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In this work, two main ideas were observed: The linear propagation, typically NRZ and the nonlinear propagation, typically RZ. However distinct, and normally taken in the academic and company environments as concurrent, they start to mix joining the benefits and the techniques to create more robust systems. (...), Neste trabalho são abordadas duas linhas de investigação: a propagação "linear", tipicamente NRZ e a propagação não linear, esta tipicamente RZ. Embora distintas e muitas vezes tomadas como um dilema, quando na decisão do tipo de implementação, nos meios académicos e empresariais, começam a aliar-se nos seus benefícios e técnicas para gerar tipicamente sistemas mais robustos. (...)

Doutoramento em Eletrotecnia Neste trabalho são abordadas duas linhas de investigação: a propagação "linear", tipicamente NRZ e a propagação não linear, esta tipicamente RZ. Embora distintas e muitas vezes tomadas como um dilema, quando na decisação do tipo de implementação, nos meios académicos e empresariais, começam a aliar-se nos seus beneficios e técnicas para gerar tipicamente sistemas mais robustos. São disso exemplo OS solitões com compensação forte da dispersão, e a transmissão NRZ em alta potência por forma a explorar as vantagens da não linearidade na fibra. No hábito global, e a ligar OS dois temas, esteve sempre a optimização de sistemas monocanal e multicanal (WDM) recorrendo a uma e outra técnica. A propagagação linear foi baseada no método de transmissão suportada por dispersão (DST) em modo binário e quaternário, e em estrutura mono e multicanal. Dadas as características desta metodologia, a caracterização dos diversos parâmetros teve especial destaque, sendo observadas com profundidade OS diversos efeitos e suas implicações e gamas de evidência. 0 laser e o equalizador, foram alvo de optimização criteriosa e aprofundada, com base em trabalho analitico e de simulação. A optimização de diversos parâmetros de sistemas deste tipo foi feita por forma obter sistemas multicanal opfimizados para este format0 de modulação. Para o caso binário foi obtida uma densidade espectral de O.43bit/s/Hz e para o quaternáro 0.86bit/sk, sendo estes ainda passiveis de optimização. 0 estudo dos sistemas não lineares conduziu à determinação de processos analíticos de previsão da posição dos impulsos, devido à exigência computational que a simulação de impulsos deste tipo exige, mesmo em configuração monocanal. 0 estudo da interaccão de impulsos sob a acão de um desvio de frequência foi efectuado resultando uma metodologia de diminuição desta limitação funcional e aplicável a sistemas práticos, devido à sua simplicidade. Foi ainda feito o estudo de diversos mecanismos de control0 da interação dos impulsos. Para este tipo de inpulsos não lineares foi ainda estudado o método de compensação forte da dispersão e as suas propriedades. Um método foi sugerido para minimizar alguns dos efeitos colaterais que podem aparecer neste tipo de sistemas. No final foi desenvolvida uma metodologia de caracterização de sistemas de comunicação ópticos com elevado grau de precisão e integração dos diversos processos que afectam OS sistemas de comunicação óptica monocanal e multicanal, baseando o raciocinio nos majorantes de Chernoff. In this work, two main ideas were observed: the linear propagation, typically NRZ and the non lilzear propagation, typically RZ. However distinct, and normally taken in the academic and company environments as concurrent, they start to mix joining the benefits and the techniques to create more robust systems. Example of that are the solitons with dispersion compensation, and the NRZ high power transmission aiming the added value that the fiber non linearity's can bring. Linking these two techniques is the study over mono and multichannel with base channels sustained on both methodologies. The linear transmission system studied is the Dispersion Supported Transmission with binary and quaternary modulation under mono and multi-channel configurations. Due to the special characteristics of this methodology, the characterization of the different parameters involved focused special attention as well as its implications and ranges that were observed in a rigorous manner. The laser and equalizer were targeted for optimization and study, basing the conclusions on simulation, analytical and theoretical considerations. The parameter optimization was made in order to have a deep knowledge of the behavior of the system, so that the design of multichannel systems was easier. Recuning to binary coding, the spectral density obtained without too much optimization was about 0.43bit/s/Hz and for the quaternary was 0.86bit/s/Hz. The study of nonlinear systems resulted in the determination of analytic processes that predict the position of the pulses, avoiding the computational power needed for this lcind of pulse simulations even in single-channel operation. The interaction between pulses under the effect of a frequency shift was studied and a methodology for reducing the interaction was derived. Also, other methodologies for controlling the soliton interaction were studied. The strong dispersion compensation of soliton pulses was also studied and its properties characterized. A method for minimizing the different degrading effects that can appear of multichannel dispersion managed systems was also suggested. In the end, a methodology of characterization of systems regarding many degrading processes with high degree of precision was also derived based on the Chernoff bound.

The present work analyzes the current telecommunications networks in several contexts, namely, the type of networks implemented, requirements, and competitiveness. Current PON technologies, namely, GPON, XG(S)-PON, and NG-PON2 are presented and technically explored as well as their technological limits. The latest access technologies are also presented and discussed, such as the 25GS-PON and 50G-PON, where future optical technologies are analyzed. The radical changes in the telecommunications market are usually marked by a complex process between scientific advances and market demand. This process is studied and analyzed using economic epidemic diffusion models. The global, European, and North American markets for passive optical networks for GPON technology are also studied and modeled in growth curves, as well as the uncertainties affecting the investment and growth of this technology. Models based on Gompertz, Logistics, Bi-Logistics, Bi-Gompertz, Multi-Logistics, and Multi-Gompertz are proposed as a form of modeling. The models based on Bi-Logistics, Bi-Gompertz, and Logistic Substitution are used as a way of market forecasting for the latest PON technologies, such as XG(S)-PON, NG-PON2, 25GS-PON, and 50G-PON. This work, studies and analyzes future network implementations, when, in what context, what are their benefits, and how the architecture of the telecommunications services can be influenced. O presente trabalho analisa as atuais redes de telecomunicações em vários contextos, nomeadamente, o tipo de redes implementadas, os requisitos e a competitividade. As atuais tecnologias PON, nomeadamente, GPON, XG(S)-PON e NG-PON2 são apresentadas e exploradas tecnicamente assim como os seus limites tecnológicos. São também apresentadas e discutidas as mais recentes tecnologias de acesso, tais como o 25GS-PON e 50G-PON onde são analisadas as futuras tecnologias óticas. As radicais mudanças do mercado das telecomunicações são normalmente marcadas por um complexo processo entre avanços científicos e procura de mercado. Este processo é estudado e analisado usando modelos económicos de difusão epidémica. São também estudados e modelizados em curvas de crescimento o mercado Global, Europeu e Norte Americano das redes óticas passivas para a tecnologia GPON, assim como as incertezas que afetam o investimento e crescimento desta tecnologia. Modelos baseados em Gompertz, Logística, Bi-Logística, Bi-Gompertz, Multi-Logística e Multi-Gompertz são propostos como forma de modelização. Os modelos baseados em Bi-Logística, Bi-Gompertz e Modelo de Substituição Logística são utilizados como forma de predição de mercado para as mais recentes tecnologias PON, tais como o XG(S)-PON, NG-PON2, 25GS-PON e 50G-PON. Este trabalho estuda e analisa as implementações futuras de rede, quando, em que contexto, quais os seus benefícios e como pode ser influenciada a arquitetura do serviço de telecomunicações. Programa Doutoral em Engenharia e Gestão Industrial

No presente trabalho pretende-se estudar alguns dos maiores desafios que se encontram ao tentar produtizar um PIC (photonic integrated circuit). Com esse objetivo, inicialmente é abordado o estado da arte do encapsulamento ótico, elétrico e térmico. Inicia-se o estudo com o foco no encapsulamento elétrico, mais concretamente em determinar as regras de desenho, ou seja, definir parâmetros como comprimento, largura e distância para linhas coplanares e diferenciais construídas no substrato de silício (este é o substrato que o circuito intermédio usa para fazer a alimentação do PIC). O substrato de silício onde as linhas são construídas é designado por Holder e tem a função de, numa mesma estrutura, facilitar os três tipos de encapsulamento (ótico, elétrico e térmico), que um PIC necessita. Para além das alimentações DC, são necessários sinais de alta frequência para a modulação dos elementos ativos. Essas pistas para altas frequências fazem parte do encapsulamento elétrico e fazem a ligação elétrica através de “Wire Bonding” entre o PIC e a eletrónica externa. Após esta otimização, é estudado o encapsulamento térmico através da simulação do conjunto térmico [TEC (thermo-electric Cooler)+Holder+PIC] para diferentes epóxis, variando a condutividade térmica da mesma. A epóxi é um componente importante a ter em conta na assemblagem de um PIC, porque normalmente possui menor condutividade térmica de que o PIC e o Holder, e deste modo pode tornar-se uma resistência térmica à dissipação de calor. Conclui-se o trabalho com uma série de regras de desenho a serem aplicadas na conceção de sistemas de gestão térmica e elétrica em PICs. This work intends to study some of the biggest challenges that are encountered when trying to produce a PIC (photonic integrated circuit). For this purpose, the state of the art of optical, electrical and thermal encapsulation is initially addressed. The study begins with a focus on electrical encapsulation, more specifically in determining the rules of design, that is, defining parameters such as length, width and distance for coplanar and differentials lines built on the silicon substrate (this is the substrate that the intermediate circuit uses to power the PIC). The silicon substrate on which the lines are built is called Holder and has the function of, in the same structure, facilitating the three types of encapsulation (optical, electrical and thermal), which a PIC needs. In addition to DC supplies, high frequency signals are required for the modulation of the active elements. These high-frequency tracks are part of the electrical packaging and make the electrical connection through “Wire Bonding” between the PIC and the external electronics. After this optimization, the thermal encapsulation is studied through the simulation of the thermal set [TEC (thermo-electric Cooler) + Holder + PIC] for different epoxies, varying the thermal conductivity of the same. Epoxy is an important component to take into account when assembling a PIC, because it normally has less thermal conductivity than the PIC and Holder, and thus can become a thermal resistance to heat dissipation. The work is concluded with a series of design rules to be applied in the design of thermal and electrical management systems in PICs. Mestrado em Engenharia Eletrónica e Telecomunicações

The increase in services provided by mobile network operators, as well as traffic over wireless networks (WiFi), has intensely exploited the available radio frequency (RF) spectrum. The fixed telecommunications network that connects radio antennas, Wi-Fi access points, or other technologies (eg, Wimax) supports new services that require higher transmission rates and connections, such as cloud computing, HDTV, Internet of Things (IoT) or Machine-to- Machine (M2M) communication. Silicon single-mode fiber optic (SMF) has been chosen as a means of transporting data on the fixed network as it offers higher bandwidths and transmission rates. In a desirable ubiquitous and transparent optical network context, there are still several bottlenecks in the network structure, whether due to the characteristics of SMF or economical from a cost/return perspective. Besides, current access networks based on SMF cable or RF connections are subject to interruptions and should therefore be able to provide alternative transmission paths. On the other hand, the expected increase in information traffic in the near future leads to the establishment of new spectral allocation protocols for SMF. The ITU-T G.989 standard thus emerges to promote next-generation (NGPON2) networks that seek to exploit the spectrum available in SMFs through point-to-multipoint Wavelength Division Multiplexing (WDM) networks as well as in UDWDM (Ultra-Dense WDM) in a point to point configuration, addressed to the end-user. In this context, plastic optical fiber (POF) appears as an alternative transmission medium to the SMF and promising in the short-range network. The implementation of the POF extends to the telecommunications operators' access network, the residential / building telecommunications network, transport vehicles or the rapid re-establishment of communications in accidentprone optical networks. Free Space Optical Transmission (FSO) is also a promising means of communication and alternative for short-range RF or SMF connections. FSO connections can be applied to the telecom operator's access network, standby connections between GSM antennas, the connection between an institution's buildings, point-to-multipoint wireless communications, or the quick re-establishment of a cable optical device accidentally interrupted. Thus, the POF and FSO transmission media will be studied here, exploring new spectral limits and transmission capabilities involving GPON and NGPON2 network protocols. Coherent reception and data retrieval through software-defined receivers for real-time digital signal processing will be explored. O aumento dos serviços prestados pelas operadoras de rede móvel, assim como do tráfego nas redes-sem-fios (WiFi) têm explorado intensamente o espectro de radiofrequência (RF) disponível. A rede fixa de telecomunicações que conecta as antenas rádio, pontos de acesso WiFi ou outras tecnologias (ex. Wimax), suporta novos serviços que exigem maiores taxas de transmissão e conexões, como por exemplo a computação na nuvem, HDTV, Internet das Coisas (IoT) ou a comunicações de Máquina-a-Máquina (M2M). A fibra óptica monomodo em silício (SMF) tem sido a escolhida como o meio de transporte de dados na rede fixa, uma vez que disponibiliza maiores larguras de banda e taxas de transmissão. Num contexto desejável de rede óptica ubíqua e transparente, subsistem variados estrangulamentos na estrutura da rede, sejam devido às características da SMF, sejam económicos numa perspectiva de custo/retorno. Além disso, as actuais redes de acesso, baseadas em cabos de SMF ou em ligações RF, estão sujeitas a interrupções e, portanto, devem poder contemplar caminhos de transmissão alternativos. Por outro lado, o aumento esperado no tráfego de informações no futuro próximo leva ao estabelecimento de novos protocolos de alocação espectral para a SMF. O padrão ITU-T G.989 surge, assim, para promover as redes de próxima geração (NG-PON2) que procuram explorar o espectro disponível em SMFs através de redes WDM (Wavelength Division Multiplexing) pontomultiponto, bem como através de redes em UDWDM (Ultra-Dense WDM) numa configuração ponto a ponto, endereçado ao utilizador final. Neste contexto, a fibra óptica plástica (POF) surge como um meio de transmissão alternativo à SMF e promissor na rede de curto alcance. A implementação da POF estende-se à rede de acesso das operadoras de telecomunicações, à rede de telecomunicações residencial/predial, aos veículos de transporte ou no rápido restabelecimento das comunicações em redes ópticas propensas a acidentes. A transmissão óptica de espaço livre (FSO) também é um meio promissor de comunicação e uma alternativa nas conexões em RF ou SMF de curto alcance. As conexões FSO podem ser aplicadas à rede de acesso do operador de telecomunicações, às conexões em reserva entre as antenas dos operadores móveis, à conexão entre os edifícios de uma instituição, às comunicações sem fio ponto-multiponto ou no rápido restabelecimento de um cabo óptico interrompido acidentalmente. Assim, os meios de transmissão POF e FSO serão aqui estudados, explorando-se novos limites espectrais e capacidades de transmissão envolvendo os protocolos de redes GPON e NG-PON2. Serão exploradas a recepção coerente e a recuperação de dados através de receptores definidos por software, para o processamento de sinais digitais em tempo real. Programa Doutoral em Engenharia Eletrotécnica

Next generation optical systems can highly benefit from optimized photonic integrated solutions. Photonic integrated circuits (PIC) appear as a promising technology under the current demand for flexibility/reconfigurability in optical systems and telecommunications networks. PIC-based optical systems offer an efficient and cost-effective solution to data transmission increasing claims. In order to contribute to the development of integrated photonic technology, optimized PIC solutions addressing different steps of the PIC development chain, mainly design, testing, and packaging processes, are investigated. Optical signal data compression techniques are progressing to sustain the fast processing/storing of large amounts of bandwidth demanding data, with the advantage of resorting to photonic integrated solutions for the implementation of optical transforms, e.g., Haar transform (HT). This demand motivated the research of an optimized PIC design solution in silicon nitride (Si3N4) based platform comprising a two-level HT network for compression, and a switching network as a framework that supplies all logical inputs of the HT network for testing/characterization purposes. Optimized design models for the multimode interference key building block structure of the PIC design solution, are proposed. Additionally, a first test and characterization of PIC solutions implementing the HT for compression applications in indium phosphide (InP) based platform and in a new organic-inorganic hybrid material were realized. Taking advantage of a tunable lattice filter dispersion compensator in Si3N4-based integrated platform, it was demonstrated a real-time extended reach PAM-4 transmission over 40 km enabled by the photonic integrated dispersion compensator, with application in data center interconnects. Under photonic integrated high-Q resonators need for accurate performance measurement, a technique based on RF calibrated Mach-Zehnder interferometer, and Brillouin gain measurements through Lorentzian fitting analysis were successfully attained. Finally, as technical and functional requirements of PIC demand a thorough characterization/testing to provide an accurate prediction of its performance, and current testing platforms can be expensive and have low flexibility, a proof of concept of a new soft-packaging flexible platform for photonic integrated processors and spatial division multiplexing systems, based in spatial light modulation operation principle is proposed. Os sistemas óticos de nova geração beneficiam com a otimização de fotónica integrada. Com os circuitos de fotónica integrada (PIC) avançados a surgir como uma tecnologia promissora, dentro da crescente procura por flexibilidade/ reconfigurabilidade dos sistemas óticos e redes de telecomunicações. Os sistemas óticos baseados em PIC oferecem soluções eficientes e rentáveis em resposta às necessidades crescentes de transmissão de dados. De modo a contribuir para o desenvolvimento tecnológico associado à fotónica integrada, são investigados no âmbito desta dissertação diferentes soluções otimizadas de PIC, abordando diferentes estágios do seu desenvolvimento, nomeadamente projeto/design, teste e encapsulamento. Técnicas de compressão de sinais óticos estão a progredir no sentido de apoiar a expansão de velocidade de processamento e quantidade de armazenamento com elevada largura de banda associada. São esperadas vantagens recorrendo a PIC para a implementação de transformadas óticas, e.g., transformada de Haar (HT). Esta necessidade motivou a investigação de soluções de PIC com design otimizado, desenvolvidas em plataforma integrada de nitreto de silício (Si3N4). O PIC desenhado é constituído por uma rede 2D a executar a HT para fins de compressão e uma rede de comutação para produzir todas as entradas lógicas esperadas para teste e caracterização. São propostos modelos de design otimizados para a estrutura elementar que compõe o PIC, i.e., componente de interferência multimodal. Adicionalmente, foi realizado o primeiro teste e caracterização experimental de um PIC implementando a HT para fins de compressão, numa plataforma integrada de fosfato de índio (InP) e num material orgânico-inorgânico híbrido. Tirando partido de um filtro sintonizável para compensação de dispersão, desenvolvido em plataforma integrada de Si3N4, foi demostrado um link de transmissão alargada (40 km) em modulação PAM-4, com possível aplicação em centros de processamento de dados de interconexão. A necessidade de medições precisas de desempenho para a caracterização efetiva de soluções integradas de ressoadores de elevado fator de qualidade, motivou a implementação de uma técnica de medição eficaz. Esta é baseada num interferómetro de Mach-Zehnder calibrado em rádio frequência e na realização de mediações de ganho de Brillouin por análise Lorentziana de ajuste de curva. Por fim, tendo em conta os rigorosos requisitos técnicos e funcionais associados ao teste/caracterização precisa de PIC e o facto de as atuais soluções serem dispendiosas e pouco flexíveis. Uma prova de conceito de uma nova plataforma flexível de encapsulamento por software é proposta com aplicação em processadores PIC e sistemas com multiplexagem por divisão espacial. Programa Doutoral em Telecomunicações

The constant emergence of new products and services through communication networks, namely the Internet, leads to the demand for technology capable of providing these services with increasing speeds and bandwidth. Nowadays, the technology suitable to provide these features is communication through an optical fiber (optical communications). This technology is applied by PON networks, in which architectures distribute optical fiber from the central office (OLT) through the final user (ONT or ONU). It is in the context of these networks that arise the integrated optical applications for implementation of these structures (OLTs and ONTs) for data transmission and reception with reduced energy consumption, complexity as well as size. Therefore, these chips pretend to include, in one single copy, several optical components multiplying its functionalities in very reduced sizes and, for power consume reduction, using mostly passive elements. This dissertation intends to contribute with new solutions development for implementation of new structures capable to meet the user needs, with a development of a new architecture for implementing a PIC transmitter to be integrated on the client-side at the ONT. The optoelectronic solution should be capable of address 40 GBit/s of data rate and, for that, it should also be evaluated an implementation method to apply channel multiplexing to the system that, at the same time that it allows the 40 Gbit/s bit rate output, presents low additional loss values to the system. The proposal architecture should also ensure an 8 dBm of minimum output optical power. Besides, the final chip must be compliant with NG-PON2 network requirements A constante eclosão de novos produtos e serviços através das redes de comunicação, nomeadamente a internet, ocasiona a procura por tecnologia capaz de fornecer estes serviços respondendo com cada vez maiores velocidades e largura de banda. Actualmente, a tecnologia apta para estas características é a comunicação via fibra ótica (comunicações óticas). Esta tecnologia é aplicada sob redes Passive Optical Network (PON), arquitecturas que realizam a distribuição de fibra desde a origem (Optical Line Terminal (OLT)) até ao consumidor final (ONT ou Optical Network Unit (ONU)). E no contexto destas redes que surge a aplicação de ótica integrada para implementação destas estruturas (OLTs e ONTs) para transmissão e envio de informação com redução de consumo de energia, de complexidade e, por fim, de tamanho. Assim sendo, estes chips pretendem incluir num único exemplar, vários componentes óticos replicando as suas funções em tamanhos muito reduzidos, com recurso a elementos maioritariamente passivos. Esta dissertação contribui assim com o desenvolvimento de novas soluções para implementação de futuras redes capazes de dar resposta aos requisitos dos utilizadores. Deste modo, pretende-se desenvolver uma arquitectura para a implementação de um transmissor em formato Photonic Integrated Circuit (PIC), a ser implementado no lado do cliente - ONT. Este PIC deverá conseguir atingir uma taxa de transmissão de 40 Gbit/s e, para tal, deverá ainda ser estudado um método de implementação da técnica de multiplexagem de canais que adicione poucas perdas ao sistema, mas que, ainda assim, permita obter os 40 Gbit/s à saída pretendidos. A arquitectura proposta deverá ainda garantir um mínimo de 8 dBm de potência ótica à saída. Além disto, o chip deve ser concordante com os requisitos de rede impostos pela norma NG-PON2 Mestrado em Engenharia Eletrónica e Telecomunicações

Submitted by Marisa Figueiredo (marisa@ua.pt) on 2020-11-05T09:50:59Z No. of bitstreams: 1 Documento_Tiago_Costa.pdf: 2330696 bytes, checksum: 38edc0bdec4e36794e0bb430b77d3bb0 (MD5) Made available in DSpace on 2020-11-05T09:50:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Documento_Tiago_Costa.pdf: 2330696 bytes, checksum: 38edc0bdec4e36794e0bb430b77d3bb0 (MD5) Previous issue date: 2019-12 Mestrado em Engenharia Eletrónica e Telecomunicações

The need to increase transmission rates makes optical communications the technology to adopt, being the only one that currently allows data transmission in the range of Tb/s per channel. Several new technologies are being tested, and the path goes through increasingly advanced modulation systems. Probabilistic Constellation Shaping algorithms have been presented as a possible technology for the future, and they perform better especially when associated with error correction techniques such as FEC. In this dissertation are studied PCS algorithms, describing the whole process from signal generation, modulation, transmission and reception. A simulation study was made using 60 Gbaud, with bit rates between 400 and 600 Gbit/s, and QAM modulation techniques. This dissertation aims to demonstrate that PCS is a viable method and a true alternative to use in future metro networks. A necessidade de aumentar cada vez mais os ritmos de transmissão fazem das comunicações óticas a tecnologia a adotar, sendo esta a única tecnologia que, atualmente, permite transmissão de dados na gama dos Tb/s por canal. Várias novas tecnologias são testadas, sendo que o caminho passa por sitemas de modulação cada vez mais avançados. Algoritmos de Probabilistic Constellation Shaping foram apresentados como uma possível tecnologia para o futuro, sendo que apresentam melhor desempenho, comparado com um sistema uniforme, principalmente quando associados a técnicas de correção de erros como o FEC. Nesta dissertação são estudados algoritmos de PCS, descrevendo todo processo desde geração, modulação, transmissão e receção de sinais. Foi feito um estudo de simulação usando 60 Gbaud, com bit rates entre os 400 e 600 Gbit/s, e técnicas de modulação QAM. Esta dissertação visa demonstrar que PCS é um método viável e uma verdadeira alternativa a ser usada em futuras redes metro. Mestrado em Engenharia Eletrónica e Telecomunicações

Submitted by Marisa Figueiredo (marisa@ua.pt) on 2020-10-29T14:50:27Z No. of bitstreams: 1 Documento_João_Gonçalves.pdf: 24671078 bytes, checksum: 08bf59cbad2516cabd150644e0fa901a (MD5) Made available in DSpace on 2020-10-29T14:50:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Documento_João_Gonçalves.pdf: 24671078 bytes, checksum: 08bf59cbad2516cabd150644e0fa901a (MD5) Previous issue date: 2019-07 Mestrado em Engenharia Eletrónica e Telecomunicações

Nowadays, optical communication systems are capable of providing high bit rates. With technological evolution of these systems, it is necessary to study and improve domains like their packaging techniques, such as optical, electrical, thermal, mechanical and chemical packaging. In an early stage of this work, packaging design rules currently used in opto-electronic integrated circuit (OEIC) are listed. Furthermore, thermal dependence of some components placed in a photonic integrated circuit (PIC) is presented. Later on, the electrical packaging is performed which consists of developing a printed circuit board (PCB) for testing a photonic integrated circuit (PIC). The connection between the microscopic optical circuit and the electric circuit is made through wire-bonding technology. This work is finalized with thermal packaging where it is created a list of thermal design rules TDRs containing information about the minimum distance between active components in an optical integrated circuit for not having thermal interference. Hoje em dia, os sistemas de comunicação ótica são capazes de oferecer elevadas velocidades de transmissão. Com o desenvolvimento destes sistemas é necessário estudar e melhorar domínios como as suas técnicas de encapsulamento, nomeadamente encapsulamento ótico, elétrico, térmico, mecânico e químico. Esta dissertação aborda encapsulamento elétrico e térmico. Numa fase inicial deste trabalho são descritas regras de encapsulamento atualmente usadas num circuito integrado ótico-elétrico (OEIC) e é apresentada a dependência térmica de alguns componentes presentes num circuito ótico integrado (PIC). De seguida, é feito encapsulamento elétrico que consiste no desenvolvimento de um circuito impresso para teste de um circuito ótico. A sua conexão com o circuito ótico, de dimensões microscópicas, é feito através da tecnologia de wire-bonding. Este trabalho termina com um estudo acerca do encapsulamento térmico em que é criada uma lista de regras de design térmicas (TDRs). Estas regras contêm informação acerta da distancia mínima entre componentes num circuito ótico para que não haja interferência térmica. Mestrado em Engenharia Eletrónica e Telecomunicações

Nowadays, fiber to the Home/Curb/Building/Cabinet (FTTx) services that interconnect homes with a standard glass optical fiber cables to the core/access optical networks have brought the optical fiber at the doorsteps of our homes. However, the last few miles in home access network is still based on the limited bandwidth electronic component which supports by the cooper wires e.g. Cat-5, 6. The rapid growth of personal smart/mobile electronic devices with new developments such as video on demand, High Definition (HD) and three-Dimension (3D) television (TV), cloud computing, video conferences, etc. has been proposed new challenges for the next generation high bandwidth demand required for subscribers in home access network. In order to meet the more demanding expectations of the end user with new developments, it is necessary to improve the physical infrastructure of the existing in home networks in order to obtain the best ratio between quality of service and price of implementation. Plastic optical fibers (POFs) are point out as a promising transmission medium for short-range communication in compare to the “classic” single/multimode glass optical fibers and current cooper wire technology developments. The main advantages of POF are its easy to install, easy splicing and the possibility of using low cost optical transceivers, capability of being robust, and immunity to electromagnetic noise interference. However, the benefits of large-core POFs come at the expense of a less bandwidth and a higher attenuation than silica-based solution. The main objective of this doctoral dissertation is to explore the possibilities and develop low cost, short reach, high data rate POF-links for in home networks applications. This thesis investigates the use of multilevel modulation in particular, pulse amplitude modulation (PAM in combination of the receiver equalizer in order to overcome the bandwidth limitations of the graded index POFs. The possibility of the using multiple channels over a single fiber to increase the capacity of POF systems using commercially available multimode components is also analyzed in this dissertation. Moreover, a low cost Digitised radio signal over plastic fiber system is proposed and evaluated to deliver digital baseband data for wireline and wireless users in home access network. The deployment will be specified in terms of performance, maximum rates and any degradation that might appear in the network. Furthermore, the possibilities of the microstructured fibers in telecommunication application will be studied with main emphasis on their structural design. The photonic crystal fibers made of different highly nonlinear materials with different structures are optimized to achieve ultra-flat dispersion, high nonlinearity and low confinement loss over a broad range of wavelengths in the perspective of their usage in telecommunication applications. Hoje em dia, a possibilidade de a fibra óptica até casa (FTTH) para a transmissão simultânea de diferentes serviços como internet, telefone, televisão digital é uma realidade. No entanto, para satisfazer as expectativas mais exigentes do usuário final com novos desenvolvimentos, tais como vídeo sob demanda, de alta definição (HD) e tridimensional (3D) de televisão (TV), computação em nuvem, vídeo conferências, etc., é necessário melhorar a infra-estrutura física da existente em redes domésticas, a fim de obter a melhor relação entre a qualidade do serviço e preço de implementação. Fibra óptica de plástico (POF) é considerada um meio de transmissão promissor para comunicações de curto alcance, queando comparadas com a clássica fibra óptica de silica (tanto monomodo como multimodo) e com as tecnologias atuais baseadas em fio de cobre. As principais vantagens da POF encontramse na sua facilidade de instalação e conecção, possibilidade de uso de fontes e detectores de baixo custo, robustez e imunidade electromagnética. No entanto, o uso da POF de elevado diâmetro têm também desvantagens uma vez que esta oferece uma menor largura de banda e uma atenuação superior à fibra de sílica convêncional. Esta dissertação de doutoramento tem como principal objetivo explorar as possibilidades de desemvolvimento de componentes de baixo custo baseados em POF para redes de curto alcance, com alta taxa de transmisssão de dados. Esta tese investiga a utilização de vários formatos de modulação combinados com equalizador e receptor, de maneira a superar as limitações de largura de banda em sistemas de comunicação óptica de curto alcance. Em particular, a modulação em amplitude de impulso (PAM) é proposta e investigada a fim de aumentar a capacidade de tais sistemas. Além disso, a possibilidade de usar múltiplos canais, utilizando uma única fibra óptica, também conhecido por multiplexagem por divisão de comprimento de onda (WDM), será analisada neste trabalho. A viabilidade das tecnologias de redes de acesso tanto a nível individual como em sistemas WDM serão analisadas usando componentes multimodo disponíveis comercialmente. A implementação será especificada em termos de desempenho tanto a nível da taxas máximas de transmissão, bem como na degradação do sinal que possa ocorrer na rede. No capitulo 5 desta dissertação é apresentado sistema de radio através de fibra. Este tipo de sistemas permite a simplificação das estações base providenciando também uma elevada manutenção de custos. O principal objectivo deste estudo prende-se com a investigação do impacto da amostragem na preformance de digitalização de rádio através de fibra e também como a introdução de fibra óptica de plástico pode afetar o sistema. Além disso, a possibilidade da aplicação de fibras óticas microestruturadas em redes de telecomunicações serão estudadas com ênfase principal na sua concepção estrutural. As fibras de cristal fotônico feitas de diferentes materiais altamente não-lineares com diferentes estruturas serão otimizadas a fim de alcançar uma dispersão ultra-plana, elevada não linearidade e baixa perda de confinamento em uma vasta gama espectral, na perspectiva de seu uso em aplicações de telecomunicações. Programa Doutoral em Engenharia Eletrotécnica

The current society is increasingly dependent on communication services, requiring better and faster connections, predicting in a near future connections in the order of hundreds of Gbit/s. During the data transmissions, the increase of speed reflects an increase of the error ratio due to factors such as noise, reductions of signal or jitter, which for low speed these were not emphasized so much. This project involves the development of a BER test system for both continuous and Burst mode of the transmission, demonstrating the viability of communication over the next-generation technology, NG-PON2, which uses high transmission rates (10 Gbit/s). For this purpose, an FPGA architecture was implemented that allows for long distances in the optical network, high transmission rates. This choice reflects a more economical alternative in relation to commercial equipment and has several advantages, such as the flexibility to reprogram and prepare the architecture according to the needs of the user. To achieve the proposed requirements, the project was divided into three parts. In the first part an architecture was developed that allows to obtain the error rate during a continuous mode transmission. In order to obtain the real-time viability of the communication referred and to have control over the system, an interface was developed between the computer and the FPGA to change certain characteristics of the communication channel. This is the second part of the project. The last part of the project has an architecture similar to the previous one, that is, instead of the transmission to be done in continuous mode, it is performed in mode Burst, being this the requirement with more interest to the technology NG-PON2. Finally, proof of concept was performed through an optical network provided by the company PICadvanced that allowed the validation of the different parts of the project. These validations will allow the development of new modules that will later contribute to the main project that is under development in the company PICadvanced, which aims at the construction of an automatic calibration board for the XFP transceivers. A sociedade atual depende cada vez mais dos serviços de comunicação, exigindo melhores ligações e mais rápidas, prevendo-se num futuro próximo a necessidade de ligações na ordem das centenas de Gbit/s. O aumento dos ritmos de transmissão refletem um aumento no que se refere à taxa de erro (BER), uma vez que o impacto associado a fatores como ruı́do ou interferência entre sı́mbolos, é maior do que para baixos ritmos. Este trabalho foca-se no desenvolvimento de um sistema de teste BER, tanto para uma transmissão contı́nua como para transmissão em rajadas, que demonstre a viabilidade da comunicação sobre a tecnologia da próxima geração, Next Generation Passive Optical Network 2 (NG-PON2), que utiliza débitos de transmissão elevados (10 Gbit/s). Para este efeito foi implementado uma arquitetura em Field-programmable gate array (FPGA) que possibilita para longas distâncias na rede ótica, elevados ritmos de transmissão. Esta escolha reflete uma alterativa mais económica em relação aos equipamentos comerciais e apresenta vantagens tais como a flexibilidade de reprogramar e preparar a arquitetura de acordo com as necessidades do utilizador. Para cumprir os requisitos propostos o projeto dividiu-se em três partes. Numa primeira parte do projeto desenvolveu-se uma arquitetura que permite adquirir a taxa de erros durante uma transmissão contı́nua. Com o intuito de analisar a viabilidade em tempo real da comunicação em questão, bem com o utilizador ter controlo sobre o sistema, alterando certas caracterı́sticas do canal de comunicação, desenvolveu-se numa segunda parte do projeto uma interface entre o computador e a FPGA. Numa última parte do projeto desenvolveu-se uma arquitetura semelhante à anterior, na qual se permite igualmente adquirir a taxa de erros com transmissão em rajadas (Burst), sendo este um dos requisitos de maior interesse na tecnologia NG-PON2. Por fim, a prova de conceito foi realizada através de uma rede ótica disponibilizada pela empresa PICadvanced, que permitiu a validação das diversas partes do projeto. Estas validações vão permitir a conceção de novos módulos que posteriormente vão contribuir para o projeto fonte que está em desenvolvimento na empresa PICadvanced, que visa a implementação de uma placa de calibração automatizada para os transceptores 10 Gigabit Small Form Factor Pluggables (XFP). Mestrado em Engenharia Eletrónica e Telecomunicações

Submitted by Alexandra Bastos (alexandrabastos@ua.pt) on 2019-05-02T11:13:08Z No. of bitstreams: 1 Advanced communicatios with plastic optical fibers.pdf: 3266580 bytes, checksum: 4ecc88c774ece9732dc8a3e879271021 (MD5) Made available in DSpace on 2019-05-02T11:13:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Advanced communicatios with plastic optical fibers.pdf: 3266580 bytes, checksum: 4ecc88c774ece9732dc8a3e879271021 (MD5) Previous issue date: 2018 Programa Doutoral em Engenharia Eletrotécnica

Submitted by Alexandra Bastos (alexandrabastos@ua.pt) on 2020-05-15T15:47:48Z No. of bitstreams: 1 Documento.pdf: 10895092 bytes, checksum: 63ab225d2f355e02158aafe7886124e1 (MD5) Made available in DSpace on 2020-05-15T15:47:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Documento.pdf: 10895092 bytes, checksum: 63ab225d2f355e02158aafe7886124e1 (MD5) Previous issue date: 2018 Mestrado em Engenharia Eletrónica e Telecomunicações

Demand by bandwidth in the optical access networks (OANs) are increasing significantly, since services from the mobile backhaul to the fixed Internet end-user require increasingly higher performance and flexibility. This demand has motivated the research community to propose new optical transmission solutions for the next-generation passive optical networks (PONs) towards to improve the spectral efficiency through an increase in the number of users, flexible data rates, higher extended reach and heterogeneous services, fulfilling at the same time network equipment cost constraints. Coherent ultra-dense wavelength division multiplexing (UDWDM) PON appears as one of the solutions for next-generation OANs, combining coherent detection, advanced modulation formats and digital signal processing (DSP). This technology benefits the network with a virtual point-to-point (P2P) configuration, i.e. with dedicated UDWDM channels per end-user, supporting a longer signal reach and a larger number of users due to the improved sensitivity and selectivity provided by coherent detection. However, coherent PON with advanced modulation formats requires efficient DSP, with flexible working conditions towards different type of services, different data rates or modulation formats, which entails cost issues for its access commercialization. The main goal of the present work is to propose DSP hardware architectures for coherent UDWDM-PON technology, exploiting efficient and low complexity solutions. Therefore, the practical realization is addressed to develop digital PON transceivers based on advanced DSP for both optical line terminal (OLT) and optical network unit (ONU), combining experimental and field-trial validations with high capacity systems and real-time processing. A procura por largura de banda nas redes de acesso ópticas (OANs) tem crescido significativamente, uma vez que serviços desde mobile backhaul até Internet fixa, exigem, cada vez mais, melhor desempenho e flexibilidade. Esta procura tem motivado a indústria de telecomunicações a procurar novas soluções de transmissão para redes ópticas passivas (PONs) da próxima geração, visando melhorar a eficiência espectral através do aumento do número de utilizadores na rede, taxas de dados flexíveis, maior alcance e serviços heterogéneos, mantendo o custo dos equipamentos da rede o mais baixo possível. Multiplexagem por divisão de comprimento de onda com espaçamentos ultra densos (UDWDM) tem surgido como uma das soluções para as redes de acesso da próxima geração, combinando detecção coerente, formatos de modulação avançados e processamento digital de sinal (DSP). Esta tecnologia beneficia a rede PON com uma ligação virtual ponto-a-ponto (P2P), ou seja com canais UDWDM dedicados por utilizador, suportando um maior alcance da rede e um maior número de utilizadores devido à melhor sensibilidade e seletividade proporcionada pela detecção coerente. No entanto, a solução coerente com formatos de modulação avançados requer uma DSP eficiente, com condições de operação flexíveis e com diferentes tipos de serviços, diferentes taxas de dados ou formatos de modulação, acarretando problemas de custo para a sua comercialização nas redes de acesso. O objetivo principal do presente trabalho ´e propor arquiteturas de hardware DSP para a tecnologia UDWDM-PON com detecção coerente, explorando soluções eficientes e de baixa complexidade. Nesse sentido, a realização prática compreende desenvolver transmissores e receptores digitais para a tecnologia UDWDM-PON baseados em algoritmos DSP para os equipamentos “optical line terminal” (OLT) e “optical network unit” (ONU), combinando validações experimentais e em campo real com sistemas de alta capacidade, e processamento digital de sinal em tempo real. Este trabalho foi financiado em parte pela COMPETE, um programa de fundos FEDER, e pela Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) através da bolsa de doutoramento com a referência SFRH/BD/113346/2015 e através dos projectos PANORAMA II, Real-PON, NG-PON2 e FutPON. Programa Doutoral em Engenharia Eletrotécnica

Mestrado em Engenharia Eletrónica e Telecomunicações O Crosstalk de Raman na camada de vídeo está em focus. A coexistência é simulada em laboratório e analisada com sinais 4-PAM e UDWDM com modulação QPSK e DP-QPSK. Pulso rectangular (mais conhecido como NRZ) e pulso de Nyquist. A densidade espectral de potência é analisada como um elemento notável que afecta o Crosstalk. Raman Crosstalk on Video Overlay is in focus. Coexistence is simulated in laboratory and analysed with 4-Pulse Amplitude Modulation (4-PAM) and Ultra Dense Wavelength Division Multiplexing (UDWDM) with Quaternary- Phase-Shift Keying (QPSK) and Dual Polarization - Quaternary-Phase-Shift Keying (DP-QPSK) signal. Rectangular (Or also known as Non-Return-to- Zero (NRZ)) pulse shaping and Nyquist pulse shaping. Power Spectral Density (PSD) is analysed as a noticeable element a ecting crosstalk.

Mestrado em Engenharia Eletrónica e Telecomunicaões Com o crescimento de novos dispositivos fot onicos resultantes da jun c~ao da electr onica e optica, surgiram novas areas de estudo. A fot onica integrada e uma dessas areas e refere-se ao fabrico e implementa c~ao de v arios componentes fot onicos num substrato plano comum. De forma a obter um processamento de imagem superior, os m etodos de compress~ao s~ao uma ferramenta fundamental, da qual a transformada de Haar e a mais importante devido a sua facilidade de implementa c~ao e r apida computa c~ao. Este m etodo pode ser alcan cado com o uso de estruturas opticas. Com isto, a implementa c~ao da transformada com um dispositivo optico e desenvolvida nesta disserta c~ao. Os Interfer^ometros Multimodo s~ao guias de onda com N entradas e M sa das, e s~ao apresentados como uma poss vel solu c~ao para conseguir a transformada de Haar. Isto vai permitir criar a soma e a subtra c~ao de sinais fundamental a transformada de Haar. Magic-T e o nome dado ao dispositivo que possui esta capacidade de soma e subtrac c~ao. O estudo te orico feito por Soldano et al. e algumas implementa c~oes de Magic-T com diferentes dispositivos opticos s~ao analisados. Com a informa c~ao reunida e baseada em diferentes arquitecturas apresentadas por Besse et al. e El-Sabban et al. uma solu c~ao nal foi obtida com o uso de um Interfer ometro Multimodo 2 x 2. Atrav es do uso de simula c~oes de M etodo de Propaga c~ao de Feixe no OptoDesigner PhoeniX SoftwareTM a solu c~ao foi analisada e optimizada. Algumas compara c~oes s~ao feitas com os dispositivos Magic-T j a analisados. No m e implementada uma rede de Haar com o Magic-T projectado e s~ao feitas novas simula c~oes sobre esta rede, concluindo que e uma solu c~ao vi avel e um poss vel substituto a alguns componentes j a implementados com outros Magic-T. Este componente vai ser integrado no ^ambito do projecto COMPRESS de forma a substituir um acoplador que realiza tambem a transformada de Haar. The arising of new photonic devices resulting from the connection of electronics and optics, new areas of study were created. Integrated photonics is one of those areas and it refers to the fabrication and integration of several photonics components on a common planar substrate. In order to obtain a superior image processing, the compression methods are a fundamental tool, in which the Haar Wavelet Transform is the most used due to the uncomplicated design and also fast computation. This method of compression can be achieved with optical structures. With this background, an Haar transform implementation with an optical tool is developed in this thesis. Multimode Interferometers are a waveguide structure with N inputs and M outputs, and are presented as a solution to achieve the Haar Transform. This device will allow to make signal additions and di erences required by the Haar Transform and when having this proprieties it is named as Magic- T. The theoretical approach made by Soldano et al. and other Magic-T implementations with various optical devices are analysed. With the information gathered and inspired in di erent architectures made by Besse et al. and El-Sabban et al. a nal solution was achieved with the use of an 2 x 2 Multimode Interferometer. Through Beam Propagation Method simulations on OptoDesigner PhoeniX SoftwareTM the solution was analysed and optimized. Some comparisons are drawn between this solution and the other Magic-T previous analysed. Lastly an Haar Network is also implemented with the designed Magic-T and simulated with OptoDesigner, concluding that it is a viable solution with a good power performance and a possible substitute to some devices already implemented with other Magic-T. This device will be implemented in the project COMPRESS, with the aim to replace a coupler that also reproduces the Haar Transform.

Mestrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações Nos dias que correm com a adoção generalizada de smartphones, conteúdos de vídeo, computação em nuvem e redes sociais, o volume de tráfego não para de aumentar. Assim, existe uma procura constante para melhorar a largura de banda das redes existentes. Neste contexto surgiu a Next Generation Passive Optical Network Phase (NG-PON) 2 a qual é um novo standard que vai permitir um aumento da largura de banda que pode chegar aos 80Gbps. O conhecimento dos requisitos do standard NG-PON 2 é importante, para que se possam produzir equipamentos que possam vir a ser utilizados nestas redes. Atualmente existe uma grande evolução nas comunicações óticas. Esta evolução tecnológica levou ao aparecimento de Photonic Integrated Circuits(PICs). Os PICs permitem a integração no mesmo chip de diversos componentes óticos permitindo assim construir circuitos com maior desempenho e fiabilidade. Cada vez mais, existe um grande investimento nesta área, estão inclusivamente a aparecer softwares cujo propósito é permitir aos utilizadores criar e simular PICs, para que estes possam ser posteriormente construídos. É então importante o conhecimento das caraterísticas mais importantes dos blocos que estes softwares permitem simular. Neste trabalho serão testados alguns blocos do “VPItoolkit PDK HHI” que é um toolkit que quando adicionado no software VPItransmissionMaker™, permite simular os componentes produzidos pelo Heinrich Hertz Institute (HHI). Com estes componentes, serão ainda feitas simulações visando a sua utilização em uma rede NG-PON2. Foi também dada grande atenção ao estudo dos Multimode Interference Devices (MMI) dos quais foi feito um modelo em MATLAB. E ao mach Zehnder Modulator (MZM) do qual foi realizada uma animação a demostrar dinamicamente a propagação da Luz dentro dele. Foram ainda sugeridas duas arquiteturas possíveis para um tranceiver a ser utilizado no Optical Network Unit (ONU) em redes NG-PON 2. Nowadays with the widespread adoption of smartphones, video content, cloud computing and social networks, the volume of traffic is constantly increasing. Therefore, it exists a constant demand to improve the bandwidth of the existing networks. In this context emerged the Next Generation Passive Optical Network Phase (NG-PON 2), which is a new standard that will allow an increase in the bandwidth up to 80 Gbps. The knowledge of the requirements of the standard NG-PON 2 is important, to allow the production of equipment that can be used in these networks. Currently there is a major evolution in optical communications. This technological evolution has led to the emergence of Photonic Integrated Circuits (PICs). By using PICs various optical components can be integrated on the same chip, allowing to build circuits with higher performance and reliability. Currently there is a large investment in this area, software whose purpose is to allow users to create and simulate PICs are starting to appear, to subsequently allow a correct manufacturing of the PICs. It is important to know the most important features of these software blocks and what do they allow to simulate. During this work some blocks from "VPItoolkit PDK HHI" will be tested. "VPItoolkit PDK HHI" is a toolkit that when added in VPItransmissionMaker ™ software allows the simulation of the components produced by the Heinrich Hertz Institute (HHI). With these components, simulations were made to test their use in a NG-PON2 network. It was also given attention to the study of the Multimode Interference Devices (MMI) from which was created a model in MATLAB. And to the Mach Zehnder Modulator (MZM) from which was made an animation to dynamically demonstrate the propagation of light inside him. It was also suggested two possible architectures for a transceiver to be used on the Optical Network Unit (ONU) in NG-PON 2 networks.

Mestrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações Submitted by Cristina Santos (cmaria@ua.pt) on 2017-10-13T14:40:37Z No. of bitstreams: 1 tese_GuilhermeCabral.pdf: 11670519 bytes, checksum: 9c9256a7609ddad780797b7241b56aaa (MD5) Made available in DSpace on 2017-10-13T14:40:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_GuilhermeCabral.pdf: 11670519 bytes, checksum: 9c9256a7609ddad780797b7241b56aaa (MD5) Previous issue date: 2016-07-26

Mestrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações Com o constante evoluir das necessidades do ser humano nos últimos anos, a transmissão e armazenamento de dados para aplicações vídeo e media têm crescido exponencialmente, obrigando a uma procura incessante de novas soluções para optimizar a largura de banda. Com a finalidade de obter um processamento de imagem mais rápido, os métodos de compressão são uma importante ferramenta para reduzir os dados redundantes. Entre diversas técnicas de transformação para compressão, as transformadas baseadas em wavelets são as mais usadas devido à sua simplicidade e computação rápida. Relativamente a esta abordagem, dadas as suas vantagens, o processamento de imagem totalmente ótico é aqui realizado, sendo baseado na transformada de Haar. Dado que esta transformada de wavelet já provou os seus benefícios face a outros métodos de transformação para compressão, a sua implementação em estruturas óticas guiadas é obrigatória. Neste contexto, é introduzido Photonic Integrated Circuit (PIC), já que pode incluir vários componentes num único chip ótico. Entre a extensa lista de blocos de construção (BBs) disponíveis para esta integração fotónica, as estruturas de interferência multimodo (MMI) são apresentadas como solução para realizar a transformada ótica de Haar. O desenvolvimento de tal componente foi elaborado assim como a sua implementação num PIC, concretizando a transformada de Haar de primeira ordem. Utilizando os BBs de uma fábrica específica, o esquemático do circuito de uma solução adoptada foi também implementado. With the evolution of the human needs in the last years, data transmission and storage for video and media applications have grown exponentially, demanding the search of new solutions for optimizing the bandwidth. In order to have faster image processing, compression methods are fundamental tools to decrease the redundant data. Among several transformation techniques for compression, wavelet-based transforms are the trendiest ones because of its simplicity and fast computation. Concerning this approach and given the advantages, all-optical image processing is here performed based on Haar Transform. Since this wavelet transform has shown its benefits when compared to other methods, its implementation in optical guided structures is mandatory. In this context, Photonic Integrated Circuit (PIC) is introduced since it can include different components into a single optical chip. Between the extensive list of building blocks (BBs) available for this photonic integration, the Multimode Interference (MMI) structure is presented as a possible solution to perform the optical Haar wavelet transform. The development of such a structure was done likewise its implementation into a PIC, performing the first order Haar. Using the BBs from a specific foundry, a layout of the circuit from an adapted Haar Transform solution was also made.

Mestrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações O principal tema abordado neste trabalho e a tecnologia a ser utilizada em redes passivas oticas de nova gera c~ao, nomeadamente o TWDM e o PtP WDM, com um foco em especial nos mecanismos de tunabilidade a ser usados nas arquiteturas de rede mencionadas. Come cou por ser feita uma abordagem geral ao tema, um "overview" a recomenda c~ao para o NG-PON2 e apresentada, assim como uma revis~ao a transceivers incolores, componentes essenciais nas arquitecturas do NG-PON2. Tendo em conta o n vel de precis~ao apresentada, tr^es tipos de ONUs s~ao de nidas nos standards do NG-PON2, e os mecanismos de tuning necess arios para lidar com os diferentes tipos de ONU s~ao tamb em apresentados. Foi caracterizado um laser sintoniz avel (DFB) tendo em vista a sua utiliza c~ao numa ONU do NG-PON2, os parametros avaliados foram: tempo de sintoniza c~ao, excurs~ao espectral e precis~ao de tuning. As t ecnicas de medi c~ao s~ao apresentadas bem como os resultados obtidos. The main issue addressed in this work are the technologies to be employed in the next-generation passive optical networks, including TWDM-PON and PtP WDM, with a particularly focus on the tuning mechanisms featuring the aforementioned network architectures. A general approach to the topics was carried out, by making an overview the NG-PON2 recommendation, a review to colorless transceivers is presented as well, essential components on the NG-PON2 architectures. Three types of ONUs are de ned in NGPON2 standards, by taking into account the accuracy level of the ONU Tx, tuning mechanisms necessary to to deal with the di erent kind of ONUs are presented as well A tunable DFB laser was characterized, considering its utilization on a NGPON2 ONU. The evaluated parameters are: tuning time, spectral excursion and tuning accuracy. The setups utilized for the measurements are presented as well as the results.

Mestrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações Submitted by Cristina Santos (cmaria@ua.pt) on 2017-03-14T18:22:51Z No. of bitstreams: 1 thesis.pdf: 2945606 bytes, checksum: c9d3d1135a600a539d4a6662f4eb5be5 (MD5) Made available in DSpace on 2017-03-14T18:22:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 thesis.pdf: 2945606 bytes, checksum: c9d3d1135a600a539d4a6662f4eb5be5 (MD5) Previous issue date: 2016

Mestrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações Hoje em dia todas os pessoas estão ligadas em rede, e devido a proliferação de diversos serviços torna-se cada vez mais imprescindvél arranjar novas opções para fornecer a maior largura de banda possvél, para responder as necessidade geradas. As redes oticas passivas de próxima geração surgem como a solução fornecendo ritmos de transmissão na ordem dos Terabits/s e um alcance na ordem dos milhares de kilometros. Neste contexto será falado dos sinais de rádio na fibra, que trazem vantagens ao nível da simpli ficação das estações base, possibilitando poupança nos custos, isto ao integrar a tecnologia de rádio com a tecnologia de fibra existente Neste trabalho iniciou-se pelo estudo da literatura existente das arquitectura existentes de radio-sobre- fibra, bem como as suas limitações. De seguida, procedeu-se ao desenvolvimento de uma plataforma de simulação para estudar os fenomenos que o sinal de rádio sofre ao ser transportado no sistema otico. Por ultimo, foram realizadas experiências laboratoriais, primeiro com um transceiver NG-PON2 e depois com um sistema rádio-sobre-fibra, consistindo o objectivo em caracterizar estes sistemas. Nowadays all the people are connected on a network, and due to the proliferation of several services it becomes indispensable to nd new option to provide as more bandwidth as possible to answer to necessity. The next generation passive optical networks rise as a solution to supply transmission rate on the Terabits/s order and a reach on the order of the thousands kilometers. On this context, the radio-over- ber signals are going to be spoken about, which o er advantages by the simpli cation of base stations, allowing lower costs, and this by composing the radio technology with the already existent ber technology. This work initiated by the study of the existent literature of the radio-over- ber architectures, as well as their limitations. Then, proceeded on the development of a simulation platform to study the phenomenons that a radio-over- ber su ers while going through the optical system. For last, laboratory experiments were carried out rst with a NG-PON2 transceiver and then with a radio-over- ber system, being the objective of characterizing these systems.

Mestrado em Engenharia Eletrónica e Telecomunicações As redes oticas tem vindo a evoluir por forma a conseguir acompanhar a crescente necessidade de largura de banda. Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) tem sido utilizado com sucesso em numerosos standards digitais para uma ampla gama de aplicações, tais como a transmissão de audio/video digital e sistemas de comunicação wireline/wireless. A atractividade do OFDM resulta de uma boa e ciência espectral e uma redução da interferência entre símbolos. Neste trabalho tentou-se combinar as qualidades do OFDM com as características únicas de uma Passive Optical Network (PON) por forma a compreender se este cenário e ou não viável e em que condições o poder ser. No transmissor otico, o OFDM e gerado atraves de processamento digital de sinal (DSP) usando a transformada inversa de Fourier (IFFT). Este sinal processado e convertido para o domínio RF e depois endereçado a um mecanismo de modulação otica que o transforma num sinal otico pronto para a transmissão. Vários moduladores vão ser testados, as suas características serão descritas e um estudo acerca do seu impacto no sistema ser a efectuado. No receptor, o campo otico do sinal e reconstruído por detecção direta e em seguida, e aplicado o processamento digital de sinal inverso para assim os dados originais serem recuperados. A qualidade do sinal ser a discutida através de métodos de avaliação, onde as aplicações dos vários sinais são comparadas de modo a caracterizar o desempenho do sistema. Assim inicialmente, foi apresentada e demonstrada uma arquitetura de transmissão OFDM-PON nos links upstream usando um modulador externo de Mach-Zehnder (MZM), com agregação de tráfego por multiplexação de banda ortogonal e formatos de modulação avançados. Como alternativa, utilizou-se um método de modulação de baixo custo, baseado em Re ective Semi-conductor Ampli er (RSOA), com um sinal OFDM de 625 Mbit/s. Ambas as experiências usaram o mesmo setup de recepção para comparação. O RSOA apresenta uma largura de banda electrica limitada e por isso não permite muito maior largura de banda ou ritmo de transmissão. O OFDM-PON demonstra que e uma solução alternativa e ciente para as redes oticas de acesso baseadas em aplicações radio sobre bra. Este trabalho visa a validação de uma arquitetura OFDM-PON com um bit rate de 10 Gbit/s usando formatos de modulação avançados como QPSK e 16- QAM, de modo a conseguir tirar mais partido das capacidades da bra. Optical networks have been improving in order to follow the growth bandwidth demand. Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) has been successfully employed into numerous digital standards for broadrange of applications such as digital audio/video broadcasting and wireline/ wireless communication systems. OFDM is an attractive solution since it has good spectral e ciency and an e cient symbol interference reduction. In this work, it was studied the combination of the qualities from OFDM with the unique characteristics of a Passive Optical Network (PON) in order to understand if this scenario is feasible and which conditions it can be. In the transmitter side, the OFDM is generated by digital signal processing (DSP) using inverse fast Fourier transformation (IFFT). The processed signal is converted into the RF domain and then addressed to an optical modulation mechanism that transform it in an optical signal for the transmission. Di erent modulators will be tested and their characteristics described. In the receiver side, the optical signal is reconstructed by direct detection and then inverse digital signal processing is applied to retrieve the original data. The signal quality will be discussed through evaluation methods, where the signals applications are compared in order to characterize the system performance. Thus, an OFDM-PON transmission architecture was presented and demonstrated in upstream links using an external modulator Mach-Zehnder (MZM), with tra c aggregation by orthogonal band multiplexing and advanced modulation formats. As an alternative, a low cost modulation method based on the Re ective Semi-conductor Ampli er (RSOA) was used with an OFDM signal of 625 Mbit/s. The reception setup was used for both experiments in order to compare their results. RSOA has limited electrical bandwidth and therefore does not allow higher bandwidth or transmission rate. The OFDM-PON demonstrates to be an e cient alternative solution for optical access networks based on radio over ber applications. This work aims the validation of an OFDM-PON architecture with a bit rate of 10 Gbit/s using advanced modulation formats such as QPSK and 16-QAM, in order to take full advantage of ber capabilities.

Doutoramento em Engenharia Eletrotécnica - Telecomunicações The work presented herein, studies Next Generation Optical Access Networks (NG-OAN) economically (e.g. energy consumption) and technologically (e.g. rate, reach and dedicated/shared bandwidth). The work is divided into four main topics: energy efficiency in optical access architectures, novel spectrally efficient Long-Reach Passive Optical Networks (LR-PON), crosstalk impacts in heterogeneous and homogenous access networks and hybrid optical wireless transmissions. We investigate the impact of user profiles, optical distribution network topologies and equipment characteristics on resource sharing and power consumption in LR-PON. To have a clear vision on the energy consumption evolution of each part of NG-OAN, a model is proposed to evaluate the energy efficiency of optical access technologies. A spectrally efficient bidirectional Ultra-Dense Wavelength Division Multiplexing (UDWDM) PON architecture is developed using Nyquist shaped 16-ary quadrature amplitude modulation, offering up to 10 Gb/s service capabilities per user or wavelength. Performance of this system in terms of receiver sensitivity and nonlinear tolerance under different network transmission capacity conditions are experimentally optimized. In bi-directional transmis-sion, using frequency up/down-shifting of Nyquist pulse shaped signal from optical carrier, a full bandwidth allocation and easy maintenance of UDWDM networks as well as reduction of Rayleigh back-scattering are achieved. Moreover, self-homodyne detection is used to relax the laser linewidth requirement and digital signal processing complexity at the optical network unit. Simplified numerical model to estimate the impact of Raman crosstalk of multi-system next generation PONs in video overlay is proposed. Coexistence of considered G.98X ITU-T series and coherent multi-wavelength systems is considered and assessed. Additionally, the performances of bidirectional hybrid optical wireless coherent PONs over different optical distribution network power budgets and hybrid splitting ratios are evaluated. O trabalho aqui apresentado estuda redes óticas de acesso de próxima geração (NG-OAN) nas vertentes económica (consumo de energia) e tecnológica (taxa, alcance e largura de banda dedicada/partilhada). O trabalho está dividido em quatro grandes temas de investigação: a eficiência energética em arquiteturas de acesso ótico, as redes óticas passivas de longo alcance (LR-PON) com nova eficiência espetral, o impacto da diafonia em redes de acesso heterogéneas e homogéneas e as transmissões ópticas híbridas com tecnologias sem fio. Investiga-se o impacto dos perfis dos utilizadores, as tipologias da rede de distribuição ótica, as características do equipamento de partilha de recursos e o consumo de energia em LR-PON. Para se ter uma visão clara sobre o consumo de energia de cada parte das NG-OAN, é proposto um modelo para avaliar a eficiência energética das tecnologias de acesso óticas. Desenvolve-se uma arquitetura PON bi-direcional com elevada eficiência espetral, recorrendo a multiplexagem por divisão de comprimento de onda ultra-densa (UDWDM), modulação de amplitude em quadratura com formato de impulso de Nyquist, oferecendo até 10 Gb/s por utilizador/comprimento de onda. O desempenho deste sistema em termos de sensibilidade do recetor e da tolerância à resposta não linear do canal de comunicação, sob diferentes condições de transmissão, é avaliado experimentalm-ente. Em transmissão bi-direcional, utilizando desvio de frequência (cima/baixo) do impulso com formato de Nyquist relativo à portadora ótica conseguiu-se uma alocação de largura de banda completa e uma manutenção mais simplificada de redes UDWDM, bem como a redução do espalhamento de Rayleigh. Além disso, a deteção auto-homodina é usada para relaxar o requisito de largura de linha do laser e a complexidade do processamento digital de sinal nas unidades da rede ótica. Propõe-se um modelo numérico simplificado para estimar o impacto da diafonia de Raman em sistemas PON de próxima geração, com sobreposição do sinal de vídeo. É analisada a coexistência da série G.98X ITU-T e são considerados e avaliados sistemas coerentes multi-comprimento de onda. Adicionalmente avaliam-se os desempenhos de PONs bi-direcionais híbridas, considerando tecnologia coerente e propagação por espaço livre, para diferentes balanços de potência e taxas de repartição na rede ótica de distribuição.

Doutoramento em Engenharia Eletrotécnica - Telecomunicações Submitted by Daisy Tavares (daisytavares@ua.pt) on 2015-11-06T16:06:02Z No. of bitstreams: 1 TESE.pdf: 6208865 bytes, checksum: 106cb1e59286e705d9141ee637662278 (MD5) Made available in DSpace on 2015-11-06T16:06:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TESE.pdf: 6208865 bytes, checksum: 106cb1e59286e705d9141ee637662278 (MD5) Previous issue date: 2015-03

Doutoramento em Engenharia Eletrotécnica Optical networks are under constant evolution. The growing demand for dynamism require devices that can accommodate different types of traffic. Thus the study of transparent optical networks arises. This approach makes optical networks more "elegant" , due to a more efficient use of network resources. In this thesis, the author proposes devices that intend to form alternative approaches both in the state of art of these same technologies both in the fitting of this technologies in transparent optical networks. Given that full transparency is difficult to achieve with current technology (perhaps with more developed optical computing this is possible), the author proposes techniques with different levels of transparency. On the topic of performance of optical networks, the author proposes two techniques for monitoring chromatic dispersion with different levels of transparency. In Chapter 3 the proposed technique seems to make more sense for long-haul optical transmission links and high transmission rates, not only due to its moderate complexity but also to its potential moderate/high cost. However it is proposed to several modulation formats, particularly those that have a protruding clock component. In Chapter 4 the transparency level was not tested for various modulation formats, however some transparency is achieved by not adding any electrical device after the receiver (other than an analog-digital converter). This allows that this technique can operate at high transmission rates in excess of 100 Gbit / s, if electro-optical asynchronous sampling is used before the optical receiver. Thus a low cost and low bandwidth photo-detector can be used. In chapter 5 is demonstrated a technique for simultaneously monitoring multiple impairments of the optical network by generating novel performance analysis diagrams and by use of artificial neural networks. In chapter 6 the author demonstrates an all-optical technique for controlling the optical state of polarization and an example of how all-optical signal processing can fully cooperate with optical performance monitoring. As redes ópticas estão em constante desenvolvimento. A crescente demanda por dinamismo das mesmas requer cada vez mais, dispositivos que possam albergar diversos tipos de tráfego. Dessa forma surge o estudo sobre redes ópticas transparentes. Este tipo de abordagem torna as redes ópticas mais ’elegantes’, devido a um uso mais eficiente dos recursos da rede. Nesta tese o autor propõe dispositivos que pretendem formar alternativas quer no estado da arte destas mesmas tecnologias quer no encaixe das mesmas em redes ópticas transparentes. Dado que a transparência total é dificil de alcançar com as tecnologias atuais (talvez com computação óptica mais desenvolvida isso seja possível), o autor propõe técnicas com diferentes níveis de transparência. No âmbito da monitoria de desempenho óptico o autor propôe duas técnicas para a monitoria da dispersão cromática com diferentes niveis de transparência. No Capítulo 3 a técnica proposta parece fazer mais sentido para transmissões ópticas de longo curso e a elevadas taxas de transmissão, não só devido à sua moderada complexidade, mas também ao seu potencial custo. No entanto esta, é proposta para vários formatos de modulação, especialmente aqueles que têm uma componente de relógio bem saliente. No Capítulo 4, o nível de transparência não foi testado para vários formatos de modulação, no entanto alguma transparência é obtida através da não inclusão de nenhum dispositivo eléctrico após o receptor (excepto um conversor analógico-digital). Isto permite que esta técnica possa operar a elevadas taxas de transmissão acima de 100 Gbit~s, se for utilizada amostragem electro-óptica assíncrona antes do receptor. Dessa forma pode ser utilizado um fotodetector de baixo custo e de baixa largura de banda. No capítulo 5 é demonstrada uma técnica para monitoria em simultâneo de vários impedimentos da rede óptica atráves de um novo método para gerar diagramas de análise de desempenho com redes neuronais artificiais. No capítulo 6 o autor demonstra uma técnica para controlo da polarização, totalmente processada no domínio óptico assim como um exemplo de como o processamento totalmente óptico pode cooperar com o monitoria do desempenho óptico.

Mestrado em Engenharia Eletrónica e Telecomunicações Due to the continuous growth of bandwidth need, passive optical networks (PONs) emerged. From the Gigabit-PON (G-PON), 10 Gigabit-PON (XG-PON) and Time Wavelength Division Multiplexing PON (TWDM-PON), they still being made studies on passive optical networks that can meet the bandwidth requirements of the future, such as the Ultra Dense Wavelength Division Multiplexing PON (UDWDM-PON). In this thesis, the mentioned technologies are studied, describing the main features of the existing ones. It is also made an individual study for each technology in terms of sensitivity. Also, it is made a study on coexistence scenarios, by analysing the impact of the other technologies on UDWDM-PON. Devido ao contínuo crescimento da necessidade de uma maior largura de banda, surgiram as redes óticas passivas (PON – Passive Optical Network). Passando pela G-PON (Gigabit-PON), XG-PON (10 Gigabit PON) e TWDM-PON (Time Wavelength Division Multiplexing PON), continuam a ser feitos estudos de redes óticas passivas que possam cumprir os requisitos de largura de banda no futuro, como é o caso da UDWDM-PON (Ultra Dense Wavelength Division Multiplexing PON). Nesta dissertação são estudadas as tecnologias acima referidas, descrevendo as principais características das tecnologias já existentes. É também efetuado um estudo individual a cada uma das tecnologias em termos de sensibilidade. São também estudados cenários de coexistência, analisando o impacto da aproximação da UDWDM-PON às restantes tecnologias.

Mestrado em Engenharia Eletrónica e Telecomunicações Com ocrescenteaumento da utilização das telecomunicações terão de surgir novas formas de assegurar a qualidade de serviço e neste contexto, surgem a transmissão de rádio sobre fibra e as redes óticas passivas de próxima geração. A transmissão de rádio sobre fibra traz benefícios a nível da simplificação das estações base, assim como uma poupança significativa em manutenção. As redes óticas passivas de próxima geração surgem como uma necessidade devido à crescente busca por maior largura de banda e estas vêm colmatar a futura sobrecarga a que as redes óticas atuais estarão sujeitas. No presente trabalho estuda-se o impacto de alguns importantes parâmetros do sistema ótico na transmissão digital e analógica de rádio sobre fibra. Na transmissão analógica estudou-se o impacto dos fenómenos limitativos associados ao modulador Mach-Zehnder e testou-se, experimentalmente e por simulação, a influência da introdução de fibra neste mesmo sistema. Já na transmissão digital analisou-se o impacto do número de bits de resolução no desempenho do sistema, considerando cenários com e sem fibra. Concluiu-se que a transmissão digital permite obter valores de sensibilidade mais reduzidos, à custa do aumento da resolução e consequentemente do ritmo de transmissão, logo com impacto quando se considera propagação em fibra. Também neste trabalho realizou-se um estudo do filtro de seleção de canal, em NG-PON2. Em relação a este tópico, simulou-se um sistema onde se alterou o tipo de filtro e a ordem do mesmo e observou-se o impacto que estes teriam caso se dessintonizasse o filtro e caso se introduzisse fibra. With the increased use of telecommunications, new ways of ensuring the quality of service must be developed and in this perspective there are two technologies arising: radio over fiber technology and next generation passive optical networks Radio over fiber transmission allows the simplification of the base stations, as well as provides great maintenance savings. Next generation passive optical networks arise as a need due to the growing need for bandwidth and also to prevent the future overload that the existing networks will suffer. In this work, the impact of some important parameters related to the transmission of radio over fiber, both digital and analogue, are studied. In the analogue transmission, it was studied the impact of the phenomena related to the Mach-Zehnder modulator and also the influence of fiber introduction in this system (simulated and tested in the laboratory). In the digital transmission, the main objects of study were the impact of the number of resolution bits in the system’s performance and also how the introduction of fiber would affect the system; both topics were simulated and tested in the laboratory. Related to radio over fiber transmissions it was concluded that the digital transmission has advantages over the analogue transmission, since it is possible to receive lower values of optical power, maintaining the same error value. Another object of study in this work was the channel selecting filter in the NG-PON2 technology. About this topic, it was simulated a system in which the type of the filter and its order was changed and their impact on the system was simulated when it suffered from detuning and when fiber was introduced.

Mestrado em Engenharia Eletrónica e Telecomunicações In the last years there has been a clear evolution in the world of telecommunications, which goes from new services that need higher speeds and higher bandwidth, until a role of interactions between people and machines, named by Internet of Things (IoT). So, the only technology able to follow this growth is the optical communications. Currently the solution that enables to overcome the day-by-day needs, like collaborative job, audio and video communications and share of les is based on Gigabit-capable Passive Optical Network (G-PON) with the recently successor named Next Generation Passive Optical Network Phase 2 (NG-PON2). This technology is based on the multiplexing domain wavelength and due to its characteristics and performance becomes the more advantageous technology. A major focus of optical communications are Photonic Integrated Circuits (PICs). These can include various components into a single device, which simpli es the design of the optical system, reducing space and power consumption, and improves reliability. These characteristics make this type of devices useful for several applications, that justi es the investments in the development of the technology into a very high level of performance and reliability in terms of the building blocks. With the goal to develop the optical networks of future generations, this work presents the design and implementation of a PIC, which is intended to be a universal transceiver for applications for NG-PON2. The same PIC will be able to be used as an Optical Line Terminal (OLT) or an Optical Network Unit (ONU) and in both cases as transmitter and receiver. Initially a study is made of Passive Optical Network (PON) and its standards. Therefore it is done a theoretical overview that explores the materials used in the development and production of this PIC, which foundries are available, and focusing in SMART Photonics, the components used in the development of this chip. For the conceptualization of the project di erent architectures are designed and part of the laser cavity is simulated using Aspic™. Through the analysis of advantages and disadvantages of each one, it is chosen the best to be used in the implementation. Moreover, the architecture of the transceiver is simulated block by block through the VPItransmissionMaker™ and it is demonstrated its operating principle. Finally it is presented the PIC implementation. Nos últimos anos tem existido uma evidente evolução no mundo das telecomunicações, que vai desde novos serviços que requerem maiores velocidades e maior largura de banda, a um role de interações entre pessoas e máquinas, designada por Internet of Things (IoT). Assim, a única tecnologia capaz de acompanhar este crescimento são as comunicações óticas. Atualmente a solução que permite colmatar as necessidades do dia-a-dia, tais como trabalhar colaborativamente, comunicar por áudio e vídeo, e partilhar ficheiros, é baseada no Gigabit-capable Passive Optical Network (G-PON) com a mais recente evolução designada por Next Generation Passive Optical Network Phase 2 (NG-PON2). Esta tecnologia baseia-se na multiplexagem no domínio do comprimento de onda e devido às suas características e desempenho torna-se a tecnologia mais vantajosa. Um dos principais focos das comunicações óticas são os Photonic Integrated Circuits (PICs). Estes conseguem englobar num único dispositivo vários componentes, o que simplifica o desenho do sistema ótico, reduzindo o espaço e o consumo de energia e melhora a confiabilidade. Estas caracteristicas tornam este tipo de dispositivos vantajosos para uma série de aplicações, justificando os investimentos no desenvolvimento da tecnologia para um nível muito elevado de desempenho e fiabilidade ao nível dos blocos de construção. Com o objetivo de desenvolver as redes óticas passivas de futuras gerações, este trabalho apresenta o desenho e a implementação de um PIC que visa ser um transrecetor universal para aplicações para NG-PON2. O mesmo PIC pode ser usado como Optical Line Terminal (OLT) ou como Optical Network Unit (ONU) e em ambos os casos como transmissor e recetor. Inicialmente é feito um estudo das redes óticas passivas e os seus standards. Seguidamente é feita uma abordagem teórica que explora um pouco dos materiais usados no desenvolvimento e produção de um PIC, quais as fábricas existentes, focando na SMART Photonics e os componentes usados no desenvolvimento deste chip. Com vista à concetualização do projeto, diferentes arquiteturas são desenhadas e a parte da cavidade do laser é simulada usando o Aspic™. Partindo da análise das vantagens e desvantagens de cada uma delas, é escolhida a melhor para utilizar na implementação. De seguida, a arquitetura do transrecetor é simulada bloco a bloco através do VPItransmissionMaker™ e é demonstrado o seu princípio de funcionamento. Finalmente é apresentada a implementação do PIC.

Mestrado em Engenharia Eletrónica e Telecomunicações The rapid growth of the telecommunications area and the increasing demand for bandwidth by users has led to the need of develop the Wavelength-division multiplexed passive optical network (WDM-PON) architecture, which can increase the bandwidth of the existing network without the necessity of installing new fiber . A key technique for the high capacity WDM-PON networks is the generation of optical multi-carriers. This technique is the main focus point of this dissertation, which begins to look at the generation of optical multi-carriers in a general way and then will try to find the best way to apply this technique to an Ultra Dense WDM-PON (UDWDM-PON) application. Two distinct methods of generating optical multi-carriers were tested and it was concluded that the ‘single stage dual arm driven MZM’ is the one that offers more benefits to an UDWDM-PON application. O rápido crescimento do setor das telecomunicações e a crescente procura de largura de banda por parte dos utilizadores, levou à necessidade de desenvolvimento da arquitetura wavelength-division multiplexed passive optical network (WDM-PON), que permite aumentar a largura de banda da rede existente sem a necessidade de instalar nova fibra. Uma técnica chave para a criação de redes WDM-PON de alta capacidade é a geração de multi-portadoras óticas. Esta técnica é o principal foco desta dissertação, que começa por olhar para a geração de multi-portadoras óticas de uma forma geral e de seguida vai encontrar a melhor forma para aplicar esta técnica a uma aplicação Ultra Dense WDM-PON (UDWDM-PON). Dois métodos distintos de gerar multi-portadoras foram testadas e foi concluído que o ‘single stage dual arm driven MZM’ é o método que mais benefícios apresenta para uma aplicação UDWDM-PON.

Mestrado em Engenharia Eletrónica e Telecomunicações In recent years, Internet has been assuming a fundamental role in everyday life. Traffic demands are increasing in such a way that the available technologies will presumably no longer satisfy the raised requirements. For the last years, operators have expressed a clear interest in the implementation and development of Passive Optical Network (PON) to provide several services and applications to a high flow rate per client. Comparing to other access technologies, PON is very attractive mainly due to reduction of maintenance and to the operational cost efficiency. As a consequence, PON systems were standardized and developed in the whole world, but the everincreasing bandwidth demand makes this type of network need to evolve. Therefore, the current standardized technologies Gigacapable PON and XG-PON need to be upgraded to Next-Generation PON2. In order to protect the initial investment and to reduce the operational costs, operators should keep the current optical distribution network, providing the technologies coexistence in the same fiber. The principle of NG-PON2 is to improve previous technologies, in terms of capacity, ODN compatibility, bandwidth and cost-efficiency. In April 2012, Full Service Access Network (FSAN) selected the time and wavelength multiplexing PON (TWDM-PON) technology as the solution of choice for NG-PON2. Almost one year later, ITU-T G.989.1 came out, providing some wavelength plans proposals. The ability to operate on existing fiber ODN, coexisting with legacy PON is the most important requirement. The current dissertation is based on the study of TWDM-PON upstream transmission. Both GPON and XG-PON work in burst mode for upstream direction, therefore in the current study also that type of data transmission is considered for upstream TWDM-PON. Once using this transmission mode, some parameters have to be taken into consideration, as the packets size and their separation length in order to understand which frame fits the best, considering the system performance. In the actual study, it was supposed to visualize transients in each packet, however it was experimentally proved that once the lifetime of the carriers is less than the burst time, it was not possible to identify any of them. It was also verified that increasing the guard time will decrease the performance of the system. A Internet tem vindo a assumir um papel fundamental no quotidiano de cada utilizador. A largura de banda exigida é cada vez mais alta, desta forma, as tecnologias actualmente disponíveis acabarão por deixar de satisfazer os requisitos emergentes. Nos últimos anos, as operadoras têm manifestado um interesse evidente no desenvolvimento de Redes Ópticas Passivas (PON), com o intuito de fornecer vários serviços e aplicações a uma taxa de fluxo elevada por cliente. Comparando com outras tecnologias de acesso, as redes PON são muito actrativas devido à sua baixa manutenção e aos custos/eficiência de operação. Como consequência, os sistemas PON foram padronizados e desenvolvidos em todo o mundo. No entanto, este tipo de tecnologia necessita de progredir ao longo do tempo, mantendo a satisfação dos requisitos de tráfego que lhe serão impostos. Assim, as tecnologias actualmente implementadas: GPON e XG-PON, necessitam de sofrer um upgrade para NG-PON2 (Next- Generation PON 2). De modo a proteger o investimento inicial, reduzindo os custos de operação, as operadoras devem manter e reutilizer a ODN já implementada, possibilitando a coexistência das tecnologias na mesma fibra. NG-PON2 é uma melhoria da capacidade, da compatibilidade na ODN, largura de banda e custo-eficiência das tecnologias anteriores. Em Abril de 2012, a FSAN selecionou a tecnologia TWDM-PON (Time and Wavelength Division Multiplexing PON) como solução do projecto NG-PON2. Um ano após a sua seleção, a norma ITU-T G.989.1 foi publicada, propondo alguns planos de comprimentos de onda. A coexistência de TWDM-PON com as PON anteriores na mesma ODN é o requisite mais importante. A presente dissertação baseia-se no estudo de transmissão upstream de TWDM-PON. Ambos GPON e XG-PON operam em modo burst para a direção upstream. Uma vez utilizao este modo de transmissão, é necessário considerer determinados parâmetros como o tempo de separação interburst – guard time, tal como o comprimento de cada pacote, com o intuito de compreender o impacto da variação destes mesmos campos no desempenho do sistema. No presente estudo, era susposto visualizar transientes em cada pacote de transmissão, no entanto foi comprovado experimentalmente, que uma vez que o tempo de vida dos portadores do EDFA selecionado é menor que o intervalo de cada burst, não se identificaram transientes. Verificou-se também que, o aumento da separação interburst degrada o desempenho do sistema.

Mestrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações A Internet está a ter um papel cada vez mais activo no quotidiano actual. As exigências de tráfego estão a aumentar consideravelmente mais do que a receita disponivel, sendo que se torna visível a extrema necessidade por servicos de banda larga. Recentemente, os operadores de telecomunicações tem demonstrado um vasto interesse em providenciar serviços a clientes residenciais, usando Redes Ópticas Passivas (PON). Este forte investimento levou ao desenvolvimento de vários standards, estando actualmente a ser desenvolvida a nova geracão da rede. O novo objectivo é bastante claro – NGPON2 deve superar as tecnologias anterioes relativamente à compatibilidade ODN, capacidade, largura de banda e custo-eficiência. Após vários estudos, em Abril de 2012, FSAN ((Full Service Access Network) definiu TWDM (Time- Wavelength Division Multiplexing) como sendo a solução mais atractiva para preencher os requisitos necessários. Em Março de 2013, foi aprovada a norma ITU-T G.989.1 endereçando novos planos de comprimentos de onda, de acordo com as exigências dos operadores. O requisito mais importante para esta nova rede de acesso centra-se em garantir uma possível co-existência com as redes PON já desenvolvidas. Para esse efeito, torna-se essencial uma nova alocação de espectro e posteriores estudos de interferência, garantindo, assim, a preservação de todos os sistemas. No âmbito do referido acima, o presente documento expôe inicialmente um estudo acerca da nova tecnologia TWDM, incluindo caracteristicas gerais e suas limitações. Foram obtidos, para tal, resultados experimentais e simulados. Posteriormente, é efectuado um estudo da tecnologia TWDM em co-existência com redes PONs anteriores e, também, com sinais modulados com diferente formatos. Estes cenários tem o propósito de observar os efeitos gerados no seu desempenho. Alguns parâmetros, como espaçamento entre canais, potência de transmissão e taxas de transmissão de bits foram tidos em consideração. O objectivo é criar uma única rede heterogénea onde vários formatos de alta transmissão de dados co-existem, por forma a optimizar e definir a máxima ocupação da rede de acesso de nova geração. The Internet is increasingly becoming part of everyday life. Once the traffic demands are growing much more rapidly than the available revenue, it is visible the gradual increase of the need for broadband services. In recent years, telecom operators have shown a great interest in providing various services to residential customers, using the Passive Optical Network (PON) topology. This strong investment has led to several standards in order to achieve the potential subscribers and nowadays is being developed the next generation. The future goal is clear - NGPON2 must overcome previous technologies in ODN compatibility, capacity, bandwidth and cost-efficiency. After several studies, in April 2012, FSAN (Full Service Access Network) defined TWDM (Time-Wavelength Division Multiplexing) as the more attractive solution to fulfill the necessary requirements. On March 2013, was approved the ITU-T G.989.1 recommendation addressing possible wavelength plans, according operator’s needs. The most important requirement for this new access generation is to provide an environment of coexistence with the legacy PON and others. In this order, it is necessary new allocation in the spectrum and further interference studies, to preserve all the systems intact. In this scope, the following document presents a study over the new technology TWDM separately, including general features and limitations. Both simulated and experimental results were obtained. Afterward, it is introduced within several coexistence scenarios, with the legacy and signals with different modulation formats, to observe the effect created on its performance. Were taken into account some parameters as channel spacing, transmitted power and high bit rates. The aim is to create a heterogeneous network with high data rate formats coexisting in the same access network to study and help defining the next generation max occupancy of a given network.

Mestrado em Engenharia Eletrónica e Telecomunicações Submitted by Daisy Tavares (daisytavares@ua.pt) on 2015-03-12T15:43:15Z No. of bitstreams: 1 Tese.pdf: 2697655 bytes, checksum: 892ff6551b614866112ca328fe2968f5 (MD5) Made available in DSpace on 2015-03-12T15:43:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese.pdf: 2697655 bytes, checksum: 892ff6551b614866112ca328fe2968f5 (MD5) Previous issue date: 2014

Mestrado em Engenharia Eletrónica e Telecomunicações Submitted by Patrícia Correia (patriciacorreia@ua.pt) on 2015-08-26T11:55:44Z No. of bitstreams: 1 Transceivers para TWDM-PON.pdf: 5774890 bytes, checksum: faedb9685bb8dfb7c1833f6cd689a628 (MD5) Made available in DSpace on 2015-08-26T11:55:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Transceivers para TWDM-PON.pdf: 5774890 bytes, checksum: faedb9685bb8dfb7c1833f6cd689a628 (MD5) Previous issue date: 2014

Mestrado em Engenharia Eletrónica e Telecomunicações During the last years, the demand for high data transfer rates in optical fiber communications has increased exponentially. Since image in its original format exactly as it is captured by the digital camera requires an enormous amount of storage capacity, it is important to develop a system that increases its amount of compression while preserving the important image’s information. In the topic of image’s compression, there are several transformation techniques used for data compression. Discrete Wavelet Transform (DWT) is one of the most commonly used, thanks to its multi-resolution transformation. This multi-resolution property allows to develop, not only a lossless compression method, from which the original image can be obtained exactly as it was before the transform, but also, a lossy method where it is not possible to obtain the original image. In this context, this thesis will develop the idea to apply the Haar wavelet transform using optical circuits. This concept will be analyzed, verifying the possibility of its implementation in the optical domain, using several methods, lossy and lossless, to conclude about the best compression method to apply to an image. Finally, the lossy method will be tested in the laboratory with different components and design the optical device able to accomplish the Haar wavelet transform. Nos últimos anos, a procura por elevados ritmos de transferência de informação em comunicações óticas tem aumentado exponencialmente. Dado que imagem, no seu formato original exactamente como é captada pela câmara fotográfica ocupa enormes quantidades de espaço de armazenamento, torna-se importante desenvolver um sistema que aumente o seu grau de compressão, preservando as informações importantes da imagem. No tópico da compressão de imagem existem várias técnicas de transformação usadas para compressão de dados. A transformada discreta de onduleta é uma das mais usadas, graças ao uso da transformação em multiresolução. Esta propriedade de multi-resolução permite não só desenvolver métodos de compressão de imagem sem perdas, nos quais se obtém a imagem original exatamente como era antes da transformação, como também métodos com perdas, já não sendo possível obter a imagem original. Neste contexto, esta tese irá desenvolver a ideia de aplicar a transformada de onduleta de Haar usando circuitos óticos. Este conceito irá ser analisado, verificando a possibilidade da sua implementação no domínio ótico, usando vários métodos, com perdas e sem perdas, para concluir acerca do melhor método de compressão a aplicar a uma imagem. Por fim, o método com perdas irá ser testado no laboratório com diferentes componentes e desenhar o dispositivo ótico capaz de aplicar a transformada de onduleta de Haar.

Tese de Doutoramento em Engenharia Eletrotécnica apresentada à Universidade de Aveiro. Nos últimos anos, a crescente procura e troca de informação tem levado ao aumento de tráfego nas redes de comunicação óticas actuais. As comunicações coerentes, com recurso à amplitude e fase do sinal, ressurgem como uma das técnicas de transmissão capazes de aumentar a eficiência espectral e o rendimento dos canais óticos. Nesse âmbito, este trabalho apresenta um estudo sobre a conversão de formatos de modulação de sinais, usando técnicas exclusivamente no domínio ótico, através de conversão de comprimento de onda, com base no MZI-SOA. Esta técnica, aplicada em nós óticos que interligam redes óticas com débitos binàrios distintos, permite uma maior escalabilidade e eficiência da rede. A tese começa por apresentar uma caracterização experimental detalhada das propriedades estáticas e dinámicas do MZI-SOA. É depois proposto um modelo semi-analítico que descreve a evolução da amplitude e fase do sinal ótico à saída do MZI-SOA. Os coeficientes do modelo são obtidos recorrendo a um algoritmo genético multiobjectivo. O modelo é validado experimentalmente, explorando a dependência do sinal ótico com os parâmetros operacionais do MZISOA. Segue-se a proposta de uma técnica de conversão de formato de modulação de amplitude para modulação de fase contínua. Finalmente, é feito um estudo das potencialidades do MZI-SOA para conversão de formato de modulação de amplitude para modulação QPSK e QAM. Mostra-se a depedência da constelação do sinal com o desvio dos parâmetros operacionais, em torno do valor ótimo. A técnica é validada experimentalmente para modulação QPSK. Over the years, the increased search and exchange of information lead to an increase of traffic intensity in todays optical communication networks. Coherent communications, using the amplitude and phase of the signal, reappears as one of the transmission techniques to increase the spectral efficiency and throughput of optical channels. In this context, this work present a study on format conversion of modulated signals using MZI-SOAs, based exclusively on alloptical techniques through wavelength conversion. This approach, when applied in interconnection nodes between optical networks with different bit rates and modulation formats, allow a better efficiency and scalability of the network. We start with an experimental characterization of the static and dynamic properties of the MZI-SOA. Then, we propose a semi-analytical model to describe the evolution of phase and amplitude at the output of the MZI-SOA. The model’s coefficients are obtained using a multi-objective genetic algorithm. We validate the model experimentally, by exploring the dependency of the optical signal with the operational parameters of the MZI-SOA. We also propose an all-optical technique for the conversion of amplitude modulation signals to a continuous phase modulation format. Finally, we study the potential of MZI-SOAs for the conversion of amplitude signals to QPSK and QAM signals. We show the dependency of the conversion process with the operational parameters deviation from the optimal values. The technique is experimentally validated for QPSK modulation. Apoio financeiro da Fundação para a Ciência e Tecnologia — FCT através da bolsa SFRH / PROTEC / 50015 / 2009.

Mestrado em Engenharia Eletrónica e Telecomunicações Ótica de meio livre, ou FSO como é mais conhecido, aparece como solução para grandes taxas de transferência de dados e maiores larguras de banda necessárias para as redes de comunicações sem fios. Sendo esta uma tecnologia flexível, eficaz e de baixo custo em relação às alternativas existentes no mercado, depressa despertou o interesse das empresas de telecomunicações. O FSO encontra-se em investigação há bastante tempo. Apesar de ainda existirem desafios que subsistem, o seu relevo leva à possibilidade de ser uma tecnologia complementar. Entre as dificuldades existentes encontram-se problemas de alinhamento entre transmissor e recetor e fenómenos atmosféricos que provocam atenuação e no pior dos casos perda da ligação. Ao longo desta dissertação, é feito o estudo de diferentes problemas presentes numa ligação FSO e analisado o comportamento de determinados sinais sobre a conexão. Para estes estudos foram aplicados vários sinais tais como NRZ e DP-QPSK e utilizada a tecnologia TWDM numa ligação FSO, analisando o seu desempenho. Para se analisarem situações onde a realização prática seria muito difícil, foram realizadas simulações, analisando BER, SER, EVM e Perdas do sistema FSO. Free space optics or FSO as it is known, appears as a solution for large data rates and higher bandwidth needed for wireless networks. Since this technology is flexible, effective and low cost compared to existing alternatives in the market technology, quickly aroused the interest of telecommunications companies. The FSO is under investigation for quite some time. While there are still challenges that remain, their relief leads to the possibility of a complementary technology. Among the existing difficulties are problems of alignment between the transmitter and receiver, and atmospheric phenomena that cause attenuation and in the worst case loss of the connection. Throughout this dissertation, it’s done the study of different problems present in FSO connection and analyzes of the behavior of known signals upon the connection. For these studies, different signals like NRZ and DP-QPSK such as TWDM technology are applied and analyzed on a FSO link performance. To analyze situations where practical testing isn’t viable, simulations were used, analyzing BER,SER, EVM and losses of the FSO system.

Mestrado em Engenharia Eletrotécnica e Telecomunicações Due to the increased need for more bandwidth, access networks are evolving constantly. At the moment, GPON networks are the main choice in Europe, but due to the increased traffic in recent years, developing a new option for access networks defined NGPON2 as one of the main focuses in telecommunication research. In this document the current PON networks and the possible NGPON2 candidates will be studied. The main focus will be the possibility of designing a WDM-PON network while maintaining the main GPON architecture already implemented. By using SFPs, an example will be shown where a normal GPON transmission will be converted to another wavelength in order to show a possible implementation of a WDM network. Com o aumento da necessidade de largura de banda nos últimos anos as redes de acesso encontram-se em constante evolução. Sendo que as redes GPON são de momento a principal escolha num âmbito europeu, devido ao aumento de tráfego nos últimos anos, a necessidade de uma nova tecnologia para redes de acesso NGPON2 é um dos principais focos de investigação em telecomunicações. Neste documento irá ser realizado um estudo das actuais redes PON e as possíveis opções para uma rede NGPON2. Maior ênfase será dado à possibilidade de realizar uma rede WDM-PON utilizando como base a arquitectura GPON já implementada. . Utilizando SFPs irá ser demonstrado como é possível converter uma transmissão GPON para outros comprimentos de onda com o objectivo de criar uma rede WDM.

Mestrado em Engenharia Eletrónica e Telecomunicações Nos dias que correm assiste-se a um contínuo crescimento do consumo de conteúdos que exigem uma maior largura banda disponível para cada utilizador o que leva ao investimento, por parte dos operadores de telecomunicações, na procura de novas soluções no domínio ótico. Desta procura surgiram as redes óticas passivas (PON: Passive Optical Network) que se iniciaram com as G-PON (Gigabit PON), que mais tarde evoluíram para as XG-PON (10-Gigabit PON) e que atualmente se encontram em fase de migração para cenários de NG-PON2. Paralelamente a estes desenvolvimentos também se verificou um progresso nos sistemas de transmissão de rádio sobre fibra, quer no domínio analógico (RoF – Radio over Fiber) quer no domínio digital (DRoF - Digitized Radio over Fiber). Neste contexto, o presente documento, estuda as tecnologias acima referidas em três cenários: num cenário em que estas se apresentam isoladas, noutro em que se avalia a coexistência das tecnologias PON e por fim num cenário em que se estuda a coexistência das PON com DRoF. No primeiro cenário estuda-se a sensibilidade das tecnologias assim como as distâncias máximas possíveis, sendo que no segundo cenário de coexistência, para além do estudo da sensibilidade e distância máxima, também se averigua o efeito de Raman estático provocado pelo canal G-PON. Por fim, no último cenário averigua-se qual a sensibilidade e a distância máxima para cada tecnologia presente neste. Nowadays is possible to notice a tremendous growth of the consumption of the new contents that requires greater bandwidth to each user, which leads to an investment by telecommunications operators in order to come up with new solutions in the optical domain. With this demand for greater bandwidth arose the Passive Optical Networks (PON), which began with G-PON (Gigabit PON) which later evolved to XG-PON (10-Gigabit PON) and that currently are in migration phase to NG-PON2 (Next Generation PON) scenarios. Along with these developments, there were some progresses on the transmission of radio signals over fibre, either in the anolog (RoF - Radio over Fibre) or in the digital (DRoF - Digitized Radio over Fibre) domain. In this context, this paper studies the technologies above mentioned in three different scenarios: a scenario where those are presented in isolated schemes, another that assesses the coexistence of PON technologies and finally the last scenario that studies the coexistence of PON technologies with DRoF. On all these scenarios were study the sensitivity and the maximum range of those technologies whereas on the second scenario was study, in addition, the SRS (Stimulated Raman Scattering) caused by G-PON channel.

Mestrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações A procura por maiores larguras de banda nas redes de telecomunicações em curtos períodos de tempo tem crescido bastante. Mas tem-se verificado um desequilíbrio em termos de flexibilidade, eficácia e custo, uma vez que há zonas de difícil acesso, onde se torna caro levar uma fibra, e há ligações que podem ser apenas temporárias, outras de longo termo. É o chamado problema de “last mile bottleneck”. Uma das possibiblidades para ultrapassar estes obstáculos, é a utilização de uma tecnologia chamada óptica de meio livre (mais conhecida pela tradução inglesa “Free Space Optics”, ou FSO). Esta tecnologia, mesmo sendo já antiga, apresenta ainda alguns desafios em termos de perdas na atmosfera ou de possíveis desalinhamentos do emissor e receptor, por exemplo. Neste trabalho é feito um estudo de uma ligação de FSO, aplicando-lhe um sinal GPON, que é uma rede óptica passiva, bastante usada pelos operadores de telecomunicações hoje em dia. Em primeiro lugar é feita a caracterização do sinal GPON apenas em fibra, assim como do “Extender Box” existente no laboratório, e só depois se fez o teste desse sinal sobre uma secção de FSO. Aplicou-se também um sinal de vídeo para perceber se o facto de passar na secção de FSO afectava a qualidade do mesmo. São feitas também algumas simulações de modo a perceber de que forma é que as perdas na ligação e o BER são afectados pela turbulência e pelo comprimento da própria ligação. The seek for higher bandwidth in telecommunications networks on short timelines has grown quite. But it has been found an imbalance in terms of flexibility, efficiency and cost, because there are areas of difficult access, where is expensive the deployment of fiber, and there are connections that could be only temporary, and others are long term. It’s called the last mile bottleneck problem. One of the possibilities to overcome these obstacles is the usage of a technology called Free Space Optics (FSO). That, even if already old, still faces some challenges in terms of atmospheric losses or possibility of misalignment between the emitter and the receptor, for example. In this work a FSO connection is studied, applying a GPON signal, which is a passive network, quite used by the telecommunications operators nowadays. First a GPON signal characterization is done, only with fiber cables, as well as the Extender Box existent in the laboratory, and then the test of that signal over a FSO section is carried out. A video signal was also applied in order to assess the impact of the FSO section in its quality. Some simulations are also done in order to understand how link losses and BER are affected by turbulence and by the link length itself.

Mestrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações Submitted by Manuel Jesus (albertojesus@ua.pt) on 2013-12-10T13:12:01Z No. of bitstreams: 1 7958.pdf: 2452462 bytes, checksum: c6d148797c1c3269eea13e99cc083d72 (MD5) Made available in DSpace on 2013-12-10T13:12:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 7958.pdf: 2452462 bytes, checksum: c6d148797c1c3269eea13e99cc083d72 (MD5) Previous issue date: 2013

Mestrado em Engenharia Eletrotécnica e Telecomunicações Submitted by Daisy Tavares (daisytavares@ua.pt) on 2014-11-13T11:30:25Z No. of bitstreams: 1 Tese.pdf: 2721332 bytes, checksum: fdd560f212f6fc817bad48d8e380b068 (MD5) Made available in DSpace on 2014-11-13T11:30:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese.pdf: 2721332 bytes, checksum: fdd560f212f6fc817bad48d8e380b068 (MD5) Previous issue date: 2013

Mestrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações O tremendo crescimento da Internet e o consumo de novos conteúdos tem levado os operadores de telecomunicações a apostar fortemente nas redes óticas passivas de acesso. Esta aposta tem como objetivo atingir um maior número e diversidade de utilizadores, bem como aumentar a capacidade e alcance das redes existentes, e diminuir o seu custo. A intensificação dos trabalhos nesta área conduziu a um aumento das atividades de investigação nesta área, que levaram à criação de várias normas. Ao longo desta dissertação os requisitos definidos nas normas G-PON, E-PON e XG-PON foram analisados, bem como foram apresentadas algumas das futuras alternativas. Foram também estudados e discutidos os requisitos de convivência entre as tecnologias atuais e as que futuramente se espera que sejam implementadas, bem como apresentados possíveis cenários de migração e coexistência. De seguida, considerou-se um cenário de convivência entre todas as tecnologias atualmente normalizadas e analisou-se a viabilidade da utilização do espectro disponível na banda C para a utilização da tecnologia TWDM-PON. Dessa forma, efetuou-se um estudo laboratorial da interferência devida à dinâmica do efeito de difusão estimulada de Raman sobre o vídeo em ambientes de convivência com sinais NRZ e efetuaram-se simulações por forma a analisar a viabilidade da utilização dessa gama de comprimentos de onda. Foram também realizados testes laboratoriais por forma a caracterizar os sistemas EPON e G-PON disponíveis no laboratório, bem como analisar a tecnologia XG-PON, efetuando-se uma correspondência com as suas normas. Por fim, foi testada experimentalmente a convivência entre G-PON, XG-PON e vídeo. Por último, foi realizado um teste da estabilidade do comprimento de onda de emissão de um laser sintonizável controlado por temperatura por forma a verificar a viabilidade da utilização deste controlo para tornar as ONUs sintonizáveis. The tremendous growth of the Internet and new content consumption has led telecom operators to invest strongly in passive optical networks. This investment aims to achieve a greater number and diversity of potential users, as well as increase the capacity and reach of existing networks, and lower its cost. The intensification of the work in this area has led to the creation of many standards and has also intensified research in this area. Along this dissertation the requirements defined in the standards Gigabit-capable Passive Optical Network (G-PON), Ethernet PON (EPON) and 10-Gigabit-capable PON (XG-PON) were analyzed, as well as were shown some of the future alternatives. Were also studied and discussed the requirements of coexistence between current technologies and the technologies that are expected to be implemented. Are also presented possible scenarios of migration and coexistence. Next, it was considered a scenario of coexistence among all technologies currently standardized and was analyzed the feasibility of using the available spectrum in the C band for the use of the technology TWDM-PON. Thereby, it was performed a laboratory study of the impact caused by the dynamic component of Stimulated Raman Scattering on the video signal in coexistence with NRZ signals. Simulations were also performed in order to examine the feasibility of using this available range of wavelengths. Laboratory tests were also performed in order to characterize the systems EPON and G-PON available in the lab, as well as it was analyzed the XG-PON technology, making up a correspondence with its standards. It was also tested experimentally the coexistence of G-PON, XG-PON and video. Finally, it was performed a test of the stability of the emission wavelength of a tunable laser controlled by temperature in order to verify the feasibility of using this control to make the ONUs tunable.

Mestrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações O tema principal abordado neste trabalho é a tecnologia WDM-PON como próxima geração de redes de acesso. Começou por ser feita uma abordagem geral a este tópico, servindo esta como ponto de partida para a parte experimental. Foi proposta e demonstrada uma arquitectura WDM-PON bidirecional directamente modulada baseada em lasers sintonizáveis e receptores sintonizáveis no terminal do utilizador, e um divisor de potência no nó de acesso. Foram também apontados possíveis melhoramentos ao hardware desta arquitectura. Dois formatos de modulação avançados – QPSK e Duobinário – foram abordados, no contexto dos sistemas WDM-PON. Assim sendo, foram testados um sistema coerente QPSK e um sistema UDWDM-QPSK e foram apresentados os resultados obtidos. The main topic of this work is WDM-PON as a technology for next generation access networks. It was first made a general approach to this topic, serving as starting point to the experimental part. It was proposed and demonstrated a bidirectional directly modulated WDM-PON architecture based on tunable lasers and tunable receivers at the users’ end, and a splitter at the Remote Node. Possible improvements to this architecture’s hardware were also pointed out. Two advanced modulation formats – QPSK and Duobinary – were addressed, in the context of WDM-PON systems. Thus, we tested a coherent QPSK and a UDWDM QPSK system and present the obtained results.

Mestrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações Este documento mostra a pesquisa no desenvolvimento de uma rede óptica GPON, utilizando uma caixa extensora. Começa com uma introdução aos amplificadores ópticos e as suas aplicações prácticas, introduzindo de seguida o leitor, á estrutura da rede GPON/XGPON. A parte práctica consiste em dois estágios: o primeiro que compreende a simulação destas redes, e o segundo, a parte experimental, em que se confirmam os resultados da simulação. This document presents research on the development of GPON optical network, using an extender box. It consists of an introduction of optical amplifiers on their functions and activities. Then introduces the reader to the network structure, GPON and XGPON. The practical part consists on two stages, the simulation of these networks, and the experimental part following the simulation results.