LOPES, M. V. P. Acopladores de cristais fotônicos e acesso múltiplo por divisão de código óptico (OCDMA) com pulsos ultracurtos em fibras de Bragg. 2012. 84 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2012. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2012-03-21T17:42:41Z No. of bitstreams: 1 2012_dis_mvplopes.pdf: 4057872 bytes, checksum: 38f0a283931f5970846141a4a5fd696e (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2012-03-21T17:43:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_dis_mvplopes.pdf: 4057872 bytes, checksum: 38f0a283931f5970846141a4a5fd696e (MD5) / Made available in DSpace on 2012-03-21T17:43:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_dis_mvplopes.pdf: 4057872 bytes, checksum: 38f0a283931f5970846141a4a5fd696e (MD5) Previous issue date: 2012 / This paper presents numerical simulation studies of propagation/switching of ultra-short pulses in photonic crystal couplers and Optical Code Division Multiple Access (OCDMA) using Fiber Bragg Grating (FBG). For coding were obtained analytically Gold codes. In the analysis of photonic crystal couplers (microstructured) investigated the properties of the propagation of light pulses as Sólitons. Ultra-short pulses of minimum duration of 100 femtoseconds (fs) were used. For this type of propagation in couplers, must be solved numerically the Equation nonlinear Schrödinger Generalized (ENLSG) of the coupled modes in accordance with the addition of third order dispersion, intrapulse Raman scattering, self-steepening and the dispersion of coupling coefficient. A coupler with coupling length of 1.8 cm and length 33 cm was simulated. Using this device length, the high-order effects (dispersion, self-steepening, raman, dispersion of the coupling) were important factors to consider. But, for small devices, with up to two coupling lengths, these effects may be ignored. In the second analysis, we studied the coding range of 5 Gold codes using an FBG encoder/decoder of length 41.58 mm. For the grid used, the encoding amplitude and interference between users of this device have been investigated. There was an increase of interference by adding values of users starting from 6 dB to about 10.5 dB for this device. Using photonic couplers with the FBG linear switching pulses between the channels of the coupler could be visualized to high gains (from 50 decibels). / Neste trabalho são apresentados estudos de simulação numérica de propagação/chaveamento de pulsos ultracurtos em acopladores de cristais fotônicos e de Acesso Múltiplo por Divisão de Código Óptico (OCDMA) utilizando Fibras de Grade de Bragg (FBG). Para a codificação foram obtidos analiticamente códigos de Gold. Na análise de acopladores de cristais fotônicos (microestruturados) foram investigadas as propriedades da propagação de pulsos de luz na forma de sólitons. Foram utilizados pulsos ultracurtos, de duração mínima de 100 femtossegundos (fs). Para este tipo de propagação em acopladores deve ser resolvida numericamente a Equação Não linear de Schrödinger Generalizada (ENLSG) dos modos acoplados com o acréscimo de termos de dispersão de terceira ordem, espalhamento Raman intrapulso, auto inclinação e dispersão do coeficiente de acoplamento. Um acoplador com comprimento de acoplamento de 1,8 centímetros e comprimento de 33 centímetros foi simulado. Utilizando este comprimento de dispositivo os efeitos de alta ordem (dispersões, auto inclinação, Raman, dispersão do acoplamento) foram fatores importantes a serem considerados. Porém, para dispositivos pequenos, com até 2 comprimentos de acoplamento, estes efeitos podem ser desconsiderados. Na segunda análise, foi estudada a codificação em amplitude de 5 códigos de Gold utilizando uma FBG codificadora/decodificadora de comprimento 41,58 milímetros. Para a grade utilizada, a codificação em amplitude e a interferência entre usuários neste dispositivo foram investigadas. Houve um aumento da interferência ao se acrescentar usuários partindo de valores de 6 decibéis até cerca de 10,5 decibéis para este dispositivo. Utilizando acopladores fotônicos com a FBG linear, o chaveamento de pulsos entre os canais do acoplador pôde ser visualizado para ganhos altos (a partir de 50 decibéis).

A oferta de novos serviços para os usuários finais, como o denominado triple play, que consiste no tráfego simultâneo de voz, vídeo e dados utilizando a mesma infra-estrutura de comunicação, vem exigindo que as estruturas de rede das operadoras ofereçam largura de banda adequada e qualidade de serviço. Nesse contexto, as redes ópticas passivas (PON) vêm se destacando em virtude de oferecerem maior largura de banda a custos relativamente baixos. Nas redes ópticas passivas, trechos de fibras ópticas podem ser compartilhados entre diversos assinantes, exigindo, para isso, a utilização de técnicas de controle de acesso múltiplo. Destaque maior é dado à técnica de acesso múltiplo por divisão de códigos ópticos (OCDMA), por apresentar características tais como maior segurança e capacidade flexível sob demanda. O desempenho dessa tecnologia é basicamente limitado pela interferência de acesso múltiplo, ou interferência multiusuário (MAI). No presente trabalho, cenários OCDMA-PON utilizando códigos ópticos unidimensionais, baseados na codificação prima modificada (MPC), e bidimensionais, baseados na codificação óptica ortogonal de múltiplos comprimentos de onda (MWOOC), são descritos, e seus respectivos desempenhos investigados. Os desempenhos desses sistemas são verificados utilizando-se os seguintes esquemas de modulação: 1) On-off Keying (OOK), cujo formalismo para a codificação padded MPC (PMPC) e double padded MPC (DPMPC) foi aqui desenvolvido, 2) por posição de pulso (PPM), considerando os ruídos poissonianos de deteção, cujo formalismo foi também aqui desenvolvido, 3) por posição de pulso (PPM) considerando apenas a interferência de acesso múltiplo (MAI), 4) semelhante ao (3), porém, utilizando a técnica mitigadora de MAI via cancelamento paralelo de interferência (PIC), e 5) semelhante ao (4) porém utilizando modulação por chaveamento de frequência (FSK). Em seguida, a codificação bidimensional MWOOC, utilizando modulação OOK, é analisada com e sem a utilização de PIC. Além desses esquemas, são também incluídas, pela primeira vez nesses formalismos, técnicas de correção posterior de erro (FEC) baseadas no algoritmo Reed-Solomon (RS). A figura de mérito adotada nas simulações é baseada no cálculo da taxa de erro de bit (BER). Os resultados obtidos para os diversos casos investigados neste trabalho indicam que a combinação PIC/FEC deve ser considerada de modo a se obter níveis de BER compatíveis com a região livre de erros (BER < \'10 POT.-12\') para os cenários de redes de acesso atuais e futuros (visando atender a 32 ou 64 usuários simultâneos). / The advent of new services offered to end users, such as the so called triple play, which consists in the simultaneous traffic of voice, video, and data through the same communication infrastructure, has been pushing telecom operators towards providing adequate bandwidth as well as quality of service. This has brought the spotlight to passive optical networks (PONs) by virtue of their considerably higher bandwidth at relatively low cost. In PONs, certain fiber optic spans can be shared among different users as long as multiple access control techniques are used. One such technique is the optical code division multiple access (OCDMA) technique, which, in addition, presents improved data security and flexible capacity on demand. The performance of this technology is basically limited by multi access interference (MAI), which becomes more severe as the number of simultaneous users increases. In the present work, OCDMA-PON scenarios utilizing one- and two-dimensional optical codes separately such as modified prime codes (MPC) and multi-wavelength optical orthogonal codes (MWOOC), are described and thoroughly investigated. The performances of these systems are investigated based on the following modulation schemes: 1) On-off keying (OOK), where a new formalism for the double-padded MPC is proposed, 2) Pulse position modulation (PPM), and 3) Frequency shift keying (FSK) together with MAI mitigation technique based on parallel interference cancelation (PIC). Besides these schemes, it is also included for the first time in these formalisms forward error correction techniques (FEC) based on the Reed-Solomon (RS) algorithm. The figure of merit adopted in all simulations is the bit error rate (BER). The results obtained for the cases investigated in this work indicate that the combination PIC/FEC must be considered if one is interested in obtaining BER levels compatible with the error-free region (BER < \'10 POT.-12\') for the current and future access network scenarios (aiming at attending 32 or 64 simultaneous users).

A oferta de novos serviços para os usuários finais, como o denominado triple play, que consiste no tráfego simultâneo de voz, vídeo e dados utilizando a mesma infra-estrutura de comunicação, vem exigindo que as estruturas de rede das operadoras ofereçam largura de banda adequada e qualidade de serviço. Nesse contexto, as redes ópticas passivas (PON) vêm se destacando em virtude de oferecerem maior largura de banda a custos relativamente baixos. Nas redes ópticas passivas, trechos de fibras ópticas podem ser compartilhados entre diversos assinantes, exigindo, para isso, a utilização de técnicas de controle de acesso múltiplo. Destaque maior é dado à técnica de acesso múltiplo por divisão de códigos ópticos (OCDMA), por apresentar características tais como maior segurança e capacidade flexível sob demanda. O desempenho dessa tecnologia é basicamente limitado pela interferência de acesso múltiplo, ou interferência multiusuário (MAI). No presente trabalho, cenários OCDMA-PON utilizando códigos ópticos unidimensionais, baseados na codificação prima modificada (MPC), e bidimensionais, baseados na codificação óptica ortogonal de múltiplos comprimentos de onda (MWOOC), são descritos, e seus respectivos desempenhos investigados. Os desempenhos desses sistemas são verificados utilizando-se os seguintes esquemas de modulação: 1) On-off Keying (OOK), cujo formalismo para a codificação padded MPC (PMPC) e double padded MPC (DPMPC) foi aqui desenvolvido, 2) por posição de pulso (PPM), considerando os ruídos poissonianos de deteção, cujo formalismo foi também aqui desenvolvido, 3) por posição de pulso (PPM) considerando apenas a interferência de acesso múltiplo (MAI), 4) semelhante ao (3), porém, utilizando a técnica mitigadora de MAI via cancelamento paralelo de interferência (PIC), e 5) semelhante ao (4) porém utilizando modulação por chaveamento de frequência (FSK). Em seguida, a codificação bidimensional MWOOC, utilizando modulação OOK, é analisada com e sem a utilização de PIC. Além desses esquemas, são também incluídas, pela primeira vez nesses formalismos, técnicas de correção posterior de erro (FEC) baseadas no algoritmo Reed-Solomon (RS). A figura de mérito adotada nas simulações é baseada no cálculo da taxa de erro de bit (BER). Os resultados obtidos para os diversos casos investigados neste trabalho indicam que a combinação PIC/FEC deve ser considerada de modo a se obter níveis de BER compatíveis com a região livre de erros (BER < \'10 POT.-12\') para os cenários de redes de acesso atuais e futuros (visando atender a 32 ou 64 usuários simultâneos). / The advent of new services offered to end users, such as the so called triple play, which consists in the simultaneous traffic of voice, video, and data through the same communication infrastructure, has been pushing telecom operators towards providing adequate bandwidth as well as quality of service. This has brought the spotlight to passive optical networks (PONs) by virtue of their considerably higher bandwidth at relatively low cost. In PONs, certain fiber optic spans can be shared among different users as long as multiple access control techniques are used. One such technique is the optical code division multiple access (OCDMA) technique, which, in addition, presents improved data security and flexible capacity on demand. The performance of this technology is basically limited by multi access interference (MAI), which becomes more severe as the number of simultaneous users increases. In the present work, OCDMA-PON scenarios utilizing one- and two-dimensional optical codes separately such as modified prime codes (MPC) and multi-wavelength optical orthogonal codes (MWOOC), are described and thoroughly investigated. The performances of these systems are investigated based on the following modulation schemes: 1) On-off keying (OOK), where a new formalism for the double-padded MPC is proposed, 2) Pulse position modulation (PPM), and 3) Frequency shift keying (FSK) together with MAI mitigation technique based on parallel interference cancelation (PIC). Besides these schemes, it is also included for the first time in these formalisms forward error correction techniques (FEC) based on the Reed-Solomon (RS) algorithm. The figure of merit adopted in all simulations is the bit error rate (BER). The results obtained for the cases investigated in this work indicate that the combination PIC/FEC must be considered if one is interested in obtaining BER levels compatible with the error-free region (BER < \'10 POT.-12\') for the current and future access network scenarios (aiming at attending 32 or 64 simultaneous users).