža 1000 m Delež Delež ozemlja gospodinjstev Urbano 3,3% 57,6% Suburbano 14,5% 27,7% Ruralno 45,0% 14,7% Ni poseljenosti 37,1% --- Op.: Urbano (min 500 preb/m2), suburbano (100 do 499 preb/m2) in ruralno (1 do 99 preb/m2). Pokritost omrežij OPT – OPT – bak a er k , k er, a k bel in optik bel in op a (z tika ( gr zg ajen raj i in omog eni in omo očeni gočeni priključ pri ki) 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 54/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 55/250 OŠO optična omrežja OPT ( OPT z ( gr z ajeni in omog grajeni in o omog čeni očeni p riključki) pr GOŠO 1 in OŠO 1 in 2 (bele (bele in in sive lise) – sive lise) – 14 % oz % o emlja zemlja GOŠO 4 in P OŠO 4 in odukr Poduk ep rep 7.3 MK 7.3 G MK P – GP – v izgr v izg adnji do radnj let i do l a et 2023 a 2023 GOŠO 5 – OŠO 5 – pr p ev re erjanje tržneg verjanje tržne a g a int in er te esa resa Dostopovna omrežja OPT – baker, kabel in optika (zgrajeni in omogočeni priključki) Pokritost Pokritost ozemlja gospodinjstev Baker 58,3% 78,9% Kabel 16,2% 47,7% Optika 30,7% 53,1% Ni pokritosti z OPT 38,5% 7,3% 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 55/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 56/250 Dostopovna omrežja OPT – baker, kabel in optika (zgrajeni in omogočeni priključki) Pokritost gospodinjstev Urbano Suburbano Ruralno Baker 86,0% 72,3% 63,4% Kabel 65,6% 30,6% 9,6% Optika 66,2% 37,9% 30,3% Skupaj 98,0% 89,4% 78,0% Op.: Urbano (min 500 preb/m2), suburbano (100 do 499 preb/m2) in ruralno (1 do 99 preb/m2). Hitrosti dostopa OPT – bake bak r, r k , abel in optik kabel in a optik (z a g (z ra gr jeni ajen in omog in om očeni ogočeni priključ pr ki) 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 56/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 57/250 Hitrosti dostopa OPT – baker, kabel in optika (zgrajeni in omogočeni priključki) Pokritost gospodinjstev Urbano Suburbano Ruralno 100 Mbit/s in več 87,2% 59,0% 37,7% 30 do manj kot 100 Mbit/s 6,9% 11,5% 6,8% Manj kot 30 Mbit/s 3,9% 18,9% 33,6% Ni pokritosti z OPT 2,0% 10,6% 22,0% Op.: Urbano (min 500 preb/m2), suburbano (100 do 499 preb/m2) in ruralno (1 do 99 preb/m2). Skupne gradnje Objave investitorjev na portalu infrastrukturnih investicij BCRD Æ ZEKom-1C (2017) 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 57/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 58/250 Skupna uporaba Simetrična regulacija (ZEKom-1): • Skupna uporaba stavbne fizične infrastukture • Skupna uporaba napeljav v stavbah • Dostop do fizične infrastukture • Dostop do neuporabljenih vlaken (druga GJI) • EECC Æ možnost razširitve obveznosti skupne uporabe napeljav v stavbah prek prve razdelilne točke (BEREC smernice) Predhodna regulacija Predhodna SMP regulacija (Odločba): • Lokalni dostop (fizična in virtualna razvezava) • Osrednji dostop (bitni tok) Æ izvzet iz Priporočila o upoštevnih trgih (2020) • Visokokakovostni dostop • Postopen umik regulacije na območjih, ki se nagibajo k učinkoviti konkurenci na maloprodajnem trgu 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 58/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 59/250 Predhodna regulacija EECC Æ ZEKom-2 do konca polovice leta 2021: • Dostop do fizične infrastrukture kot prednostna obveznost • Posebna regulativna obravnava skupnih vlaganj v visoko zmogljiva omrežja • Manjši obseg obveznosti za izključno veleprodajne operaterje Vprašanja? zan.knafelc@akos-rs.si 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 59/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 60/250 Pogled na bodočnost FTTH A look at the future of FTTH Mitja Golja Iskratel golja@iskratel.si Povzetek ukvarja z razvojem produktov, poslovnih modelov in Razvoj optičnih omrežij sledi razvoju ostalih strategij. Pred vodenjem razvoja poslov je delal na več informacijsko komunikacijskih storitev, ki jih vodilnih pozicijah v podjetju Iskratel, med drugim je bil končni uporabniki potrebujejo (oblačne storitve, odgovoren za vodenje produktne linije in razvoja. delo na domu, navidezna resničnost/obogatena Author's biography resničnost itd.). 10-gigabitne dostopovne Dr. Mitja Golja is a Business Development Director at tehnologije so danes že pri nas, poteka pa Iskratel's Business Unit Broadband. He is responsible standardizacija in razvoj še hitrejših novih for new market strategies and go-to-market initiatives for new technologies. He brings 15+ years of global tehnologij. V predavanju bomo predstavili operating experience in the broadband-networking evolucijo tehnologij FTTH, njihove lastnosti, industry and a deep passion for product business vpeljavo in poslovne vidike. development and strategy to Iskratel. Prior to heading Abstract business development, Mitja held various management Development of fibre optic networks is following positions within Iskratel. Amongst others he was in charge for product line management and R&D. the development of ICT services that are requested by end users (cloud services, virtual reality, augmented reality, etc.). 10 Gb access technologies are already deployed in Slovenia, we have already started the standardization and development of new faster technologies. In this lecture we will present the evolution of FTTH technologies, their characteristics, implementation and business aspects. Biografija avtorja Dr. Mitja Golja je zaposlen v podjetju Iskratel kot direktor razvoja poslov v poslovni enoti dostop. Odgovoren je za pripravo tržnih strategij in razvoja poslov novih tehnologij. Ima več kot 15 let izkušenj z globalnimi širokopasovnimi operaterji in se strastno 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 60/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 61/250 Pogled na bodočnost FTTH dr. Mitja Golja Agenda f Potreba po hitrosti reserved. f Pregled novih FTTH tehnologij rights All. atelkr f © Is Poslovni vidiki uvedbe novih FTTH omrežij f Sklep 1 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 61/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 62/250 Potreba po hitrosti: Kje smo bili 2013 reserved. l rights . Al atelkr © Is 2 Potreba po hitrosti: Kje smo bili 2017 reserved. l rights . Al atelkr Hitrost se je © Is podvojila v 4 letih 3 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 62/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 63/250 Potreba po hitrosti: Kje smo bili 2018 reserved. l rights . Al atelkr Hitrost se je © Is podvojila v 1 letu 4 Potreba po hitrosti: Kje smo bili 2019 Hitrost se je reserved. l rights potrojila v enem letu . Al atelkr © Is 5 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 63/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 64/250 Potreba po hitrosi: Kje smo v 2021 Singapur: 226Mbps Slovenija: 93Mbps 4k/UHD video reserved. Navidezna in obogatena resničnost l rights . Al atel Video na zahtevo kr © Is Oblačne storitve, shranjevanje HD video konference 5G in mobilnost Delo in izobraževanje od doma 2020: >10-kratno povečanje zaradi COVID-19 6 Konvergenčna dostopovna omrežja – Rezdenčni uporabniki – Poslovni uporabniki – Hrbtenična povezava za mobilna omrežja reserved. rights All. atelkr © Is 7 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 64/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 65/250 Optično vlakno do hiše - Fibre to the Home (FTTH) Optično vlakno točka-točka P2P FTTH 1/10 Gbps do uporabnika reserved. l rights . Al atelkr Optično vlakno © Is točka-več točk PON FTTH 2.5/10 Gbps na skupino OLT Pasivni optični razcepnik ONT 8 Evolucija PON tehnologij: standardizacija 1G/2,5G 10G 25G/50G XGS PON G.9807 10/10 Gbit/s HS PON G.9804 / G.hsp Standardiziran:2016 50/50 Gbit/s TDM PON GPON G.984 XG PON1 G.987 Uporaba: 2019-> reserved. N x 50 Gbit/s TWDM PON 2,5/1 Gbit/s 10/2,5 Gbit/s rights Standardiziran:2021* All. Standardiziran:2004 Standardiziran:2012 NG PON2 G.989 atel Uporaba: 2024-> kr 4x10/4x10 Gbit/s © Is Uporaba: 2007-> Uporaba: 2014-> Standardiziran:2015 Uporaba: 2019-> EPON 802.3ah 10GE PON 802.3av 25/50GE PON IEEE 802.3ca 1,25/1,25 Gbit/s 10/1 10/10 Gbit/s 25/25 50/50 Gbit/s Standardiziran:2004 Standardiziran:2009 Standardiziran:2020 Uporaba: 2006-> Uporaba: 2012-> Uporaba: 2022-> 9 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 65/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 66/250 Valovne dolžine PON tehnologij reserved. l rights . Al atelkr © Is 10 25GS-PON iniciativa proizvajalcev reserved. l rights . Al atelkr © Is 11 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 66/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 67/250 Poslovni vidiki novih FTTH omrežij 1. Zmanjševanje števila aktivnih lokacij reserved. l rights . Al atelkr © Is 2. Podaljševanje življenjskega cikla uporabe naprav 12 Gradnja PON omrežij z lokalne točke koncentracije PON omrežje Primarno vozlišče Lokalno vozlišče IP jedro Tipična povezava 10GE reserved. Stikalo GPON optično rights All dostopovno . Tipična dolžina 5 km Tipična dolžina 3-5 km atel vozlišče kr Tipičnen razpon 2-20 km Tipičen razpon 1-10 km © Is 13 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 67/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 68/250 Gradnja PON omrežij z lokalne točke koncentracije PON omrežje Primarno vozlišče Lokalno vozlišče IP jedro Tipična povezava 10GE reserved. Stikalo GPON optično l rights dostopovno . Al Tipična dolžina 5 km Tipična dolžina 3-5 km atel vozlišče kr Tipičnen razpon 2-20 km Tipičen razpon 1-10 km © Is IP jedro XGS-PON XGS PON Pasivni OLT razcepnik 14 Posvajanje WLAN standardov: napoved reserved. rights All. atelkr © Is Vir: Wi-Fi chipset shipment forecast by IDC towards 2023 15 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 68/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 69/250 Ena uporabniška naprava – Domači prehod je povezan preko podprte dostopovne tehnologije reserved. l rights . Al atelkr © Is SP OLT Domači prehod 16 Dve uporabniški napravi – Enostavna menjava optičnega zaključka v primeru menjave dostopovne tehnologije – Napredne funkcionalnosti zagotavlja domači prehod – Možen več-operaterski model reserved. rights All . Specifičen glede na dostopovno tehnologijo Neodvisen od dostopovne tehnologije atelkr © Is SP OLT Optični Domači zaključek prehod 17 L2 ONTs 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 69/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 70/250 Ena naprava ali dve napravi : izhodišča WAN tehnologija se zamenja vsakih 7-10 let Ena naprava Dve napravi Capex: zamenjava domačega prehoda Capex: zamenjava optičnega zaključka reserved. l rights Opex: poseg na terenu Opex: poseg na terenu . Al atel kr © Is LAN tehnologija se zamenja vsakih 3-4 leta Ena naprava Dve napravi Capex: zamenjava domačega prehoda Capex: zamenjava domačega prehoda Opex: poseg na terenu Opex: pošljemo nov domač prehod po pošti 18 Ena naprava ali dve napravi: stroškovne predpostavke Postavitev z eno napravo – Strošek domačega prehoda - ena naprava 2.5 enoti (relativno) reserved. Postavitev z dvema napravama l rights . Al atelkr – Strošek samostojnega optičnega zaključka (L2 ONT) 1 enota (relativno) © Is – Strošek samostojenga domačega prehoda 2 enoti (relativno) Strošek zamenjava opreme na terenu (obisk uporabnika na domu) 4 enote (relativno) 19 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 70/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 71/250 Ena naprava ali dve napravi: Capex 25 20 ) reserved. enote 15 l rights . Al atelkr © Is 2.5 7.5 v 9 letih 10 2.5 Strošek (relativne 2.5 5 2.5 Ena naprava HGW 2.5 0 0 4 8 2 6 3 7 1 5 9 10 11 12 20 Leta Ena naprava ali dve napravi: Capex 25 20 ) reserved. enote 15 l rights . Al atelkr © Is 2.5 2 7.5 v 9 letih 10 2 2.5 1 Strošek (relativne 2.5 2 5 2 2.5 7.0 v 9 letih 2 Samostojni domači prehod Ena naprava HGW 2.5 Samostojni optični zaključek L2 ONT 0 1 0 4 8 2 6 3 7 1 5 9 10 11 12 21 Leta 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 71/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 72/250 Ena naprava ali dve napravi: Capex in Opex 25 4 19.5 v 9 letih. 2.5 20 ) 4 reserved. enote 15 l rights 2.5 . Al atelkr © Is 4 10 2.5 Strošek (relativne 5 4 Zamenjava na terenu Ena naprava HGW 2.5 0 0 4 8 2 6 3 7 1 5 9 10 11 12 22 Leta Ena naprava ali dve napravi: Capex in Opex 25 4 19.5 v 9 letih. 2.5 20 2 ) 4 4 reserved. enote 15 rights 2.5 All. 2 atelkr © Is 1 4 10 2 2 2.5 11.0 v 9 letih Strošek (relativne 5 4 4 Zamenjava na terenu Zamenjava na terenu 2 Samostojni domači prehod Ena naprava HGW 2.5 Samostojni optični zaključek L2 ONT 0 1 0 4 8 2 6 3 7 1 5 9 10 11 12 23 Leta 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 72/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 73/250 Sklep – Nove storitve in aplikacije pospešujejo potrebo po višjih hitrostih – Za rezidenčne uporabnike prevladuje PON tehnologija – 10Gbit/s tehnologija se danes že uporablja, razvijajo se standardi za 25Gbit/s in 50Gbit/s reserved. l rights – Zmanjševanje števila aktivnih lokacij . Al atelkr © Is – Podaljševanje življenjskega cikla uporabe naprav – Trend vpeljave dveh naprav 24 Celovite digitalne rešitve za varno in pametno prihodnost Več kot 70 let izkušenj 30 lokacij po vsem svetu 900 zaposlenih reserved. rights All Globalna prisotnost v več kot 50 državah . atelkr © Is 100 milijonov zadovoljnih uporabnikov Lastna razvoj in proizvodnja v EU Vodilni evropski ponudnik rešitev za digitalno transformacijo telekomunikacij, transporta, javne varnosti in energetike ter nudenja proizvodnih storitev. 25 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 73/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 74/250 Hvala za pozornost. Vprašanja? www.iskratel.com Q marketing@iskratel.si reserved. linkedin.com/company/Iskratel l rights . Al atelkr © Is @Iskratel Sign-up for Iskratel's monthly newsletter at our webpage. 26 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 74/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 75/250 The evolution of fixed and wireless network generations towards 6G Ioannis Tomkos Department of Electrical and Computer Engineering of the University of Patras, Greece tomkos.ioannis@gmail.com Abstract This article is focusing on the key steps that determined the evolution of architectures and technologies of Fixed and Wireless Broadband Networks over the past 50 years. We are currently in the 5th generation of this evolution, which is dominated by advanced communication systems and network technologies, on the way to define the 6th generation that will be based on the convergence of the communications infrastructure with computing infrastructure and the fusion of other technologies like sensing, AI, etc. with the goal to offer unprecedented experience to the end users. Author's biography Dr. Ioannis Tomkos is Professor of Optical Communications at the Department of Electrical and Computer Engineering of the University of Patras, Greece. His Research Group was/is involved in over 25 EU-funded research projects with a consortium-wide leading role (serving as Technical Manager of 10 major EU projects). In 2018, Dr. Tomkos was elected a Fellow of IEEE “for contributions in Dynamic Optical Networks”. He is also a Fellow of the IET (2010) and a Fellow of the “Optical Society - OSA” (2012). Together with his colleagues and students he has co-authored over 650 peer-reviewed archival articles, including over 150 Journal/Magazine/Book publications. His published work has received about 10.500 citations (h-factor=49). 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 75/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 76/250 Zaradi zaupne vsebine, prispevek ni objavljen. Due to confidential content, the article has not been published. 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 76/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 77/250 Next Generation Fiber Sensing, Theory and Applications Eran Inbar Prisma Photonics, Israel eran@prismaphotonics.com Abstract utilities. Before that, he was the CEO and founder Physical infrastructure – pipelines, powerlines, (2001-2016) of V-Gen: among the early and dominant highways, railways, optical-networks, borders, players in the Fiber-Laser field. Eran holds a Ph.D. in Physical Electronics from Tel-Aviv University with perimeters & more – is huge market with a strong many patents relating to novel laser design. In his need for monitoring and control solutions. Fiber-diminishing free time, Eran is also an enthusiastic optic sensing (using very long fibers as sensors) triathlete. has been around for more than a decade and is probably the most cost effective, robust and reliable approach for long infrastructure monitoring (as opposed to thousands of discrete sensors). However, 3 major problems prevent it from being a widely spread solution: high false alarm rate, poor target classification and very limited ability to use already installed optical communication fiber cables as sensors. Prisma- Photonics’ Hyper-Scan Fiber-SensingTM is a breakthrough patented technology enabling ultra- sensitive detection and intelligent machine learning classification which revolutionize the Fiberoptic Sensing market by increasing dramatically the detection sensitivity and solving the 3 major problems mentioned. In this presentation, we describe fiber sensing technology, next generation fiber sensing (i.e. Hyper-Scan) and show concrete applications of usage of this technology in the different market segments mentioned above. Author's biography Dr. Eran Inbar is founder and CEO of Prisma Photonics since 2017. Prisma Photonics is using next-generation fiber sensing technology to monitor long stretched 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 77/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 78/250 Next Generation Fiber Sensing - Theory and Applications 25th Seminar on Optical Communication Dr. Eran Inbar, CEO February 2021 This h present p a resent tio a n co c nta nt i a ns i i ns nf i o nf rm r a m tio a n n which hic h i s i confiden ide tial land pr p opriet ie ary of Pr of isma Photonics P an a d n sha d ll sha not t be published, repro r duced, duc copied, disclosed, or used for other h tha t n its t intended e purpose without the ex th p e ex r p e r ss e writ wri ten t ten cons con en s t of en a t of a d u d l u y l authori auth z ori ed ed re r p e re p sen re tati sen v tati e of Pri s Pri ma Photoni Pho c toni s c © 2021 Prisma Photonics - Confidential and Proprietary 2 Camp Fire - Deadliest wildfire in California history 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 78/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 79/250 • Tower 27/222 is 100 years old • Peak speed of fire was 250 kph • The town of Paradise burned in 4 hours •85 people died •620 KM2 were burned (4 x Ljubljana) •$8.4 Bn in insured losses © 2021 Prisma Photonics - Confidential and Proprietary 3 Sensing over long running utilities • Detecting faults on powerlines is not easy, mainly for long lines • Regular sensing technologies is expensive or unreliable: • Installation of multitude of sensors along the utility • Dependance on manual patrols, UAVs or other error prone inspection • Fiber Sensing along the powerline solves all that • High sensitivity combined with simple installation over 100s of KMs © 2021 Prisma Photonics - Confidential and Proprietary 4 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 79/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 80/250 • Optical fibers are placed along large- scale utilities In the last 20 years Trans Mountain Pipeline - Canada • Along oil, gas and water pipelines • With sub-sea utilities • Along railways and main roads 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 80/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 81/250 Optical Fiber Sensing • Using multi-thousands of sensors is a highly cumbersome solution • Huge cost for installation, maintenance and future upgrades. • Very long ramp-up time, etc. Conventional multi-thousands of sensors • vs What is a “sensor-free” solution? Prisma Photonics’ “Sensor’s Free” solution • We are using pre-existing fiber cables as our sensors DAS: Distributed Acoustic Sensing © 2021 Prisma Photonics - Confidential and Proprietary 8 Next Generation Fiber Sensing • An Optical Interrogator (OI) system is sending laser pulses along the fiber and detecting & analyzing the back-reflected light • Prisma’s technology overcomes fiber type and condition which limits existing DAS operational distance • If a target along the fiber is generating an acoustical signal the system can detect it, find its location in meters resolution and classify it (e.g., differentiate between walking and digging, etc.) • Prisma’s technology process huge (x100) amount of data enabling artificial rtificial intelligence to break today’s limit of classification abilities © 2021 Prisma Photonics - Confidential and Proprietary 9 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 81/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 82/250 We are P Prisma Photonics • Founded in 2017, Innovating next generation fiber sensors for smart infrastructure • An expert team, a proven track record of building and scaling companies in deep technology and laser domain • The company is in revenue stage with active pilots and initial commercial deployments • Prisma Photonics offers solution to many segments • Power, Gas & Oil pipeline, Subsea infrastructure, Perimeter, Highways, Railway and physical cyber PrismaPower PrismaFlow PrismaHedge Long PrismaRail Infrastructure PrismaSubsea use cases PrismaCyber PrismaRoad © 2021 Prisma Photonics - Confidential and Proprietary 11 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 82/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 83/250 We won some awards… © 2021 Prisma Photonics - Confidential and Proprietary 12 What is a ‘sensor free’ solution? • A disruptive solution for physical infrastructure • Covers a wide variety of use-cases: • safety, security, preventive & predictive maintenance • AI-Based classification of events with negligible false alarm rate • Leverages preexisting fiber cables, turning assets to value generators • The fiber is the sensor no need to install any sensors along physical infrastructure! • Ramp-up time for installation and the cost per meter are unparalleled low • Compared to any conventional technology • Prisma Photonics offers also an innovative service model • Data as a Service © 2021 Prisma Photonics - Confidential and Proprietary 13 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 83/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 84/250 PrismaAI: Smart-Classification™ Using Smart-Classification™ techniques to automatically identify and classify events: Increasing Probability of Detection (PD) and eliminating False Alarm Rate (FAR) Hyper scanning on fiber, Actual detection is sent passing data to AI Machine Learning AI Models classifying events, to Operations center looking at history and progressing events © 2021 Prisma Photonics - Confidential and Proprietary 14 Schematic installation • A single system monitors few hundred electrical towers • All the data from multiple systems is consolidated into single C&C (command & control unit) © 2021 Prisma Photonics - Confidential and Proprietary 15 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 84/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 85/250 Cascaded schematic installation • Single & Consolidated User Interface • A single system monitors the pipeline • All the data from multiple systems is consolidated into single C&C (command & control unit) © 2021 Prisma Photonics - Confidential and Proprietary 16 Game Changer for Physical Infrastructure Monitoring • “Sensor Free” - no installation on the infrastructure • “The Fiber is the Sensor” - using preexisting fiber, extreme reliability and very long lifetime • Immediate ramp-up time - from kick-off to full-functionally in a few days • One platform – multiple use cases - predictive and preventive maintenance, safety, security, etc. • Disruptive technology for the first time - ultra-sensitive fiber-sensing that can compensate the loss since the pre-existing fiber is in conduit and not buried directly in the ground • DaaS (Data as a Service model) - the utility can use the solution in service model (Pay as You Grow) with no upfront cost or commitment © 2021 Prisma Photonics - Confidential and Proprietary 17 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 85/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 86/250 Real world examples © 2021 Prisma Photonics - Confidential and Proprietary 18 Hyper-Scan™: excellent Signal-to-noise ratio Typical DAS Hyper-Scan™ Step 30 meters from a buried optical cable • Typical DAS: • Undetectable • Noise (Rayleigh fading) • Hyper-Scan™ : • Much better Signal to Noise • No Rayleigh fading • More detail: • Signal strength • Signal frequency • Wavefront phase © 2021 Prisma Photonics - Confidential and Proprietary 19 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 86/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 87/250 Comparison with other phase sensitive, Phi-OTDR Typical DAS - Phase Seismic Grade Hyper-Scan™ © 2021 Prisma Photonics - Confidential and Proprietary 20 Hyper-Scan™: detailed data • Use detail to differentiate similar targets • Well suited for Machine-Learning Human Boar Horse Fox Footsteps © 2021 Prisma Photonics - Confidential and Proprietary 21 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 87/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 88/250 Classification: key to low false positive alerts • Monitored 35 km of gas Events during 1 second transmission pipeline • Many different activities near pipeline: • Highway • Cities • Construction sites • Agricultural fields © 2021 Prisma Photonics - Confidential and Proprietary 22 Classification: key to low false positive alerts • Alerts in 24hrs: Alerts over past 24 hrs Digger Other classes 0 92,514 • Location Successfully reduced False / Nuisance Alarm Rate (FAR & NAR) to zero in a noisy real-life scenario Time © 2021 Prisma Photonics - Confidential and Proprietary 23 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 88/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 89/250 Sample: PrismaRoad Use Cases • Accident detection • “Car on the shoulder” alert • Car speeding alert • Average speed of traffic • Congestion • Traffic at a standstill • Journey time between defined locations • Vehicle count flow • Volume estimate • Rockfall and landslide events © 2021 Prisma Photonics - Confidential and Proprietary Sample: PrismaRail Use Cases • Real-time, accurate location of all trains on the rails • Rockfall and landslide events • Fallen trees near the train tracks • Trespassing • Intruders into the train track area • Breakdown of train wheels • Journey time between defined locations • Average speed • Vandalism © 2021 Prisma Photonics - Confidential and Proprietary 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 89/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 90/250 Summary • A complete physical-infrastructure monitoring solution in a “Sensor Free” approach • Covering a very wide variety of use-cases in safety, security, preventive & predictive maintenance • An award-winning solution with commercial implementations © 2021 Prisma Photonics - Confidential and Proprietary 26 Thank you for your attention Dr. Eran Inbar February 2021 eran@PrismaPhotonics.com Visit us at www.PrismaPhotonics.com This h present p a resent tio a n co c nta nt i a ns i i ns nf i o nf rm r a m tio a n n which hic h i s i confiden ide tial land pr p opriet ie ary of Pr of isma Photonics P an a d n sha d ll sha not t be published, repro r duced, duc copied, disclosed, or used for other h tha t n its t intended e purpose without the ex th p e ex r p e r ss e writ wri ten t ten cons con en s t of en a t of a d u d l u y l authori auth z ori ed ed re r p e re p sen re tati sen v tati e of Pri s Pri ma Photoni Pho c toni s c 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 90/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 91/250 Uvod v fotonska integrirana vezja in aktivnosti s tega področja na Fakulteti za elektrotehnikov v Ljubljani Introduction to photonic integrated circuits and activities in this field at Faculty of Electrical Engineering in Ljubljana Janez Krč, Andraž Debevc in Marko Topič UL FE, Laboratorij za fotovoltaiko in optoelektroniko Aleksander Sešek, Bruno Cacovich, Miha Cacovich in Janez Trontelj UL FE, Laboratorij za fotovoltaiko in optoelektroniko Kristjan Vuk Baliž in Boštjan Batagelj UL FE, Laboratorij za sevanje in optiko janez.krc@fe.uni-lj.si Povzetek V prispevku so prikazane tehnološke rešitve za optično dostopovno omrežje, ki so se uveljavile v Biografija predavatelja Dr. Janez Krč je redni profesor na Fakulteti za slovenskem prostoru in ki jih lahko koristijo Elektrotehniko Univerze v Ljubljani in član Laboratorija končni uporabniki. Integracija fotonskih gradnikov za fotovoltaiko in optoelektroniko na Katedri za predstavlja pomemben korak v smeri večje elektroniko. Njegovo raziskovalno delo sega na funkcionalnosti, zanesljivosti in cene fotonskih področje opto-elektronskih simulacij, načrtovanja in gradnikov in sistemov. Po kratkem uvodu v karakterizacije sončnih celic, organskih svetlečih diod fotonska integrirana vezja so predstavljene prve in fotonskih integriranih vezij. aktivnosti s področja načrtovanja, izdelave in Lecturer's biography karakterizacije integriranih svetlovodnih struktur Dr. Janez Krč is a full professor at the Faculty of na Fakulteti za elektrotehniko Univerze v Electrical Engineering, University of Ljubljana, Ljubljani. Slovenia, and a member of Laboratory of Photovoltaics and Optoelectronics at the Department of Electronics. Abstract His research work covers opto-electrical simulations, The integration of photonic components represents design and characterization of solar cells, organic light an important step towards greater functionality, emitting diodes and photonic integrated circuits. reliability and cost of photonic building blocks and systems. After a short introduction to photonic integrated circuits, there are presented first activities in the field of design, manufacturing and characterization of integrated waveguide structures at the Faculty of Electrical Engineering, University of Ljubljana. 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 91/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 92/250 Uvod v fotonska integrirana vezja in aktivnosti s tega področja na FE Janez Krč, Andraž Debevc in Marko Topič Laboratorij za fotovoltaiko in optoelektroniko LPVO Bruno Cacovich, Miha Cacovich, Aleksander Sešek in Janez Trontelj Laboratorij za mikroelektroniko FE LMFE Kristjan Vuk Baliž in Boštjan Batagelj Laboratorij za sevanje in optiko LSO Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko UL FE Tržaška 25, 1000 Ljubljana Vsebina predstavitve ¾ Uvod v fotonska integrirana vezja ¾ Aktivnosti na Fakulteti za elektrotehniko UL o Orodja za načrtovanje in simulacije o Merilna oprema o Izdelava prvih testnih vzorcev na osnovi tehnologije Si3N4 J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 2 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 92/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 93/250 Uvod Elektronsko integrirano vezje - IC Fotonsko integrirano vezje - PIC (Photonic Integrated Circuit) - elektroni - - fotoni - J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 3 Integracija optičnih komponent PIC ¾ majhno, lahko kombiniramo z IC ¾ kompaktnost, funkcionalnost ¾ odpadejo ohišja posameznih komponent ¾ uniformnost (enakost) komponent ¾ večja zanesljivost ¾ omejitve glede stopnje integracije J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 4 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 93/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 94/250 Energija Podatkovni centri Velik del energije se porabi za prenos podatkov (premikanje elektronov po bakrenih povezavah) - ohmske izgube - RLC zakasnitve - EM interference J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 5 Energija in pasovna širina – elektron in foton Courtesy of Karen Bergman, Columbia Uni. J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 6 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 94/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 95/250 Področja optical switches uporabe PIC ¾ telecom, datacom medical and bio- lasers ¾ optično procesiranje signalov fiber sensor imaging (Bragg grating ¾ senzorika readout) ¾ LIDAR ¾ kvantno računanje ¾ mikroskopija ¾ vesolje ¾ … J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 7 Sožitje IC (CMOS) in PIC (Si tehnologija) Courtesy of imec J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 8 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 95/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 96/250 SPIE Photonics Europe 2020 High-speed electronics for silicon photonics transceivers (Invited Paper), Johan Bauwelinck et al., imec, Univ. Gent (Belgium). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 9 Coherent transceivers W. Shi et al.: Scaling capacity of fiber-optic transmission systems, Nanophotonics 2020; 9(16): 4629–4663 J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 10 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 96/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 97/250 Courtesy of imec J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 11 Photonic digital to analog converter with MZMs and electrically (bit) controlled WGs SPIE Photonics Europe 2020 Opportunities of silicon photonics for calculation and machine learning applications (Invited Paper), Guangwei Cong et al., National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (Japan) J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 12 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 97/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 98/250 Which flower it is? SPIE Photonics Europe 2020 Opportunities of silicon photonics for calculation and machine learning applications (Invited Paper), Guangwei Cong et al., National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (Japan) J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 13 Osnovna struktura in gradniki PIC J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 14 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 98/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 99/250 strukturiranje svetlovodne plasti obloga trakasti svetlovod grebenski svetlovod svetlovodna plast (večji lomni količnik) 220 nm 450 nm 1 μm obloga substrat substrat J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 15 Tehnologije (material svetlovodne plasti) ¾ Si Za aktivne gradnike potrebujemo še ostale plasti ¾ SiOx Primer strkture za Si: ¾ Si4N4 ¾ InP ¾ GaAs ¾ LiNbO3 struktura SOI (Si on insulator) ¾ polymers ¾ GFP svetlovodna plast (Si, Ge, Sn) svetlovodna plast W. Shi et al.: Scaling capacity of fiber-optic transmission systems, Nanophotonics 2020; 9(16): 4629–4663 J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 16 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 99/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 100/250 Primeri osnovnih gradnikov PIC (Si) pasivni aktivni Integrirani laserji – uporaba direktnih polprevodnikov! W. Shi et al.: Scaling capacity of fiber-optic transmission systems, Nanophotonics 2020; 9(16): 4629–4663 J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 17 Aktivnosti na področju PIC na FE ¾ Katedra za elektroniko ¾ Katedra za mikroelektroniko ¾ Katedra za informacijske in komunikacijske tehnologije Laboratoriji: J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 18 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 100/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 101/250 Izobraževanje - študenti Fotonska integrirana vezja ¾ v okviru magistrskega študija: ¾ v okviru doktorskega usposabljanja: Modul D - Fotonika delno predmet Optoelektronika in raziskovalno delo doktorandov (LPVO, LSO) J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 19 Orodja za načrtovanje in simulacije PIC na FE J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 20 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 101/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 102/250 Načrtovalska orodja ¾ na osnovi vezij: IPKISS https://www.lucedaphotonics.com/en/product/ipkiss J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 21 Načrtovanje z IPKISS-om 90° hibrid – dve izvedbi z uporabo MMI in smernih sklopnikov kvadraturni demodulator: A. Debevc, PIC design training Uni. Ghent J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 22 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 102/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 103/250 Načrtovanje z IPKISS-om Izdelana 90° hibrida v silicijevi tehnologiji (SOI) preko RMIT, Australian Photonics Meritev izbranih izhodov: A. Debevc J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 23 Načrtovalska orodja ¾ na osnovi vezij: Klayout A. Lavrič Gl. G predstavitev l. predstavitev A. A. Lav L riča avriča v nadaljevanju nadaljevanju SOK 2021 SOK 2021 J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 24 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 103/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 104/250 Načrtovalska orodja ¾ na osnovi komponent (EM): COMSOL (FEM), LUMERICAL (FDTD) Simulacija električnega polja, trakasti svetlovod Simulacija dela smernega sklopnika (dva Si svetlovoda) Prečni pogled, x komponenta polja, rod TE1 vzdolžni pogled, prečna komponenta električnega polja SiO2 cladding Si core y z x A. Debevc et al. MIDEM 2018 J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 25 Optimizacija naprednih struktur s COMSOL-om |Ex| Optimizacija metamaterialov za večjo stopnjo integracije fotonskih gradnikov v PIC d 1 d 2 air or SiO2 Si d 1 d > 2 Si WG core Si ridges Gl. G predstav l. p i redstav tev A. Debev A. D ca ebevca v nadaljevanju nadaljevanju SOK 2021 SOK 2021 A. Debevc et al. SPIE Photonics Europe 2020 J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 26 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 104/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 105/250 Merilna oprema za optično karakterizacijo PIC na FE J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 27 Sklopitev z optičnim vlaknom jedro vlakna Si trakasti svetlovod 2 R = 8 Pm W = 450 nm Si svetlovod W ≈ 450-500 nm J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 28 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 105/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 106/250 Horizontalni vhodno/izhodni sklopnik koničasto enorodovno fokusirno vlakno invertirani koničasti sklopnik J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 29 Vertikalni vhodno/izhodni sklopnik (uklonska mrežica) enorodovno vlakno uklonska mrežica J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 30 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 106/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 107/250 Koničasto vlakno in sklopitev svetlobe UL FE J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 31 Precizne mizice za sklopitev vlakna s svetlovodom na PIC ¾ročna ločljivost: 100 nm (s piezzo aktuatorji ~ 20 nm) ¾omogoča horizontalno (na slikah) in vertikalno sklopitev vlaken izhodno vlakno čip čip vhodno vlakno izhodno vlakno vhodno vlakno J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 32 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 107/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 108/250 Primer slike svetlovoda in priključnih vlaken zajete s kamero izhodno o vlakno vlak vhodno vlakno Si svetlovodvna PICu Si PIC izdelan na Uni. Ghent in imec, Belgija Meritve izvedene na FE J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 33 Primer vezave merilnega Sistema na FE Microscope camera SMF SMF SMF Tunable laser and EDFA Polarization control PIC Optical spectral analyzer Polarization control Tunable laser & EDFA Optical spectral analyzer J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 34 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 108/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 109/250 Prve meritve obročnega resonatorja Add- Izmerjena drop ring resonator karakteristika izbranega obročnega resonatorja na PIC drop -20 PIC izdelan na FSR -30 pass IN [dB] T -40 pass drop -50 Gl. G primer l. pr uporabe imer uporabe mikro mikro obročnega obročnega 1520 1540 1560 1580 resonatorja resonatorja v RoF v RoF v predtavitv v p i redtavitv nm K. K B . aliž Baliž-a -a Vuk-a Vuk-a SOK 2021 SOK 2021 J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 35 Prvi testni vzorci na osnovi tehnologije Si3N4 izdelani na FE J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 36 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 109/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 110/250 Izhodišče - 4” Si rezina z SiO2/Si3N4 plastema zrak Si osrednja plast Si 3N4 300 nm 3N4 (PECVD/LPCVD) za vodenje svetlobe, SiO2 1500 nm ki jo strukturiramo Si J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 37 Postopek izdelave prvih ¾ zasnova, načrt in simulacija testnih struktur na FE testnih struktur -> gds datoteka (IPKISS) za izdelavo mask ¾ nanos SiO2 in Si3N4 plasti na Si (PECVD, LPCVD) ¾ fotorezist, osvetljevanje preko maske, razvijanje, suho/mokro jedkanje Si3N4, razrez čipov ¾ preverjanje izjedkanih struktur (konfokalni mikroskop LMFE, elektronski mikroskop KI) ¾ optične meritve J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 38 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 110/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 111/250 Testno fotonsko integrirano vezje iz Si3N4 PIC ULFE 2019-1a (1 x 1 cm2) sq1 sq2 Vključeni gradniki: • ravni in ukrivljeni (L) svetlovodi različnih dolžin (tudi spiralni) in širin • smerni sklopniki in razcepniki, presečišča 1 cm • obročni resonatorji različnih dimenzij “sq5” • Mach-Zehnderjevi interferometri • valovni demultipleksor, Vernierjev filter • nekateri ostali gradniki sq3 sq4 J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 39 sq4 Nekatere strukture z različno funkcionalnostjo presečišče Vernierov filter valovni demultipleksor razcepnik J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 40 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 111/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 112/250 Načrt za masko za 4” Si rezino ¾ 42 x 1 cm2 čipov ¾ vključena dva, nekoliko različna dizajna J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 41 Slike prvih izdelanih struktur iz Si3N4 na FE Posneto s konfokalnim mikroskopom v LMFE J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 42 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 112/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 113/250 SEM slike izdelanih struktur iz Si3N4 na FE Posneto z elektronskim mikroskopom na Kemijskem inštitutu J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 43 SEM slike izdelanih struktur iz Si3N4 na FE Rob svetlovoda Posneto z elektronskim mikroskopom na Kemijskem inštitutu J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 44 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 113/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 114/250 Prve optične meritve izdelanih svetlovodov iz Si3N4 na FE Preizkus sklopitve z vidno svetlobo J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 45 Prve optične meritve izdelanih svetlovodov iz Si3N4 na FE Spektri moči signalov in šuma Prenosna močnostna funkcija svetlovoda 0 -38 source -20 -40 ]B -42 Bm] -40 r [d r [d output from WG e nsfe -44 w -60 r tra Po ewo -46 P -80 noise level (open connection) -48 -100 -50 1500 1520 1540 1560 1580 1520 1530 1540 1550 1560 1570 1580 Wavelength [nm] Wavelength [nm] Kasneje dosežena višja prenosna razmerja, npr. – 18 dB J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 46 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 114/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 115/250 Prve optične meritve izdelanih struktur iz Si3N4 na FE Mach-Zehnder interferometer - MZI -40 -50 er [dB] er transf -60 Pow -70 1520 1530 1540 1550 1560 1570 Wavelength [nm] J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 47 Zaključek ¾ PIC so pomembni gradniki na področju optičnih komunikacij in na druguh področjih (hitrost, funkcionalnost, kompaktnost, cena) ¾ Na FE potekajo aktivnosti na področju načrtovanja (Si in Si3N4 tehnologije), karakterizacije in izdelave testnih struktur (Si3N4) ¾ S PIC se srečajo tudi študenti v izobraževalnem procesu ¾ Vljudno vabljeni, da prisluhnete predstavitvam raziskovalnega dela doktorandov s področja PIC v nadaljevanju konference in k morebitnem sodelovanju! janez.krc@fe.uni-lj.si J. Krč et al. SOK 4.-5. februar 2021, UL FE 48 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 115/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 116/250 Strukture metamaterialov za višjo stopnjo integracije v fotonskih integriranih vezjih Metamaterial structures for a higher degree of integration in Photonic Integrated Circuits Andraž Debevc, Janez Krč in Marko Topič Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko Laboratorij za fotovoltaiko in optoelektroniko andraz.debevc@fe.uni-lj.si Povzetek Periodični metamaterial, ki sestoji iz izmenjujočih se plasti zraka in silicija ima potencial, da zniža Biografija predavatelja presluh med integriranimi silicijevimi valovodi, če Andraž Debevc je leta 2017 končal magistrski študijski ga uporabimo kot stransko oblogo valovodov. To program Elektrotehnika na Fakulteti za elektrotehniko nam omogoča, da valovode postavimo bližje drug Univerze v Ljubljani. Istega leta se je na tej fakulteti drugemu in s tem povečamo stopnjo integracije. V vpisal na doktorski študij in postal mladi raziskovalec v prispevku bodo predstavljene numerične simulacije Laboratoriju za fotovoltaiko in optoelektroniko. Pri raziskovalnem delu se ukvarja s področjem fotonike. in optimizacija valovodov z metamateriali. Njegova primarna raziskovalna dejavnost vključuje Predstavljeno bo tudi načrtano testno fotonsko načrtovanje, optično modeliranje in karakterizacijo integrirano vezje iz amorfnega silicija, ki vključuje fotonskih integriranih vezij. valovode z metamateriali in je trenutno v izdelavi. Lecturer's biography Abstract Andraž Debevc received his MSc in Electrical A metamaterial consisting of periodically Engineering at the Faculty of Electrical Engineering, exchanging layers of air and silicon has the University of Ljubljana, Slovenia, in 2017. Since potential to reduce the cross-talk between silicon October 2017 he is a PhD student and a member of the waveguides when used as the side cladding.This Laboratory of Photovoltaics and Optoelectronics. His enables us to put waveguides closer together on research work is related to photonics. The main research activities include design, optical modelling the chip and in turn increase the integration and characterization of photonic integrated circuits. density. Numerical simulations and optimization of waveguides with metamaterial cladding will be presented in this contribution. We will also present the design of a test photonic integrated circuit that is curently being fabricated. The chip will be made on amorphous sillicon and will include waveguides with metamaterial cladding. 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 116/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 117/250 Strukture metamaterialov za višjo stopnjo integracije v fotonskih integriranih vezjih Andraž Debevc, Janez Krč in Marko Topič Laboratorij za fotovoltaiko in optoelektroniko - LPVO Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, Tržaška 25, 1000 Ljubljana Vsebina predavanja ¾ Uvod ¾ Gostota integracije in metamateriali ¾ Rezultati simulacij in optimizacije strukture metamaterialov ¾ Zaključki A. Debevc 25. seminar optične komunikacije, 4. Februar 2021, FE-UNI-LJ, Ljubljana, Slovenija 2 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 117/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 118/250 Uvod � Integrirane fotonske komponente→ Fotonska integrirana vezja PIC Xu e.a., Opt. Express. 16, pp 4309 (2008) Dong e.a., Opt. Express. 17, pp 22487 (2009) Novack e.a., Nanophotonics 3(4-5), pp 205-214 (2014) Rath e.a., Bjnano 4, pp 303 (2013) A. Debevc 25. seminar optične komunikacije, 4. Februar 2021, FE-UNI-LJ, Ljubljana, Slovenija 3 Uvod Si valovodi na SOI (Silicon-on-Insulator) rezini: � Materialne platforme PIC: › Si, Si3N4, SiO2 ,InP, LiNbO3, polimeri,... � Aplikacije PIC: › Telekomunikacije in optično procesiranje signalov › Optične povezave › Medicinska senzorika in biofotonika › LIDAR › Kvantna fotonika Scullion e.a., SPIE newsroom (2012) Smit e.a., Semicond Sci. Technol. 29, pp. 41 (2014) A. Debevc 25. seminar optične komunikacije, 4. Februar 2021, FE-UNI-LJ, Ljubljana, Slovenija 4 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 118/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 119/250 Gostota integracije in metamateriali A. Debevc 25. seminar optične komunikacije, 4. Februar 2021, FE-UNI-LJ, Ljubljana, Slovenija 5 Presluh in gostota integracije PIC � Z večjo gostoto integracije lahko povečamo zmogljivost fotonskih integriranih vezij in znižamo njihovo ceno � Optični presluh je eden izmed omejevalnih faktorjev višje gostote integracije � Nekatere aplikacije kot npr. optični fazni niz za krmiljenje žarkov v LIDAR sistemih zahtevajo čim manjši razmik med posameznimi valovodi na čipu Kossey e.a., APL Photonics. 3, 011301 (2018) A. Debevc 25. seminar optične komunikacije, 4. Februar 2021, FE-UNI-LJ, Ljubljana, Slovenija 6 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 119/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 120/250 Sklopitev optičnih valovodov – pogled od zgoraj vzbujen valovod WG 1 d WG 2 vzdolžna komponenta pretoka moči (a.u.) sklopna dolžina Debevc e.a., MIDEM conference proceedings 54, pp 87 (2018) A. Debevc 25. seminar optične komunikacije, 4. Februar 2021, FE-UNI-LJ, Ljubljana, Slovenija 7 Dielektrični metamateriali � Sestojijo iz dveh ali več periodično izmenjujočih se dielektričnih materialov s periodo, ki je občutno manjša od valovne dolžine svetlobe � Anizotropnost lomnega količnika→ lahko jo izkoristimo za manipulacijo svetlobe � Izdela se jih lahko z obstoječimi standardnimi proizvodnimi procesi (npr. CMOS) Halir e.a., Proc. IEEE 106, No. 12, pp. 2144 (2018) Cheben e.a., Nature 560, pp 565 (2018) Jahani e.a., Nat. Nanotecnol. 11, pp 23 (2016) A. Debevc 25. seminar optične komunikacije, 4. Februar 2021, FE-UNI-LJ, Ljubljana, Slovenija 8 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 120/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 121/250 Valovodi z oblogo iz dielektričnih metamaterialov � Z uporabo dielektričnega metamateriala kot stranske obloge valovoda lahko znižamo presluh in zmanjšamo razmik med valovodi � Metamaterial sestoji iz materiala jedra (npr. Si) in materiala obloge (npr. zrak ali SiO2) Jahani e.a., Nat. Commun. 9, pp 1893 (2018) d 1 d 2 air or SiO2 Si d 1 d > 2 Si WG core Si ridges A. Debevc 25. seminar optične komunikacije, 4. Februar 2021, FE-UNI-LJ, Ljubljana, Slovenija 9 Rezultati simulacij in optimizacije strukture metamaterialov A. Debevc 25. seminar optične komunikacije, 4. Februar 2021, FE-UNI-LJ, Ljubljana, Slovenija 10 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 121/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 122/250 Uporabljene metode Re{Ex} � Simulacije v frekvenčni domeni symmetric mode (COMSOL): › Analiza rodov na osnovi 2-D metode končnih elementov (FEM) › 2-D in 3-D FEM simulacije razširjanja valov � Eigenmode expansion metoda (EME) Re{Ex} antisymmetric mode › Izračun sklopne dolžine iz efektivnih lomnih količnikov simetričnega in antisimetričnega rodu A. Debevc 25. seminar optične komunikacije, 4. Februar 2021, FE-UNI-LJ, Ljubljana, Slovenija 11 Vpogled v preseke električnega polja trakasti valovod: valovod z oblogo iz metamateriala: |Ex| |Ex| λ =1550 nm TE rod: y |Ey| |Ey| z x TM rod: Debevc e.a., Proc.SPIE 11344, Metamaterials XII, 1134420 (2020) A. Debevc 25. seminar optične komunikacije, 4. Februar 2021, FE-UNI-LJ, Ljubljana, Slovenija 12 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 122/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 123/250 Izračun udorne globine električnega polja n 0,5 SiO2 nSi3N4 nSi � Dielektrični metamaterial lahko povzroči hitrejši upad 0,4 m WG with air cladding evanescenčnega polja – krajša WG with metamaterial cladding 0,3 udorna globina thpe d � Pogoj je dovolj velik kontrast lomnih kin 0,2 S količnikov materialov, ki tvorijo 0,1 metamaterial 0,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 Core refractive index Debevc e.a., Proc.SPIE 11344, Metamaterials XII, 1134420 (2020) A. Debevc 25. seminar optične komunikacije, 4. Februar 2021, FE-UNI-LJ, Ljubljana, Slovenija 13 Simulirani profili električnega polja (rod TE) air surround: SiO2 surround: Trakasti valovod: 1e+6 1e+5 )/mV 1e+4 Valovod z oblogo iz ( metamateriala: Ex 1e+3 strip WG No. of Si ridges = 4 No. of Si ridges = 2 1e+2 1e+1 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 x (nm) Večji kontrast lomnih količnikov→ vpliv metamateriala je bolj izražen Debevc e.a., Proc.SPIE 11344, Metamaterials XII, 1134420 (2020) A. Debevc 25. seminar optične komunikacije, 4. Februar 2021, FE-UNI-LJ, Ljubljana, Slovenija 14 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 123/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 124/250 Simulacija sklapljanja polja med dvema valovodoma Ex (a.u.) x y z Ex (a.u.) � Zaradi manjšega prekrivanja evanescenčnih polj rodov sklopljenih valovodov se v primeru obloge iz metamateriala polje iz vzbujenega valovoda počasneje sklaplja v priležni valovod A. Debevc 25. seminar optične komunikacije, 4. Februar 2021, FE-UNI-LJ, Ljubljana, Slovenija 15 Simulacija sklopne dolžine � Pri simulaciji smo 1e+7 spreminjali faktor Faktor polnitve: polnitve ( ff), ki 1e+6 predstavlja razmerje med širino Si rebra in celotne 1e+5 periode metamateriala m] [ 1e+4 xL � Pri določenih 1e+3 ݓ geometrijskih pogojih ଵ ݓଶ sklopna dolžina EMT aproksimacija ݓ 1e+2 ଵ strip valovod ݂݂ ൌ neomejeno naraste, kar valovod z oblogo iz metamateriala ݓଵ ൅ ݓଶ lahko pojasnimo s teorijo 1e+1 sklopljenih rodov (CMT) 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 ff perioda metamateriala = 150 nm, širina jedra valovodov = 350 nm, razmik med valovodoma = 975 nm A. Debevc 25. seminar optične komunikacije, 4. Februar 2021, FE-UNI-LJ, Ljubljana, Slovenija 16 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 124/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 125/250 Testno vezje na amorfnem siliciju - v izdelavi v nanofotonskem tehnološkem centru Valencia A. Debevc 25. seminar optične komunikacije, 4. Februar 2021, FE-UNI-LJ, Ljubljana, Slovenija 17 Hidrogenirani amorfni silicij kot material za integrirana fotonska vezja � Lomni količnik primerljiv s kristalnim silicijem (lahko celo višji) � Proces izdelave pri nižji temperaturi (PECVD), fleksibilnejša izbira substratov � Možnost integracije z back-end-of-line CMOS procesa Lipka e.a. , Photon. Res. 4, No. 3, pp 126 (2016) A. Debevc 25. seminar optične komunikacije, 4. Februar 2021, FE-UNI-LJ, Ljubljana, Slovenija 18 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 125/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 126/250 Zaključki � Uporaba metamateriala kot stranske obloge integriranih valovodov lahko občutno zmanjša presluh med valovodi. To nam omogoča večjo gostoto integracije fotonskih integriranih vezij � Za želen vpliv metamateriala je ključen velik kontrast lomnih količnikov (npr. zrak in silicij) � Zaradi hitrejšega upadanja evanescenčnega polja zunaj jedra valovodov se presluh občutno zniža v primerjavi z običajnimi valovodi. Pod določenimi pogoji lahko zaradi medsebojne kompenzacije posameznih komponent sklopnih koeficientov dosežemo celo popolno izničenje presluha A. Debevc 25. seminar optične komunikacije, 4. Februar 2021, FE-UNI-LJ, Ljubljana, Slovenija 19 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 126/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 127/250 Merjenje efektivnega lomnega količnika svetlovoda v silicijevem čipu Measurement of the effective refractive index of a fiber in a silicon chip Andrej Lavrič in Boštjan Batagelj Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko Laboratorij za sevanje in optiko andrej.lavric@fe.uni-lj.si Povzetek so fazni šum, optoelektronika, metamateriali in Integrirana fotonska vezja so vse bolj privlačna v mikrovalovna fotonika. optičnih komunikacijah, senzoriki, obdelavi in Lecturer's biography prenosu podatkov. V prispevku je predstavljen Andrej Lavrič received his master's degree from the preprost fotonski čip z različnimi testnimi University of Ljubljana in 2019. He is currently working strukturami. Podrobneje so predstavljeni rezultati as a junior researcher and PhD candidate in the določanja dejanskega efektivnega lomnega Radiation and Optics Laboratory at the University of količnika valovoda z uporabo Mach Ljubljana, Faculty of Electrical Engineering. His - research interest include phase noise, optoelectronics, Zehnderjevega interferometra. metamaterials and microwave photonics. Abstract Integrated silicon photonics has gained significant attraction in various technology fields such as optical communications, sensing, data processing and transfer. In this contribution we present a simple optical chip which was designed to perform different tests. In particular we show the results of determination of an actual effective refractive index of an integrated waveguide by using Mach- Zehnder interferometer. Biografija predavatelja Andrej Lavrič je magistriral na Univerzi v Ljubljani v letu 2019. Trenutno je mladi raziskovalec v Laboratoriju za sevanje in optiko Fakultete za elektrotehniko Univerze v Ljubljani. Področja njegovega raziskovanja 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 127/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 128/250 Določanje dejanskega efektivnega lomnega količnika svetlovoda v silicijevem optičnem čipu Andrej Lavrič prof. dr. Janez Krč, izr. prof. dr. Boštjan Batagelj Ljubljana, 2. februar 2021 1 / 11 Redosled Tehnologija in izdelan čip Delovanje MZI in efektivni lomni količnik Rezultati meritev in analiza 2 / 11 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 128/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 129/250 SOI in elektronski snop SiO2 Si SiO2 Si 3 / 11 Izdelan čip 4 / 11 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 129/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 130/250 Mach-Zehnderjev interferometer Ei Ei Eo 1 = √ e−jβ 1 L 1 in Eo 2 = √ e−jβ 2 L 2 2 2 1 2 TMZI( λ) = 1 + e−jβ( λ)Δ L 4 2 πneff ( λ) β( λ) = λ λ 2 F SR = ngΔ L Δ L = 57 , 48 μm 5 / 11 Efektivni lomni količnik 2 πneff ( λ) β( λ) = λ neff ( λ) = n 1 + n 2( λ − λ 0) + n 3( λ − λ 0)2 dneff ( λ) ng( λ) = neff ( λ) − λ dλ n 1 n 2 n 3 ng TE 2,4453 -1,1295 -0,0421 4,1960 TM 1,7727 -1,2795 1,8131 3,7559 6 / 11 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 130/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 131/250 Merilna postavitev https://youtu.be/R0Tbjth_d-Y 7 / 11 Merilna postavitev 8 / 11 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 131/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 132/250 Rezultati meritev 9 / 11 Analiza meritev T 1 2 MZI ( λ) = 1 + e−jβ( λ)Δ L 4 neff ( λ) = n 1 + n 2( λ − λ 0) + n 3( λ − λ 0)2 načrtovan dejanski abs. napaka rel. napaka neff 2,4453 2,4537 0,0084 0,34 ng 4,2044 4,1819 -0,0225 -0,54 10 / 11 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 132/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 133/250 Vprašanja? 11 / 11 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 133/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 134/250 Premostitev presihanja moči v optični komunikacijski zvezi z uporabo integrirane mikrovalovne fotonike Overcoming the power fading in optical communication link with the use of integrated microwave photonics Kristjan Vuk Baliž in Boštjan Batagelj UL FE, Laboratorij za sevanje in optiko Andraž Debevc in Janez Krč UL FE, Laboratorij za fotovoltaiko in optoelektroniko kristjan.vuk-baliz@fe.uni-lj.si Povzetek Prispevek proučuje ukrep dušenja stranskega boka pri optični intenzitetni modulaciji v milimetrskem področju z uporabo rešitve integrirane mikrovalovne fotonike na osnovi obročnega Biografija predavatelja resonatorja. Za ta namen je bila v laboratorijskem Kristjan Vuk Baliž je leta 2019 magistriral na Fakulteti okolju vzpostavljena merilna konfiguracija, s za elektrotehniko Univerze v Ljubljani. Trenutno je pomočjo katere je bil uporabljen pristop tudi zaposlen na delovnem mestu (pedagoškega) asistenta na kvantitativno ovrednoten. Dosežena je bila Fakulteti za elektrotehniko v Ljubljani. Interesna izravnava prevajalne funkcije optične (vlakenske) področja njegovega raziskovanja vključujejo zveze v širokem pasu modulacijskih frekvenc (34 mikrovalovno fotoniko, elektromagnetno sevanje in - razširjanje valov v telekomunikacijah ter numerično 44 GHz). analizo elektromagnetnih pojavov v valovodnih Abstract strukturah. This paper examines a side-band suppression Lecturer's biography approach in optical intensity modulation in the Kristjan Vuk Baliž received his master’s degree from mm-wave region based on the integrated the Faculty of Electrical Engineering, University of microwave photonic application, i.e. integrated Ljubljana, Slovenia, in 2019. He is currently employed micro-ring resonator. For this purpose, an as an assistant teacher at the Faculty of Electrical experimental setup was established in a laboratory Engineering in Ljubljana. His research interests include environment, and used for quantitative evaluation microwave photonics, electromagnetic radiation and wave propagation in telecommunications and numerical of the applied approach. The conducted transfer analysis of electromagnetic phenomena inside function of optical fiber link was equalized for a waveguide structures. wide range of modulation frequencies (between 34- 44 GHz). 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 134/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 135/250 Premostitev presihanja moči v optični komunikacijski zvezi z uporabo integrirane mikrovalovne fotonike Kristjan Vuk Baliž, Boštjan Batagelj Andraž Debevc, Janez Krč Laboratorij za sevanje in optiko Laboratorij za fotovoltaiko in kristjan.vuk@fe.uni-lj.si optoelektroniko 1 Pregled � Uvod � Presihanje moči � Premostitev pojava � PIC: obročni resonator � Merilna konfiguracija � Merilni rezultati 2 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 135/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 136/250 MWP signal processing, i.e., filtering A system for generation, detection and/or processing of microwave signals by means of photonic technologies. MWP Filter: 1. Laser source 2. External modulator (e.g. MZM) 3. DC voltage supply for BIAS 4. Transmission path (e.g. Optical fiber, free space) 5. Photodetector (e.g. Photodiode) 3 Presihanje moči � Intenzitetna (dvobočna) modulacija � tritonski optični signal! � Krivec: barvna razpršitev; valovno- dolžinsko odvisna skupinska hitrost � Pojav odvisen od parametrov optične zveze: dolžina prenosne poti (vlakna), modulacijska frekvenca, disperzivnost medija, lomni količnik � Protiukrepi: kompenzacija disperzije, zveza ߬ሺ௡ሻ ሺ௡ሻ ୥ ൌ ܮȀݒ୥ ȟ߮ ൌ ʹߨ݂ v II. Valovnem oknu, nizek produkt ܤ ڄ ܮ, ோிȟܶ௚ prenos z dvotonskim signalom ȟ߬ ሺͳሻ ሺͲሻ ௚ ൌ ߬݃ െ ߬݃ ൌ ʹܦ ȟߣ ܮ 4 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 136/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 137/250 Presihanje moči (frekvenčno) � Demonstracija pojava v odvisnosti od modulacijske frekvence (~0-59 GHz) oz. dolžine prenosne poti (0-20 km). � Analitičen izračun ter izris funkcijskih odvisnosti pojava � Meroslovni prikaz pojava ܲܲ � ൌ ͳͲ ��� ���ଶ Ɏ ݂ୖ୊ ܦ ʹȟɉ ܮ െ ʹ�ܮ ȟɉ - premik bokov glede na nosilec �ୖ୊ - frekvenca modulacijskega signala ܮ - dolžina (optične) prenosne poti a - slabljenje optičnega vlakna 5 Presihanje moči (dolžinsko) � Demonstracija pojava v odvisnosti od modulacijske frekvence (~0-59 GHz) oz. dolžine prenosne poti (0-20 km). � Analitičen izračun ter izris funkcijskih odvisnosti pojava � Meroslovni prikaz pojava ܲܲ � ൌ ͳͲ ��� ���ଶ Ɏ ݂ୖ୊ ܦ ʹȟߣ ܮ ȟߣ - premik bokov glede na nosilec ݂ୖ୊ - frekvenca modulacijskega signala - dolžina (optične) prenosne poti 6 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 137/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 138/250 Premostitev pojava � Kompenzacija disperzije (odvisno od dolžine) � Vlakno za kompenzacijo disperzije � Zveza v II. valovnem oknu (izničenje snovne in barvne razpršitve) � Nastavljiv modul za kompenzacijo disperzije � Prenos v “dvotonskem” načinu (pogojno odvisno od frekvence, pasovne širine) � Dušenje boka z uporabo optičnih sit � Obročni resonator na PIC-u 7 Premostitev pojava � Od nič različna pasovna širina modulacijskega signala 8 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 138/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 139/250 Premostitev pojava � Uporabljen pristop: dušenje stranskega boka � Vzpostavitev merilne konfiguracije za z obročnim resonatorjem na integriranem ovrednotenje učinkovitosti pristopa fotonskem vezju (PIC) � Izzivi: � identifikacija primerne strukture na dostopnem PIC-u � ovrednotenje karakterističnih parametrov potencialnih struktur � sklop svetlobe iz SM vlaken v PIC preko ko grabličastih sklopnikov 9 Obročni resonator 10 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 139/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 140/250 Ovrednotenje � Vzbujanje s širokopasovnim optičnim virom (EDFA) � Meritev sprejete optične moči z OSA � Ocena ugasnega razmerja � Ocena periode sita 11 Merilna konfiguracija 12 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 140/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 141/250 Merilna konfiguracija Fiber spools Polariser OSA Polariser VNA EDFA E PIC TLS MZM DC DC 13 Merilni rezultati � Optični spekter signala RoF 14 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 141/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 142/250 Merilni rezultati Presihanje v odvisnosti od dolžine vlakna Prevajalna funkcija sistema: amp. odziv pri fiksni modulaciji (݂୫ ൌ ͵ͻ �) pri fiksni dolžini (ܮ ൌ ʹͲ ��) 15 Merilni rezultati Presihanje v odvisnosti od dolžine vlakna Prevajalna funkcija sistema: amp. odziv pri fiksni modulaciji (݂୫ ൌ ͵ͻ �) pri fiksni dolžini (ܮ ൌ ʹǡͷ ��) 16 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 142/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 143/250 Svetlobno vlakno: primerjava, fizikalne osnove, omejitve in protiukepi Optical fiber: comparison, physical background, limitations and countermeasures Matjaž Vidmar Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko Katedra za informacijsko komunikacijske tehnologije, Laboratorij za sevanje in optiko matjaz.vidmar@fe.uni-lj.si Povzetek “AMSAT‐Phase‐3D”, ki je bil uspešno izstreljen v Prispevek obdeluje naslednjo vsebino: vrvične in novembru 2000. Profesor Vidmar trenutno poučuje brezvrvične zveze, dodiplomske in podiplomske predmete s področja slabljenje koaksialnega kabla, načrtovanje koaksial telekomunikacij na Fakulteti za elektrotehniko. Njegovo nega kabla, primerjava področje dela je mikrovalovna elektronika, ki obsega slabljenja zvez, stekleno svetlobno vlakno, področja od letalske industrije do optičnih komunikacij. tuneliranje na krivinah, nadomestno vezje Author's biography dielektrika, kompleksni lomni količnik, Matjaž Vidmar received his PhD in 1992 from the Rayleighjevo sipanje, slabljenje kremenovega University of Ljubljana, for developing a single stekla, OTDR, numerična apertura, razpršitev frequency GPS ionospheric correction receiver. Mr. večpotja, zvezni lomni lik, prečna fazna resonanca, Vidmar is currently teaching undergraduate and 1D valovodni rodovi, polje 1D rodov, valovodni postgraduate courses in Electrical Engineering at the rodovi v vlaknu, hitrost svetlobe v steklu, barvna University of Ljubljana, where he serves as head of the razpršitev vlakna, vlakna s premaknjeno Radiation and Optics Laboratory (LSO) at the razpršitvijo, kompenzacija barvne razpršitve, department for Electrical Engineering (FE). His current polarizacijska razpršitev, obremenitev materialov research interests include microwave and high speed vlakna, elektrostrikcija v steklu, Brillouinovo in electronics ranging from avionics to optical‐fiber communications. Under his leadership, the LSO Ramanovo sipanje, spekter Brillouinovega sipanja, štirivalovno mešanje, developed most of the 10Gbps electronics (pulse prekooceanski kabel in modulator, clock recovery) used in the Ester (ACTS neuspehi optike. 063) project and many 40Gbps circuits used in the ATLAS (IST 10626) project: EAM drivers, transmitter clock distribution, 40Gbps and 80Gbps clock‐recovery Biografija avtorja circuits and 40Gbps PMD compensation receiver Matjaž Vidmar je doktoriral leta 1992 z naslovom teme electronics. Mr. Vidmar also developed and built »Metoda korekcije ionosferskih pogreškov pri satelitski satellite hardware flown in space in 1990 on the navigaciji in prenosu časa«. V ZDA je razvijal satelitske Microsat mission and in 2000 on the AMSAT‐P3D oddajnike za organizacijo AMSAT. V sklopu satellite.). sodelovanja z AMSAT‐om je sodeloval pri razvoju komunikacijske in navigacijske opreme za satelit 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 143/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 144/250 ! "#$% &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&! &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &$ ! !! &$ !6 & ' &0 ! !6 (&) ' (&*!!6 &* !! &4 & &: +&, - +&9 2 .&)% !% .&9 ' /&0 /&; 6 1&23'- 1&* & ' (&)- &4,52 &) (&2!6 &7! &* ! ! +&5% % .&*5% /&$% % 1&8 &9 !6 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 144/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 145/250 5 !' !! 5 !'! !! ! " ! !! " &$ ! !! # # # $ % #& ! & ' # $ ' # $ # ! ! & ' ' ' 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 145/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 146/250 ! ' ' #& ! ' '() ! ( (&) ' + ( $ (* * &* !! 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 146/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 147/250 .% & , -, , $ & ! ** **0 ! *" # $"" # ! *1*%***! ! **"% %*! *1*/ ! *-*%/ ! **&** %%& **&/ & + / + ! )& / ! 4 232 ,& 5 , & +&, - 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 147/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 148/250 8 7 7 7 7 < < < < & 7 & & & < < 6 6 6 6 ==== & & < & 8 . 1 1 1 8+ ! , ( ) ! .&)% !% 1 8+ ' ( ( ' % + ) 6 ( $ ) + /&0 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 148/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 149/250 $& # 9 ) / 9 :& <<< + , ) & &&& 9 , % & $ , && , :& 1&23'- " # # ,; ,; # ( # # : # & # # (( ((( # # , # # 8+ # # , # ) # & ' + 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 149/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 150/250 & ! + ! "# 4 4 4 7 7 ! $* +*,"-./, 4 4 4 7 7 +*,"-./, "# 4 4 0 ! 12"# 4 4 ! ! 56 $ $ $ )*' $* $ "# $ $ 0 $* "# % $ 0 $ &4,52 .% " " + # # %$ < $ 7 "%7 " 85# % 7 7 # 85# $ $ $ $ :& &) 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 150/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 151/250 $ 7% 7 " % $ $ #& $ 7 $ & 61. / (&2!6 ' $ # ' ' ' # ' # ' ' % $ $ ( #& $ 7 $ -) )8 $ 9 7 9 61. 9 8 9 " 7 = &7! 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 151/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 152/250 ! ' * ' & 85" 85" ! ! 1 ( (7" " " + '" :;8<: ' ! " " 85 " ! ! & 85 " ' % 85 '" 85 " " 85 " ===== 85 "'" " 1 ( &* ! ! * 1 $ + ( + ( > ( > ( > ( 85 85 " " 7" ! + 85 " + 8 & + ( * 1 +&5% % 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 152/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 153/250 ' ' ' ' 1 1 1 1 ( ( ( ( 1 1 1 1 ' ' ' ' + + + + + + + 1 1 1 1 .&*5% + + + + ' % + * & , 1 1 ;1 1 ' + ;1 % ; + / ! + )8 > + ;1 + 8 & + + + % + 5 5 > , > / /&$% % 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 153/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 154/250 , + & / & % % & , ! # & # 1&8 % & & $ . $ & % & , % ! #& " $ 7 $ . $ 7 . $ 7 ." 6, 1,( 7$ ! $ $ $ . $ . 7 . . & & & 7 # # # # &9 !6 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 154/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 155/250 ' + % #." # :& . ! " #." -, ' #." )8 (" . ' ." #." 61" , #." . ." )8 $ .7" )8 . . . &$ !6 #." #." #." ,** ,** ,** #." #." #." 9 ( $ .7" ,** ,** . $ + + 1 - + ! # & ! ,% ,% ) % ) ?.( &0 ! !6 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 155/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 156/250 1% ( . (. + + 1 ; ; $ ;1 % ; (. ( . + > . % / / + / $ . = (. . A ! A ! (. $ %/ + **? * 9#@" 9 9 % **% * 9#@" 9 9 > (&*!!6 % 9 #& B # 1 B B B 8 !! 1 # CC8 !! 8% B */ , B #&*%/ B ('***%/ B ('***/ , -, B **/ &4 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 156/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 157/250 1 % ) 8 1 @ 1 @ 1 @ 1 @ $ < < < & " & & < < @ & 1 & & " , -, & 1 @ 8 1 # , -, B B &: 1 A #% $ ! " ! ! " ! ! B B 9 $ ! $ ! $ ! 9 9 9 & ! ,% ! ( +&9 2 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 157/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 158/250 , ,% 1 # + ! * ! .&9 ' B 6 ! $ '$ ; !! !! B 6 . 9 $ ! < "?( " ? ('& ) % )(. & ! ! ! " ! ! ( ! ! ! ! ! ! !! )B B )B !! ! .& ! !! $# ! ! ! )B $ $ $ ! " . $#; # # # $ ! /&; 6 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 158/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 159/250 9 + ." 9 + #." !! !! . $# . $ ! $#; $# !! !! )B B B $# )B B 56 " ! 56 " ! "?( )B ! ! ?.( , ?.( , 1&* ,% % ! / ! & % %& % / & % / ,% & & 9 9 8 9 "&! 9 9 9 "% & ,% & & 9 1 % .; &C 9 " & %C 9 7 (.C (&)- 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 159/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 160/250 Optična transportna omrežja z linijskimi kapacitetami za mobilna omrežja 5G Optical transport networks with line capacities for 5G mobile networks Klaus Samardžić Smart Com klaus.samardzic@smart-com.si Povzetek architectures for the Forehaul, Midhaul and Mobilno omrežje 5G bo omogočilo nič manj kot Backhaul transport networks enabling the povezovanje vsega z vsem ostalim. Razvoj implementation of 5G Open Radio Access Network komunikacijskih storitev za industrijo 4.0 ni (O-RAN). mogoč brez mobilnega omrežja 5G. Uresničitev takšnega omrežja z obvladljivimi naložbami zahteva uporabo sodobnih tehnologij in rešitev, kot so zagotavljanje storitev v oblaku, virtualizacija funkcionalnosti v omrežju in učinkovita uporaba Biografija avtorja Klaus Samardžić ima tridesetletne izkušnje pri razvoju radijskih frekvenčnih pasov. V tem prispevku in implementaciji komunikacijskih sistemov. Prvih bomo podali pregled novih arhitektur za deset let je sodeloval ali vodil razvoj komunikacijskih transportna omrežja Forehaul, Midhaul in sistemov. V podjetju Fotona, takrat uveljavljenemu Backhaul, ki omogočajo uporabo odprtega podjetju na področju optičnih sistemov, je sodeloval pri radijskega dostopnega omrežja (O-RAN) 5G. razvoju komunikacijskega sistema za prenos po optičnih vlaknih, ki je bil uspešno implementiran v Sloveniji in Abstract Sovjetski zvezi. V podjetju Smart Com, vodilnem A 5G mobile network will allow for nothing less sistemskem integratorju, že dvajset let sodeluje pri than connecting everything to everything else. The realizaciji komunikacijskih omrežij, z implementacijo development of communication services for the optičnih in radijskih komunikacijskih sistemov v Industry 4.0 is not possible without the 5G mobile Sloveniji in na območju Jadranske regije. Kot network. Industry 4.0 is about the significant pooblaščeni inženir Inženirske Zbornice Slovenije, z transformation taking place in the way goods are izkušnjami pri realizaciji projektov, ima vpogled v vse produced and delivered. The realization of such a faze življenjskega cikla projekta, od načrtovanja, network with manageable investments requires the izvedbe in preizkusa sprejemljivosti do prehoda v implementation of modern technologies and operativno fazo. Takšne izkušnje mu omogočajo razumevanje potreb operaterjev komunikacijskih solutions, such as the provision of cloud services, omrežij in želja uporabnikov komunikacijskih storitev. virtualization of functionality in the network and Razumevanje potreb vseh vpletenih strani mu pride prav efficient use of radio frequency bands. In this pri sodelovanju v tržnih dejavnostih ali pri evaluaciji paper, we will provide an overview of new prihodnjega razvoja komunikacijskih storitev. 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 160/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 161/250 Author's biography Klaus Samardžić has thirty years of experience in the development and implementation of communication systems. The first ten years he has participated or led the development of communication systems. In Fotona, at that time an established vendor of optical systems he colaborated in development of an optical fiber communication system and its successfull implementation in Slovenia and the Soviet Union. In Smart Com, a leading system integrator he has been involved in the realization of communication networks, implementing optical and radio communication systems in Slovenia and the Adriatic region for twenty years. As a Certified and Authorized Engineer for electrical engineering in civil works at Engineering Chamber of Slovenia with experience in the realization of communication networks projects he has insight into all phases of the project life cycle, from planning, implementation and acceptance testing to the transition into the operational phase. Such experiences allows him to understand the demands of communication networks operators and wishes of communication services users. When participating in marketing activities or evaluating the future development of provisioning communication services such understanding of the demands and wishes gives him the opportunity to offer solutions of mutual benefits for all involved parties. 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 161/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 162/250 Optična transportna omrežja za mobilna omrežja 5G Klaus Samardžić 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 162/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 163/250 Mobilna omrežja 5G kot rešitev komunikacijskih potreb v Sloveniji Stockholm 2012 Kdo potrebuje sodobne komunikacijske storitve v Sloveniji ? 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 163/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 164/250 Rast povpraševanja po storitvah mobilnih omrežij Stanje industrije mobilne telefonije Podatkovni promet globalnega mobilnega omrežja in medletna rast (EB na mesec) 10006 EB exabyte 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 164/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 165/250 https://www.3gpp.org/ftp/Information/presentations/presentations_2020/Poster_2020_MWC_v6_OPTIMIZED.pdf Realizacija storitvenih omrežji z enim transportnim omrežjem? RAN – 5G Infrastruktura L3 R L3 Agregacija L3 Agregacija vDU vCU 5G Antena Prednja Vmesna Hrbtenična Storitveni oblak na robu omrežja Usmernik Centralna lokacija Poslovne storitve za podjetja L3 NTE D-NFV L3 Agregacija Omrežja za združeni ni Poslovnica Centralna promet TDM/ lokacija IP-Ethernet L2 NTE / TDM L3 NTE / TDM L2 NTE / TDM L3 NTE / TDM Dostopovna omrežja a nove generacije Zunanji Agregacija v vejah Agregacija v hrbtenici kabinet Privatna hiša Ponujanje Optično vlakno do uporabnika Zunanji kabinet storitev 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 165/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 166/250 Koncepti 5G mobilnega omrežja pomembni pri načrtovanju transportnega omrežja Stockholm 2012 5G mobilna omrežja – Dve arhitekturi ‘5G’ 2018 – 2020 ? ‘Popolni 5G’: 2020+ Nesamostojna Samostojna NR = 5G New Radio LTE = 4G EPC = 4G network (evolved packet core) Podatkovni promet Podatkovni promet Kontrolni promet Kontrolni promet enhanced Mobile Broadband (eMBB) Ultra-Reliable Low Latency Communications (URLLC) massive Machine Type Communications (mMTC) 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 166/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 167/250 5G mobilna omrežja – Network slicing enhanced Mobile Broadband (eMBB) massive Machine Type Communications (mMTC) Ultra-Reliable Low Latency Communications (URLLC) Arhitektura omrežja Dostopovna omrežja Transportna omrežja Jedrna omrežja 5G mobilna omrežja – Storitveni oblak na robu omrežja • MEC - Multi Access Edge Computing • CORD - Centralna lokacija je načrtovana kot podatkovni center • V-RAN – Virtualni RAN (Radio Access Network) RAN – 5G Infrastrukturaa Prednje omrežje Vmesno omrežje Hrbtenično omrežje 1 ms > 10 ms vDU vCU 100 us Omrežni oblak RU DU CU 5G Center Prednja Vmesna Hrbtenična Edge Cloud Storitveni oblak na robu omrežja 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 167/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 168/250 D-RAN, C-RAN … Stockholm 2012 Razvoj 4G -> 5G Realizacija makrocelic Hrbtenično omrežje Omrežne zahteve: D-RAN Radijski • 10G linijski signali. model vmesnik Radijska • Migracija od radijskih Bazna postaja povezav proti infrastrukturi optičnih vlaken zaradi zahtevane kapacitete in IP/Ethernet BBU zanesljivosti povezav. Hrbtenično omrežje Radio antena D-RAN = Distributed RAN Radio Access Network BBU = BaseBand Unit 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 168/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 169/250 Razvoj 4G -> 5G Prednje omrežje <> Hrbtenično omrežje Prednje omrežje Radijski vmesnik C-RAN • 4G in 5G omrežja ni model možno realizirati brez Radijska Bazna postaja velikega števila radijskih IP/Ethernet enot z veliko pasovno Prednje Prednje Hrbtenično omrežje širino radijskega kanala. omrežje RRU RRU BBU CPRI skozi • Prednje omrežje omogoča, xWDM da so te radijske enote majhne in številne. RAN = Radio Access Network C-RAN = Cloud RAN, Centralized RAN BBU = BaseBand Units co-located RRU = Remote Radio Unit CPRI = Common Public Radio Interface DU: 5G Distributed Unit Ali je eCPRI potreben za 5G omrežja CU: 5G CentralisedUnit RRU: Remote Radio Unit 3G/4G Prednje omrežje IP/Ethernet Prednje omrežje Radijski vmesnik Radijski vmesnik Sistem aktivnih anten eCPRI eCPR e I IP/Ethernet Prednje rednje Pr nje IP/Ethernet Prednje Prednje omrežj žje Hrbtenično omrežje Hrbtenično RRU omrežje RRU RRU BBUs omrežje RRU DU/CU Prenos v realnem CPRI skozi času – Prednje xWDM omrežje Ethernet Radijski vmesnik / Prednje 4G Storitev Radijski vmesnik Prednje 5G Storitev omrežje omrežje 5 Gb/s 300 Mb/s > 236 Gb/s 20 Gb/s 3 Gb/s > 5 Gb/s 150 Mb/s < 236 Gb/s 10 Gb/s 1.5 Gb/s < 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 169/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 170/250 Zakaj Vmesno omrežje? C-RAN model Radijski vmesnik Več DU Radijska bazna postaja IP/Ethernet Prednje Vmesno omrežje Hrbtenično RRU Centralizirana Distribuirana omrežje (F1 vmesnik) enota(CU) omrežje enota (DU) • Centralizirani RAN omogoča enostavnejše koordinacijske funkcije celic. • Omogoča zmanjšanje stroškov z uporabo delno navideznega (V) RAN. • Vmesno omrežje je realiziran z navadnimi Ethernet protokoli. eCPRI evolved - Common Public Radio Interface IP PRC Dovoljena zakasnitev signala PDPC Opcija 2 eCPRI OSI sloj 2 RLC MAC http://www.cpri.info/spec.html OSI sloj 1 PHY Opcija 8 CPRI Zahtevana pasovna širina RF 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 170/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 171/250 Konvergenca omrežji Ethernet Prednje omrežje 4G/5G konvergenca omrežij Radijski vmesnik CPRI skozi Ethernet Aktivni Aktivni antenski sistem antenski sistem Funkcijska razdelitev r HLS2 Funkci unkci Fu jsk s a kka jsk 4G RoE Packet razdeli r tev v LLS8 LLS FH Hrbtenično RRU RRU DU/CU omrežje RRU IP/Ethernet RRU Transportno vozlišče 4G eCPRI mapiran v Prednje omrežje Majhna Ethernet zakasnitev signalov in konvergenca Funkcijska razdelitev (split) LL : Funkcijska razdelitev (split) HL (IP ali Ethernet): storitev • eCPRI 1.1 • 5G: 3GPP F1 (3GPP Rel-15) • xRAN Fronthaul 1.0 • ng-LTE: 3GPP V1 (3GPP Rel-16) • IEEE 1914.3 RoE Planiranje IP/Transporta in radijskega omrežja Prednje omrežje Vmesno omrežje Hrbtenično omrežje 100 us 1 ms > 10 ms RU 5G DU CU Center Edge Cloud Storitveni oblak na robu omrežja Vmesno omrežje Hrbtenično omrežje 1 ms > 10 ms RU + DU 5G CU Center Edge Cloud Storitveni oblak na robu omrežja Prednje omrežje Hrbtenično omrežje 100 us > 10 ms RU 5G DU + CU Center Edge Cloud Storitveni oblak na robu omrežja Hrbtenično omrežje > 10 ms RU + DU + CU 5G Center Edge Cloud Storitveni oblak na robu omrežja 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 171/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 172/250 Implementacija sodobnega RAN dostopovnega omrežja Stockholm 2012 Implementacija 4G/5G BBU Centralna enota. Centralna enota. Centrala mobilnega Centrala mobilnega Centrala mobilnega omrežja omrežja omrežja Optoelektrični moduli 10GE > 100GE Agregacija 100GE – 200GE CPRI/RoE/eCPRI/O-RAN 1GE/10GE NTE CFP2-DCO za neklimatirzirane prostore 10GE > 100GE Agregacija P/V/H usmernik L2/L3 CPRI/RoE/eCPRI/O-RAN WDM PAM4 sistem prenosa 400GE QSFP-DD 10GE NTE / L3 za radijsko celico Transport Prednje omrežje 100GE NTE Transport Vmesno/Hrbtenično 100GE NTE za GW CPRI/RoE/eCPRI/O-RAN omrežje usmernik L2/L3 neklimatizirane prostore Roadmap for all xHaul products is in planning 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 172/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 173/250 Paketni 4G/5G sistem za prednje omrežje STORITVE PREDNJEGA OMREŽJA TELEMETRIJA / NADZOR SINHRONIZACIJA INTEGRIRANA VEZJA TEMPERATURA & OKOLJE MONTAŽA (12) 25G/10G SFP28 (2) 100G QSFP28 Usmerjevalnik za kreiranje P/V/H omrežnih rezin STORITVE PREDNJEGA OMREŽJA S GNSS/ Časovni signali in nadzor TORITVE SINHRONIZACIJA (2) QSFP-DD (100G/200G/400G) MEDPOMNILNIKI LEAF/AGREGACIJA (32) SFP28 TELEMETRIJA / NADZOR (25G/10G/1G) INTEGRIRANO VEZJE (12-16) CPRI TEMPERATURA 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 173/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 174/250 WDM PAM-4 Linijski sistem • Realizacija N x 100 Gbit/s povezav za razdalje do 80 km z minimalnimi investicijami.. Bilo je potrebno nekaj inovativnosti za razvoj linijskega sistema, ki omogoča prenos do 8 X 100 Gbit/s Ethernet signalov na razdaljo do 80 km z uporabo signalov z modulacijo PAM-4 (Pulse-Amplitude Modulation 4-Level). • Če omrežni operater razpolaga s sodobnimi komunikacijskimi Ethernet stikali ali usmerniki, ki vsebujejo QSFP28 vmesnike za WAN (Wide Area Network ) omrežja je do večjih linijskih kapacitet en enostaven korak. Postavitev linijskega sistema s PAM-4 linijskim signalom in uporaba ustreznih QSFP28 optoelektričnih modulov. • Optoelektrični pretvorniki za 100 Gbit/s signale skozi čas: CFP, CFP2, CFP4, QSFP28 Orkestracija– popolni pregled nad kreiranjem storitev v omrežju in zagotavljanje QoE končnega uporabnika • https://www.youtube.com/watch?v=IJtX_mPiOCw Stockholm 2012 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 174/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 175/250 OpenFlow NETCONF/YANG SNMP CLI Inteligentna Adaptivna Avtomatizacija Omrežja Koncept dostopnosti in odprtokodna orodja Cloud NFV SD-WAN Programiranje v različnih Operativna agilnost Modularnost in nadgradljivost tehnoloških okoljih In celovito razvojno ter možnost hitrih sprememb in omrežna fleksibilnost in uporabniško okolje 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 175/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 176/250 Potek dela z Blue Planet DevOps orodji Katalog storitev Uporabniki in partnerji v Ekosistemu Uporaba paketov iz knjižnice Uvajanje v produkcijo Graditev paketov Omrežna infrastruktura Zgrajeni in preverjeni paketi se shranijo v knjižnico dostopno uporabnikom Izkušnje pri implementaciji prispevajo k skupni zakladnici znanj Bistvo • 5G Mobilna omrežja za sodobne komunikacijske storitve. • Skupina https://open-ran.org si je postavila za cilj: odpreti tradicionalne RAN sisteme proizvajalcev z določitvijo enotnih protokolov in dezintegracijo kompleksnih sistemov ter vpeljati nova programska orodje za dinamično konfiguracijo storitev. • Enotno transportno omrežje z možnostjo določanja rezin (slice) omrežja za določeno storitev. • 5G RAN Prednje, Vmesno in Hrbtenično omrežje. • Celovita orkestracijska platforma za zagotovitev kreiranja in ponujanja storitev v omrežju. 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 176/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 177/250 email: klaus.samardzic@smart-com twitter: @KlausSamardzic tel: 040 882594 www. smart-com.si 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 177/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 178/250 Uporaba 200 Gbps prenosnih sistemov DWDM na jedrnem omrežju RUNE in priklop prvih rezidenčnih uporabnikov na 10 Gbps simetričnem dostopovnem omrežju XGS-PON Use of 200 Gbps DWDM transmission systems on the RUNE core network and connection of the first resident users on a 10 Gbps symmetric XGS-PON access network Goran Živec RUNE – Rural Networks goran@vahta.eu Povzetek Uvodoma je predstavljen kratek povzetek izvedbene dinamike projekta RUNE. Prikazana je Biografija avtorja Goran Živec se je rodil geografska umestitev projektov in njihov trenutni leta 1973. Diplomiral je iz status. Nadaljevanju predstavitve je osredotočeno ekonomije na Univerzi v Trstu, ima MBA iz mednarodnega poslovanja na MIB School of na agregacijsko/jedrno omrežje, s poudarkom na Management in diplomo iz informacijske tehnologije na spremembi izhodišč določanja potrebnih Univerzi v Liverpoolu. Ima dolgoletne izkušnje iz zmogljivosti teh nivojev pri ultra-hitrih vodenja v kovinski industriji, gradbenih materialov, širokopasovnih omrežjih. V zadnjem delu je ob potrošniškem blagu in v prosveti. V sektorju TK je začel priključitvi prvih testnih gospodinjskih delati leta 2007, ko je ustanovil svoje podjetje. Od takrat uporabnikov na veleprodajno storitev 10Gbit/s se posveča problematiki širokopasovnega pokrivanja podano še razmišljanje o primerjavi podeželja. Sodeloval je v mnogih projektih pokrivanja infrastrukturnih zmogljivosti s tistimi, ki jih podeželja v Sloveniji. Trenutno je lastnik maloprodajni trg ponuja končnim uporabnikom. infrastrukturnega ponudnika na jugozahodnem delu Slovenije, ki ponuja dostopovno omrežje. Dela na več Abstract ravneh, organizira bodoča širokopasovna omrežja na Initially a short overview of the deployment slovenskem podeželju, sosednjih državah in širše v dynamics of the RUNE project is given, showing Centralni in Vzhodni Evropi. the geographical extension and current status. A Author's biography focus is given to the aggregation/core network, Goran Živec was born in 1973. He holds MA from with emphasis on challenges related to shifts in the Economics at University of Trieste, MBA in capacity planning in ultra-fast broadband International Business at MIB School of Management, networks. As the first residential test users were Graduate degree in Information technology at connected to a 10Gbps, XGS-PON supported University of Liverpool. After experiences on leading wholesale service, a reflection on how to compare positions in metalworking, building materials, fast moving consumer goods and teaching, he landed in ICT infrastructural capacities to retail offerings over sector by founding his own company in 2007. He has same infrastructure is given. 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 178/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 179/250 been working since then on issues related to broadband coverage in rural areas. He participated in the preparation and execution of several rural projects in Slovenija. He now owns and runs an infrastructure provider, that operates an open access network in the south-western part of Slovenija. He is currently working on multiple levels, organizing future broadband projects in rural areas in Slovenija, neighbouring countries and in a broader Central and Easter Europe. 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 179/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 180/250 SOK 2021 RUNE februar 2021 Introduction 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 180/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 181/250 Aggregation and Core I IZVEDENO VSE POVEZAVE DWDM 40Ch x 200G NADGRADLJIVO NA 80x200G Aggregation and Core II 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 181/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 182/250 Dimenzioniranje agregacijskih povezljivosti �ZARADI: �Spremembe v načinu uporabe omrežij/vsebin �Always-on storitev �XGS-PON (tudi sicer PON) topologije �Koncepta wholesale-only infrastrukturni operater JE POTREBNA SPREMEMBA KONCEPTA PROJEKTIRANJA! Oversubscription / statistični multiplex �Pri PON tehnologijah povezujemo na isti fizični dostopovni vmesnik (preko pasivnih optičnih spliterjev) večje število uporabnikov (odvisno od delilnega razmerja, tipično do 64); �Zmogljivost dostopovnega vmesnika se dinamično deli med uporabnike, ki v določenem trenutku rabijo pasovno širino; �PON dostopovni vmesnik je dejanska točka v infrastrukturi, kjer se ista zagotovljena zmogljivost deli med več uporabniki, torej točka, kjer se zgodi oversubscription. �Primer (zagotovljena hitrost): �Pri P2P Ethernet se je tipično 24x100Mbps uporabničkih vmesnikov povezalo na 1G uplink (1G/24=41Mbps) �Pri GPONu 2,5G na do 64 uporabnikov (2,5/64=39Mbps) �Pri XGS-PON 10G/64=156Mbps 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 182/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 183/250 Dejanska zmogljivost PON omrežja �Pri PON omrežju bi morali govoriti o obeh hitrostih, najvišji in zagotovljeni; �Ob pogoju, da v topologiji nimamo (poleg samega dostopovnega vmesnika) nobene druge točke, ki bi predstavljala ozko grlo, je možno zagotoviti hitrost end-to-end (od UNI do NNI); �Dejanska razpoložljiva zmogljivost pri končnem uporabniku ob navedenem pogoju je v praksi vedno nad 2/3 najvišje možne hitrosti. ŠPEKULIRANJE S STATISTIČNIMI MULTIPLEKSI VIŠJE V OMREŽJU DEGRADIRA STORITEV PRENOSA PODATKOV. NOVA OMREŽJA JE POTREBNO PROJEKTIRATI BREZ OZKIH GRL OD DOSTOPOVNEGA VMESNIKA DO JEDRA. Kontakt �goran.zivec@ruralnetwork.eu 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 183/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 184/250 Prostozračne optične zveze Free-space optical communications Luka Mustafa IRNAS musti@irnas.si Povzetek eye-safe collimated beam of light with 1 Gbps or Prispevek se osredotoča na brezžični optični sistem 10 Gbps throughput at distances up to 150 m. This KORUZA. KORUZA Pro je prvi cenovno ugodni license-free internet access system is immune to in odprtokodni prostozračni optični komunikacijski RF or band over-crowdeness and is 10-times sistem, ki omogoča naslednjo generacijo »last- cheaper compared to existing fiber-based mile« povezljivosti ter vsestranske možnosti solutions. KORUZA Pro is designed for namestitve. Podatki se varno prenašajo od točke do professional users, but not only – its open design točke (»point-to-point«) preko okolju varnega enables versatile options for modifications, kolimiranega žarka svetlobe, s prepustnostjo 1 experimentation and research. KORUZA project Gbit/s ali 10 Gbit/s na razdalji do 150 m. Ta has been granted “Next Generation Internet sistem, ki ne potrebuje licence, je odporen na Pointer” (NGI Pointer) funding in 2020, to take radijske frekvence ali prenatrpanost pasov in je 10-the technology further over the course of the next krat cenejši v primerjavi z obstoječimi rešitvami na year, and is participating in the COST Action osnovi optičnih vlaken. Sistem KORUZA Pro je NEWFOCUS call. zasnovan za profesionalne uporabnike, a njegova odprta zasnova omogoča vsestranske možnosti za Biografija avtorja prilagoditve, eksperimentiranje in raziskovanje. Luka Mustafa je izvršni direktor in tehnični vodja Projekt KORUZA je leta 2020 prejel sredstva v Inštituta IRNAS, ki ga je ustanovil leta 2014 v okviru razpisa NGI Pointer (“Next Generation Sloveniji, ter alumni fundacije Shuttleworth Foundation. Internet Pointer”), namenjena nadaljnjemu razvoju V IRNAS-u vodi multidisciplinarno ekipo inženirjev, ki sistema v sledečem letu, ter sodeluje pri pobudi razvijajo odprtokodne in odprtostrojne sisteme, od CNC COST Action NEWFOCUS. strojev, do elektronike in optičnih sistemov (FSO), kot je brezžični optični sistem KORUZA, promovira in Abstract uporablja odprta brezžična omrežja v okviru projekta Presentation focuses on the KORUZA wireless WLAN Slovenija, ter upravlja tako nacionalne kot optical system. KORUZA Pro is the first affordable mednarodne brezžične hrbtenice (»backbones«). and open source free-space optical communication Sodelovanje z mednarodnimi partnerji je njega in system, enabling next generation last-mile njegovo ekipo uveljavilo kot razvojnega partnerja na connectivity and versatile installation options. področju interneta stvari (IoT), zlasti na področju Data is securely transmitted point-to-point over an naprav za varovanje živali (npr. sledilnikov divjih 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 184/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 185/250 živali), industrije, senzorike okolja in celo tehnologije IoT za vesolje. Author's biography Luka Mustafa is the CEO and tech lead of Institute IRNAS, which he founded in 2014 in Slovenia, and a Shuttleworth Foundation alumni. At IRNAS, he leads a multidisciplinary team of engineers, developing open-source and open-hardware systems ranging from CNC machines, to electronics and fibre optic systems (FSO) like wireless optical system KORUZA, promotes and deploys open wireless networks in WLAN Slovenija project, and manages national as well as international wireless backbones. Collaboration with international partners has made him and his team a well-known development partner in the IoT field, especially in the field of animal conservation tech (e.g. wild animal trackers), industry, environmental sensing and even IoT technology for space. 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 185/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 186/250 KORUZA Wireless free space optical communication system Luka Mustafa, IRNAS Founder & CEO www.irnas.eu The Story of IRNAS. 2013 2014 2016 TODAY Interest in FOUNDED STARTED Crossdisciplinary exploring INSTITUTE IRNAS team of 16, KORUZA FSO & IRNAS INNOVATION taking your idea new ideas, LAB to a finished lacking a product. development partner. 2 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 186/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 187/250 KORUZA First affordable 5g light-speed wireless optical communication system for urban environments. 1. Secure point-to-point bridging 2. Increasing the cappacity of WiFi and VDSL networks 3. Expanding the reach of FTTH 4. Last-mile mesh network 5. Open-source KORUZA offers secure point-to-point transmission 1 10 over an eye-safe collimated beam of infra-red light. Gbps Gbps at distances up to 150 m 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 187/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 188/250 APPLICATIONS - 5G NETWORKING Healthcare monitoring systems 5G Driverless cars navigation 5G Drones/robotics 5G applications 5G Connected consumers devices Applications with custom KORUZA integration 9Smart cities an alternative internet access infrastructure. 9Radio astronomical observatories management of radio telescopes. 9Transportation and logistics management of communication between harbour cranes, trains etc. 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 188/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 189/250 Unit Description Unit Description 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 189/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 190/250 Link Diagram Block Diagram 1. COMPUTE MODULE → Main processor with RPi compute module – Linux → High-speed data transmission → Alignment algorithms + management → FW +HW 2. OPTICAL ARM → Lens to SFP transceiver → Alignment webcam → HW 3. MOVE DRIVER → Controls two motors for alignment → FW+ HW 4. KORUZA IoT → Unit-unit management communication → Under development → FW+HW 5. ENCLOSURE AND MAIN STRUCTURE → IP57 enclosure with mounting options and cable entry points → HW 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 190/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 191/250 9 Immune to RF or band over-crowdedness. 9 License regulation and permission-free. KORUZA is WEATHER-PROOF! 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 191/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 192/250 Packet Loss as a Function of Optical Power • 40km SFP transceiver (now used) • Max RX power -3dBm • LOS de-assert -24dBm • LOS assert -35dBm • Margin: 21dB • 120km SFP transceiver (available) • Max RX power +5dBm • LOS de-assert -31dBm • LOS assert -35dBm • Margin: 36dB Misalignment Evaluation • Received local optical power as a function of remote unit movement (x,y in motor steps, power in dBm) • @50 m 1 step = 0.093 mm movement. • Movement for 1000 steps (~0.1deg) from center causes complete signal loss, equal to 93 mm displacement on the unit. • Rule of thumb, beam must not move off the face of the unit. 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 192/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 193/250 Beam Analysis • Analyzing an optical beam in 3D • Evaluation of beam divergence • Profiling optical power distribution • Automatically optimize the placement of optical receivers and transmitters behind the lens or other optical elements KORUZA & NGI Pointer • NGI (Next Generation Internet) Pointer grant received in 2020 • Next generation system with optimized user experience • Custom applications for industry and privacy • Hardware upgrade and open-source release • Testbed and networking demonstration • KORUZA technology as a set of open modules for next gen development 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 193/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 194/250 KORUZA & NEWFOCUS WG4 call Collaboration topics: • 1) Data-collection, analysis and experimental roll-out of the KORUZA Pro system and ingestion of data for channel modelling. • 2) 10 Gbps long-range link design based on off-the-shelf components, focus: a. Using EDFA or other readily available amplification sources at 1550 nm as a source for FSO transmission. b. Determining price-performance ratio of available telescopes for 1 km app. c. Experimentally evaluating coupling efficiency of SFP and other transceivers as FSO receivers. • 3) Next gen test-bed for FSO validation and setup in SLO with multi-hop architecture. Need engineering expertise for your next challenge? Let’s connect. info@irnas.eu @institute_irnas 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 194/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 195/250 Komunikacije z vidno svetlobo Visible Light Communications Žiga Pušelc in Boštjan Batagelj Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko zigapuselc@gmail.com Povzetek Zaposlen je v Šolskem centru Celje, na Srednji šoli za V prispevku so predstavljene komunikacije z vidno kemijo, elektrotehniko in računalništvo, kot profesor svetlobo (ang. visible light communications - informatike in elektrotehnike. Njegova raziskovalna zanimanja vključujejo mobilna omrežja in brezvrvične VLC) in njihova uporaba. Komunikacija z vidno optične komunikacije. Trenutno pod mentorstvom izr. svetlobo je različica podatkovne brezvrvične prof. dr. Boštjana Batagelja pripravlja zaključno nalogo komunikacije, ki za prenos informacij uporablja z naslovom »Komunikacije z vidno svetlobo in njihove vidno svetlobo. V širšem pomenu spada VLC med uporabe«. tehnologije optične brezvrvične komunikacije Lecturer's biography (angl. optical wireless communications – OWC). Žiga Pušelc is a graduate of the study program Predstavljene bodo naslednje teme: kaj je VLC, “applied electrical engineering« at the Faculty of značilnosti VLC, koncept VLC, Li-Fi, splošna Electrical Engineering in Ljubljana, University of uporaba VLC in uporaba VLC v 5G omrežjih. Ljubljana. He is employed at the School Center Celje, at Abstract the Secondary School of Chemistry, Electrical Engineering and Computer Science as a professor of The presentation explains visible light informatics and electrical engineering. His research communication - VLC and its use. Visible light interest includes mobile networks and wireless optical communication is a version of wireless data communications. He is currently under the mentorship communication that uses visible light to transmit of prof. dr. Boštjan Batagelj preparing a research information. In a broader sense, VLC is one of the project entitled "Visible light communications and their optical wireless communications – OWC use". technologies. The following topics will be presented: what is VLC, VLC features, VLC concept, Li-Fi, VLC applications in a broader sense, applying VLC in 5G networks. Biografija predavatelja Žiga Pušelc je absolvent prvostopenjskega visokošolskega strokovnega študijskega programa Aplikativna elektrotehnika na Fakulteti za elektrotehniko v Ljubljani Univerze v Ljubljani. 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 195/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 196/250 Komunikacije z vidno svetlobo 5. februar 2021 Pregled vsebine 2/15 � VLC � Kaj so k j omunikacije z vidno svetlobo � � Delovanje VLC � Li-Fi � Komunikacijska arhitektura v VLC � Oddajniki � Sprejemniki � Uporaba VL p C � 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 196/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 197/250 Kaj je VLC? 3/15 � Visible light communication � Uporaba vidne svetlobe za prenos informacij j � komunikacije � Svetila LED bi naj do leta 2030 v celoti pr p evzela osvetlitev notranjih pr j p ostorov � 4/15 � � 10.000 in mikrovalovnega spektra � � Li-Fi ima na razpolago milijonkrat Wi-Fi 103 102 10 1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 10-11 10-12 AM O FM 5G 5G THz vidna UV rentgensko radioaktivno [m] radio radio FR1 FR2 radar svetloba sevanje sevanje 1 MHz 1 GHz 1 THz 103 THz 106 THz f [Hz] 0 c f λ 400 484 508 626 606 668 0 THz THz THz THz THz THz c 0 = 3·108 m/s vir: Žiga Pušelc, Boštjan Batagelj, “Kaj nam prinaša 750 620 590 570 495 450 komunikacija z vidno svetlobo?“. Avtomatika: revija za nm nm nm nm nm nm avtomatizacijo procesov, profesionalno elektroniko in telekomunikacije. 2020, št. 187, str. 11-16. http://avtomatika.com/ARHIV-AVTOMATIKA/A187.pdf 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 197/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 198/250 5/15 � Ponovna uporaba spektra � Omejite j v komunikacije v zaprtih j p pr p ostorih � � � Nereguliran del elektr g omagnetnega spektra � spekter Delovanje VLC 6/15 � � Neposredne modulacije � Svetlobni vir pr p oizvaja kratk j e svetlobne impulze � � Signal sprejemajo detektorji vir: Žiga Pušelc, Boštjan Batagelj, “Kaj nam prinaša komunikacija z vidno svetlobo?“. Avtomatika: revija za avtomatizacijo procesov, profesionalno elektroniko in telekomunikacije. 2020, št. 187, str. 11-16. http://avtomatika.com/ARHIV-AVTOMATIKA/A187.pdf 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 198/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 199/250 Li-Fi 7/15 � Uporaba svetlobnega valovanja � Proizvajanje hitrih s j j vetlobnih impulzo p v � � Brezhibno delovanje tako kot pri drugih radijskih sistemih � Wi-Fi Oddajniki 8/15 � � svetila LED � � Prednosti uporabe svetil LED 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 199/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 200/250 Sprejemniki 9/15 � � � Fotodiode � LED diode Uporaba VLC 10/15 � � � Komunikacija med j vozili � � � Komunikacija med avtomobili � Bogat ekosistem sestavnih delov in virov svetlobe 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 200/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 201/250 11/15 � VLC notranji sistemi � Uporaba osvetlitve � Izzivi VLC � Obetavna prihodnost � Podvodna komunikacija 12/15 � mmW � Naslednja generacija v mobilnih telekomunikacijah j � � zaprtih prostorov � Primerjava mmW in VLC 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 201/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 202/250 Zelena tehnologija 13/15 � VLC je obeta j ven kandidat za zeleno komunikacijo � � � Zdravstveni vidiki 14/15 � � Elektromagnetni spekter VL g C sistema je povsem varen za � � 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 202/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 203/250 Odprti izzivi 15/15 � Omejena mobilnost j � � � Uporaba s p vetlobnih sit za 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 203/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 204/250 Optične tehnologije na sodobnih ladjah Optical technologies on modern ships Mladen Radovanović in Boštjan Batagelj Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko mlaki@yahoo.com Povzetek pogon, zadolžen pa je bil tudi za razne tehnologije na V prispevku so predstavljeni izzivi optičnih ladjah z dizelskimi pogoni. Pri svojem delu se je srečal tehnologij na potniških ladjah, kjer je bil avtor z mnogimi tehnološkimi izzivi. Vodil je projekte za nekaj let zaposlen kot vodilni elektroinženir. posodobitev avtomatike pogonskih sistemov, varnostnih, navigacijskih in komunikacijskih sistemov Obdelani so izzivi z optičnimi elementi, ki so ter izpeljal projekt vgradnje in integracije prvega "solid vključeni v različne ladijske sklope. To so state" radarja na komercialnih ladjah. Na ladjah se je pogonski sklop, optični žiroskop, optične zanke v srečal s pomanjkljivo načrtovanimi in izvedenimi porazdeljenem sistemu avtomatizacije, kamor sistemi. Leta 2019 se je vpisal na doktorski študij na spadajo tudi meritve napetosti trupa in temperature Fakulteti za elektrotehniko v Ljubljani, kjer v ladijskega pogonskega elektromotorja z uporabo Laboratoriju za sevanje in optiko raziskuje področje Bragg-ovega rešetkastega svetlobnega vlakna implementacije milimetrskih radarjev na ladje. (FBG - Fiber Bragg Granting). Lecturer's biography Mladen Radovanović Abstract was employed on passenger ships for 20 years as a chief electrical engineer. He worked This article discusses the challenges of optical on various technologies, from conventional motor technologies on passenger ships where author was drives, the last steam-powered passenger ship and employed several years as a Chief electrical worked for years on diesel-powered ships and faced engineer. Issues of optical technologies on various technical challenges. He led projects for propulsion, optical gyroscopes, optical loops in a modernization of propulsion systems, automation, distributed automation system and measurements security, navigation and communication systems, and of hull stress and temperature of a ship's carried out a project for integration of the first solid propulsion electric motor using FBG Bragg optical state radar on commercial ship. On ships, he lattice fiber are presented. encountered poorly designed and implemented systems. In 2019, he enrolled in a doctoral study at the Faculty of Electrical Engineering in Ljubljana. His research Biografija predavatelja topic in the Laboratory of radiation and optics is Mladen Radovanović je bil po končanem študiju related to the implementation of millimeter radars on elektrotehnike v Ljubljani 20 let zaposlen na potniških vessels. ladjah, kot glavni inženir elektrotehnike. Na ladjah je bil zadolžen za različne tehnologije, od klasičnega motornega pogona na zadnji potniški ladji na parni 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 204/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 205/250 Optične tehnologije na sodobnih ladjah Mladen Radovanović 5.2.2021. Zanesljivost delovanja pogona ladje : povratna informacija pozicije rotorja sinhronega motorja v kontroler ciklokonverterja Triosni optični giroskop na principu Sagnacovog efekta: vpliv staranja SLD (Ang.SuperLuminiscentn Diod) na delovanje giroskopa Izzivi optičnih tehnologij na Optična zanka v porazdeljenem sistemu avtomatike potniški ladji Merjenje temperature sinhronskega motorja električnega pogona ladje z uporabo FBG Braggovog optičnoga rešetkastog vlakna (Ang. Fiber Bragg Gratting) Meritve naprezanja trupa z uporabo FBG Braggovog optičnoga rešetkastog vlakna 2 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 205/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 206/250 Uporaba optike na sistemu propulzorjev • Slika tri 15 MW POD propulzora, dva se obračajo 360° in enega fiksnega(v sredini) • Sinhrone motorje poganja PSR (Programmierbar Schnell Rechner) ciklokonverter proizvajalca ABB • deluje v področju 0..1570 V, 0..15Hz, z delovnim območjem -150..150 obrtov/min, nazivnim tokom 2x2626A in vodnim hlajenjem močnostne elektronike z iskoristkom 96,7%. • Vsak propulzor ima šest polni sinhroni motor z dvojno armaturo, dve trifazni navitji sta mehansko zamaknjena za 60q, poganjata jih dva električna pogona z električnim zamikom 120q Povratna informacija pozicije rotorja • Povratna informacija pozicije, kota λ rotorja elektromotorja propelerja v ciklokonverterju se uporablja za tranformacijo koordinatnih sistemov iz 3 osnega R,S,T statorskega v dvoosni rotorski d,q vektorski sistem. Rezolucija 13 bitnega Gray code encoderja TR HE- 65-S LWL je 0.044°. Greyev kod se uporablja ker so spremembe med dvemi koti prisotne samo na enem bitu tako da se zmanjša možnost napake pri prenosu kota. 4 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 206/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 207/250 Izpad propulzorja • Če je informacija o kotu rotorja nedostopna, pride do izklopa propulzije. Največkrat se to zgodi zaradi napake na prenosni poti od enkodjerja rotorja do Beckhoff zaradi napake na M110 dekoderja v ciklokonverterju. Izklop pogona je izredno nevaren navigacijski dogodek, posebej če je prenosni poti ladja v manovri (navigacija v rekah, prekopih, vstop ali iztop v luko, ozki navigacijski koridorji z veliko prometa). 5 Optična pot od pozicijskog koderja do dekoderja v kontrolerju električnega pogona ciklokonverterja 6 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 207/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 208/250 Vzrok napake • Modulacija optičnega signala enkoderja se zgubila zaradi napake na drsečih prstenih (izguba napajanja 24Vdc za tranceiverje A25,A26,A16,A16 ki se uporabljajo za spremembo valovne dolžine optičnega signala zaradi prilagajanju optičnemu vrtečem prstenu). Za ugotavljanje vzroka napake predelan tranceiver in na osciloskopu opazovana on/off modulacija. 7 Kotni enkoder zgradba • Napaka meritve kota je lahko tudi posledica staranja ležajev ali vibracij enkoderja, ki je izveden kot optični disk z 13 Grey kodnimi obroči. 8 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 208/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 209/250 Napaka na enkoderju • Perioda petega bita je enaka rotacijski periodi rotorja sinhronskega motorja in se zato uporablja kot povratna informacija o brzini motorja , skupaj z petim bitom drugega enkoderja in periodo napetosti ciklokonverterja ( Propulzor ima dva navitja mehansko zamaknjena za 60 stopinj, oziroma dva sinhrona motorja ki ih poganja dva električna pogona z električnim zamikom 120 stopinj) • Napaka na enkoderju bit 5 in enkoder brez napake • Zaradi napake na bitu 5 pride do napačne meritve rotacijske periode in zaradi tega v najslabšem primeru do isklopa pogona. • Pravočasno zaznavanje napake je del vzdrževalnega dela in v tem primerju se nepravilan enkoder zamenja. Po zamenjavi enkoderja se izvrši začetna kalibracija, oziroma vzbujanje sinhronega motorja z sunki istosmernega toka dokler se rotor ne ustavi, dejanski kot med mehansko in električno nulo ki ga izmeri novi enkoder se zapiše v kontroler ciklokonverterja. Do izpada optične povezave, ki vodi do ciklokonverterja lahko pride: zaradi staranja p-i-n fotodiod ( v povprečju 3dB / 6 mesecov ) povečanega stičnega slabljenja zardi vzdolžnega premika na konektorjih optičnih vlak a en, ki se razmaknejo zaradi vibracij (1mm vzdolžnega premika približno 3dB slabljenja) 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 209/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 210/250 Optična vlakna so bila postavljena skozi isti prostor. V primeru požara ali mehanske poškodbe (trka ladje), lahko istočasno izpadejo vsi trije propulzorji. Na spodnji sliki optični kabli od STB (desneg če se gleda proti premcu ladje) in fixipoda grejo skozi tehnično sobo PS propulzorja (levega če se gleda proti premcu ladje). Postavljeno narobno optično vlakno z jedrom 400 μm namesto 1000 μm 11 Triosni optični giroskop na principu Sagnacovog efekta • Triosni giroskop Sperry Navigat 2100 • Starejše mehanske žiroskope, ki so sestavljeni iz vrtečega se kolesa v giroskopski tekočini, izrabljajo načelo ohranitve vrtilne količine, so že pred leti začeli zamenjevati moderni optični žiroskopi, ki merijo spremembo faze svetlobnega signala zaradi potovanja svetlobe v smeri vrtenja ali nasprotni smeri vrtenja iz česar se izračuna kot zasuka. Optični žiroskopi ne rabijo letnega servisiranja kot mehanski, menjavo giroskopske tekočine in umerjanju giroskopa. 12 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 210/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 211/250 1 3 Napaka ene osi FO gyroskopa na ladji Voyager of The Seas, RCCL • Uporabljeni svetlobni vir je SLD (Ang.SuperLuminiscentn Diod). Zaradi staranja diod (degradacija moči in sprememba spektra) povprečni čas do napake (MTBF) je 30.000h oziroma 3.4 leta. Eden glavnih razlogov za nižjo življenjsko dobo je izjemno velika gostota vbrizgalnega toka v SLD; da dobimo enako moč, 4-5mW, kar 14 KA/cm2 toka je potrebno pri SLD in le 3-4 KA / cm2 pri LD. (literatura) Optična zanka v porazdeljenom sistemu avtomatike 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 211/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 212/250 • shema optične zanke sestavljene iz 13 sekcij optičnega kabla z štirimi multi mode vlakni (Tx/Rx +2 vlakna rezerve) proizvajalca Drake G4-50/125 AICI- I/O/RM-W skupne dolžine 1405m 15 • najbolj pomembni procesi kot so PMS (Ang. Power Management) upravljajo redundančni računalniki. Porazdeljenih fieldbus vhodno/izhodnimi kabineti, kje je povezana večina analogno/digitalnih vhodno/izhodnih kanalov, so prek industrijskega etherneta povezani z procesnimi računalniki, oz. jedrom sistema. Prek serijskih vodila so industrijski računalniki povezani dodatno z: kontrolerji 3 propulzorja, Navigacijskim sistemom, AWP sistemom za čiščenje odpadne vode (Angl. Adwance Waste Treatment plant), incineratorjem, Računalnikom za stabilitet ladje, VDR črnom škatlom ( Angl. Voyage Data Recorder), Kontrolerjem za meritev vibracij propelerjev 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 212/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 213/250 OTDR meritve (Angl. Optical Time Domain Reflectometer ) • Kritična faza projekta je po polaganju kablov in montaži konektorjev OTDR meritve (Angl. Optical Time Domain Reflectometer ): Meritve dušenja, disperzije, numeričke aperture, mesta eventualnih poškodb ali prekinitve vlakna so bile opravljene z inštrumentom Anritsu MT9083A2-06 na dveh valovnih dolžinah 850nm in 1300nm. • Izmerjene vrednosti se uporabljajo kot referenca v nadaljnih meritvah pri zagonu sistema in bodočim vzdrževalnim delom. 17 Vgrajene meritve v industrijskih stikalih Moxa • Zaradi iskušenj z staranjem laserskih virov, je pomembno spremljati moči v vlaknu. Za to se uporablja vgrajena SPF opcija meritve nivoja signala Rx/Tx (dBm) v industrijskih stikalih Moxa 18 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 213/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 214/250 Nezanesljivost MOXA stikala zaradi 60nm SDRAMa X MOXA stikala izdelana v periodu od Aprila 2013 do Oktobra 2016 lahko sama naključno izklapljajo vhode/izhode stikal, nenadoma znova zaženejo ali se celo obesijo brez kakršnega koli odziva. Vzrok so interne EM motnje na 60nm SDRAMu ki pripeljejo do napake ciklov branja/pisanja Centralne Procesne enote. X Avtor je doživel ispade ladijske komande propulzorja, nezanesljivo delovanje in izpade varnostnih sistemov ( sistema protupožarnih vrat, naključno vklapljanje sistema za gašenje požara ), integriranega navigacijskega sistema ECDIS, blackout izpade PMS sistema (Ang. Power Management System) X Na eni ladji je zamenjal več kot 130 industrijskih stikal v različnih sistemih 19 Merjenje temperature sinhronskega motorja električnega pogona ladje • Zanesljivost nadzora temperaturje sinhronskega motorja električnega propulzorja je pomembna zaradi informacije o termalnem stanju pogona ladje in pravočasnim navigacijskim ukrepom v primeru bližanja temperaturah navitja proboju izolacije ko se pogon izklopi. • Napačne meritve temperature so izredno nevarne. Avtor je doživel dvig meritev temperaturje zaradi nezanesljivog ZMC-MIL konektorja v ABB POD propulzorju in preprečil ispad pogona z aktivacijom blokad varnostnega izklopa ( Angl. Safety Overide ) v reki Jang Ceng Jang v oskem navigacijskem koridorju. Izpad enega od propulzorjev zamakne ladjo z načrtovane poti zaradi izgube potiska propelerja. 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 214/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 215/250 Nihanje temperaturje na 8.5MW pogonu SAM electronics • Na pogonu SAM electronics/Wartzila je zaznano nihanje temerature PEM elektičnega motorja (Ang. Propulsion Electrical Motor ) ±30°C z periodo nekaj minut ki je posledica sistemske napake zaradi rekalibracije modula WAGO 750-461 ki se pojavlja pri spremembi hitrosti električnega motorja in vpliva EM motenj v PT100 tri žičnih meritvah • Na sliki Nihanje temperature motorja in nihanje temperature z implementiranim digitalnim filterjem 60 s v kontrolerju pogona 21 Izvedba tri žične meritve z TI 22 ADS1247 modul WAGO 750-461 Z meritvijo padca napetosti na terminalih 2/3 se pokaže da se kontroler modula rekalibrira ob spremembi hitrosti rotorja in vpliva EM motenj. Žal se rekalibracija ne more isklopiti, tako da je problem še vedno prisoten na nizu propulzorjev proizvajalca SAM/Wartzila. 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 215/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 216/250 • Da se izognemo EM motnjam v sinhronskem stroju, se lahko uporabi meritev temperaturje z optičnimi meritvami na osnovi FBG Braggovog optičnoga rešetkastog vlakna (Ang. Fiber Bragg Gratting). • Fibre Bragg rešetka (FBG) je vrsta porazdeljenega Bragg reflektorja, izdelanega v kratkem segmentu optičnih vlaken, ki odseva določene valovne dolžine svetlobe in prenaša vse ostale. To dosežemo z dodajanjem periodične spremembe indeksa loma jedra vlakna, ki ustvarja dielektrično ogledalo, specifično Braggovo vlakno za valovno dolžino 23 Braggovo vlakno • Vlaknasto Braggovo rešetko lahko zato uporabimo kot vgrajeni optični filter za blokiranje določenih valovnih dolžin ali kot odsevnik, specifičen za valovno dolžino. Z spremembo periodičnih lastnosti jedra zaradi temperature ali skrčitve/natega se lahko optično vlakno z Braggovo strukturo uporablja kot senzor za meritev temperature, npr navitja sinhronskega stroja ali naprezanja trupa ladje • V primerjavi z PT100 senzorji klase AA [ ± (0,1+0,0017 * t), ±0,1 °C (0 °C), ±0,27 °C (100 °C), definiran v območju -50…+250 °C (upor z žičnim navitjem), 0…+150 °C (tankoslojni upor) ] imajo FBG vlakna dvakrat temperaturno rezolucijo ±0.05 °C in širše merilno območje -270 ÷300 °C 24 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 216/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 217/250 Naprezanje trupa ladje in digitalni dvojček • Naprezanje trupa ladje posledica • Koncept digitalnega dvojčka ladje se uporablja za spremljanje stanja ladje v realnem času • Vhod v model so lahno stanje Sistema za upravljanje napajanja na ladji ( Angl. Power Management Sistem ), 3D stanje morja okrog ladje ( uporaba mmwave radarjev) in strukturnega odziva oziroma naprezanja trupa ladje, stanja varnostnih sistemov ( protupožarnega sistema, vodonepropusnih vrat ), stabiliteta ladje, vremenskih pogojev, trenutne hitrosti, smeri vetra, dinamike nihanja ladje in podobno. Z upoštevanjem dinamičkog modela ladje, stanja morja ( pred ladjo z obdelavo odbojev od površja mora X band radarja čas lahko zamaknemo vnaprej in predvidimo obnašanje ladje v bližnji prihodnosti, tako se pravočasno izognemo nevarnostim kot so poškodbe ali zlom trupa zaradi prevelikih obremenitvah ladij, nevarna ekstremna nihanja levo desno ( Angl. Parametric roll), in podobno 25 26 • lahko uporablja tudi optično vlakno z distribuirani FBS senzorji okrog ladje ki merijo silo potiska vzgona morja na optično vlakno ki je odvisna od višine vala, informacijo Merit M i ev valo l v z uporabimo kot vhod v model digitalnega dvojčka • pogosti pojav parametarskega nihanja ladij, v zadnjem optičnimi vlakni dogotku v Decembru 2020 je zgubljenih 1900 kontenerjev od tega 40 z nevarnim tovorom • Spremljanje naprezanja trupa ladje v realnem času doprinese bolj varni plovbi, hkrati z zajetimi informacijami o stanju morja, podatke lahko uporabijo za izboljšave pri načrtovanju ladij, ter pravočasnih ukrepih ob velikih naprezanjih trupa (inšpekcije ter popravila). 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 217/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 218/250 POVZETEK X Spremljanje naprezanja trupa ladje v realnem času doprinese bolj varni plovbi, hkrati z zajetimi informacijami o stanju morja, podatke lahko uporabijo za izboljšave pri načrtovanju ladij, ter pravočasnih ukrepih ob velikih naprezanjih trupa (inšpekcije ter popravila). X Predstavljena uporaba optičnih vlaken za meritve temperature v okolju z močnim EM motnjam, kjer se nove tehnologije iskažejo za nezanesljive X Staranje laserskih virov je glavna omejitev zanesljivosti delovanja sodobnih offshore sistemih, neinformiranost klasifikacijskih društev (DNV GL, RINA, etc..) , proizvajalcev sistemov, lastnikov in posadke je še večji problem X Nezadostno testiranje komponent in sistemov pred vgraditvijo (primer MOXA stikal), hitro zastaranje komponent, omejena potpora zaradi pritiska trga X Rešitev je standardizacija strojnih in programskih vmesnikov podobno kot v avto industriji, ki omogoča hitre nadgradnje zastarelih komponent in sistemov X Za dvig varnosti na morju je pomembno boljše deljenje informacij o tehničnih napakah in incidentih, obstoječi AIRTS (Angl. Accident Incident ReporTing System) je nezadosten oziroma ni zaživel 27 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 218/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 219/250 LIDAR Lidar Jernej Mušič in Boštjan Batagelj Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko music.jernej@gmail.com Povzetek Fakulteti za elektrotehniko Univerze v Ljubljani. Od V sklopu predavanja o sistemu LIDAR bodo leta 2015 je zaposlen v Slovenski vojski kot častnik specialist s činom poročnik predstavljeni nekateri vidiki njegove uporabe, in a, kjer je poveljnik centra in deluje na področju vojaških zvez in informatike. sicer na področju avtonomnih vozil in varnosti. Predstavljene bodo možnosti združevanja oz. Lecturer's biography souporabe LIDAR-ja z drugimi senzorji, kar Jernej Mušič obtained his bachelors and master's omogoča bolj učinkovito rabo, zmanjšuje stroške degree at the Faculty of Computer Science and Electrical Engineering of the University of Maribor in izdelave in v primeru avtonomnih sistemov the field of informatics and communications podaljša njihovo avtonomijo. Predavanje bomo technologies. He is currently a doctoral student at the sklenili z ogledom izzivov s katerimi se soočamo v Faculty of Electrical Engineering of the University of primeru združevanja senzorjev v primeru LIDAR-Ljubljana. Since 2015, he has been employed in the ja. Slovenian Army as an officer specialist with the rank of Abstract 2nd lieutenant, where he holds the position as a center commander in the field of military signals and The lecture will include the possibilities to use information systems. LIDAR in the field of autonomous vehicle design and some security applications. The focus will include sensor fusion and the challenges which we will be facing when fusing LIDAR with other sensors. The possibilities of fusing LIDAR with other sensors are limitless because they enable a more reliable sensing system which is reduced in size and cost with an improved autonomy. Biografija avtorja Jernej Mušič je diplomiral in magistriral na Fakulteti za elektrotehniko, računalništvo in informatiko Univerze v Mariboru na področju informatike in tehnologij komuniciranja. Trenutno je doktorski študent na doktorskem študiju tretje stopnje elektrotehnika na 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 219/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 220/250 Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko LIDAR 25. Seminar optične komunikacije 5. februar 2021 Jernej Mušič, Boštjan Batagelj Vsebina X Tipi LiDAR X Uporaba LiDAR na področju avtonomnih vozil X Souporaba LiDAR z drugimi senzorji X Izzivi 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 220/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 221/250 LiDAR X LiDAR lahko razdelimo na štiri kategorije po principu delovanja, in sicer: X Princip optičnega prožnega sipanja, kjer se ohranja energija in valovna dolžina fotona v procesu medtem ko se spremeni le njegova smer. Uporabljajo se za izvajanje meritev aerosolov in oblakov v atmosferi in določanju razdalje. X Princip neprožnega optičnega sipanja, ki omogočajo določanje kemičnega sestava medija oz. objekta na podlagi spremembe valovne dolžine od oddajane. X Diferencialni absorpcijski LiDAR (DIAL), ki oddaja svetlobni snop na dveh valovnih dolžinah, kjer je eden od teh snopov v veliki meri absorbiran v tarčno kompozicijo. Razmerje energije med sprejetima svetlobnima snopoma sorazmerno molekularni koncentraciji tarčnega objekta. X Dopplerjev LiDAR, ki se uporablja za merjenje hitrosti gibanja aerosolov v atmosferi. Zaradi gibanja aerosolov od katerih se odbija snop pride pri sprejemu povratnega snopa do frekvenčnega zamika, ki je sorazmeren hitrosti premikajočih se aerosolov. Uporaba LiDAR na področju avtonomnih vozil - Navdih X Uporaba v namene zagotavljanja pomoči vozniku/potniku med vožnjo v neznanih okoliščinah, X Izboljšanje situacijskega zavedanja za uporabnika z namenom zagotavljanja večje varnosti uporabnika vozila in drugih udeležencev, X Omogočiti starejšim ali invalidnim osebam varno uporabo vozila X Medsebojno povezovanje vozil v prometu z namenom stremenja k skupni varnosti. X Namen je izničiti negativne vplive človeka med vožnjo. 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 221/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 222/250 Cilj X Cilj je seveda vzpostaviti čim višjo stopnjo avtonomnosti. X 5 stopenjska lestvica avtonomije vozil objavljena s strani „The Society of Automotive Engineers“ X Proizvajalci avtonomnih vozil se v vedno večji meri spogledujejo z uporabo LiDAR, ki pa je trenutno omejena s ceno. Souporaba LiDAR z drugimi senzorji X Potreba bo integraciji več tehnologij, in sicer: X Umetna inteligenca – X LiDAR – izmeri razdaljo in oriše okolico (prepoznavanje objektov) - DRAG X RADAR – merjenje hitrosti in razdalje vendar ima nizko resolucijo X Kamere – prikaz okolice, ki je vozniku nevidna (mrtvi koti…itd) X Ultrazvočni senzorji – kratek doseg (bolj primeren za zaznavanje bližnjih objektov) X Termalne kamere – komplementarne optičnim kameram v okolju s slabšo svetlobo 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 222/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 223/250 SWOT Umetna inteligenca Prednosti Slabosti • Generiranje ustreznih • Algoritmi globokega učenja niso odločitev/predlogov med vožnjo, ki primerni za generiranje odločitev pomagajo vozniku, ampak za zaznavanje • Veliko število drugačnih omrežnih struktur, ki so namenjene za različne aplikacije pri avtomatizacije vozil Priložnosti Grožnje • Razvoj rešitev za popolnoma • Pomanjkanje standardov in avtomatizirano vožnjo in s tem interoperabilnosti posledično zmanjšanje negativnega • Nezadovoljiva zanesljivost vpliva človeškega faktorja. SWOT LiDAR Prednosti Slabosti • Oriše okolico do 200 metrov od • Visoka cena rotacijskih LiDAR vozila senzorjev • Kot komplementarni senzor optični • Drage komponente kameri pri prepoznavanju objektov in RADAR-ju pri merjenju razdalje Priložnosti Grožnje • Razvoj kompaktnih modulov in solid- • Ločena strojna oprema za state LiDAR za namene avtonomnosti procesiranje signalov, ki lahko vpliva vozil na avtonomnost izključno baterijskih sistemov • Pri manjši valovni dolžini 905 nm in veliki impulzni moči ogroža očesno mrežnico 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 223/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 224/250 SWOT RADAR Prednosti Slabosti • Merjenje hitrosti in razdalje ostalih • Nizka resolucija udeležencev v prometu • Kot komplementarni senzor LiDAR-ju pri merjenju razdalje Priložnosti Grožnje • Nevarnost frekvenčnih motenj (medfrekvenčni konflikti) SWOT Optične kamere Prednosti Slabosti • Zagotavlja sliko območij okoli vozila, • Kratek doseg ki so zaradi mrtvih kotov nedostopni uporabniku • Omogoča prepoznavanje prometne signalizacije Priložnosti Grožnje • Možnost razvoja algoritmov za • Napake pri prepoznavanju vzorcev, prepoznavanje vzorcev, ki lahko vodijo do napačnih odločitev. omogočajo zaznavanje prometne signalizacije 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 224/250 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 220/245 SWOT Ultrazvočni senzorji Prednosti Slabosti • Zaznavanje bližnjih objektov in oseb • Kratek doseg kot pomoč pri parkiranju oz. vožnjo • Odvisnost hitrosti zvoka od v tesnem urbanem okolju. temperature. Priložnosti Grožnje • Razvoj zmogljivosti, ki • Napačne meritve zaradi odvisnosti avtomatizirajo manevre vozila v hitrosti zvoka od temperature. omejenem prostoru. SWOT integracija senzorjev Prednosti Slabosti • Redundančnost • Nezadostna natančnost nekaterih • Večja natančnost pri zaznavanju senzorjev okolja • Velike količine podatkov, ki jih je • Izboljšanje situacijskega zavedanja potrebno obdelati v realnem času. Priložnosti Grožnje • Vzpodbujanje razvoja učinkovitejših • Nevarnost elektromagnetnih motenj senzorjev in pripadajočih algoritmov • Ni enotnega oz. standardiziranega za prepoznavanje vzorcev in analizo pristopa signalov 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 220/245 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 221/245 Namembnost senzorjev Optične kamere Ultrazvo senzorji Radar Radar Radar čni r Radar Radar R Radar dolgega Srednjega Srednjeegaa Srednjega ednjega Sre dolgega dosega dosega dosega dosega čni senzorji dosega dosega d dosega Ultrazvo LiDAR Omejitve X Uporaba cenejših laserskih diod z valovno dolžino 905 nm, X Omejevanje impulzne moči z namenom preprečevanja poškodb mrežnice, X Posledično zmanjšamo doseg med 30 in 100 metrov (odvisno od odbojnosti objekta), X Visoka cena rotacijskega LiDAR-ja Velodyne. 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 221/245 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 222/245 Rešitve X Uporaba večjega števila stacionarnih LiDAR na vozilu z omejenim lokom (solid state LiDAR), X Sestavljena skupna slika okolica in možnost merjenja razdalje z izračunom časa potovanja žarka od trenutka oddajanja in sprejema. X Manjša cena od rotacijskega LiDAR, in sicer iz okoli 60.000 Dolarjev na <1.000 Dolarjev na enoto, X Uporaba LiDAR-ja z valovno dolžino 1550 nm. Delitev različnih konceptov LiDAR X Skenirani LiDAR X Rotacijski z X Premičnimi ogledali in prizmami X Rotacijska/oscilacijska makro-ogledala/prizme X Oscilacijska MEMs ogledala X Faznega antenskega niza X Staring LiDAR X Fixed – Multibeam X Difuse light cone 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 222/245 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 223/245 FMCW LiDAR X Izboljšana resolucija dosega omogoča ločevanje ploskev, ki so si prostorsko blizu, X Izboljšan dinamični razpon, ki omogoča istočasno merjenje svetlih in zatemnjenih objektov, X Omogoča zaznavanje gibanja objektov (hitrost) in izboljša doseg delovanja. X Implementacija LiDAR-ja na čipu lahko zmanjša ceno posameznega modula za 99 % LiDAR z uporabo faznega antenskega niza X Souporaba MEMS stikal in optičnih valovodov razporejenih v niz, ki usmerjajo žarke v prostor (na podlagi območja interesa). X Implementacija različice kratkega (905 nm) in dolgega (1550 nm) dosega. X Različica s kratkim dosegom bi omogočala skeniranje 170° horizontalno in 60° vertikalno, ki bi bila namenjena nadzoru bližnjih objektov, X Različica za dolgim dosegom pa bi omogočala skeniranje 50° horizontalno in 20° vertikalno, z namenom nadziranja okolja do 200 m 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 223/245 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 224/245 MEMs LiDAR X Quasi solid-state implementacija LiDAR senzorja (mehanični skenirni LiDAR), X Ogledala velikosti ~2x2 mm, ki usmerjajo laserski žarek v željeno smer so edini premični del sistema, MEMS LiDAR [2] X Tipična velikost MEMS LiDAR, ki je v uporabi na brezpilotnih letalih je 70 x 60 x 60 mm pri teži okoli 45 gramov. X Potrebna imuniteta pred tresljaji, ki so tipični med vožnjo. Resonanca MEMS ogledala višja od 0,8 kHz Mitsubishi MEMS LiDAR [3] 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 224/245 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 214/234 Meta-površine z uporabo tekočih kristalov X Arhitektura je podobna principu MEMS vendar je namesto ogledala uporabljena meta-površina, ki usmerja laserske žarke s pomočjo tekočih kristalov. X Fazni zamik je sorazmeren napetosti, ki je dovajana resonatorju kjer ta posledično rotira lokalni tekoči kristal in s tem povzroči zamik Princip meta-površin z uporabo tekočih kristalov [4] X Usmerjanje žarkov na meta-površini se izvaja na eni osi, medtem ko se na pravokotni osi omenjena površina uporablja kot ogledalo. X Lumotive Lidar sistem uporablja dve metapovršini in sicer eno za oddajanje in eno za sprejemanje laserskih žarkov. LiDAR z uporabo metapovršin proizvajalca LUMOTIVE [5] 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 214/234 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 215/234 Optični valovodi razporejeni v niz X Uporabljen je niz optičnih anten, pri katerih se krmili fazni zamik laserskega signala z namenom usmerjanja. Optical Phased Array LiDAR [6] LiDAR na vezju X Ob prenosu željenega signala v valovod na vezju, ki usmerja svetlobo po željeni optični poti. Ta se nato usmeri v stikalno matrico v obliki vzorca drevesa, ki je sestavljen iz Mach-Zehner interferometrov. Ta ustvari več valovodov, ki se pretakajo v lečo pod različnimi koti ki se nato s pomočjo leče tudi usmeri. Horizontalna smer žarka je odvisna od tega, pod katerim kotom je ta oz. s katerega valovoda je ta prispel v lečo. Arhitektura usmerjanja žarka, ki temelji na Rotmanovi leči [1] 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 215/234 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 216/234 Vertikalna smer X Vertikalna smer se krmili s pomočjo uklonske mreže kjer je vertikalni uklonski kot odvisen od valovne dolžine žarka. X Torej z uravnavanjem frekvence laserja lahko določamo vertikalni kot žarka. Odvisnost smeri izhodnega žarka na podlagi vhodnega valovoda [1] Doseg X Kompleksnost sistema se zmanjša za dvakratnik v primerjavi z OPA arhitekturo. Medtem se horizontalni FoV (Field ov view) poveča za dvakratnik. X LiDAR na čipu potrebuje le 10 valovodov za usmerjanje žarka, medtem ko OPA arhitektura potrebuje okoli 100 aktivnih komponent za fazni zamik, ki delujejo istočasno. X Za doseganje pogoja v avtomobilski industriji, kjer kot zahtevan doseg določa 200 metrov je bila določena shema zaznavanja, ki temelji na FMCW saj naj bi bila bolj učinkovita od ToF (time of flight). 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 216/234 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 217/234 Projekt CLARIFIER X Hibridni RADAR-LiDAR senzor implementiran s pomočjo fotoničnega integriranega vezja. X Namen je zmanjšati velikost, težo in porabo, kar zviša avtonomijo gostujoče platforme. X Souporaba obeh senzorjev omogoča končnemu uporabniku večjo situacijsko zavedanje. X Optimizacija energijske porabe z namenom večanja baterijske avtonomije sistema Vprašanja? 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 217/234 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 218/234 Literatura [1] J. J. López, T. Mahony and S. Kim, MIT Spinoff Building New Solid-State Lidar-on-a-Chip System, 01 December 2020, IEEE Spectrum, dostopno na: https://spectrum.ieee.org/tech-talk/semiconductors/design/kyber-photonics-solid-state-lidar-on-a-chip-system, Dostopano: 31. 1. 2021. [2] N. Druml, I. Maksymova, T. Thurner, D. van Lierop, M. Hennecke, A. Foroutan, 1D MEMS Micro-Scanning LiDAR, The Ninth International Conference on Sensor Device Technologies and Applications, dostopno na: https://www.researchgate.net/publication/326632441_1D_MEMS_Micro-Scanning_LiDAR, Dostopano: 31. 1. 2021. [3] Mitsubishi Electric introduces MEMS LiDAR solution for autonomous vehicles, Green Car Congress, dostopno na: https://www.greencarcongress.com/2020/03/20200312-mec.html, Dostopano: 31. 1. 2021. X [4] G. M. Akselrod, Optics for Automotive Lidar: Metasurface beam steering enables solid-state, high-performance lidar, Laser Focus World, dostopno na: https://www.laserfocusworld.com/optics/article/14036818/metasurface-beam-steering-enables-solidstate-highperformance-lidar, Dostopano: 31. 1. 2021. X [5] Lumotive unveils LiDAR with LCM beam-steering technology for autonomous vehicles, Green Car Congress, dostopno na: https://www.greencarcongress.com/2019/03/20190321-lumotive.html, Dostopano: 31. 1. 2021. X [6] M. Dahlem, OPTICAL PHASED ARRAYS FOR AUTOMOTIVE SOLID-STATE LIDAR SYSTEMS, IMEC, dostopno na: http://epic- events.eu/epic/2019/lidar2019/191030_EPIC_LIDAR2019_P46.pdf, Dostopano: 31. 1. 2021. 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 218/234 Uporaba optičnih kasnilnih linij Use of optical delay lines Uroš Dragonja1,2, Boštjan Batagelj1 1Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko 2Instrumentation Technologies uros.dragonja@gmail.com Povzetek V prispevku so predstavljeni osnovni koncepti zakasnitev v optičnih vlaknih. Nadalje so predstavljeni praktični koncepti za spremembo in kontrolo (regulacijo) zakasnitev ter pogosti primeri uporabe, kot so: sita in resonatorji, sistemi za prenos časovno kritičnih signalov in oscilatorji. Abstract In the presentation the basic mechanism behind delay and delay change in optical fibers is presented. Furthermore the practical concepts for changing and controlling delay are presented together with common usage which spans from resonators and filters to oscillators and systems for transfering time-critical signals. 25. SEMINAR OPTIČNE KOMUNIKACIJE ▪ LJUBLJANA ▪ 4. in 5. FEBRUAR 2021 220/234 !"#! $% &! ' !())*+!"(!), !-*.# B ! C /0 /'1+ .23 '2 !04% #5!62)!)77894 $!#5!,)!)($$$( /0//::444!):1%:11::;<=!)=>?>?@7AB C/%$D/ E0)F%,!,)!% ,$) B=2'!/G1!415!!)!)1) $P Q7'3 [2)FKM7>L ! 25th SEMINAR ON OPTICAL COMMUNICATIONS ▪ LJUBLJANA ▪ 4th and 5th FEBRUARY 2021 224/231 )) 77\6 & 7\6 .% Q77)'3 [2)FKM7>L )) -61 & ' $6! . ,!. F[ M7-! Q7?> Q7'3 ')L 9,] 1!)1))^ +!$B? 8-C?K7CL/:::777I:7J17C18IBC1J )) - 32 O 3P . ,!. F[ M7-7! Q7> Q'3 [2)FKM7>L 2 . )) -F%!K.#L . ,!. F[ &,)! Y:E M77:)[ Q7'3 XK,L M7) &6! Y:E M7:)[[ Q7'3 XK(L M?) E!)) 21)I:):) [M?)KM77DL [[M7?)KMC7)EL [2)FKM7>L 2E B ! C /0 /'1+ .23 '2 !04% #5!62)!)77894 $!#5!,)!)($$$( /0//::444!):1%:11::;<=!)=>?>?@7AB C/%$D/ E0)F%,!,)!% ,$) B=2'!/G1!415!!)!)1) $