Next generation optical access networks and coexistence with legacy PONs

Nowadays, Fiber-to-the-Home is one of the most promising solutions to provide broadband services in access networks. However, the fiber is inefficiently used as most of the deployed systems are still based on Time Division Multiplexing Passive Optical Networks (TDM-PONs) providing shared transmission capacities up to 2.5 Gb/s down and 1.25 Gb/s up, among multiple users. Research on high-speed electronics and Wavelength Division Multiplexing (WDM) has allowed the emergence of what is known as the second generation PON (NG-PON2), which specify aggregated capacities up to 40 Gb/s, stacking four channels at symmetric data rates of 10 Gb/s each, for residential scenarios. Nevertheless, the capacity per channel is still shared between multiple users due to the use of TDM. Moreover, the optical spectrum efficiency is low because channels are widely spaced (50 to 100 GHz). In addition, the sensitivity, reach and number of users is limited as consequence of using direct detection (DD) systems. In consequence, and due to the increase in bandwidth demands of new multimedia applications, it is necessary to propose solutions that cope with this tendency and, even more important, that can coexist with legacy systems, being one of the major requirements of network operators to guarantee a smooth and non-disruptive technology migration. In this thesis, a breakthrough technology such as Ultra-Dense WDM (UDWDM) that allows to allocate a large number of channels spaced only by a few GHz is used. This approach consent to envision the concept of Wavelength-to-the-User, where each costumer can be served with dedicated bandwidth links. The key technologies are based on coherent systems, with inherent wavelength selectivity and improved sensitivity compared to DD systems, thanks to the booster action of a tunable local oscillator (LO) laser. Because of cost is the main constraint in access networks, especially at the customer premises equipment (Optical Network Unit - ONU), in this thesis, a new class of coherent transceivers, based on low-cost direct modulated lasers and simplified receiver schemes, are proposed and experimentally tested. Moreover, the issue of coexistence is investigated through theoretical studies and real-time implementations, demonstrating full compatibility with legacy systems. Between the proposed solutions, a simple technique to adjust digitally the direct phase modulation of a distributed feedback (DFB) laser is presented to support flexible transmission rates. Next, several multilevel phase modulation formats for achieving higher transmission rates and better spectral efficiency are experimentally compared. Subsequently, the topic of photonic integration is addressed, demonstrating for the first time an 8-ary hybrid amplitude and phase modulated transmitter (Tx), by using a low-cost, small-footprint and energy efficient dual electro-absorption modulated laser (DEML). Finally, two novel proposals, to reduce the complexity of heterodyne and intradyne detection, are provided to face the typical issue of complexity and high-cost of coherent systems. The former explores the possibility of using only one DFB laser as LO and Tx at the ONU. The later demonstrates for the first time, a novel phase time diversity technique alternating phase modulation at each complex component (in-phase - I and quadrature - Q) achieving a 10 Gb/s' transmission with polarization independence.En la actualidad, la Fibra hasta el Hogar es una de las soluciones más prometedoras para proporcionar servicios de banda ancha en las redes de acceso. Sin embargo, la fibra se usa de manera poco eficiente, ya que la mayoría de los sistemas implementados todavía están basados en redes ópticas pasivas de multiplexación por división en el tiempo (TDM-PON) que brindan capacidades de transmisión compartidas entre múltiples usuarios de hasta 2.5 Gb/s y 1.25 Gb/s. La investigación en electrónica de alta velocidad y la multiplexación por división de longitud de onda (WDM) ha permitido el surgimiento de lo hoy se conoce como PON de segunda generación (NG-PON2), que especifica capacidades agregadas de hasta 40 Gb/s, apilando cuatro canales a velocidades de datos simétricas de 10 Gb/s cada uno, para escenarios residenciales. Sin embargo, la capacidad por canal todavía se comparte entre múltiples usuarios debido al uso de TDM. Además, la eficiencia en el uso del espectro óptico es baja porque los canales están muy separados (50 a 100 GHz). Asimismo, la sensibilidad, el alcance y el número de usuarios están limitados debido al uso de sistemas de detección directa. En consecuencia, y debido al aumento de las demandas de ancho de banda de las nuevas aplicaciones multimedia, es necesario proponer soluciones que respondan a esta tendencia y, lo que es más importante, que puedan coexistir con sistemas heredados, siendo uno de los principales requisitos de los operadores de red para garantizar una migración de tecnología fluida y sin interrupciones. En esta tesis, se utiliza una tecnología de vanguardia, como la multiplexación por división ultra densa de longitud de onda (UDWDM) que permite distribuir un gran número de canales espaciados solo por unos pocos GHz. Este enfoque permite vislumbrar el concepto de longitud de onda para el usuario, donde cada cliente puede usar enlaces de ancho de banda dedicados. Las tecnologías clave están basadas en los sistemas coherentes, con selectividad de longitud de onda inherente y sensibilidad mejorada en comparación con los sistemas de detección directa, gracias al efecto de amplificación óptica de un láser oscilador local (LO) sintonizable. Debido a que el costo es la principal restricción en las redes de acceso, especialmente del equipo en las instalaciones del cliente (unidad de red óptica - ONU), en ésta tesis, una nueva clase de transceptores coherentes, basados en láseres de bajo coste modulados directamente y esquemas de recepción simplificados, son propuestos y probados experimentalmente. Además, el problema de la coexistencia es investigado a través de estudios teóricos y experimentos en tiempo real, demostrando compatibilidad total con los sistemas heredados. Entre las soluciones propuestas, se presenta una técnica simple para ajustar digitalmente la modulación de fase directa de un láser de retroalimentación distribuida (DFB), y admitir velocidades de transmisión flexibles. Acto seguido, se comparan experimentalmente varios formatos multinivel de modulación de fase, para lograr tasas de transmisión más altas y una mejor eficiencia espectral. Posteriormente, se aborda el tema de la integración fotónica, demostrando por primera vez un transmisor (Tx) con modulación híbrida de fase y amplitud de ocho puntos, mediante el uso de un dispositivo pequeño, de bajo coste y eficiente energéticamente, como lo es el láser dual de electro-absorción modulada (DEML). Finalmente, se presentan dos propuestas novedosas para reducir la complejidad de la detección heterodina e intradina, afrontando el problema típico de la complejidad y alto coste de los sistemas coherentes. La primera explora la posibilidad de usar solo un láser DFB en la ONU, como LO y Tx. La segunda, demuestra por primera vez, una nueva técnica de diversidad fase en el tiempo, que alterna la modulación de fase en cada componente del plano complejo (fase-I y cuadratura-Q) logrando una transmisión de 10 Gb / s / λ con independencia de polarizaciónPostprint (published version

Next generation optical access networks and coexistence with legacy PONs

Nowadays, Fiber-to-the-Home is one of the most promising solutions to provide broadband services in access networks. However, the fiber is inefficiently used as most of the deployed systems are still based on Time Division Multiplexing Passive Optical Networks (TDM-PONs) providing shared transmission capacities up to 2.5 Gb/s down and 1.25 Gb/s up, among multiple users. Research on high-speed electronics and Wavelength Division Multiplexing (WDM) has allowed the emergence of what is known as the second generation PON (NG-PON2), which specify aggregated capacities up to 40 Gb/s, stacking four channels at symmetric data rates of 10 Gb/s each, for residential scenarios. Nevertheless, the capacity per channel is still shared between multiple users due to the use of TDM. Moreover, the optical spectrum efficiency is low because channels are widely spaced (50 to 100 GHz). In addition, the sensitivity, reach and number of users is limited as consequence of using direct detection (DD) systems. In consequence, and due to the increase in bandwidth demands of new multimedia applications, it is necessary to propose solutions that cope with this tendency and, even more important, that can coexist with legacy systems, being one of the major requirements of network operators to guarantee a smooth and non-disruptive technology migration. In this thesis, a breakthrough technology such as Ultra-Dense WDM (UDWDM) that allows to allocate a large number of channels spaced only by a few GHz is used. This approach consent to envision the concept of Wavelength-to-the-User, where each costumer can be served with dedicated bandwidth links. The key technologies are based on coherent systems, with inherent wavelength selectivity and improved sensitivity compared to DD systems, thanks to the booster action of a tunable local oscillator (LO) laser. Because of cost is the main constraint in access networks, especially at the customer premises equipment (Optical Network Unit - ONU), in this thesis, a new class of coherent transceivers, based on low-cost direct modulated lasers and simplified receiver schemes, are proposed and experimentally tested. Moreover, the issue of coexistence is investigated through theoretical studies and real-time implementations, demonstrating full compatibility with legacy systems. Between the proposed solutions, a simple technique to adjust digitally the direct phase modulation of a distributed feedback (DFB) laser is presented to support flexible transmission rates. Next, several multilevel phase modulation formats for achieving higher transmission rates and better spectral efficiency are experimentally compared. Subsequently, the topic of photonic integration is addressed, demonstrating for the first time an 8-ary hybrid amplitude and phase modulated transmitter (Tx), by using a low-cost, small-footprint and energy efficient dual electro-absorption modulated laser (DEML). Finally, two novel proposals, to reduce the complexity of heterodyne and intradyne detection, are provided to face the typical issue of complexity and high-cost of coherent systems. The former explores the possibility of using only one DFB laser as LO and Tx at the ONU. The later demonstrates for the first time, a novel phase time diversity technique alternating phase modulation at each complex component (in-phase - I and quadrature - Q) achieving a 10 Gb/s' transmission with polarization independence.En la actualidad, la Fibra hasta el Hogar es una de las soluciones más prometedoras para proporcionar servicios de banda ancha en las redes de acceso. Sin embargo, la fibra se usa de manera poco eficiente, ya que la mayoría de los sistemas implementados todavía están basados en redes ópticas pasivas de multiplexación por división en el tiempo (TDM-PON) que brindan capacidades de transmisión compartidas entre múltiples usuarios de hasta 2.5 Gb/s y 1.25 Gb/s. La investigación en electrónica de alta velocidad y la multiplexación por división de longitud de onda (WDM) ha permitido el surgimiento de lo hoy se conoce como PON de segunda generación (NG-PON2), que especifica capacidades agregadas de hasta 40 Gb/s, apilando cuatro canales a velocidades de datos simétricas de 10 Gb/s cada uno, para escenarios residenciales. Sin embargo, la capacidad por canal todavía se comparte entre múltiples usuarios debido al uso de TDM. Además, la eficiencia en el uso del espectro óptico es baja porque los canales están muy separados (50 a 100 GHz). Asimismo, la sensibilidad, el alcance y el número de usuarios están limitados debido al uso de sistemas de detección directa. En consecuencia, y debido al aumento de las demandas de ancho de banda de las nuevas aplicaciones multimedia, es necesario proponer soluciones que respondan a esta tendencia y, lo que es más importante, que puedan coexistir con sistemas heredados, siendo uno de los principales requisitos de los operadores de red para garantizar una migración de tecnología fluida y sin interrupciones. En esta tesis, se utiliza una tecnología de vanguardia, como la multiplexación por división ultra densa de longitud de onda (UDWDM) que permite distribuir un gran número de canales espaciados solo por unos pocos GHz. Este enfoque permite vislumbrar el concepto de longitud de onda para el usuario, donde cada cliente puede usar enlaces de ancho de banda dedicados. Las tecnologías clave están basadas en los sistemas coherentes, con selectividad de longitud de onda inherente y sensibilidad mejorada en comparación con los sistemas de detección directa, gracias al efecto de amplificación óptica de un láser oscilador local (LO) sintonizable. Debido a que el costo es la principal restricción en las redes de acceso, especialmente del equipo en las instalaciones del cliente (unidad de red óptica - ONU), en ésta tesis, una nueva clase de transceptores coherentes, basados en láseres de bajo coste modulados directamente y esquemas de recepción simplificados, son propuestos y probados experimentalmente. Además, el problema de la coexistencia es investigado a través de estudios teóricos y experimentos en tiempo real, demostrando compatibilidad total con los sistemas heredados. Entre las soluciones propuestas, se presenta una técnica simple para ajustar digitalmente la modulación de fase directa de un láser de retroalimentación distribuida (DFB), y admitir velocidades de transmisión flexibles. Acto seguido, se comparan experimentalmente varios formatos multinivel de modulación de fase, para lograr tasas de transmisión más altas y una mejor eficiencia espectral. Posteriormente, se aborda el tema de la integración fotónica, demostrando por primera vez un transmisor (Tx) con modulación híbrida de fase y amplitud de ocho puntos, mediante el uso de un dispositivo pequeño, de bajo coste y eficiente energéticamente, como lo es el láser dual de electro-absorción modulada (DEML). Finalmente, se presentan dos propuestas novedosas para reducir la complejidad de la detección heterodina e intradina, afrontando el problema típico de la complejidad y alto coste de los sistemas coherentes. La primera explora la posibilidad de usar solo un láser DFB en la ONU, como LO y Tx. La segunda, demuestra por primera vez, una nueva técnica de diversidad fase en el tiempo, que alterna la modulación de fase en cada componente del plano complejo (fase-I y cuadratura-Q) logrando una transmisión de 10 Gb / s / λ con independencia de polarizació

Directly Phase Modulated Transmitters and Coherent Recivers for Future Passive Optical Networks (PON)

En los últimos años, el tráfico de dato transmitido en las redes ópticas de acceso ha crecido exponencialmente debido a nuevos servicios como pueden ser la computación en la nube, el video online, la realidad virtual y aumentada, el internet de las cosas (IoT) y la convergencia entre las redes ópticas y redes inalámbricas en el paradigma del 5G. Estos nuevos servicios endurecen los requerimientos de las redes ópticas de acceso, como pueden ser unas tasas de datos más altas, un mayor alcance y un mayor número de usuarios. Para abordar estos requerimientos, esta tesis ha investigado, desarrollado y analizado nuevas tecnologías para transmisores y receptores orientadas a los dos tipos de redes ópticas de acceso que la comunidad científica ha identificado como posibles candidatas. Estos dos tipos de redes ópticas son las redes uDWDM y las redes TWDM como las redes NG-PON2 y sus evoluciones.Las redes uDWDM están basadas en la transmisión de tasas de datos relativamente bajas, por debajo de 2.5 Gbps, que son dedicadas en su totalidad a los usuarios finales. Estas tasas de datos relativamente bajas son multiplexadas en longitud de onda usando intervalos frecuenciales estrechos, del orden de 12.5 GHz o 6.25 GHz. En esta tesis, los transmisores modulados directamente en fase se han propuesto como posibles candidatos para estas redes uDWDM. En concreto, se han propuesto un DFB modulado directamente en fase con una tasa de datos de 1 Gbps; un RSOA bombeado por un VCSEL y modulado directamente en fase con una tasa de datos de 1 Gbps; y un VCSEL modulado directamente en fase con una tasa de datos de 1.25 Gbps y 2.5 Gbps. Estas señales moduladas directamente en fase son recibidas con un receptor heterodino con un único fotodiodo (PD) para mantener el coste tan bajo como sea posible. La combinación de estos transmisores modulados directamente en fase con el receptor heterodino con un único PD ha sido probada como unos candidatos muy prometedores para las redes ópticas de acceso basadas en redes uDWDM. Estas combinaciones proveen sensibilidades que varían entre -39.5 dBm y -52 dBm, que se traducen en balances de potencia que van desde 38.5 dB a 51 dB y por lo tanto en ratios de división o número de usuarios de entre 128 y 1024 después de una transmisión de 50 km a través de fibra monomodo estándar (SSMF).Además, los links de 1 Gbps formados por la modulación directa de DFBs o de RSOAs bombeados por VCSELs y el receptor heterodino con un único PD son usados como enlace de subida en canales bidireccionales. Estos enlaces de subida son combinados con enlaces de bajada basados en Nyquist-DPSK generada con un MZM y recibidos con un receptor heterodino de un único PD. Como parte de análisis de los canales bidireccionales, se ha analizado el estudio de la viabilidad del uso de LOs de bajo coste, como DFBs o VCSELs, en los receptores heterodinos con un único PD. Estos canales bidireccionales son también unos candidatos prometedores para las futuras redes uDWDM, ya que en esta tesis se ha probado que pueden proveer enlaces full-duplex de 1 Gbps usando intervalos frecuenciales tan pequeños como 6.25 GHz o 5 GHz. Estos canales bidireccionales tienen balances de potencia que van desde 37 dB a 42 dB y tienen posibles ratios de división de 128 o 256 después de una transmisión de 50 km a través de SSMF.Esta tesis también ha investigado y desarrollado receptores quasicoherentes para redes NG-PON2 y sus evoluciones. Este tipo de redes están basadas en altas tasas de datos, como 10 Gbps para redes NG-PON2 y 25 Gbps para las futuras evoluciones de NG-PON2, en entornos multi longitud de onda donde los usuarios son multiplexados en tiempo y longitud de onda (TWDM). El receptor quasicoherente usa la amplificación coherente gracias a la recepción heterodina y por tanto la sensibilidad del receptor es mejorada en comparación con los esquemas de detección directa. El receptor quasicoherente es independiente a la polarización, lo cual es una característica importante para los receptores coherentes. Además, el receptor quasicoherente permite seleccionar el canal de trabajo sin la necesidad de filtros ópticos y es un receptor independiente de la longitud de onda debido a que el canal de trabajo se puede elegir ajustando la longitud de onda del LO. El receptor quasicoherente de 10 Gbps muestra una sensibilidad -35.2 dBm y por tanto permite un balance de potencias de 35.64 dB y un ratio de división de 128 después de una transmisión de 40 km a través de SSMF.La combinación del receptor quasicoherente con un ecualizador FFE/DFE permite combatir la dispersión cromática de la banda C y conseguir un link de 25 Gbps con un alcance de 20 km a través de SSMF. El receptor quasicoherente a 25 Gbps con ecualización FFE/DFE muestra una mejor sensibilidad de -30.5 dBm con el llamado ecualizador de altas prestaciones, lo que lleva a un balance de potencias de25 dB. Si se utilizada el llamado ecualizador de baja complejidad, la sensibilidad cae a -27 dBm y el balance de potencias cae a 23 dBm. En ambos casos, el receptor quasicoherente a 25 Gbps con ecualización FFE/DFE permite un ratio de división de 32 después de una transmisión de 20 km a través de SSMF.En conclusión, esta tesis ha presentado transmisores (DFB, RSOA y VCSEL) modulados directamente en fase combinados con un receptor heterodino con un único PD como potenciales candidatos para las redes uDWDM. Esta tesis también ha presentados los receptores quasicoherentes como unos candidatos muy prometedores para las redes NG-PON2 y sus futuras evoluciones.<br /

Redes ópticas de acesso de nova geração : tecnologias e economia

Doutoramento em Engenharia Eletrotécnica - TelecomunicaçõesThe 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

Optical frequency comb source for next generation access networks

The exponential growth of converged telecommunication services and the increasing demands for video rich multimedia applications have triggered the vast development of optical access technology to resolve the capacity bottleneck at metropolitan-access aggregations. To further enhance overall performance, next generation optical access networks will require highly efficient wavelength division multiplexing (WDM) technology beyond the capability of current standard time division multiplexed (TDM) systems. The successful implementation of future-proof WDM access networks depends on advancements in high performance transmission schemes as well as economical and practical electronic/photonic devices. This thesis focuses on an investigation of the use of optical frequency comb sources, and spectrally efficient modulation formats, in high capacity WDM based optical access networks. A novel injected gain switched comb generation technique which deliver simplicity, reliability, and cost effectiveness has been proposed and verified through experimental work. In addition, a detailed characterization of the optical comb source has been undertaken with special attention on the phase noise property of the comb lines. The potential of the injected gain switched comb source is then demonstrated in a digital coherent receiver based long reach WDM access scenario, which intends to facilitate 10 - 40 Gbit/s data delivery per channel . Furthermore, an optical scalar transmission scheme enabling the direct detection of higher order modulation format signals has been proposed and experimentally investigated

Dynamically reconfigurable long-reach PONs for high capacity access

Fibre-to-the-Premises (FTTP) is currently seen as the ultimate in high-speed transmission technologies for delivering ubiquitous bandwidth to customers. However, as the deployment of network infrastructure requires a substantial investment, the main obstacle to fibre deployment is that of financial viability. With this in mind, a logical strategy to offset network costs is to optimise the infrastructure in order to capture a greater amount of customers over larger areas with increased sharing of network resources. This approach prompted the design of a long-reach passive optical network (LR-PON) in which the physical reach and split of a conventional PON is significantly increased through the use of intermediate optical amplification. In particular, the LR-PON architecture effectively integrates the metro and access networks enabling the majority of local exchange sites to be bypassed resulting in a substantial reduction in field equipment requirements and power consumption. Furthermore, the extension in physical reach and split can be coupled with an increased information capacity through the use of time- and wavelength division multiplexing (TWDM) which serve to exploit the large bandwidth capabilities offered by single-mode fibre. In this project, reconfigurable TWDM LR-PON architectures which dynamically exploit the wavelength domain are proposed, assembled and characterised in order to establish an economically viable ‘open access’ environment that is capable of concurrently supporting multiple operators offering converged services (residential, business and mobile) to support diverse customer requirements and locations. The main investigations in this work address the key physical layer challenges within such wavelength-agile networks. In particular, a range of experimental analysis has been carried out in order to realise the critical component technologies which include low-cost, 10G-capable, wavelength-tuneable transmitters for mass-market residential deployment and the development of gain-stabilised optical amplifier nodes to support the targeted physical reach (≥ 100km) and split (≥ 512). Finally, the feasibility of the proposed dynamically reconfigurable LR-PON configurations as a flexible and cost-effective solution for future access networks is verified through full-scale network demonstrations using an experimental laboratory test-bed

Adaptive modulation techniques for passive optical networks

Smart use of fiber networks to increase capacity to the hom

Advanced Technique and Future Perspective for Next Generation Optical Fiber Communications

Optical fiber communication industry has gained unprecedented opportunities and achieved rapid progress in recent years. However, with the increase of data transmission volume and the enhancement of transmission demand, the optical communication field still needs to be upgraded to better meet the challenges in the future development. Artificial intelligence technology in optical communication and optical network is still in its infancy, but the existing achievements show great application potential. In the future, with the further development of artificial intelligence technology, AI algorithms combining channel characteristics and physical properties will shine in optical communication. This reprint introduces some recent advances in optical fiber communication and optical network, and provides alternative directions for the development of the next generation optical fiber communication technology

Burst-mode electronic dispersion compensation in long reach PONs

Long reach passive optical networks (LR-PONs), which integrate fibre-to-the-home with metro networks, have been the subject of intensive research in recent years and are considered one of the most promising candidates for the next generation of optical access networks. Such systems ideally have reaches greater than 100km and bit rates of at least 10Gb/s per wavelength in the downstream and upstream directions. Due to the limited equipment sharing that is possible in access networks, the laser transmitters in the terminal units, which are usually the most expensive components, must be as cheap as possible. However, the requirement for low cost is generally incompatible with the need for a transmitter chirp characteristic that is optimised for such long reaches at 10Gb/s, and hence dispersion compensation is required. In this thesis electronic dispersion compensation (EDC) techniques are employed to increase the chromatic dispersion tolerance and to enhance the system performance at the expense of moderate additional implementation complexity. In order to use such EDC in LR-PON architectures, a number of challenges associated with the burst-mode nature of the upstream link need to be overcome. In particular, the EDC must be made adaptive from one burst to the next (burst-mode EDC, or BM-EDC) in time scales on the order of tens to hundreds of nanoseconds. Burst-mode operation of EDC has received little attention to date. The main objective of this thesis is to demonstrate the feasibility of such a concept and to identify the key BM-EDC design parameters required for applications in a 10Gb/s burst-mode link. This is achieved through a combination of simulations and transmission experiments utilising off-line data processing. The research shows that burst-to-burst adaptation can in principle be implemented efficiently, opening the possibility of low overhead, adaptive EDC-enabled burst-mode systems