Optimização de sistemas de comunicação óptica multicanal (WDM) de alta densidade

Abstract

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.