Igualização turbo em sistemas de comunicações óticas

Tese de Mestrado Integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Área de Especialização de Telecomunicações. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 201

Desempenho de sistemas de comunicações full-duplex

O aumento do volume de tráfego gerado em redes sem fios e a elevada taxa de ocupação do espectro Rádio-Eléctrico tem levado à procura e desenvolvimento de sistemas de elevada eficiência espectral. Recentemente, diversos grupos de investigação têm abordado a possibilidade de um dispositivo sem fios transmitir e receber dados em simultâneo na mesma banda. Estes dispositivos enquadram-se nos denominados “sistemas de comunicação Full-Duplex”, os quais, no limite, podem duplicar a capacidade da rede, quando comparados aos sistemas Half-Duplex. A grande dificuldade de implementação destes sistemas está associada ao cancelamento da auto-interferência. Esta interferência é provocada pela transmissão do próprio nó e, uma vez que apresenta uma potência muito superior à do sinal transmitido por outro dispositivo, impossibilita a captura desse sinal. Para permitir a transmissão e recepção de dados em simultâneo, os dispositivos Full-Duplex utilizam mecanismos de cancelamento do sinal auto-interferente, reduzindo-o para valores de potência próximos do nível de ruído. Nesta dissertação são abordados diversos tipos de mecanismos de redução da autointerferência, caracterizando as suas vantagens, desvantagens e limitações de utilização. De forma a estudar o funcionamento dos sistemas Full-Duplex, é caracterizado o efeito residual do cancelamento da auto-interferência e a capacidade de transmissão deste tipo de sistemas, incluindo a capacidade de recepção de múltiplos pacotes. Por fim, é proposto um protocolo de acesso ao meio para cenários onde vários dispositivos desejam comunicar com um nó receptor, utilizando um sistema de comunicação Full-Duplex

Simulador de sistemas de comunicações óticas (OSIP)

Mestrado em Engenharia Electrónica e TelecomunicaçõesNos últimos anos tem-se assistido a um grande aumento da largura de banda nas redes óticas, que é resultado do aumento do tráfego de dados. Para responder às necessidades e assim aumentar a capacidade das redes tem-se vindo a intensificar as atividades de investigação, procurando novos componentes que proporcionem uma melhor eficiência dos sistemas. O aumento da complexidade dos novos dispositivos e técnicas de transmissão levam a que a análise e projeto dos sistemas se torne cada vez mais difícil. Como resultado são necessárias ferramentas de análise e projeto assistidas por computador, o que levou ao desenvolvimento de um software de simulação implementado em ambiente Matlab®. Este software designado de OSIP, é de utilização livre e de uma alargada compatibilidade. O trabalho apresentado nesta tese visa o melhoramento do OSIP com vista a permitir a simulação de sistemas coerentes, o que implica a incorporação de novos componentes assim como a implementação de métodos de simulação eficientes. A preservação da informação de amplitude e fase inerente aos sistemas coerentes permite a implementação de algoritmos de compensação digital que visam a equalização da dispersão cromática e da dispersão dos modos de polarização e a estimação e correção da fase da portadora. Para validar os modelos e metodos de controlo no simulador são realizadas algumas simulações e os resultados são comparados com valores teóricos e com resultados publicados na literatura. É dada especial atenção ao desempenho dos algoritmos de compensação das dispersões cromática e dos modos de polarização e dos métodos de estimação e correção de fase.Over the last years the bandwidth of optical networks has continuously increased, driven by the exponential traffic growth. In order to meet the needs and thereby increase the capacity of networks research activities have been intensified, searching for new components which provide better system efficiency. The increasing complexity of new devices and transmission techniques has brought increasing difficulties in the analysis and design of the new systems. As a result, analysis tools and computer-aided design software are necessary, which led to development of a simulation toolbox in Matlab® language. This software named OSIP is open source and has a wide compatibility. In this thesis the simulation platform is improved in order to adapt the simulator to coherent systems, which implies the incorporation of new components and the implementation of efficient simulation methods. Making use of the amplitude and phase information enabled by coherent detection, digital impairment compensation algorithms have been implemented, aiming for the equalization of chromatic dispersion, polarization mode dispersion as well as for the estimation and correction of the carrier phase. To validate the models and methods of control in the simulator some simulations are performed. The numerical results are compared with the theoretical values and with results published in literature. Special attention is given to the performance of chromatic dispersion equalization, polarization mode dispersion equalization and carrier phase estimation

Processamento ótico de sinal para sistemas de comunicações óticas

Doutoramento em Engenharia FísicaO processamento ótico de sinal é uma alternativa possível para melhorar o desempenho e eficiência de sistemas de comunicações óticas, mas o seu estágio atual de desenvolvimento é ainda insuficiente para aplicações em sistemas reais. De forma a inverter esta situação, novas estratégias e pos-sibilidades para processamento ótico de sinal são aqui investigadas, com ênfase em conversão de comprimento de onda, regeneração de fase e amplificação sensível à fase em dispositivos de niobato de lítio com inversão periódica dos domínios ferroelétricos e fibras fortemente não-lineares. Um novo método para o desenho do perfil de inversão dos domínios fer¬roelétricos nos dispositivos de niobato de lítio de acordo com um espetro de conversão alvo é investigado nesta tese. O método proposto é validado numericamente e através da produção de um dispositivo real com largura de banda de conversão de 400 GHz. O dispositivo produzido é utilizado para conversão de onda multicanal de oito sinais modulados em fase, com a possibilidade adicional de sintonizar o comprimento de onda dos sinais con¬vertidos. Observa-se a existência de um compromisso entre elevada largura de banda de conversão e eficiência do dispositivo. São também investigadas nesta tese conversão e permuta de comprimento de onda tolerantes ao ruído de fase adicionado por fontes de bombeamento. Demonstra-se neste trabalho que a utilização de fontes de bombeamento coerentes permite evitar a adição de ruído de fase aos sinais convertidos. Nesta tese é também analisada analítica e numericamente amplificação sensível a fase baseada em dispositivos de niobato de lítio com inversão periódica dos domínios ferroelétricos para configurações de amplificadores de um, dois ou quatro modos. É ainda avaliada a possibilidade de ge¬rar ondas correlacionadas e de realizar amplificação sensível a fase num único dispositivo com propagação bidirecional. Com base neste esquema, demonstra-se regeneração de fase de sinais modulados em fase, porém com ganho limitado devido à baixa eficiência de conversão dos dispositivos e com desempenho afetado por instabilidades térmicas e foto refrativas. Mo¬tivado por estas limitações, demonstra-se amplificação de elevado ganho num amplificador sensível à fase de quatro modos, construído com uma fibra fortemente não-linear em vez de um dispositivo de niobato de lítio. Por fim, é efetuada uma análise numérica do impacto de utilizar amplifica¬dores sensíveis à fase em vez de amplificadores de fibra dopada com érbio no alcance em transmissão ponto a ponto de sinais e na amplificação e regeneração em redes óticas. Demonstra-se que amplificadores sensíveis à fase são mais vantajosos para formatos de modulação avançados e siste¬mas compostos por ligações óticas longas. As simulações assumem mode¬los simplificados para o ganho e ruído dos amplificadores, bem como uma versão modificada do modelo de ruído Gaussiano para estimar a potência das distorções não-lineares em sistemas com compensação total da dispersão cromática no final de cada segmento de fibra entre amplificadores.All-optical signal processing techniques are a possible way to improve the performance and efficiency of optical communication systems, but the cur¬rent stage of development of such techniques is still unsatisfactory for real- world implementation. In order to invert this situation, new strategies and possibilities for all-optical signal processing are investigated here, with a particular focus on wavelength conversion, phase regeneration and phase- sensitive amplification in periodically poled lithium niobate waveguides and highly nonlinear fibers. A new and flexible method to design the poling pattern of periodically poled lithium niobate devices according to a target conversion spectrum is inves¬tigated in this work. The proposed method is validated through numerical simulations and by producing a real device with broad conversion bandwidth of 400 GHz. The device is then used for multichannel wavelength conversion of eight phase-modulated signals, with the additional possibility to tune the wavelength of the converted signals. A trade-off between high conversion bandwidth and conversion efficiency is observed. Advanced wavelength conversion and wavelength exchange tolerant to the phase noise added by the pump lasers are also investigated. It is shown that the additional phase noise transferred to the converted signals is eliminated by using coherent pumps, generated from the same light source. Phase-sensitive amplification based on periodically poled lithium niobate devices is also investigated in this thesis by numerically comparing the gain properties for one-, two- and four-mode configurations. The possibility to si¬multaneously generate correlated waves and observe phase-sensitive amplifi¬cation in a single device with bidirectional propagation is also demonstrated. Using such scheme,"black-box" phase regeneration of phase-encoded sig¬nals is experimentally demonstrated, albeit with limited net gain due to the low conversion efficiency of the device, and the limited reliability due to thermal and photorefractive instabilities. Motivated by such limitations, high-gain amplification in a four-mode phase-sensitive amplifier built with a highly nonlinear fiber instead of a periodically poled lithium niobate is demonstrated. Finally, the impact of using phase-sensitive amplifiers instead of common erbium-doped fiber amplifiers on the reach in point-to-point transmission and on the amplification and regeneration requirements in optical transport networks is numerically investigated. The calculations show that phase- sensitive amplifiers are particularly advantageous when considering high- order modulation formats and for transport networks comprised by long links. The numerical simulations are performed using simplified models for the gain and noise properties of the amplifiers, and a modified enhanced Gaussian noise model to estimate the power of the nonlinear distortions in systems with full dispersion compensation at the end of each span of fiber

Localização de sensores em sistemas de comunicações através da terra

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2018.A procura por alternativas de sistemas sem fio para a mineração industrial vem gerando pesquisas importantes no ramo das comunicações subterrâneas. A possibilidade de se utilizar o solo e as rochas como meios de transmissão abriu espaço para o desenvolvimento de técnicas que reduzem a necessidade de uma infraestrutura fixa e permitem que enlaces entre a superfície e as minas subterrâneas sejam arquitetados mais facilmente. Tais sistemas, chamados de sistemas de comunicação através da terra ou sistemas TTE (Through-the-Earth), estão sendo considerados como alternativas viáveis para o desenvolvimento de diversas atividades, principalmente para a otimização de processos operacionais em minas e para a comunicação crítica em situações extremas. Nesse cenário, soluções de posicionamento e referenciamento surgem como necessidades em várias aplicações práticas. Este trabalho realiza um estudo do problema de localização quando aplicado em um ambiente TTE. Modelos de canal e de perda de potência específicos para comunicações subterrâneas são explorados por meio de técnicas de localização reconhecidas na literatura e avaliados em cenários típicos de aplicações para a mineração. Por meio de resultados de simulação, as características dos modelos são examinadas enquanto um problema de otimização não linear e o desempenho dos métodos estabelecidos é discutido dentro dos requisitos do TTE. Como proposta, algoritmos viáveis para a estimação de coordenadas relativas são apresentados e aplicados em um processo de classificação referente a identificação de minérios.Fundação de Apoio para Pesquisa, Ensino, Extensão e Desenvolvimento Institucional (FINATEC); , ao Instituto Tecnológico Vale e Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).The search for good alternatives using wireless systems in the mining industry over the past few years has brought up important researches in the field of underground communications. The possibility to use soil and rocks as a transmission medium opened up to the development of techniques that reduce the need for fixed infrastructure and enable links between the surface and the underground mines to be build more easily. Such systems, called through-the-earth (TTE) communication systems, are being considered as a viable proposition to the deployment of many required activities, mainly for the optimization of processes in mining operation and communications, which are critic in extreme situations. In this scenario, solutions for positioning and referencing emerge as necessities in many practical applications. This master thesis studies the localization problem when applied to a TTE environment. Channel and path loss models that are specific to underground communications are investigated by known localization techniques and evaluated at typical scenarios for mining applications. Lastly, some viable algorithms are proposed for estimating the coordinates. By means of simulation results, the characteristics of the models are examined in detail as a nonlinear optimization problem and the methods performances are discussed for the TTE requirements. Lastly, some viable algorithms for estimating relative coordinates are presented and further used during the classification process for ore identification

Módulo para investigação e ensino de sistemas de comunicações digitais

Mestrado em Engenharia Eletrónica e TelecomunicaçõesEste documento apresenta o projeto de um módulo laboratorial para ensino e investigação de uma vasta gama de sistemas de telecomunicações de banda base, desde os conceitos mais simples até aplicações mais complexas. O módulo foi desenvolvido na Universidade de Aveiro (UA) e no Instituto de Telecomunicações de Aveiro (IT). Os subsistemas digitais que simulam diferentes componentes da transmissão digital num sistema serão apresentados com ênfase na implementação em FPGA (field programmable gate array) de um gerador de sequências binarias pseudoaleatórias, codificação e descodificação de linha, filtros, gerador de ruído gaussiano e circuitos de recuperação de informação.This document presents the design of a laboratorial module for training and research purposes of a wide range of digital baseband telecommunications systems, from the basic concepts through to more complex applications. The module was developed at University of Aveiro (UA) and at Institute of Telecommunications of Aveiro (IT). The digital subsystems that emulate different parts of a digital transmission system will be presented with emphasis on the implementation in a FPGA (field programmable gate array) of the programmable pseudorandom bit sequence (PRBS) generator, line coding and decoding, filters, gaussian white noise generator and data recover circuits

Síntese de Lentes para Aplicação em Antenas

O ritmo a que a capacidade de processamento dos computadores tem evoluido em gerações consecutivas de processadores está a potenciar uma rápida expansão de aplicações multimedia sofisticadas, e de outros serviços via Internet. Existe uma apetência crescente para que estes conteúdos multimedia possam ficar acessíveis a utilizadores móveis através de terminais portáteis. No entanto, os ficheiros associados a estes contéudos serão cada vez mais pesados, com dezenas ou mesmo centenas de megabytes (Mb). O UMTS - Universal Mobile Telecommunications System, sistema de comunicações móveis da chamada terceira geração (3G) que está em fase de pré-lançamento, vem aumentar significativamente a largura de banda em relação ao GSM, mas fica muito aquém da capacidade que vai ficando disponível na rede fixa de banda larga. Para poder estender totalmente essa capacidade a utilizadores móveis com necessidades mais exigentes, será necessário complementar o UMTS com sistemas de comunicações móveis de banda larga

A Convergência das Redes de Dados e Voz na Força Aérea Portuguesa

Esta investigação tem como objectivo analisar a possibilidade da convergência das tecnologias de dados e de voz na Força Aérea Portuguesa (FAP). A crescente utilização da Voz sobre Internet Protocol (VoIP) e o consequente abandono progressivo das redes tradicionais de voz é um dos temas mais discutidos, actualmente no mundo empresarial. A troca de informação, seja ela dados, voz ou imagem, com segurança, fiabilidade e rapidez, em tempo real, ou quase, são hoje requisitos fundamentais para a eficaz acção de comando e controlo, numa organização militar. Foram identificadas neste trabalho, em termos gerais, duas grandes redes que suportam as comunicações e sistemas de informação da FAP: a rede de dados e a rede de voz. Da análise da problemática poderá concluir-se que a tecnologia existente, assim como a infra-estrutura que suporta estas redes, permitirá, com vantagem, conduzir à convergência. Abstract: This investigation’s goal is to analyze the possibility of convergence of data and voice technologies in Portuguese Air Force (POAF). The growing utilization of Voice over Internet Protocol (VoIP) with the consequence of the progressive abandon of the traditional voice networks is one of the most discussed subjects in today’s business world. The exchange of information, either data, voice or image, with security, reliability and speed, in real or near-real time, are, today, fundamental requirements to an efficient command and control action, in military domain. In this essay, two large networks were identified to carry all the communications and information traffic of POAF: a data network and a voice network. From the analysis we conclude that the existing technology with the infrastructure that supports these two networks will, with inherent advantages, lead to convergenc

Desenho de sinais de elevada eficiência de potência para sistemas de comunicações móveis

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica, Sistemas e Computadore

Bancada laboratorial para investigação e ensino de sistemas de comunicações digitais definidos por software

Esta dissertação tem como objetivo estudar e implementar um novo módulo laboratorial que permita renovar o ensino de Sistemas de Comunicação e de Sistemas de Informação. Devido à sua flexibilidade, a tecnologia que vai ser utilizada é o Rádio Definido por Software. Depois de analisados os principais equipamentos que usam esta tecnologia e os softwares compatíveis, concluiu-se que, para o propósito desta dissertação, o equipamento mais adequado é o ADALM-PLUTO, da Analog Devices, e software é o MATLAB, da Mathworks. Devido ao ADALM-PLUTO ser relativamente recente, antes de ser implementado o sistema de transmissão-receção final, foi necessário realizar alguns testes, tais como medição da potência de saída do ADALM-PLUTO ou otimização de certos parâmetros do sistema. Implementou-se, então, um sistema de transmissão-receção constituído por 2 ADALM-PLUTO, ligados por um cabo. Finalmente, foi avaliado o desempenho do sistema para vários formatos de modulação, desde o QPSK até ao 512QAM, e para diferentes frequências de portadora, desde 900 MHz até 3.7 GHz. O desempenho do sistema foi avaliado através do cálculo da probabilidade de erro, comparando-o com os valores teóricos obtidos. Os resultados obtidos permitiram concluir que o sistema implementado é uma solução muito interessante para o ensino de Sistemas de Comunicação e de Sistemas de Informação.This dissertation aims at study and implementation of a new laboratory module in order to renew the teaching of Communication Systems and Information Systems. The flexibility of Software Defined Radio allows its helpful implementation. The search for compatible software and main equipment for the purpose was concluded at ADALM-PLUTO, from Analog Devices, and the software is MATLAB, from MathWorks. Being ADALM-PLUTO a recent equipment, some tests, such as measurement of the output power of ADALM-PLUTO or optimization of certain system parameters, was performed before its implementation in final transmission-reception system. Then, a transmission-reception system consisting of 2 ADALM-PLUTO, connected by a cable, was implemented. At last the system performance was evaluated for various modulation formats, from QPSK to 512QAM, and for different carrier frequencies, from 900 MHz to 3.7 GHz. The system performance was evaluated by calculating the error probability, comparing it with the obtained theoretical values. The results allowed to conclude that the implemented system is an interesting solution for the teaching of Communication Systems and Information Systems