Optical performance monitoring in optical packet-switched networks

Para poder satisfacer la demanda de mayores anchos de banda y los requisitos de los nuevos servicios, se espera que se produzca una evolución de las redes ópticas hacia arquitecturas reconfigurables dinámicamente. Esta evolución subraya la importancia de ofrecer soluciones en la que la escalabilidad y la flexibilidad sean las principales directrices. De acuerdo a estas características, las redes ópticas de conmutación de paquetes (OPS) proporcionan altas capacidades de transmisión, eficiencia en ancho de banda y excelente flexibilidad, además de permitir el procesado de los paquetes directamente en la capa óptica. En este escenario, la solución all-optical label switching (AOLS) resuelve el cuello de botella impuesto por los nodos que realizan el procesado en el dominio eléctrico. A pesar de los progresos en el campo del networking óptico, las redes totalmente ópticas todavía se consideran una solución lejana . Por tanto, es importante desarrollar un escenario de migración factible y gradual desde las actuales redes ópticas basadas en la conmutación de circuitos (OCS). Uno de los objetivos de esta tesis se centra en la propuesta de escenarios de migración basados en redes híbridas que combinan diferentes tecnologías de conmutación. Además, se analiza la arquitectura de una red OPS compuesta de nodos que incorporan nuevas funcionalidades relacionadas con labores de monitorización y esquemas de recuperación. Las redes ópticas permiten mejorar la transparencia de la red, pero a costa de aumentar la complejidad de las tareas de gesión. En este escenario, la monitorización óptica de prestaciones (OPM) surge como una tecnología capaz de facilitar la administración de las redes OPS, en las que cada paquete sigue su propia ruta en la red y sufre un diferente nivel de degradación al llegar a su destino. Aquí reside la importancia de OPM para garantizar los requisitos de calidad de cada paquete.Vilar Mateo, R. (2010). Optical performance monitoring in optical packet-switched networks [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/8926Palanci

Multi-impairment and multi-channel optical performance monitoring

Next generation optical networks will evolve from static to dynamically reconfigurable architectures to meet the increasing bandwidth and service requirements. The benefits of dynamically reconfigurable networks (improved operations, reduced footprint and cost) have introduced new challenges, in particular the need for complex management which has put pressure on the engineering rules and transmission margins. This has provided the main drive to develop new techniques for optical performance monitoring (OPM) without using optical-to-electrical-to-optical conversions. When considering impairments due to chromatic dispersion in dynamic networks, each channel will traverse a unique path through the network thus the channels arriving at the monitoring point will, in general, exhibit different amounts of residual dispersion. Therefore, in a dynamic network it is necessary to monitor all channels individually to quantify the degradation, without the requirement of knowing the data path history. The monitoring feature can be used in conjunction with a dispersion compensation device which can either be optical or electrical or used to trigger real-time alarms for traffic re-routing. The proposed OPM technique is based on RF spectrum analysis and used for simultaneous and independent monitoring of power, chromatic dispersion (CD), polarisation mode dispersion (PMD) and optical signal-to-noise ratio (OSNR) in 40Gbit/s multi0channel systems. An analytical model is developed to describe the monitoring technique which allows the prediction of the measurement range. The experimental results are given for group velocity dispersion (GVD), differential group delay (DGD) and OSNR measurements. This technique is based on electro-optic down-conversion that simultaneously down-converts multiple channels, sharing the cost of the key components over multiple channels and making it cost effective for multi-channel operation. The measurement range achieved with this method is equal to 4742±100ps/nm for GVD, 200±4ps for DGD and 25±1dB for OSNR. To the knowledge of the author, these dispersion monitoring ranges are the largest reported to date for the bit-rate of 40Gbit/s with amplitude modulation formats

Optical Performance Monitoring in High-speed Optical Communication Systems

Ph.DDOCTOR OF PHILOSOPH

Advances in Optical Amplifiers

Optical amplifiers play a central role in all categories of fibre communications systems and networks. By compensating for the losses exerted by the transmission medium and the components through which the signals pass, they reduce the need for expensive and slow optical-electrical-optical conversion. The photonic gain media, which are normally based on glass- or semiconductor-based waveguides, can amplify many high speed wavelength division multiplexed channels simultaneously. Recent research has also concentrated on wavelength conversion, switching, demultiplexing in the time domain and other enhanced functions. Advances in Optical Amplifiers presents up to date results on amplifier performance, along with explanations of their relevance, from leading researchers in the field. Its chapters cover amplifiers based on rare earth doped fibres and waveguides, stimulated Raman scattering, nonlinear parametric processes and semiconductor media. Wavelength conversion and other enhanced signal processing functions are also considered in depth. This book is targeted at research, development and design engineers from teams in manufacturing industry, academia and telecommunications service operators

Functional Brain Signals: A photon counting system for brain activity monitoring

A simplified in vivo near infrared spectroscopy (NIRS) system for functional brain analysis and a protocol for the study of visual evoked potentials in the human brain is presented. A novel NIRS system bases on a simple photon counting technique using a CW light source (laser diode at 780 nm), fibre optodes delivering light to the subject and from the subject to detector, a photomultiplier tube (PMT) for high infra-red (IR) response and the 800 MHz Gated Photon Counter/multichannel scaler (MCS) for data acquisition. A chequerboard stimulus was used to elicit a response signal from the visual cortex. This photon signal arising from the cortical systems of the brain was processed to detect features indicative of the neural processing systems involved

Functional Brain Signals: A photon counting system for brain activity monitoring

A simplified in vivo near infrared spectroscopy (NIRS) system for functional brain analysis and a protocol for the study of visual evoked potentials in the human brain is presented. A novel NIRS system bases on a simple photon counting technique using a CW light source (laser diode at 780 nm), fibre optodes delivering light to the subject and from the subject to detector, a photomultiplier tube (PMT) for high infra-red (IR) response and the 800 MHz Gated Photon Counter/multichannel scaler (MCS) for data acquisition. A chequerboard stimulus was used to elicit a response signal from the visual cortex. This photon signal arising from the cortical systems of the brain was processed to detect features indicative of the neural processing systems involved

Management of fiber physical effects in high-speed optical communication and sensor systems

Ph.DDOCTOR OF PHILOSOPH

On optical-signal-to-noise ratio and polarization-mode-dispersion monitoring in optical networks.

Man-Hong Cheung.Thesis (M.Phil.)--Chinese University of Hong Kong, 2004.Includes bibliographical references (leaves 88-97).Abstracts in English and Chinese.Chapter Chapter 1 --- Introduction --- p.1Chapter 1.1 --- Drivers for Advanced Optical Performance Monitoring (OPM) Techniques --- p.1Chapter 1.2 --- OPM： Definition and Significance --- p.4Chapter 1.3 --- The Broad Spectrum of OPM --- p.5Chapter 1.3.1 --- Signal Loss Monitoring --- p.7Chapter 1.3.2 --- Signal Alignment Monitoring --- p.7Chapter 1.3.3 --- Signal Quality Monitoring --- p.7Chapter 1.4 --- Classification of OPM Techniques --- p.9Chapter 1.4.1 --- Time Domain vs. Frequency Domain Monitoring --- p.9Chapter 1.4.2 --- Analog Parameter vs. Digital Parameter Monitoring --- p.9Chapter 1.4.3 --- Three-Tier OPM --- p.11Chapter 1.5 --- Challenges and Requirements of OPM Techniques --- p.13Chapter 1.6 --- Thesis Outline --- p.15Chapter Chapter 2 --- Review on OSNR and PMD Monitoring --- p.16Chapter 2.1 --- Optical Signal-to-Noise-Ratio (OSNR) Monitoring --- p.16Chapter 2.2 --- Out-of-band OSNR Monitoring Techniques --- p.17Chapter 2.2.1 --- Optical Spectral Analysis --- p.17Chapter 2.2.2 --- Arrayed Waveguide Grating/Tunable Filter Assisted Power Measurements --- p.19Chapter 2.2.3 --- RF Spectral Analysis --- p.20Chapter 2.2.3.1 --- Low/High RF Noise Monitoring --- p.20Chapter 2.2.3.2 --- Subcarrier CNR Correlation --- p.20Chapter 2.3 --- In-band OSNR Monitoring Techniques --- p.20Chapter 2.3.1 --- Polarization-Assisted OSNR Monitoring --- p.21Chapter 2.3.1.1 --- Polarization Extinction Method --- p.21Chapter 2.3.1.2 --- Polarization-Nulling --- p.22Chapter 2.3.1.3 --- Degree-of-Polarization (DOP) Based OSNR Monitoring --- p.23Chapter 2.3.2 --- In-band RF Spectral Analysis --- p.24Chapter 2.3.2.1 --- Orthogonal Delayed Homodyne Method --- p.24Chapter 2.3.2.2 --- Half Clock Frequency Constellation MonitoringChapter 2.3.3 --- Interferometric Approach --- p.26Chapter 2.3.4 --- Nonlinear Method --- p.26Chapter 2.4 --- Polarization-Mode-Dispersion (PMD) Monitoring --- p.27Chapter 2.4.1 --- Degree-of-Polarization (DOP) Monitoring --- p.29Chapter 2.4.2 --- RF Spectral Analysis --- p.31Chapter 2.4.2.1 --- PMD-Induced RF Dip Power Measurement --- p.31Chapter 2.4.2.2 --- Subcarriei-Based RF Power Fading Measurement --- p.32Chapter 2.4.3 --- "Eye-Opening, Penalty Monitoring" --- p.33Chapter 2.4.4 --- Phase Diversity Detection --- p.33Chapter 2.4.5 --- Arrival Time Measurement of Polarization-Scrambled Light --- p.34Chapter 2.4.6 --- Nonlinear Method --- p.34Chapter 2.5 --- Summary of different OSNR and PMD Monitoring Methods . --- p.34Chapter Chapter 3 --- On Robustness of In-band Polarization-Assisted OSNR Monitoring Techniques against PMD --- p.36Chapter 3.1 --- Introduction --- p.36Chapter 3.2 --- Impact of PMD on Polarization-Nulling --- p.37Chapter 3.2.1 --- Numerical Results using Ideal Rectangular Pulse --- p.40Chapter 3.2.2 --- Numerical and Experimental Results using Super Gaussian Pulse --- p.43Chapter 3.3 --- Impact of PMD on DOP-based OSNR Monitoring --- p.46Chapter 3.3.1 --- Numerical and Experimental Results Using Ideal Rectangular and Super-Gaussian Pulses --- p.46Chapter 3.4 --- Impact of PMD on Orthogonal Delayed-Homodyne Method --- p.49Chapter 3.5 --- Summary --- p.53Chapter Chapter 4 --- PMD-Insensitive OSNR Monitoring Based on Polarization-Nulling with Off-Center Narrowband Filtering --- p.54Chapter 4.1 --- Introduction --- p.54Chapter 4.2 --- Previously Proposed Schemes based on Polarization-Nulling --- p.55Chapter 4.2.1 --- Improved Polarization-Nulling Technique --- p.55Chapter 4.2.2 --- Periodic Polarization Encoding Technique --- p.57Chapter 4.3 --- A new PMD-Insensitive OSNR Monitoring Technique based on Polarization-Nulling with Off-Center Narrowband Filtering --- p.58Chapter 4.3.1 --- Principle of Proposed Technique --- p.59Chapter 4.3.2 --- Theoretical Calculations --- p.62Chapter 4.3.3 --- Experimental Results --- p.65Chapter 4.3.4 --- "Effects of Filter Position, Filter Bandwidth, and Filter Detuning" --- p.69Chapter 4.4 --- Summary --- p.71Chapter Chapter 5 --- Simultaneous OSNR and PMD Monitoring using Polarization Techniques --- p.72Chapter 5.1 --- Introduction --- p.72Chapter 5.2 --- Previously Proposed Scheme --- p.72Chapter 5.3 --- Simultaneous OSNR and PMD Monitoring by Enhanced RF Spectral Analysis --- p.74Chapter 5.3.1 --- Proposed Scheme --- p.75Chapter 5.3.2 --- Experimental Results --- p.77Chapter 5.4 --- DOP-based Simultaneous OSNR and PMD Monitoring --- p.80Chapter 5.4.1 --- Principle of Operation --- p.81Chapter 5.4.2 --- Experimental Results --- p.82Chapter 5.5 --- Summary --- p.84Chapter Chapter 6 --- Conclusions and Future Works --- p.85Chapter 6.1 --- Summary of the Thesis --- p.85Chapter 6.2 --- Future Works --- p.86Bibliography --- p.88Appendix - List of publications --- p.9

Passive optical network (PON) monitoring using optical coding technology

Les réseaux optiques passifs (PON) semblent être la technologie gagnante et ultime du futur pour les "fibres jusqu'au domicile" ayant une haute capacité. L'écoute de contrôle de ce genre de système est nécessaire pour s'assurer un niveau de qualité de service prédéterminé pour chaque client. En outre, l'écoute de contrôle réduit considérablement les dépenses en capital et de fonctionnement (CAPEX et OPEX), tant pour le fournisseur du réseau que les clients. Alors que la capacité des PON est croissante, les gestionnaires de réseau ne disposent pas encore d'une technologie efficace et appropriée pour l'écoute de contrôle des réseaux de capacité aussi élevée. Une variété de solutions a été proposée. Toutes ces dernières solutions ne sont pas pratiques à cause de leur faible capacité (nombre de clients), d'une faible évolutivité, d'une grande complexité et des défis technologiques. Plus important encore, la technologie souhaitable pour l'écoute de contrôle devrait être rentable car le marché des PON est très sensible aux coûts. Dans cette thèse, nous considérons l'application de la technologie du codage optique passif (OC) comme une solution prometteuse pour l'écoute de contrôle centralisée d'un réseau optique ramifié tels que les réseaux PON. Dans la première étape, nous développons une expression pour le signal détecté par l'écoute de contrôle et étudions ses statistiques. Nous trouvons une nouvelle expression explicite pour le rapport signal utile/signal brouillé (SIR) comme outil de mesure métrique de performance. Nous considérons cinq distributions PON géographiques différentes et étudions leurs effets sur l'SIR pour l'écoute de contrôle d'OC. Dans la prochaine étape, nous généralisons notre modèle mathématique et ses expressions pour le contrôle des signaux détectés par un détecteur quadratique et des paramètres réalistes. Nous évaluons ensuite les performances théoriques de la technologie basée sur l'écoute de contrôle selon le rapport signal/bruit (SNR), le rapport signal/bruit plus coefficient d'interférence (SNIR), et la probabilité de fausse alarme. Nous élaborons l'effet de la puissance d'impulsion transmise, la taille du réseau et la cohérence de la source lumineuse sur le rendement des codes unidimensionnels (ID) et bidimensionnels (2D) de l'écoute de contrôle d'OC. Une conception optimale est également abordée. Enfin, nous appliquons les tests de Neyman-Pearson pour le récepteur de notre système d'écoute de contrôle et enquêtons sur la façon dont le codage et la taille du réseau affectent les dépenses de fonctionnement (OPEX) de notre système d'écoute de contrôle. Malgré le fait que les codes ID et 2D fournissent des performances acceptables, elles exigent des encodeurs avec un nombre élevé de composants optiques : ils sont encombrants, causent des pertes, et ils sont coûteux. Par conséquent, nous proposons un nouveau schéma de codage simple et plus approprié pour notre application de l'écoute de contrôle que nous appelons le codage périodique. Par simulation, nous évaluons l'efficacité de l'écoute de contrôle en terme de SNR pour un PON employant cette technologie. Ce système de codage est utilisé dans notre vérification expérimentale de l'écoute de contrôle d'OC. Nous étudions expérimentalement et par simulation, l'écoute de contrôle d'un PON utilisant la technologie de codage périodique. Nous discutons des problèmes de conception pour le codage périodique et les critères de détection optimale. Nous développons également un algorithme séquentiel pour le maximum de vraisemblance avec une complexité réduite. Nous menons des expériences pour valider notre algorithme de détection à l'aide de quatre encodeurs périodiques que nous avons conçus et fabriqués. Nous menons également des simulations de Monte-Carlo pour des distributions géographiques de PON réalistes, avec des clients situés au hasard. Nous étudions l'effet de la zone de couverture et la taille du réseau (nombre d'abonnés) sur l'efficacité de calcul de notre algorithme. Nous offrons une borne sur la probabilité pour un réseau donné d'entraîner l'algorithme vers un temps exorbitant de surveillance du réseau, c'est à dire le délai d'attente de probabilité. Enfin, nous soulignons l'importance du moyennage pour remédier aux restrictions budgétaires en puissance/perte dans notre système de surveillance afin de supporter de plus grandes tailles de réseaux et plus grandes portées de fibres. Ensuite, nous mettrons à niveau notre dispositif expérimental pour démontrer un m PON avec 16 clients. Nous utilisons un laser à modulation d'exploitation directement à 1 GHz pour générer les impulsions sonde. Les données mesurées par le dispositif expérimental est exploité par l'algorithme de MLSE à détecter et à localiser les clients. Trois déploiements PON différents sont réalisés. Nous démontrons une surveillance plus rigoureuse pour les réseaux ayant une répartition géographique à plusieurs niveaux. Nous étudions aussi le budget de la perte de notre dispositif de soutien plus élevés de capacités du réseau. Enfin, nous étudions le budget total admissible de la perte d'exploitation du système de surveillance dans la bande de fréquences à 1650 nm en fonction des spécifications de l'émetteur/récepteur. En particulier, la limite totale de la perte de budget est représentée en fonction du gain de l'amplicateure de transimpédance (TIA) et le résolution de la conversion analogique-numérique (ADC). Par ailleurs, nous enquêtons sur le compromis entre la distance portée et la capacité (taille de fractionnement au niveau du noeud distant) dans notre système de suivi