[pt] Neste trabalho realizamos uma prova da viabilidade de um sistema de comunicação óptica com capacidade de transmissão de 50 Gbit/s em uma largura de banda de 50 GHz utilizando o legado dos sistemas com taxas de 10 Gbit/s. Uma série de configurações experimentais foi testada em uma ordem de complexidade crescente para verificar separadamente as etapas e as técnicas aplicadas para o aumento da capacidade de transmissão de dados e a eficiência espectral. Em alguns casos, a curva característica resultante da configuração backto- back do analisador de taxa de erro de bit média foi utilizada como referência para comparação das configurações experimentais realizadas durante o trabalho. / [en] In this work we perform a proof of feasibility of 50 Gbit/s transmission within a 50 GHz optical bandwidth exploring the 10 Gbit/s legacy. A series of experimental configurations were tested in an order of increasing complexity to verify separately the steps and applied techniques for increasing data transmission capacity and spectral efficiency. In some cases, the comparison of experimental configuration was made using the back-to-back configuration of the Bit Error Rate Tester.

[pt] Nesse trabalho, descreve-se o desenvolvimento de uma calibração do sistema de interrogação dos espectros das redes de Bragg baseando-se em uma simulação numérica adotada de testes experimentais. O objetivo é calibrar a técnica de demodulação óptica utilizando dois filtros de transmissão fixos, procurando-se principalmente a posição verdadeira dos sensores. O espectro refletido de uma rede tem uma forte dependência com o espectro da luz incidente que resultará em uma deformação no espectro refletido da rede, gerando um desvio no sensor detectado. A metodologia é gerar uma perturbação na fonte de luz e analisar a leitura do espectro da rede. Esse desvio gerado na leitura espectral é associado à potência óptica lida nos fotodetectores com a posição do comprimento de onda do sensor; as leituras indicadas são proporcionais ao grau de superposição entre os espectros do sensor e dos filtros. A calibração é enfatizada em simulações comparando-se com resultados experimentais e será recuperado principalmente o espectro deformado da rede por um espectro indicado que fornecerá a informação correta da posição do sensor. A simulação conclui em uma recuperação do espectro deformado, diminuindo incertezas de medição e da posição do sensor comparando-se com medidas experimentais proporcionando bons resultados. / [en] The development of a calibration system for Fiber Bragg Grating sensors based on two fixed spectral filters has been described basing in adopted numeric simulation of experimental tests. The objective is to gage the technique of optical demodulação using two fixed transmission filters, being sought mainly the true position spectral of sensors. The reflected spectrum of a Bragg Grating has a strong dependence with the spectrum of the incident light that will result in a deformation to the reflected spectrum, generating a deviation in the sensor detected. The methodology will be to generate a disturbance in the light source and to analyze the reading of the spectrum Bragg Grating. That deviation in the position is associated to the potency optical work in the photodetectors with the position of wavelength sensor; the suitable readings in the photodetectors are proportional to the overlap degree among the spectra of the sensor and filters. The calibration will be emphasized in simulations being compared with experimental results, and to recover mainly the deformed spectrum of Bragg Grating sensor for a suitable spectrum that will give the correct information at the position of sensor. The simulation ends in a recovery of the deformed spectrum, reducing measurement uncertainties and of the position of sensor, being compared with experimental results.

[pt] Um sistema de interrogação de sensores a rede de Bragg utilizando multiplexação no tempo e multiplexação no comprimento de onda é proposto e demonstrado. O sistema apresenta uma solução para a medição de grandezas associadas ao espectro de reflexão de redes de Bragg, possibilitando o aumento do número de sensores a rede de Bragg monitorados através de grandes distâncias em uma mesma fibra óptica, sem um aumento significativo dos custos. O aspecto inovador deste sistema reside na particular associação das seguintes características: o uso de fonte pulsada de banda larga, a disposição, em série, de um grande número de sensores a rede de Bragg de baixa refletividade, a técnica de reutilização dos mesmos comprimentos de onda nominais em grupos contendo vários sensores com comprimentos de onda nominais distintos e um processo de filtragem espectral e análise de sinais pulsados utilizando o filtro DWDM comercial. Aspectos teóricos e experimentais considerando os princípios de trabalho desta técnica são discutidos. Comparações entre resultados simulados e experimentais do sistema implantado mostram boa concordância. Resultados experimentais apontam uma faixa dinâmica de 1,7 nm, podendo encontrar aplicações em medição de temperatura com uma faixa de 150°C. Incertezas com valores médios abaixo de 20 picometros foram obtidas. Simulações experimentais apontam a possibilidade de utilização de um número de aproximadamente 70 sensores com 0,4% de refletividade, por comprimento de onda. Considerando a largura de banda do dispositivo DWDM (1539- 1565 nm) utilizado neste sistema, e um espaçamento de 7 nm por comprimento de onda nominal de sensor, extrapolações mostram que este número pode chegar a 210 sensores em três diferentes comprimentos de onda nominais de sensor. Considerando as bandas C e L este número pode chegar a aproximadamente 1000 sensores em 14 diferentes comprimentos de onda nominais de sensor. / [en] An interrogation system of fiber Bragg grating sensors using time division multiplexing and wavelength division multiplexing is proposed and demonstrated. The system presents a solution to measure the magnitudes associated to the reflection spectrum of the fiber Bragg gratings, making possible to increase the number of the Bragg gratings sensors monitored through large distances at the same fiber optic, without a great increase in the costs. The innovative aspect of this system is the particular association of the following characteristics: the use of a pulsed broad band source, the disposition, in series, of a large number of low reflectivity Bragg gratings sensors, the reusing technique of the same nominal wavelengths in groups containing several numbers of sensors with distinct nominal wavelengths, and a spectral analyzing and filtering process of pulsed signals using a commercial DWDM filter. Theoretical and experimental aspects regarding the working principles of this technique are discussed. Comparisons between experimental and simulated results show a good agreement. Experimental results indicate that a dynamic range of 1,7 nm was obtained. It can be used in temperature measurement systems, with a 150°C range. Uncertainties equivalent to approximately 20 picometers was obtained. Experimental simulations indicate that it would be possible to use a number of approximately 70 sensors with 0,4% reflectivity at each nominal sensor wavelength. Considering the DWDM filter bandwidth (1539-1565 nm) used in this system, and a spectral separation of 7 nm by nominal sensor wavelength, extrapolations indicate that a number of 210 sensors can be obtained, in three different nominal sensor wavelength. Using the C-band and the L-band, a number of 1000 sensors can be obtained, in fourteen different nominal sensor wavelength.

[pt] A utilização das linhas de potência para fins de comunicação vem recebendo grande atenção nos últimos anos, principalmente devido a grande demanda por serviços de telecomunicações. A grande virtude é que as linhas de potência para comunicação apresentam uma solução sem a necessidade de nova fiação. Além disso, apresentam saída de potência disponível em todos os cômodos de uma residência, onde o terminal de comunicação possa ser usado, são de fácil instalação e acima de tudo apresentam custo reduzido. Sendo assim a comunicação através de linhas de potência vem se mostrando uma solução viável na oferta de serviços de telecomunicações. Esta tese investigou os sistemas PLC no que diz respeito à estimação do canal. Foi desenvolvido um método paramétrico de estimação do canal PLC baseado no algoritmo EM (Expectation Maximization). Foi feita a avaliação de desempenho combinando modulação OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), estimação do canal PLC e equalização, sendo utilizado como referencias os equalizadores ZF (Zero Forcing) e MMSE (Minimum Mean Square Error). / [en] The powerline communications systems have been receiving increasing attention in last few years. Power line communications presents a no new wires solution with the additional advantages of ubiquitous node availability, easy installation, and cost effectiveness. This thesis investigation the powerline estimation channel. It was presented parametric channel estimation method using EM (Expectation Maximization) algorithm. The performance using OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), PLC Channel estimation and equalization was availability. The performance was studied using two equalization techniques Zero- Forcing and Minimum Mean Square Error.

[pt] A análise da técnica de demodulação usada para interrogar sensores a rede de Bragg em fibras ópticas baseadas em filtros fixos foi realizada teoricamente e experimentalmente. Diferentes configurações de sistemas foram analisadas modificando a posição espectral dos filtros, assim como os níveis de potência óptica obtidos nos fotodetectores. Foram realizadas medidas com o tempo de integração que variavam de 0.01 a 1s e estimado o limite de baixa freqüência. Comparação entre os resultados experimentais e simulados mostram boa concordância, e extrapolações indicam que seria possível chegar a uma faixa de medida da ordem de 7 nanômetros, com incertezas equivalentes menores que 2 picometros, na medida da posição de pico do sensor. Foi feita uma análise da possibilidade de utilização desta técnica para medida simultânea de pressão e temperatura com uma única rede sensora. Na realização experimental foi usado um transdutor de pressão que transferia uma força transversal à fibra, proporcional à pressão atuante, gerando birrefringência na região da rede de Bragg. Foi possível obter valores de pressão com a faixa dinâmica de 400 psi com incerteza máxima de 4 psi e simultaneamente temperaturas com variação de 28 a 50 graus Celsius com incerteza máxima de 0.1 graus Celsius. Adicionalmente, foram estudados os efeitos gerados em uma multiplexação temporal (TDM) de sensores a rede de Bragg quando os sensores se encontram superpostos na mesma posição espectral. Nesta análise é confrontada a técnica de demodulação utilizando dois filtros fixos com a técnica baseada na posição espectral. Os resultados indicam que a técnica baseada em filtros fixos apresenta vantagem, permitindo um número significativamente maior de sensores. E também, foi analisado o distúrbio provocado no espectro da rede sensora quando a fonte de luz usada para interrogar a rede tem uma modulação espectral que varia com a temperatura. Finalmente, foi apresentado um sistema de multiplexação (TDM/WDM), completamente polarizado, capaz de interrogar dezenas de sensores a rede de Bragg escrito em fibras de alta birrefringência. O sistema de multiplexação consistiu em uma chave óptica integrada, baseada em um interferômetro de Mach-Zehnder com configuração X-Y, e em um espectrômetro com um CCD linear como elemento de detecção. / [en] The analysis of a demodulation system for fiber Bragg grating sensors based on two fixed spectral filters has been carried out both theoretically and experimentally. Different system configurations were analyzed by modifying the spectral position of the filters as well as the optical power-level of the signal reaching the two photo-detectors. Measurements with integration times that varied from 0.01 to 1 second have been compared with the low frequency limit predicted for long-term operation. Comparisons between simulated and experimental results show good agreement, and extrapolations indicate that it should be possible to achieve a dynamic range of the order of 7 nanometers, with uncertainties equivalent to less than 2 picometers, in measurements of the sensor peak position. Applications based on this system were carried out. An analysis of simultaneous measurement of temperature and pressure with only one FBG sensor using transducer of pressure to transfer a lateral force to the fiber, proportional to the applied pressure, generating birefringence at grating Bragg region has been realized. The proposed system allowed to measure pressure range of 400 psi with uncertain of 4 psi and simultaneously temperature range of 22 Celsius Degree with uncertain of 0.1 Celsius Degree. In addiction, generated effects in the temporal multiplexing (TDM) of fiber Bragg grating sensors when the sensor spectra are fully overlapped have been analyzed. In this study, it is compared the demodulation technique based on two fixed filters with the conventional technique based on the peak position. The results show that the technique based on fixed filters presents advantage to conventional, allowing a greatest sensor number. It was also analyzed the generated disturbance in the Bragg grating sensor spectrum when the source used to interrogate the sensor has a residual modulation which changes with the temperature. And finally, a polarized multiplexing system (TDM/WDM) able to interrogate a large number of Bragg grating sensors written in high-birefringent polarization-maintaining fibers has been realized. It is based on integrated-optic switch Mach- Zehnder interferometer in X-Y configuration and a CCD line array spectrometer.

[pt] Este trabalho apresenta o estudo e a realização de experimentos a fim de investigar os efeitos da PMD (Polarization Mode Dispersion) no controle de polarização implementado em um enlace de fibra óptica monomodo. Esse estudo permitirá a otimização de controladores de polarização em sistemas de transmissão que venham a utilizar multiplexação em polarização (PolMux) combinado a técnicas de UDWDM (Ultra Dense Wavelength Division Multiplexing), possibilitando o aumento da taxa de transmissão em um canal. Para tanto, foram realizadas medidas experimentais que demonstrem o desvio angular da polarização devido à descorrelação entre canais, através da análise da evolução da polarização do sinal óptico em função da PMD, do comprimento de onda e do espaçamento espectral; foram analisadas duas propostas para se utilizar no controle de polarização; estatísticas referentes à atenuação dos canais utilizados foram realizadas e também o cálculo da correlação com intuito de analisar como esses canais se relacionam. / [en] This work presents the study and conducting experiments to investigate the PMD (Polarization Mode Dispersion) effects in polarization control implemented in a single-mode fiber optic link. This study will allow the optimization of polarization controllers in transmission systems that will use polarization multiplexing (PolMux) combined with techniques like UDWDM (Ultra Dense Wavelength Division Multiplexing), and thereby to increase the transmission rate in a channel. Therefore, we performed experimental measurements showing the angular displacement of the polarization due to decorrelation between channels by analyzing the evolution of the polarization of the optical signal as a function of PMD, wavelength and the spectral spacing, analyzed using two proposals for the control of polarization, statistics of the fading channels used and also performed the calculate the correlation with the aim to analyze how these channels are related.

[pt] Este trabalho apresenta um sistema de interrogação de sensores a rede de Bragg em fibras ópticas, baseado em reflectometria no domínio do tempo e filtros fixos a rede de Bragg. Utilizando uma fonte de luz pulsada, a posição espectral do sensor é relacionada à razão da intensidade dos pulsos, tornando a detecção independente de variações de intensidade. São abordados aspectos teóricos e experimentais referentes aos princípios de funcionamento desta técnica. Uma vez que a filtragem é feita com redes de Bragg, apenas um circuito de fotodetecção é utilizado e um número reduzido de acopladores/circuladores ópticos é necessário, o sistema possibilita reduzir consideravelmente o custo para a interrogação de um conjunto de sensores. A utilização de apenas um circuito de fotodetecção apresenta a vantagem de manter as mesmas características para todos os pulsos, minimizando influências externas neste circuito como, por exemplo, variações da temperatura ambiente. Foi montada uma bancada de testes para a interrogação de seis sensores. Comparações entre os resultados experimentais e simulados mostram boa concordância. Extrapolações indicam que seria possível interrogar sensores com uma variação espectral de 2 nanômetros, com incertezas menores que 10 picometros, o que é adequado para sensores de temperatura. Análises de interferência entre dois canais adjacentes mostram pouca influência entre eles e são apresentadas opções para diminuir essa interferência. / [en] This work presents a system for the interrogation of fiber- optic Bragg grating sensors based on time domain reflectometry and Bragg grating fixed filters. Using a pulsed light source, the spectral position of the sensor is related to the ratio of two pulses intensities, making detection independent of intensity variations. Theoretical and experimental aspects regarding the working principles of this technique are discussed. Since filtering is accomplished with Bragg grating so that only one photodetection circuit is used and a reduced number of optic couplers/circulators are needed, the system provides a considerable reduction in the cost of interrogation for a set of sensors. Using only one photodetection circuit also has the advantage of maintaining the same characteristics for all pulses, thus minimizing external influences in this circuit, such as variations in the environment temperature. A test stand was assembled for the interrogation of six sensors. Comparisons between experimental and simulated results show a good agreement. Extrapolations indicate that it would be possible to interrogate sensors with a spectral variation of 2 nanometers, with uncertainties lower than 10 pm, which is adequate for temperature sensors. Cross talk analyses between two adjacent channels show small influence between them, and approaches to reduce this interference are presented.

[pt] Este trabalho tem como foco o up-grade da taxa de bits em enlaces ópticos através da tecnologia OTDM. Os sistemas analisados contemplam os up-grades das taxas de 2,48 Gbps para 10 Gbps e também da taxa de 10 Gbps para 40 Gbps. Para tal, foram introduzidos módulos de transmissão e recepção, capazes de utilizar arquiteturas quase totalmente ópticas. É avaliado então, através de simulações, o comportamento da arquitetura proposta em infra-estruturas de enlaces já instalados no Brasil, destacando os pontos mais críticos. No que se refere ao up-grade de 10 Gbps para 40 Gbps, foi dado enfoque especial para as penalidades relativas à PMD (Polarization Mode Dispersion). / [en] This work aims at up grading the bit rate of optical links through the OTDM technology. The analyzed up-grades change the bit rate of 2,48 Gbps up to 10 Gbps and also from the bit rate of 10 Gbps up to 40 Gbps. To reach these objectives, transmission and reception modules were introduced, using all optical networks topologies. The performance of the proposed architecture was simulated using a infrastructure of links already installed in Brazil. The most critical issues were pointed out. Concerning the up-grade from 10 Gbps to 40 Gbps, a special focus was given to the penalties due to PMD (Polarization Mode Dispersion).

[pt] Para suportar os requisitos das redes móveis de 5a geração (5G), os sistemas de comunicação óptica serão usados nas redes de acesso. Isso ocorre porque a evolução das RAN (Radio Access Networks) incluem a centralização do equipamento mais crítico para implantar pontos de acesso móveis de baixa potência, como DAS (Distributed Antenna Systems) e Small Cells. Os serviços emergentes solicitam a implantação de tecnologias de rádio sobre fibra com ênfase na eficiência de largura de banda, eficiência energética e alta confiabilidade. Neste âmbito, um monitoramento eficiente da camada física é imperativo para a operação dessas redes. O sistema de monitoramento deve fornecer uma localização de falhas em serviço, econômico, centralizado e com impacto mínimo para a transmissão de dados. Esta tese propõe vários sistemas de monitoramento incorporado no transceptor utilizando reflectometria óptica no domínio do tempo. Os sistemas de monitoramento são testados em diferentes sistemas de transmissão de dados e arquiteturas de rede, onde é apresentada uma validação simulada e outras experimentais. / [en] In order to support the requirements for 5th generation mobile networks (5G), optical communication systems will be used in the access part of the network. This is because the evolution of radio access networks includes the centralization of the most critical equipment in order to deploy low power mobile access points, like distributed antenna systems and small cells. The emerging services call for the deployment of radio over fibre technologies with emphasis on bandwidth efficiency, energy efficiency and high reliability. Within this scope, an efficient monitoring of the physical layer would become essential for the operation of these networks. The monitoring system should provide in-service, cost efficient and centralized fault localization with minimum impact on data transmission. This thesis proposes several transceiver-embedded optical time domain reflectometry monitoring systems. The monitoring systems are tested over different data transmission systems and network architectures, where one architecture was simulated and several others experimentally validated.

[pt] Objetivando suprimir as instabilidades dinâmicas de ganho em um amplificador à fibra dopada com Érbio (EDFA), uma nova configuração de laser em anel é apresentada e demonstrada. Neste trabalho, analizamos os efeitos da variação do nível de atenuação no laço de re-alimentação sobre a resposta transitória do EDFA. Particularmente, observamos as excursões de ganho experimentadas pelo canal sobrevivente quando sete dentre oito canais da rede são adicionados ou removidos, à exemplo do que ocorre em sistemas WDM reais. Sob esta análise, avaliamos o desempenho do sistema em suprimir as instabilidades dinâmicas de ganho do EDFA. / [en] A new ring laser configuration to eliminate the gain dynamic instabilities of an erbium doped fiber amplifier (EDFA) is proposed and demonstrated. We examine the effect of the attenuation level in the optical feedback path over thetransient response of the EDFA. In particular, we look at the transient gain excursions experienced by surviving channel when seven of eight channels are added or dropped, like in real WDM systems. Using this analysis as a guide, we highlight the robustness of the approach and evaluate its performance to EDFA gain stabilization.