Real-time digital signal processing for new wavelength-to-the-user optical access networks

Nowadays, optical access networks provide high capacity to end users with growing availability of multimedia contents that can be streamed to fixed or mobile devices. In this regard, one of the most flexible and low-cost approaches is Passive Optical Network (PON) that is used in Fiber-to-the-Home (FTTH). Due to the growing of the bandwidth demands, Wavelength Division Multiplexing (WDM), and later on ultra-dense WDM (udWDM) PON, with a narrow channel spacing, to increase the number of users through a single fiber, has been deployed. The udWDM-PON with coherent technology is an attractive solution for the next generation optical access networks with advanced digital signal processing (DSP). Thanks to the higher sensitivity and improved channel selectivity in coherent detection with efficient DSP, optical networks support larger number of users in longer distances. Since the cost is the main concern in the optical access networks, this thesis presents DSP architectures in coherent receiver (Rx), based on low-cost direct phase modulated commercial DFB lasers. The proposals are completely in agreement with consept of wavelength-to-the-user, where each client in optical network is dedicated to an individual wavelength. Next, in a 6.25 GHz spaced udWDM grid with the optimized DSP techniques and phase-shift-keying (PSK) modulation format, the high sensitivity is achieved in real-time field-programmable-gate-array (FPGA) implementations. Moreover, this thesis reduces hardware complexity of optical carrier recovery (CR) with two various strategies. First, based on differential mth-power frequency estimator (FE) by using look-up-tables (LUTs) and second, LUT-free CR architecture, with optimizing the power consumption and hardware resources, as well as improving the channel selectivity in terms of speed and robustness. Furthermore, by designing very simple but efficient clock recovery, a symbol-rate DSP architecture, which process data using only one sample per symbol (1-sps), for polarization diversity (POD) structure, becomes possible. It makes the DSP independent from state-of-polarization (SOP), even in the case of low-cost optical front-end and low-speed analog-to-digital converters (ADCs), keeps the performance high as well as sensitivity in real-time implementations on FPGA.Avui en dia, les xarxes d'accés òptic proporcionen una alta capacitat als usuaris finals amb una creixent disponibilitat de continguts multimèdia que es poden transmetre a dispositius fixos o mòbils. En aquest sentit, un dels enfocaments més flexibles i de baix cost és la Xarxa Òptica Passiva (PON) que s'utilitza a Fibra-fins-la-Llar (FTTH). A causa del creixent requeriment de l'ample de banda, s'ha desplegat la multiplexació de divisió d'ona (WDM) i, posteriorment, el PON amb WDM d'alta densitat (udWDM), amb un espaiat estret de canals, per augmentar el nombre d'usuaris a través d'una sola fibra. L'udWDM-PON amb tecnologia coherent és una solució atractiva per a les xarxes d'accés òptic d'última generació amb processament avançat de senyal digital (DSP). Gràcies a la major sensibilitat i a la selectivitat millorada del canal en la detecció coherent amb DSP eficient, les xarxes òptiques suporten un nombre més gran d'usuaris a distàncies més llargues. Atès que el cost és la principal preocupació en les xarxes d'accés òptic, aquesta tesi presenta arquitectures DSP en receptor coherent (Rx), basades en làsers DFB comercials modulats en fase directa de baix cost. Les propostes estan d'acord amb la asignació de la longitud d'ona a l'usuari, on a cada client de la xarxa òptica se li dedica a una longitud d'ona individual. A continuació, en una graella udWDM espaciada de 6,25 GHz amb les tècniques de DSP optimitzades i el format de modulació de fase (PSK), s'aconsegueix l'alta sensibilitat en implementacions field-programable-gate-array (FPGA) en temps real. A més, aquesta tesi redueix la complexitat del maquinari de recuperació òptica de portadors (CR) amb dues estratègies diverses. Primer, basat en un estimador de freqüència de potència diferencial (FE) mitjançant l'ús de taules de cerca (LUTs) i, en segon lloc, l'arquitectura CR sense LUT, amb l'optimització del consum d'energia i els recursos de maquinari, a més de millorar la selectivitat del canal en termes de velocitat i robustesa. A més, al dissenyar una recuperació de rellotge molt simple, però eficaç, es fa possible una arquitectura DSP a la velocitat dels símbols, que processa dades utilitzant només una mostra per símbol (1-sps) per a l'estructura de la diversitat de polarització òptica (POD). Fa que el DSP sigui independent de l'estat de polarització (SOP), fins i tot en el cas dels analog-to-digital converters (ADC) de front-end òptics de baix cost, i manté el rendiment alt i la sensibilitat en les implementacions en temps real de FPGA.Postprint (published version

Real-time digital signal processing for new wavelength-to-the-user optical access networks

Nowadays, optical access networks provide high capacity to end users with growing availability of multimedia contents that can be streamed to fixed or mobile devices. In this regard, one of the most flexible and low-cost approaches is Passive Optical Network (PON) that is used in Fiber-to-the-Home (FTTH). Due to the growing of the bandwidth demands, Wavelength Division Multiplexing (WDM), and later on ultra-dense WDM (udWDM) PON, with a narrow channel spacing, to increase the number of users through a single fiber, has been deployed. The udWDM-PON with coherent technology is an attractive solution for the next generation optical access networks with advanced digital signal processing (DSP). Thanks to the higher sensitivity and improved channel selectivity in coherent detection with efficient DSP, optical networks support larger number of users in longer distances. Since the cost is the main concern in the optical access networks, this thesis presents DSP architectures in coherent receiver (Rx), based on low-cost direct phase modulated commercial DFB lasers. The proposals are completely in agreement with consept of wavelength-to-the-user, where each client in optical network is dedicated to an individual wavelength. Next, in a 6.25 GHz spaced udWDM grid with the optimized DSP techniques and phase-shift-keying (PSK) modulation format, the high sensitivity is achieved in real-time field-programmable-gate-array (FPGA) implementations. Moreover, this thesis reduces hardware complexity of optical carrier recovery (CR) with two various strategies. First, based on differential mth-power frequency estimator (FE) by using look-up-tables (LUTs) and second, LUT-free CR architecture, with optimizing the power consumption and hardware resources, as well as improving the channel selectivity in terms of speed and robustness. Furthermore, by designing very simple but efficient clock recovery, a symbol-rate DSP architecture, which process data using only one sample per symbol (1-sps), for polarization diversity (POD) structure, becomes possible. It makes the DSP independent from state-of-polarization (SOP), even in the case of low-cost optical front-end and low-speed analog-to-digital converters (ADCs), keeps the performance high as well as sensitivity in real-time implementations on FPGA.Avui en dia, les xarxes d'accés òptic proporcionen una alta capacitat als usuaris finals amb una creixent disponibilitat de continguts multimèdia que es poden transmetre a dispositius fixos o mòbils. En aquest sentit, un dels enfocaments més flexibles i de baix cost és la Xarxa Òptica Passiva (PON) que s'utilitza a Fibra-fins-la-Llar (FTTH). A causa del creixent requeriment de l'ample de banda, s'ha desplegat la multiplexació de divisió d'ona (WDM) i, posteriorment, el PON amb WDM d'alta densitat (udWDM), amb un espaiat estret de canals, per augmentar el nombre d'usuaris a través d'una sola fibra. L'udWDM-PON amb tecnologia coherent és una solució atractiva per a les xarxes d'accés òptic d'última generació amb processament avançat de senyal digital (DSP). Gràcies a la major sensibilitat i a la selectivitat millorada del canal en la detecció coherent amb DSP eficient, les xarxes òptiques suporten un nombre més gran d'usuaris a distàncies més llargues. Atès que el cost és la principal preocupació en les xarxes d'accés òptic, aquesta tesi presenta arquitectures DSP en receptor coherent (Rx), basades en làsers DFB comercials modulats en fase directa de baix cost. Les propostes estan d'acord amb la asignació de la longitud d'ona a l'usuari, on a cada client de la xarxa òptica se li dedica a una longitud d'ona individual. A continuació, en una graella udWDM espaciada de 6,25 GHz amb les tècniques de DSP optimitzades i el format de modulació de fase (PSK), s'aconsegueix l'alta sensibilitat en implementacions field-programable-gate-array (FPGA) en temps real. A més, aquesta tesi redueix la complexitat del maquinari de recuperació òptica de portadors (CR) amb dues estratègies diverses. Primer, basat en un estimador de freqüència de potència diferencial (FE) mitjançant l'ús de taules de cerca (LUTs) i, en segon lloc, l'arquitectura CR sense LUT, amb l'optimització del consum d'energia i els recursos de maquinari, a més de millorar la selectivitat del canal en termes de velocitat i robustesa. A més, al dissenyar una recuperació de rellotge molt simple, però eficaç, es fa possible una arquitectura DSP a la velocitat dels símbols, que processa dades utilitzant només una mostra per símbol (1-sps) per a l'estructura de la diversitat de polarització òptica (POD). Fa que el DSP sigui independent de l'estat de polarització (SOP), fins i tot en el cas dels analog-to-digital converters (ADC) de front-end òptics de baix cost, i manté el rendiment alt i la sensibilitat en les implementacions en temps real de FPGA

Stability Analysis of a Predecessor-Following Platoon of Vehicles With Two Time Delays

The problem of controlling a platoon of vehicles moving in one dimension is considered so that they all follow a lead vehicle with constant spacing between successive vehicles. The stability and the string stability of a platoon of vehicles with two independent and uncertain delays, one in the inter-vehicle distance and the other in the relative velocity information channels, are considered. The main objectives of this paper are: (1) using a simplifying factorization procedure and deploying the cluster treatment of characteristic roots (CTCR) paradigm to obtain exact stability boundaries in the domain of the delays, and (2) for the purpose of disturbance attenuation, the string stability analysis is examined. Finally, a simulation example of multiple vehicle platoon control is used to demonstrate the effectiveness of the proposed method

Maxillary First Molar with Two Root Canals

Knowledge regarding the anatomic morphology of maxillary molars is absolutely essential for the success of endodontic treatment. The morphology of the permanent maxillary first molar has been reviewed extensively; however, the presence of two canals in a two-rooted maxillary first molar has rarely been reported in studies describing tooth and root canal anatomies. This case report presents a patient with a maxillary first molar with two roots and two root canals, who was referred to the Department of Endodontics, Tabriz University of Medical Sciences, Iran

Legendre multi-wavelets direct method for solving Fredholm integral equations of the second kind

In this paper,We use the continuous Legendre multi-wavelets on the interval [0, 1) to solve Fredholm integral equations of the second kind. To do so, we reduced the solution of Fredholm integral equation to the solution of algebraic equations. Illustrative examples are included to show the high accuracy of the estimation, and to demonstrate validity and applicability of the technique