Performance improvement of SS-WDM passive optical networks using semiconductor optical amplifiers: Modeling and experiment

Les sources incohérentes sont proposées comme alternatives aux lasers stabilisés en longueur d'onde pour réduire le coût des réseaux optiques passifs utilisant le multiplexage par longueur d'onde découpée dans le spectre (SS-WDM PONs). À cause de leur nature incohérente, ces sources génèrent au récepteur un large bruit d'intensité. Ce bruit limite l'efficacité spectrale et/ou le taux binaire pouvant être achevé. Cette thèse étudie l'utilisation des amplificateurs optique à semi-conducteur SOAs pour nettoyer le bruit d'intensité. De plus, lors de cette thèse, nous explorons les outils numériques et expérimentaux qui nous permettent d'analyser les performances des SOAs dans le cadre de systèmes de communication multi-canaux, incluant le SS-WDM. Nous présentons des modèles mathématiques pour le bruit d'intensité, ce bruit étant celui qui limite les performances des systèmes de communication utilisant des sources incohérentes. Nous discutons les dynamiques complexes des SOAs et présentons les équations qui gouvernent l'évolution des porteurs de charges dans ces amplificateurs. Nous identifions et soulignons l'effet des paramètres les plus importants, qui affectent le processus ainsi que la dynamique de nettoyage du bruit d'intensité. Nous passons en revue, les différentes techniques de nettoyage de bruit avec les SOAs, qui ont démontré les meilleurs résultats connus. De plus, nous effectuons une revue de littérature poussée pour ce qui a attrait au problème de post-filtrage lorsque le SOA est placé au transmetteur, avant la modulation. Notre première contribution pendant ce travail de recherche est de démontrer, en utilisant l'intermodulation de gain d'un SOA au récepteur pour convertir le signal incohérent en laser cohérent, une amélioration significative du taux d'erreur binaire BER. Cette méthode est spectralement efficace, d'autant plus qu'elle ne souffre point la limitation occasionnée par le post-filtrage au récepteur. En contre partie elle nécessite un ample budget de puissance qui doit assurer une saturation suffisante de l'amplificateur au récepteur. Une source laser est aussi nécessaire au récepteur. Ceci est un inconvénient, même si une telle source n'ait pas besoin d'une quelconque stabilisation. Pour contourner le problème causé par le post-filtrage quand le SOA est au transmetteur, nous proposons un nouveau récepteur pour les systèmes de communication WDM, qui permet de mieux garder le nettoyage de bruit, et ce malgré le filtrage optique au récepteur. La nouvelle méthode consiste en un détecteur balancé utilisé au récepteur: d'un bord, tous les canaux sont détectés sans distinction. De l'autre, le signal désiré est bloqué pendant que tous les autres canaux sont détectés. Avec cette méthode, il est facile de saturer l'amplificateur pour une meilleure suppression de bruit tout en évitant en grande partie la dégradation causé par le post-filtrage. Nous avons expérimentalement démontré un système WDM dense de 8 x 10 Gbps avec une source incohérente et un SOA en saturation. Une autre contribution originale de ce travail est le développement d'un outil de simulation pour les SOAs qui est numériquement plus efficace et léger que les modèles connus à ce jour. Nous avons donc développé un modèle théorique simple, pouvant être implémenté par diagramme block, dans le but de simuler les performances des hens de communications WDM. Notre modèle démontre une bonne concordance avec les résultats expérimentaux ainsi qu'une diminution de temps de calcul de l'ordre de 20 fois. Finalement, lors de la dernière partie de ces travaux, nous nous sommes occupés de mesurer, de façon précise, le temps de recouvrement du gain dans un SOA. Le temps de recouvrement des porteurs dans un SOA est un des paramètres les plus importants qui sont à l'origine du phénomène de nettoyage de bruit et qui régissent le comportement ainsi que les dynamiques de l'amplificateur. Nous avons étudié en particulier, la dépendance de ce temps de recouvrement r de la longueur d'onde. Pour le SOA utilisé lors de notre étude expérimentale, nous avons démontré que r dépendait de la longueur d'onde de façon similaire au spectre de gain. Ces mesures ont été possibles grâce au développement d'un nouveau dispositif de mesure pompe/sonde, qui permettait de mesurer le recouvrement du gain pour une pompe et une sonde à la même longueur d'onde et ayant le même état de polarisation

Modulation and Equalization Techniques for mmWave ARoF

Fifth generation (5G) is the emerging mobile communications platform that aims to meet the market requirements in terms of enhanced broadband connectivity based on harnessing small cell and mmWave technology. These two in synergy will provide high capacity gain not only through the hyperdense deployment of small cell but also through accessing large swathes of untapped spectrum at mmWave frequencies. The envisaged architecture entails an integrated optical wireless network architecture, where optical technology will complement radio in order to handle the new demands on capacity over the backhaul and fronthaul network, leading to the notion of analog radio over fiber (ARoF). The goal of this chapter is to provide novel approaches to optimize the performances of mmWave ARoF systems that includes developing enabling technology from a digital to signal processing (DSP) and device perspective

A survey on OFDM-based elastic core optical networking

Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) is a modulation technology that has been widely adopted in many new and emerging broadband wireless and wireline communication systems. Due to its capability to transmit a high-speed data stream using multiple spectral-overlapped lower-speed subcarriers, OFDM technology offers superior advantages of high spectrum efficiency, robustness against inter-carrier and inter-symbol interference, adaptability to server channel conditions, etc. In recent years, there have been intensive studies on optical OFDM (O-OFDM) transmission technologies, and it is considered a promising technology for future ultra-high-speed optical transmission. Based on O-OFDM technology, a novel elastic optical network architecture with immense flexibility and scalability in spectrum allocation and data rate accommodation could be built to support diverse services and the rapid growth of Internet traffic in the future. In this paper, we present a comprehensive survey on OFDM-based elastic optical network technologies, including basic principles of OFDM, O-OFDM technologies, the architectures of OFDM-based elastic core optical networks, and related key enabling technologies. The main advantages and issues of OFDM-based elastic core optical networks that are under research are also discussed

Enabling Technology in Optical Fiber Communications: From Device, System to Networking

This book explores the enabling technology in optical fiber communications. It focuses on the state-of-the-art advances from fundamental theories, devices, and subsystems to networking applications as well as future perspectives of optical fiber communications. The topics cover include integrated photonics, fiber optics, fiber and free-space optical communications, and optical networking

View on 5G Architecture: Version 1.0

The current white paper focuses on the produced results after one year research mainly from 16 projects working on the abovementioned domains. During several months, representatives from these projects have worked together to identify the key findings of their projects and capture the commonalities and also the different approaches and trends. Also they have worked to determine the challenges that remain to be overcome so as to meet the 5G requirements. The goal of 5G Architecture Working Group is to use the results captured in this white paper to assist the participating projects achieve a common reference framework. The work of this working group will continue during the following year so as to capture the latest results to be produced by the projects and further elaborate this reference framework. The 5G networks will be built around people and things and will natively meet the requirements of three groups of use cases: • Massive broadband (xMBB) that delivers gigabytes of bandwidth on demand • Massive machine-type communication (mMTC) that connects billions of sensors and machines • Critical machine-type communication (uMTC) that allows immediate feedback with high reliability and enables for example remote control over robots and autonomous driving. The demand for mobile broadband will continue to increase in the next years, largely driven by the need to deliver ultra-high definition video. However, 5G networks will also be the platform enabling growth in many industries, ranging from the IT industry to the automotive, manufacturing industries entertainment, etc. 5G will enable new applications like for example autonomous driving, remote control of robots and tactile applications, but these also bring a lot of challenges to the network. Some of these are related to provide low latency in the order of few milliseconds and high reliability compared to fixed lines. But the biggest challenge for 5G networks will be that the services to cater for a diverse set of services and their requirements. To achieve this, the goal for 5G networks will be to improve the flexibility in the architecture. The white paper is organized as follows. In section 2 we discuss the key business and technical requirements that drive the evolution of 4G networks into the 5G. In section 3 we provide the key points of the overall 5G architecture where as in section 4 we elaborate on the functional architecture. Different issues related to the physical deployment in the access, metro and core networks of the 5G network are discussed in section 5 while in section 6 we present software network enablers that are expected to play a significant role in the future networks. Section 7 presents potential impacts on standardization and section 8 concludes the white paper