25 Gbit/s QPSK Hybrid Fiber-Wireless Transmission in the W-Band (75–110 GHz) With Remote Antenna Unit for In-Building Wireless Networks

In this paper, we demonstrate a photonic up-converted 25 Gbit/s fiber-wireless quadrature phase shift-keying (QPSK) data transmission link at the W-band (75–110 GHz). By launching two free-running lasers spaced at 87.5 GHz into a standard single-mode fiber (SSMF) at the central office, a W-band radio-over-fiber (RoF) signal is generated and distributed to the remote antenna unit (RAU). One laser carries 12.5 Gbaud optical baseband QPSK data, and the other acts as a carrier frequency generating laser. The two signals are heterodyne mixed at a photodetector in the RAU, and the baseband QPSK signal is transparently up-converted to the W-band. After the wireless transmission, the received signal is first down-converted to an intermediate frequency (IF) at 13.5 GHz at an electrical balanced mixer before being sampled and converted to the digital domain. A digital-signal-processing (DSP)-based receiver is employed for offline digital down-conversion and signal demodulation. We successfully demonstrate a 25 Gbit/s QPSK wireless data transmission link over a 22.8 km SSMF plus up to 2.13 m air distance with a bit-error-rate performance below the $2 times 10^{-3}$ forward error correction (FEC) limit. The proposed system may have the potential for the integration of the in-building wireless networks with the fiber access networks, e.g., fiber-to-the-building (FTTB)

Photonic Modulation and Demodulation techniques for Multi-Gb/s Millimetre wave Wireless Links

Los sistemas de radio sobre fibra(Radio Over fibre ROF) ofrecen el ancho de banda y flexibilidad necesario para la generación y distribución de del señales inalámbricas del futuro en una arquitectura de red óptica, que reduce el coste de las redes centralizando el procesado y simplificando la ubicación de la antena (estación de base EB). El uso de sistemas de comunicaciones ópticas como una media de transporte de señales inalámbricas en enlaces RoF reduce el cuello de botella entre los estándares de acceso inalámbrico y cableado en un dominio convergente óptico. Las redes de acceso ópticas están evolucionando con capacidades de hasta 10 Gb/s con el estándard 10GEPON, dejando un cuello de botella entre tecnologías de acceso inalámbrico y óptico. . Eso ha motivado gran esfuerzo de investigación en la generación y distribución de señales inalámbricas de alta capacidad (> 10 Gb/s) basada en RoF. En esta tesis se ha investigado el uso de técnicas fotónicas para la generación , distribución y demodulación de señales inalámbricas moduladas vectorialmente. Esta tesis está principalmente dedicada a la generación de señales inalámbricas espectralmente eficientes como la modulación de fase en cuadratura (QPSK) o modulación de amplitud cuadratura de multinivel (M-QAM). El trabajo presentado en esta tesis está clasificado en dos partes: la primera de ellas trata de las técnicas fotónicas que utilizan señales eléctricas coherente para la generación y demodulación de señales inalámbricas, mientras la segunda parte trata de usar señales ópticas incoherentes. En la primera parte de la tesis, están presentadas diferentes arquitecturas de sistemas y están analizadas numéricamente, y demostradas experimentalmente. Un nuevo concepto denominado "modulación vectorial fotónica" (PVM) es propuesto para la generación de señales inalámbricas con una modulación M-QAM. Basado en esta técnica se presenta la generación de señales de capacidad 10Gb/s con una modulación de QPSK y 16-QAM.Sambaraju -, R. (2010). Photonic Modulation and Demodulation techniques for Multi-Gb/s Millimetre wave Wireless Links [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/8857Palanci

Convergence of millimeter-wave and photonic interconnect systems for very-high-throughput digital communication applications

In the past, radio-frequency signals were commonly used for low-speed wireless electronic systems, and optical signals were used for multi-gigabit wired communication systems. However, as the emergence of new millimeter-wave technology introduces multi-gigabit transmission over a wireless radio-frequency channel, the borderline between radio-frequency and optical systems becomes blurred. As a result, there come ample opportunities to design and develop next-generation broadband systems to combine the advantages of these two technologies to overcome inherent limitations of various broadband end-to-end interconnect systems in signal generation, recovery, synchronization, and so on. For the transmission distances of a few centimeters to thousands of kilometers, the convergence of radio-frequency electronics and optics to build radio-over-fiber systems ushers in a new era of research for the upcoming very-high-throughput broadband services. Radio-over-fiber systems are believed to be the most promising solution to the backhaul transmission of the millimeter-wave wireless access networks, especially for the license-free, very-high-throughput 60-GHz band. Adopting radio-over-fiber systems in access or in-building networks can greatly extend the 60-GHz signal reach by using ultra-low loss optical fibers. However, such high frequency is difficult to generate in a straightforward way. In this dissertation, the novel techniques of homodyne and heterodyne optical-carrier suppressions for radio-over-fiber systems are investigated and various system architectures are designed to overcome these limitations of 60-GHz wireless access networks, bringing the popularization of multi-gigabit wireless networks to become closer to the reality. In addition to the advantages for the access networks, extremely high spectral efficiency, which is the most important parameter for long-haul networks, can be achieved by radio-over-fiber signal generation. As a result, the transmission performance of spectrally efficient radio-over-fiber signaling, including orthogonal frequency division multiplexing and orthogonal wavelength division multiplexing, is broadly and deeply investigated. On the other hand, radio-over-fiber is also used for the frequency synchronization that can resolve the performance limitation of wireless interconnect systems. A novel wireless interconnects assisted by radio-over-fiber subsystems is proposed in this dissertation. In conclusion, multiple advantageous facets of radio-over-fiber systems can be found in various levels of end-to-end interconnect systems. The rapid development of radio-over-fiber systems will quickly change the conventional appearance of modern communications.PhDCommittee Chair: Gee-Kung Chang; Committee Member: Bernard Kippelen; Committee Member: Shyh-Chiang Shen; Committee Member: Thomas K. Gaylord; Committee Member: Umakishore Ramachandra

High Speed Integrated Circuits for High Speed Coherent Optical Communications

With the development of (sub) THz transistor technologies, high speed integrated circuits up to sub-THz frequencies are now feasible. These high speed and wide bandwidth ICs can improve the performance of optical components, coherent optical fiber communication, and imaging systems. In current optical systems, electrical ICs are used primarily as driving amplifiers for optical modulators, and in receiver chains including TIAs, AGCs, LPFs, ADCs and DSPs. However, there are numerous potential applications in optics using high speed ICs, and different approaches may be required for more efficient, compact and flexible optical systems.This dissertation will discuss three different approaches for optical components and communication systems using high speed ICs: a homodyne optical phase locked loop (OPLL), a heterodyne OPLL, and a new WDM receiver architecture.The homodyne OPLL receiver is designed for short-link optical communication systems using coherent modulation for high spectral efficiency. The phase-locked coherent receiver can recover the transmitted data without requiring complex back-end digital signal processing to recover the phase of the received optical carrier. The main components of the homodyne OPLL are a photonic IC (PIC), an electrical IC (EIC), and a loop filter. One major challenge in OPLL development is loop bandwidth; this must be of order 1 GHz in order for the loop to adequately track and suppress the phase fluctuations of the locked laser, yet a 1 GHz loop bandwidth demands small (<100 ps) propagation delays if the loop is to be stable. Monolithic integration of the high-speed loop components into one electrical and one photonic IC decreases the total loop delay. We have designed and demonstrated an OPLL with a compact size of 10 × 10 mm2, stably operating with a loop bandwidth of 1.1 GHz, a loop delay of 120 ps, a pull-in time of 0.55 μs and lock time of <10 ns. The coherent receiver can receive 40 Gb/s BPSK data with a bit error rate (BER) of <10-7, and operates up to 35 Gb/s with BER 10-12.The thesis also describes heterodyne OPLLs. These can be used to synthesize optical wavelengths of a broad bandwidth (optical wavelength synthesis) with narrow linewidth and with fast frequency switching. There are many applications of such narrow linewidth optical signal sources, including low phase noise mm-wave and THz-signal sources, wavelength-division-multiplexed optical transmitters, and coherent imaging and sensor systems. The heterodyne OPLL also has the same stability issues (loop delay and sensitivity) as the homodyne OPLL. In the EIC, a single sideband mixer operating using digital design principles (DSSBM) enables precisely controlled sweeping of the frequency of the locked laser, with control of the sign of the frequency offset. The loop's phase and frequency difference detector (PFD) uses digital design techniques to make the OPLL loop parameters only weakly sensitive to optical signal levels or optical or electrical component gains. The heterodyne OPLL operates stably with a loop bandwidth of 550 MHz and loop delay of <200 ps. An initial OPLL design exhibited optical frequency (wavelength) synthesis from -6 GHz to -2 GHz and from 2 GHz to 9 GHz. An improved OPLL reached frequency tuning up to 25 GHz. The homodyne OPLL exhibits -110 dBc/Hz phase noise at 10 MHz offset and -80 dBc/Hz at 5 kHz offset.Finally, the thesis describes a new WDM receiver architecture using broadband electrical ICs. In the proposed WDM receiver, a set of received signals at different optical wavelengths are mixed against a single optical local oscillator. This mixing converts the WDM channels to electrical signals in the receiver photocurrent, with each WDM signal being converted to an RF sub-carrier of different frequency. An electrical IC then separately converts each sub-carrier signal to baseband using single-sideband mixers and quadrature local oscillators. The proposed receiver needs less complex hardware than the arrays of wavelength-sensitive receivers now used for WDM, and can readily adjust to changes in the WDM channel frequencies. The proposed WDM receiver concept was demonstrated through several system experiments. Image rejection of greater than 25 dB, adjacent channel suppression of greater than 20 dB, operation with gridless channels, and six-channel data reception at a total 15 Gb/s (2.5 Gb/s BPSK × 6-channels) were demonstrated

Photonic Vector Processing Techniques for Radiofrequency Signals

[EN] The processing of radiofrequency signals using photonics means is a discipline that appeared almost at the same time as the laser and the optical fibre. Photonics offers the capability of managing broadband radiofrequency (RF) signals thanks to its low transmission attenuation, a variety of linear and non-linear phenomena and, recently, the potential to implement integrated photonic subsystems. These features open the door for the implementation of multiple functionalities including optical transportation, up and down frequency conversion, optical RF filtering, signal multiplexing, de-multiplexing, routing and switching, optical sampling, tone generation, delay control, beamforming and photonic generation of digital modulations, and even a combination of several of these functionalities. This thesis is focused on the application of vector processing in the optical domain to radiofrequency signals in two fields of application: optical beamforming, and photonic vector modulation and demodulation of digital quadrature amplitude modulations. The photonic vector control enables to adjust the amplitude and phase of the radiofrequency signals in the optical domain, which is the fundamental processing that is required in different applications such as beamforming networks for direct radiating array (DRA) antennas and multilevel quadrature modulation. The work described in this thesis include different techniques for implementing a photonic version of beamforming networks for direct radiating arrays (DRA) known as optical beamforming networks (OBFN), with the objectives of providing a precise control in terrestrial applications of broadband signals at very high frequencies above 40 GHz in communication antennas, optimizing the size and mass when compared with the electrical counterparts in space application, and presenting new photonic-based OBFN functionalities. Thus, two families of OBFNs are studied: fibre-based true time delay architectures and integrated networks. The first allow the control of broadband signals using dispersive optical fibres with wavelength division multiplexing techniques and advanced functionalities such as direction of arrival estimation in receiving architectures. In the second, passive OBFNs based on monolithically-integrated Optical Butler Matrices are studied, including an ultra-compact solution using optical heterodyne techniques in silicon-on-insulator (SOI) material, and an alternative implementing a homodyne counterpart in germanium doped silica material. In this thesis, the application of photonic vector processing to the generation of quadrature digital modulations has also been investigated. Multilevel modulations are based on encoding digital information in discrete states of phase and amplitude of an electrical signal to enhance spectral efficiency, as for instance, in quadrature modulation. The signal process required for generating and demodulating this kind of signals involves vector processing (phase and amplitude control) and frequency conversion. Unlike the common electronic or digital implementation, in this thesis, different photonic based signal processing techniques are studied to produce digital modulation (photonic vector modulation, PVM) and demodulation (PVdM). These techniques are of particular interest in the case of broadband signals where the data rate required to be managed is in the order of gigabit per second, for applications like wireless backhauling of metro optical networks (known as fibre-to-the-air). The techniques described use optical dispersion in optical fibres, wavelength division multiplexing and photonic up/down conversion. Additionally, an optical heterodyne solution implemented monolithically in a photonic integrated circuit (PIC) is also described.[ES] El procesamiento de señales de radiofrecuencia (RF) utilizando medios fotónicos es una disciplina que apareció casi al mismo tiempo que el láser y la fibra óptica. La fotónica ofrece la capacidad de manipular señales de radiofrecuencia de banda ancha, una baja atenuación, procesados basados en una amplia variedad de fenómenos lineales y no lineales y, recientemente, el potencial para implementar subsistemas fotónicos integrados. Estas características ofrecen un gran potencial para la implementación de múltiples funcionalidades incluyendo transporte óptico, conversión de frecuencia, filtrado óptico de RF, multiplexación y demultiplexación de señales, encaminamiento y conmutación, muestreo óptico, generación de tonos, líneas de retardo, conformación de haz en agrupaciones de antenas o generación fotónica de modulaciones digitales, e incluso una combinación de varias de estas funcionalidades. Esta tesis se centra en la aplicación del procesamiento vectorial en el dominio óptico de señales de radiofrecuencia en dos campos de aplicación: la conformación óptica de haces y la modulación y demodulación vectorial fotónica de señales digitales en cuadratura. El control fotónico vectorial permite manipular la amplitud y fase de las señales de radiofrecuencia en el dominio óptico, que es el procesamiento fundamental que se requiere en diferentes aplicaciones tales como las redes de conformación de haces para agrupaciones de antenas y en la modulación en cuadratura. El trabajo descrito en esta tesis incluye diferentes técnicas para implementar una versión fotónica de las redes de conformación de haces de en agrupaciones de antenas, conocidas como redes ópticas de conformación de haces (OBFN). Se estudian dos familias de redes: arquitecturas de retardo en fibra óptica y arquitecturas integradas. Las primeras permiten el control de señales de banda ancha utilizando fibras ópticas dispersivas con técnicas de multiplexado por división de longitud de onda y funcionalidades avanzadas tales como la estimación del ángulo de llegada de la señal en la antena receptora. En la segunda, se estudian redes de conformación pasivas basadas en Matrices de Butler ópticas integradas, incluyendo una solución ultra-compacta utilizando técnicas ópticas heterodinas en silicio sobre aislante (SOI), y una alternativa homodina en sílice dopado con germanio. En esta tesis, también se han investigado técnicas de procesado vectorial fotónico para la generación de modulaciones digitales en cuadratura. Las modulaciones multinivel codifican la información digital en estados discretos de fase y amplitud de una señal eléctrica para aumentar su eficiencia espectral, como por ejemplo la modulación en cuadratura. El procesado necesario para generar y demodular este tipo de señales implica el procesamiento vectorial (control de amplitud y fase) y la conversión de frecuencia. A diferencia de la implementación electrónica o digital convencional, en esta tesis se estudian diferentes técnicas de procesado fotónico tanto para la generación de modulaciones digitales (modulación vectorial fotónica, PVM) como para su demodulación (PVdM). Esto es de particular interés en el caso de señales de banda ancha, donde la velocidad de datos requerida es del orden de gigabits por segundo, para aplicaciones como backhaul inalámbrico de redes ópticas metropolitanas (conocida como fibra hasta el aire). Las técnicas descritas se basan en explotar la dispersión cromática de la fibra óptica, la multiplexación por división de longitud de onda y la conversión en frecuencia. Además, se presenta una solución heterodina implementada monolíticamente en un circuito integrado fotónico (PIC).[CA] El processament de senyals de radiofreqüència (RF) utilitzant mitjans fotònics és una disciplina que va aparèixer gairebé al mateix temps que el làser i la fibra òptica. La fotònica ofereix la capacitat de manipular senyals de radiofreqüència de banda ampla, una baixa atenuació, processats basats en una àmplia varietat de fenòmens lineals i no lineals i, recentment, el potencial per implementar subsistemes fotònics integrats. Aquestes característiques ofereixen un gran potencial per a la implementació de múltiples funcionalitats incloent transport òptic, conversió de freqüència, filtrat òptic de RF, multiplexació i demultiplexació de senyals, encaminament i commutació, mostreig òptic, generació de tons, línies de retard, conformació de feix en agrupacions d'antenes i la generació fotònica de modulacions digitals, i fins i tot una combinació de diverses d'aquestes funcionalitats. Aquesta tesi es centra en l'aplicació del processament vectorial en el domini òptic de senyals de radiofreqüència en dos camps d'aplicació: la conformació òptica de feixos i la modulació i demodulació vectorial fotònica de senyals digitals en quadratura. El control fotònic vectorial permet manipular l'amplitud i la fase dels senyals de radiofreqüència en el domini òptic, que és el processament fonamental que es requereix en diferents aplicacions com ara les xarxes de conformació de feixos per agrupacions d'antenes i en modulació multinivell. El treball descrit en aquesta tesi inclou diferents tècniques per implementar una versió fotònica de les xarxes de conformació de feixos en agrupacions d'antenes, conegudes com a xarxes òptiques de conformació de feixos (OBFN), amb els objectius de proporcionar un control precís en aplicacions terrestres de senyals de banda ampla a freqüències molt altes per sobre de 40 GHz en antenes de comunicacions, optimitzant la mida i el pes quan es compara amb els homòlegs elèctrics en aplicacions espacials, i la presentació de noves funcionalitats fotòniques per agrupacions d'antenes. Per tant, s'estudien dues famílies de OBFNs: arquitectures de retard en fibra òptica i arquitectures integrades. Les primeres permeten el control de senyals de banda ampla utilitzant fibres òptiques dispersives amb tècniques de multiplexació per divisió en longitud d'ona i funcionalitats avançades com ara l'estimació de l'angle d'arribada del senyal a l'antena receptora. A la segona, s'estudien xarxes de conformació passives basades en Matrius de Butler òptiques en fotònica integrada, incloent una solució ultra-compacta utilitzant tècniques òptiques heterodinas en silici sobre aïllant (SOI), i una alternativa homodina en sílice dopat amb germani. D'altra banda, també s'ha investigat en aquesta tesi tècniques de processament vectorial fotònic per a la generació de modulacions digitals en quadratura. Les modulacions multinivell codifiquen la informació digital en estats discrets de fase i amplitud d'un senyal elèctric per augmentar la seva eficiència espectral, com ara la modulació en quadratura. El processat necessari per generar i desmodular aquest tipus de senyals implica el processament vectorial (control d'amplitud i fase) i la conversió de freqüència. A diferència de la implementació electrònica o digital convencional, en aquesta tesi s'estudien diferents tècniques de processament fotònic tant per a la generació de modulacions digitals (modulació vectorial fotònica, PVM) com per la seva demodulació (PVdM). Això és de particular interès en el cas de senyals de banda ampla, on la velocitat de dades requerida és de l'ordre de gigabits per segon, per a aplicacions com backhaul sense fils de xarxes òptiques metropolitanes (coneguda com fibra fins l'aire). Les tècniques descrites es basen en explotar la dispersió cromàtica de la fibra òptica, la multiplexació per divisió en longitud d'ona i la conversió en freqüència. A més, es presePiqueras Ruipérez, MÁ. (2016). Photonic Vector Processing Techniques for Radiofrequency Signals [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/63264TESI

Photonic Millimeter Wave Signal Generation and Transmission Over Hybrid Links in 5G Communication Networks

[ES] El estándar de quinta generación (5G) es la clave potencial para satisfacer el aumento exponencial en la demanda de nuevas aplicaciones, servicios y usuarios. La tecnología 5G ofrecerá una latencia extremadamente baja de 1 ms, una velocidad máxima de datos de 10 Gbit/s, una alta densidad de conexión de hasta 106 dispositivos/km2 y permitirá una alta movilidad de los dispositivos de hasta 500 km/h. En esta Tesis se proponen varias soluciones basadas en tecnologías habilitadoras para el despliegue de redes 5G. La arquitectura de la red de acceso de radio en la nube (C-RAN) se emplea junto con las técnicas de Fotónica de Microondas como una solución prometedora para generar y transmitir señales de ondas milimétricas (mmW) en la próxima generación de comunicaciones móviles. La tecnología radio sobre fibra (RoF) ha demostrado ser una buena opción para enfrentarse al desafío de la distribución inalámbrica mmW debido a la gran distancia de transmisión, el gran ancho de banda y la inmunidad a las interferencias electromagnéticas, entre algunas de las principales ventajas. Además, esta tecnología se puede ampliar con comunicaciones ópticas de espacio libre (FSO) en sistemas de radio sobre FSO (RoFSO) en las redes inalámbricas. En esta Tesis, las señales mmW se generan fotónicamente mediante modulación externa de doble banda lateral con supresión de portadora (CS-DSB) y se distribuyen a través de enlaces fronthaul híbridos RoF/FSO. Además, la generación múltiple de señales permite la distribución reconfigurable en canales multiplexados por división de longitud de onda (WDM) desde una oficina central hasta las estaciones base, y se ha evaluado el impacto de las turbulencias producidas en los canales FSO sobre las señales mmW generadas fotónicamente en términos de fluctuaciones de potencia y ruido de fase de la señal. Se propone la técnica de modulación directa de un láser (DML) como solución principal para la transmisión de datos a través de enlaces ópticos híbridos que emplean un esquema de multiplicación de frecuencias ópticas, es decir, CS-DSB, para la generación de señales de mmW. En concreto, se evalúan teórica y experimentalmente los esquemas de generación fotónica local y remoto de señales mmW y se comparan para su implementación práctica en la red frontal de la C-RAN y, además, se estudia experimentalmente el impacto de la distorsión armónica y de la intermodulación en la transmisión de datos. Igualmente, con el fin de obtener la capacidad que ofrece el DML en términos de ancho de banda, también se presenta una evaluación teórica y experimental del efecto de la dispersión de la fibra y el chirp sobre diferentes anchos de banda de señales de M-modulación de amplitud en cuadratura (QAM). No obstante, la Tesis también incluye otro enfoque para la transmisión de datos basado en el uso de otro modulador externo. En este caso, la demostración experimental de la generación de señales ópticas empleando CS-DSB y la transmisión de señales a través de fibra híbrida y red frontal FSO se completa con un enlace de antena que permite transmitir señales 5G 64/256-QAM. La investigación realizada con los sistemas CS-DSB y DSB también permiten comparar la robustez frente al desvanecimiento inducido por la dispersión cromática de la fibra. Además, se ha realizado una evaluación experimental impacto las turbulencias producidas en los canales FSO sobre las señales mmW generadas fotónicamente con diferentes distribuciones térmicas y se ha cuantificado la degradación de la señal de datos de acuerdo con las condiciones de la turbulencia. Como demostradores finales, esta Tesis incluye un sistema de transmisión full-dúplex que emplea señales 5G en enlace descendente (DL) a 39 GHz y en enlace ascendente (UL) a 37 GHz; y la transmisión de señales OFDM LTE de 60 GHz (DL) y 25 GHz (UL) sobre una infraestructura heterogénea de frontal óptico que consiste en fibra óptica de 10 km, un canal FSO de 100 m y un enlace de radio inalámbrico de 2 m.[CA] L'estàndard de quinta generació (5G) és la clau potencial per a satisfer l'augment exponencial en la demanda de noves aplicacions, serveis i usuaris. La tecnologia 5G oferirà una latència extremadament baixa d'1 ms, una velocitat màxima de dades de 10 Gbit/s, una alta densitat de connexió de fins a 106 dispositius/km2 i permetrà una alta mobilitat dels dispositius de fins a 500 km/h. En aquesta tesi es proposen diverses solucions basades en tecnologies habilitadores per al desplegament de xarxes 5G. L'arquitectura de la xarxa d'accés de ràdio en el núvol (CRAN) s'empra junt amb les tècniques de Fotònica de Microones com una solució prometedora per a generar i transmetre senyals d'ones mil·limètriques (mmW) en la pròxima generació de comunicacions mòbils. La tecnologia ràdio sobre fibra ( RoF) ha demostrat ser una bona opció per a enfrontar-se al desafiament de la distribució sense fil mmW a causa de la gran distància de transmissió, el gran ample de banda i la immunitat a les interferències electromagnètiques, entre alguns dels principals avantatges. A més, aquesta tecnologia es pot ampliar amb comunicacions òptiques d'espai lliure (FSO) en sistemes de ràdio sobre FSO (RoFSO) en les xarxes sense fil. En aquesta Tesi, els senyals mmW es generen fotònicament per mitjà de modulació externa de doble banda lateral amb supressió de portadora (CS-DSB) i es distribueixen a través d'enllaços frontals híbrids RoF/FSO.. A més, la generació múltiple de senyals permet la distribució reconfigurable en canals multiplexats per divisió de longitud d'ona ( WDM) des d'una oficina central fins a les estacions base, i s'ha avaluat l'impacte de les turbulències produïdes en els canals FSO sobre els senyals mmW generades fotònicament en termes de fluctuacions de potència i soroll de fase del senyal. Aquest treball proposa la tècnica de modulació directa d'un làser (DML) com solució principal per a la transmissió de dades a través d'enllaços òptics híbrids que fan servir un esquema de multiplicació de freqüències òptiques, és a dir, CS-DSB, per a la generació de senyals de mmW. En concret, s'avalua teòric i experimentalment els esquemes de generació fotònica local i remota de senyals mmW i es comparen per a la seua implementació pràctica a la xarxa frontal de la C-RAN i a més, s'estudia experimentalment l'impacte de la distorsió harmònica i de la intermodulació en la transmissió de dades. Igualment, amb el fi d'obtindre la capacitat que ofereix el DML en termes d'amplada de banda, també es presenta una avaluació teòrica i experimental de l'efecte de la dispersió de la fibra i el chirp sobre diferents amples de banda de senyals de M-modulació d'amplitud en quadratura (QAM). No obstant això, la Tesis també inclou altre enfocament per a la transmissió de dades basat amb l¿ús d'altre modulador extern. En aquest cas, la demostració experimental de la generació de senyals òptics emprant CS-DSB i la transmissió de senyals a través de fibra híbrida i xarxa frontal FSO es completa com un enllaç d'antena que permet transmetre senyals 5G 64/256-QAM. La investigació realitzada amb els sistemes CS-DSB i DSB també permet comparar la seua robustesa davant l¿esvaïment induït per la dispersió cromàtica. A més, s'ha avaluat experimentalment l'impacte de les turbulències produïdes en els canals FSO sobre els senyals mmW generades fotònicament amb diferents distribucions tèrmiques i s'ha quantificat la degradació del senyal de dades d'acord amb les condicions de la turbulència. Com a demostradors finals, aquesta Tesi inclou un sistema de transmissió full-dúplex que empra senyals 5G en enllaç descendent (DL) a 39 GHz i en enllaç ascendent (UL) a 37 GHz; i la transmissió de senyals OFDM LTE de 60 GHz (DL) i 25 GHz (UL) sobre una infraestructura heterogènia de frontal òptic que consisteix en fibra òptica de 10 km, un canal FSO de 100 m i un enllaç de ràdio sense fil de 2 m.[EN] The fifth generation (5G) standard is the potential key to meet the exponentially increasing demand of the emerging applications, services and mobile end users. 5G technology will offer an extremely low latency of 1 ms, peak data rate of 10 Gbit/s, high contention density up to 106 devices/km2 and enable high mobility up to 500 km/h. This Thesis proposes several solutions based on enabling technologies for deploying 5G networks. Cloud-radio access network (C-RAN) architecture is employed in conjunction with microwave photonics techniques as a promising solution to generate and transmit millimeter wave (mmW) signals in the next generation of mobile communications. Radio over fiber (RoF) has been demonstrated as a good option to face the challenge of mmW wireless distribution, due to long transmission distance, large bandwidth and immunity to electromagnetic interference, as some of the main advantages. Moreover, this technology can be extended with free-space optical (FSO) communications in Radio over FSO systems (RoFSO) as wireless networks. In this Thesis, mmW signals are photonically generated by carrier suppressed double sideband (CS-DSB) external modulation and distributed over hybrid RoF/FSO fronthaul links. Moreover, multiple generated signals allow reconfigurable distribution in wavelength-division multiplexed (WDM) channels from a central office to the base stations, and the impact of turbulent FSO channels on photonically generated mmW signals has been evaluated in terms of power signal fluctuations and phase noise. A directly modulated laser (DML) is proposed as a major solution for signal transmission over hybrid optical links employing optical frequency multiplication scheme, i.e. CS-DSB, for mmW signal generation. Moreover, local and remote photonic mmW signal generation schemes are theoretically and experimentally evaluated and compared for practical deployment in C-RAN fronthaul network while the impact of harmonic and intermodulation distortion on data transmission is also experimentally studied. Furthermore, for the sake of obtaining the DML usability in terms of bandwidth, theoretical and experimental evaluation of the effect of fiber dispersion and chirp over different M-quadrature amplitude modulation (QAM) signals bandwidth is also presented. Another data transmission approach based on the cascade of two external modulators is also employed in the Thesis. In this case, the experimental demonstration of optical signal generation employing CS-DSB and signal transmission over hybrid fiber and FSO fronthaul network is completed with a seamless antenna link leading to successful transmission of 64/256-QAM 5G signals. The CS-DSB and DSB schemes are also investigated for the sake of comparison in terms of robustness against fiber chromatic dispersion-induced fading. Furthermore, experimental evaluation of the impact of turbulent FSO links on photonically generated mmW signals with different thermal distributions has been performed and data signal degradation has been quantified according to the turbulence conditions. As final demonstrators, the Thesis includes a full-duplex transmission system employing 39 GHz downlink (DL) and 37 GHz uplink (UL) 5G signals over hybrid links; and 60 GHz (DL) and 25 GHz (UL) OFDM LTE signal transmission over an heterogeneous optical fronthaul infrastructure consisting of 10 km optical fiber, 100 m FSO channel and 2 m wireless radio link.I would like to acknowledge the financial support given by Research Excellence Award Programme GVA PROMETEO 2017/103 Future Microwave Photonics and European Network for High Performance Integrated Microwave Photonics (EUIMWP) CA16220.Vallejo Castro, L. (2022). Photonic Millimeter Wave Signal Generation and Transmission Over Hybrid Links in 5G Communication Networks [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/19025