Optimização de sistemas de comunicação baseados na tecnologia WDM

Abstract

O presente trabalho tem por objectivo a optimização de sistemas de comunicação ópticos multicanal de alta densidade, tendo em especial atenção os filtros ópticos utilizados na separação e tratamento dos canais, e os dispositivos de adição/subtracção de canais. Para tal, caracterizam-se primeiramente as funções de transferência de diferentes filtros ópticos, nomeadamente de filtros Fabry-Pérot simples e de três espelhos, filtros de matriz de guias de onda e redes de Bragg, tendo em consideração as limitações relacionadas com a sua implementação prática. Em seguida, procede-se à optimização do produto capacidade de transmissão × distância, recorrendo ao método de transmissão suportada pela dispersão, conjugada com códigos de reduzida ocupação espectral (duobinário e quaternário) e filtros ópticos optimizados para aumentar a eficiência espectral dos sistemas multicanal. A optimização de filtros ópticos para conseguir uma elevada eficiência espectral e simultaneamente compensar a dispersão é um dos principais conceitos deste trabalho. Essa optimização é aplicada a filtros ópticos que efectuam a filtragem de um único canal ou de vários canais simultaneamente, em sistemas multicanal. Procede-se ainda à optimização da estrutura de adição/subtracção de um canal, e analisa-se o seu desempenho, na perspectiva das redes ópticas multicanal. Aborda-se também a sintonia de filtros ópticos, e estudam-se os efeitos do seu desalinhamento indesejável na frequência, conjugado com alterações na sua função de transferência (espectro e fase), considerando cascatas de diferentes tipos de filtros ópticos. Neste âmbito, desenvolvem-se modelos estatísticos teóricos para prever as tolerâncias aceitáveis dessas variações.

The objective of this thesis is the optimisation of high density multichannel optical communication systems, with emphasis on the optical filters used to extract and process the channels, as well as on the devices that perform channel add/drop functionalities. To achieve such goal, first we characterise the transfer functions of different optical filters, namely the Fabry-Pérot cavity, the three mirror Fabry-Pérot, the arrayed waveguide grating and the fibre Bragg grating, considering the limitations related to their practical implementation. We proceed with the transmission capacity × distance product optimisation, by using the dispersion supported transmission method, together with compressed bandwidth data formats (duobinary and quaternary) and optimised optical filters to increase the multichannel system spectral efficiency. The optical filter optimisation to achieve high spectral efficiency and simultaneous compensation of the transmission fibre dispersion is one of the main concepts of this work. This optimisation is also extended to optical filters capable of filtering several channels simultaneously. We have also optimised an add/drop structure, and analysed its performance, when included in a multichannel optical network. We have also studied tuneable optical filters, and the effects of their undesirable misalignment, together with the inherent changes in the transfer function (spectrum and phase), considering cascades of different types of optical filters. In this context, we have developed statistical models to predict the acceptable tolerances of such variations.