Throughput Performance Evaluation of Multiservice Multirate OCDMA in Flexible Networks

\u3cp\u3eIn this paper, new analytical formalisms to evaluate the packet throughput of multiservice multirate slotted ALOHA optical code-division multiple-access (OCDMA) networks are proposed. The proposed formalisms can be successfully applied to 1-D and 2-D OCDMA networks with any number of user classes in the system. The bit error rate (BER) and packet correct probability expressions are derived, considering the multiple-access interference as binomially distributed. Packet throughput expressions, on the other hand, are derived considering Poisson, binomial, and Markov chain approaches for the composite packet arrivals distributions, with the latter defined as benchmark. A throughput performance evaluation is carried out for two distinct user code sequences separately, namely, 1-D and 2-D multiweight multilength optical orthogonal code (MWML-OOC). Numerical results show that the Poisson approach underestimates the throughput performance in unacceptable levels and incorrectly predicts the number of successfully received packets for most offered load values even in favorable conditions, such as for the 2-D MWML-OOC OCDMA network with a considerably large number of simultaneous users. On the other hand, the binomial approach proved to be more straightforward, computationally more efficient, and just as accurate as the Markov chain approach.\u3c/p\u3

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

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

OCDMA Code Design for BER and Data Rate Differentiation in Beat Noise Corrupted Systems

International audienceUsing incoherent Optical Code Division Multiple Access (OCDMA) technique has recently attracted much interest since it appears to be not only a simple solution to provide user differentiation but also to perform service differentiation. The main limitation usually taken into account in the theoretical performance evaluation is Multiple Access Interference (MAI) linked to the fact that code sequences are unipolar and thus not strictly orthogonal. However, due to MAI and to the fact that the nature of the optical regime is not perfectly incoherent, beat noise constitutes another important limitation. We focus in this paper on multi-weight two dimensional (2-D) code sequences, which permits providing different BER services. We propose a theoretical statistical model to characterize MAI and beat noise impact. Thanks to this model, a theoretical error probability expression is established, taking into account both MAI and beat noise contribution in multimedia OCDMA systems. The design of multimedia codes satisfying targeted BERs can thus be done considering both limitations. The results permit highlighting the importance of beat noise consideration in the design process and the constraints imposed on optical source requirements

Next generation passive optical networks based on orthogonal frequency division multiplexing techniques

In recent decades, the industry of communications has acquired huge significance, and nowadays constitutes an essential tool for the society information. Thus, the exponential growth in demand of broadband services and the increasing amount of information to be transmitted have spurred the evolution of the access network infrastructure to effectively meet the user needs in an effective way in terms of costs of both installation and maintenance. Passive optical networks (PON) are currently considered the most efficient and least costly alternative to deploy fiber to the home environment. In order to allow many users simultaneously coexist PONs based on time multiplexing (TDMA) have been developed. Looking ahead, however, it is expected that these techniques do not meet the requirements on access networks. In consequence, other multiple access techniques such as Wavelength Division Multiplexing Access (WDMA) or Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access (OFDMA) are currently under study and development for use in the next generation of PONs. Particularly, in recent years OFDM has stood out among the scientific community to be considered a solution with great potential on future implementation of PONs. This is especially true due to the capacity of OFDM to work with multilevel modulations, its high tolerance to chromatic dispersion, and its high flexibility and granularity in terms of bandwidth management. Given the above, the aim of this Thesis is to study deeply the advantages and challenges of implementing the standard OFDM as an access network solution; likewise, it offers solutions to improve its performance. In order to evaluate the main structures and strategies for OFDM-based PON, a comparative analysis of all of them is performed firstly, highlighting their sensitivity levels, maximum range and number of users. A key aspect for network providers is the cost of operation, deployment and maintenance of networks. As a low-cost solution, this Thesis proposes a network model called Statistical-OFDMA-PON based on intensity modulation and direct detection. In addition, dynamic bandwidth management strategies are applied into this model getting an improvement in the power balance which in turn, allows to increase the maximum range and the scalability in number of users. One of the main OFDM problems is the Peak-to-Average Power Ratio (PAPR) which increases with the number of carriers. This thesis proposes a new algorithm based on folding the signal and transmitting auxiliary information in order to compensate the PAPR effect and thus increase the sensitivity of the optical system. On the other hand, OFDMA requires a large number of operations in the digital domain resulting in a high computational effort, which in turn results in an increased cost. For this reason, this Thesis presents a study on the optimization of the required resolution in the Digital-to-Analog / Analog-to-Digital Converters (DAC/ADCs) maintaining the transmission quality. The optimization of the computation time may make the OFDMA-based optical network more attractive for future PONs. Finally, another problem concerning the OFDM optical networks is their sensitivity to Phase Noise (PN). In this regard, this Thesis presents a study of the effect of the laser linewidth and its dependence on signal bandwidth. A mitigation technique based on pilot tones is implemented and the limiting values for the laser linewidth are found to be within the reach of present low-cost light sources.En estas últimas décadas, la industria de las comunicaciones ha adquirido gran importancia y hoy en día, constituye una herramienta imprescindible para el funcionamiento en la sociedad de la información. Así pues, el crecimiento exponencial en la demanda de servicios de banda ancha y la carga de información cada vez mayor que se necesita transmitir ha estimulado la evolución de las infraestructuras del tramo de acceso a la red para poder satisfacer las necesidades del usuario de forma efectiva en términos de costes de instalación y de mantenimiento. Las redes ópticas pasivas (Passive Optical Networks, PON) son actualmente consideradas la alternativa más eficiente y de menor coste para desplegar fibra hasta los hogares. Con el fin de permitir que muchos usuarios coexistan simultáneamente se han desarrollado PONs basadas en multiplexación en tiempo (Time Division Multiplexing Access, TDMA). De cara al futuro, sin embargo, se prevé que estas técnicas no permitan cubrir las exigencias sobre las redes de acceso. En consecuencia, otras técnicas de acceso múltiple al medio como el acceso múltiple por división de longitud de onda (Wavelength Division Multiplexing Access, WDMA) o el acceso múltiple por división de frecuencia ortogonal (Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access, OFDMA) se encuentran actualmente en proceso de estudio y desarrollo para su uso en la futura generación de PONs. En concreto, en los últimos años OFDM se ha destacado entre la comunidad científica al considerarse una solución con gran potencial para su futura implantación en redes de acceso pasivas. Esto es especialmente cierto debido a la capacidad que el OFDM para trabajar con modulaciones multinivel, así como su alta tolerancia a la dispersión cromática y a la gran flexibilidad y granularidad que posibilita en términos de gestión del ancho de banda. Por todo lo anterior, el objetivo de esta Tesis es estudiar con profundidad las ventajas y los retos de aplicar el estándar OFDM como solución de red de acceso; del mismo modo, ofrece soluciones para mejorar su rendimiento. Con el objetivo de evaluar las principales estructuras basadas en OFDM-PON, en primer lugar se realiza un análisis comparativo de todas ellas destacando sus niveles de sensibilidad, máximo alcance y número de usuarios. Un aspecto fundamental para los proveedores de red es el coste de operación, despliegue y mantenimiento de las redes. Como solución de bajo coste, esta Tesis propone un modelo de red llamado Statistical-OFDMA-PON que se basa en modulación de intensidad y detección directa. Además, este modelo se completa con estrategias de gestión dinámica del ancho de banda de los usuarios que conforman la estructura de red propuesta consiguiendo una mejora en el balance de potencias que permite aumentar distancia y número de usuarios. Uno de los principales problemas del OFDM es el alto nivel de la relación de potencia de pico a potencia media (Peak-to-Average Power Ratio, PAPR) creciente con el número de portadoras. Esta Tesis propone un nuevo algoritmo basado en el pliegue de la señal y la transmisión de información auxiliar para compensar el efecto del PAPR aumentando así la sensibilidad del sistema óptico. Por otro lado, OFDMA requiere un número elevado de operaciones en el dominio digital resultando en un alto esfuerzo computacional que a su vez se traduce en un aumento del coste. Por esta razón, esta Tesis presenta un estudio sobre la optimización de la resolución requerida en los conversores analógicodigital (Digital-to-Analog/Analog-to-Digital Converters, DAC/ADCs) manteniendo la calidad de transmisión. La optimización del tiempo de cómputo requerido puede dotar de un mayor atractivo la solución de red óptica basada en OFDMA. Finalmente, otro de los problemas que presentan las redes ópticas OFDM es su sensibilidad frente al ruido de fase (Phase Noise, PN). En este aspecto, esta Tesis presenta un estudio del efecto del ancho de línea del láser y su dependencia con el ancho de banda de la señal. Técnicas de mitigación basadas en tonos piloto han sido implementadas y se han encontrado los valores limitantes del ancho de línea dentro del alcance de los láseres de bajo coste