O problema estudado relaciona-se ao planejamento de redes ópticas de acesso TWDM (Time and Wavelength Division Multiplexing), tendo como meta prover meios para atender ao consumo crescente de banda e, ao mesmo tempo, associar o mesmo ao menor consumo de energia possível e disponibilizar serviços de qualidade aos usuários da rede. Neste contexto, após a apresentação de uma revisão bibliográfica, alguns trabalhos foram selecionados como referências base para o estudo. Neste, foram analisadas técnicas de gerenciamento do comprimento de onda numa possível migração tecnológica dos equipamentos de acesso à rede pelo lado do usuário, as unidades de rede óptica (ONUs), considerando ser possível aproveitar de forma eficiente a distribuição de ONUs em cada par de comprimentos de onda, e como resultado, desligar interfaces de gerenciamento para economia de energia. Em paralelo a este objetivo, foram agregados métodos de \"registro adaptativo\" para melhorar o desempenho das ONUs que estão migrando e/ou entrando na rede, evitando colisões entre seus sinais e aumentando as chances de registro no terminal de linha óptico (OLT). Além do mais, o trabalho aborda o cumprimento do contrato de serviços (SLA) por parte das operadoras de telecomunicações, bem como oferece meios de estruturar uma rede óptica passiva (PON) para oferecer serviços com garantia de métricas de qualidade (QoS). Diferentes cenários foram tratados ao variar a porcentagem de usuários ativos na rede, e percebeu-se que, quando a PON opera com baixo índice de atividade (média 10% de ONUs ativas), foi possível economizar mais de 80% de energia em interfaces de gerenciamento. Por outro lado, ao envolver cenários mais realistas em redes ópticas (média de 50% de ONUs ativas), o TWDM-PON economizou quase 50% de energia nestas interfaces ao ser configurado com baixo período de migração (5 minutos). Além disso, alcançou um SLA de aproximadamente 100%, um valor considerado acima do usual quando se trata de cumprimento de serviços. Como uma tecnologia emergente, o TWDM-PON destaca-se num cenário que deve ser planejado para ser compatível com tecnologias implantadas, e além de disso, superar o legado de redes PON na economia de energia e qualidade de serviços oferecidos. / The problem studied is related to the planning of optical access networks TWDM (Time and Wavelength Division Multiplexing), aiming to provide means to meet the increasing bandwidth consumption and, at the same time, associating it to the lowest possible power consumption and providing quality services to the network users. In this context, following the presentation of a literature review, some studies were selected as a reference basis for the study. In this, some wavelength management techniques were analyzed aiming a possible technological migration of the network access equipment at the user side, the optical network units (ONU), whereas it is possible to use efficiently the ONUs distribution in each pair of wavelength. As a result, it becomes possible to switch off some management interfaces thus assuring a degree of power consumption save. In parallel, methods for providing an \"adaptive record\" of ONUs have been aggregated to improve the performance of those ONUs that are migrating and/or entering the network, avoiding collisions between their signals and increasing the chance of their registration in the optical line terminal (OLT). Furthermore, this work deals with the fulfillment of the service agreement (SLA) signed by telecommunications operators and proposes ways to design a passive optical network (PON) in order to offer services with quality metrics assurance (QoS). Different scenarios were treated to vary the percentage of active users on the network, and it was noticed that when the PON operates with low rate of activity (average 10% of active ONUs), it was possible to save over 80% energy in the management interfaces. Moreover, by involving more realistic scenarios in optical networks (50%, in average, of active ONUs), the TWDM-PON saved almost 50% of energy at the interfaces to be configured with low migration period (5 minutes). Additionally, it reached an SLA of approximately 100%, a value considered above the usual when it comes to compliance services. As an emerging technology, TWDM-PON stands out in a scenario that should be designed to be compatible with deployed technologies, and beyond that, to overcome the legacy of PON networks in energy saving and quality of services offered.

O presente trabalho descreve o desenvolvimento e implementação de duas configurações distintas de um receptor optoeletrônico integrado. A primeira configuração é similar a um projeto encontrado na literatura mas apresenta diversas modificações que lhe conferiram melhor desempenho em comparação ao projeto original. A segunda configuração é uma nova proposta deste trabalho. O receptor foi desenvolvido e implementado visando sua aplicação em redes de comunicações ópticas passivas (PONs) de alta velocidade comutadas a pacote, para possibilitar a utilização da técnica de multiplexação em comprimento de onda (WDM), aumentando assim a capacidade de transmissão da rede, em particular no ramo de ligação da rede de serviços com o usuário final, denominado rede de acesso. O principal objetivo do receptor aqui desenvolvido foi proporcionar uma sintonia rápida entre os canais disponíveis na rede, possibilitando sua seleção num tempo inferior àquele necessário para a transmissão de um único pacote de informação, diminuindo assim o atraso de sintonia e, por conseguinte, a perda de informação. Para tanto, os circuitos integrados implementados e caracterizados referem-se aos circuitos de chaveamento eletrônico e do amplificador de transimpedância das duas configurações investigadas. Os dados experimentais obtidos para as duas configurações confirmaram a previsão de chaveamento dos canais de entrada num intervalo de tempo da ordem de alguns nanosegundos, o que é totalmente compatível com a velocidade de transmissão das aplicações a que se destina este receptor (aproximadamente 5 Gbits/s). Adicionalmente, são apresentados os dados experimentais relativos à freqüência de corte, ganho direto, isolação, relação on/off e características de ruído dos circuitos implementados. / The present work describes the design and implementation of two configurations of an integrated optoelectronic receiver. The first one is similar to a previously reported design but with some modifications to improve its performance. The second one is a new proposal of this work. The goal of the receiver design and implementation was its application in high bit rate packet-switched passive optical networks (PONs) employing the wavelength division multiplexing (WDM) technique to increase the network capacity, in particular on the connection branch of the network core with the final user, the access network. The main goal of the receiver design was to achieve a fast channel tuning, allowing a tuning time smaller than the required for the transmission of a single information packet, decreasing the tuning latency and, therefore, the rate of information packet loss. In order to accomplish this goal, the implemented and tested integrated circuits include the electronic switching circuit and the transimpedance amplifier for both configurations investigated. The measured data for both configurations confirm the expected input channel switching time results, of about a few nanoseconds, which is certainly useful for the expected bit rate of operation (approximate 5 Gbps). Additionally, experimental results concerning cutoff frequency and bandwidth, direct gain, isolation, on/off ratio, and noise characteristics of both implemented circuits are presented.

O problema estudado relaciona-se ao planejamento de redes ópticas de acesso TWDM (Time and Wavelength Division Multiplexing), tendo como meta prover meios para atender ao consumo crescente de banda e, ao mesmo tempo, associar o mesmo ao menor consumo de energia possível e disponibilizar serviços de qualidade aos usuários da rede. Neste contexto, após a apresentação de uma revisão bibliográfica, alguns trabalhos foram selecionados como referências base para o estudo. Neste, foram analisadas técnicas de gerenciamento do comprimento de onda numa possível migração tecnológica dos equipamentos de acesso à rede pelo lado do usuário, as unidades de rede óptica (ONUs), considerando ser possível aproveitar de forma eficiente a distribuição de ONUs em cada par de comprimentos de onda, e como resultado, desligar interfaces de gerenciamento para economia de energia. Em paralelo a este objetivo, foram agregados métodos de \"registro adaptativo\" para melhorar o desempenho das ONUs que estão migrando e/ou entrando na rede, evitando colisões entre seus sinais e aumentando as chances de registro no terminal de linha óptico (OLT). Além do mais, o trabalho aborda o cumprimento do contrato de serviços (SLA) por parte das operadoras de telecomunicações, bem como oferece meios de estruturar uma rede óptica passiva (PON) para oferecer serviços com garantia de métricas de qualidade (QoS). Diferentes cenários foram tratados ao variar a porcentagem de usuários ativos na rede, e percebeu-se que, quando a PON opera com baixo índice de atividade (média 10% de ONUs ativas), foi possível economizar mais de 80% de energia em interfaces de gerenciamento. Por outro lado, ao envolver cenários mais realistas em redes ópticas (média de 50% de ONUs ativas), o TWDM-PON economizou quase 50% de energia nestas interfaces ao ser configurado com baixo período de migração (5 minutos). Além disso, alcançou um SLA de aproximadamente 100%, um valor considerado acima do usual quando se trata de cumprimento de serviços. Como uma tecnologia emergente, o TWDM-PON destaca-se num cenário que deve ser planejado para ser compatível com tecnologias implantadas, e além de disso, superar o legado de redes PON na economia de energia e qualidade de serviços oferecidos. / The problem studied is related to the planning of optical access networks TWDM (Time and Wavelength Division Multiplexing), aiming to provide means to meet the increasing bandwidth consumption and, at the same time, associating it to the lowest possible power consumption and providing quality services to the network users. In this context, following the presentation of a literature review, some studies were selected as a reference basis for the study. In this, some wavelength management techniques were analyzed aiming a possible technological migration of the network access equipment at the user side, the optical network units (ONU), whereas it is possible to use efficiently the ONUs distribution in each pair of wavelength. As a result, it becomes possible to switch off some management interfaces thus assuring a degree of power consumption save. In parallel, methods for providing an \"adaptive record\" of ONUs have been aggregated to improve the performance of those ONUs that are migrating and/or entering the network, avoiding collisions between their signals and increasing the chance of their registration in the optical line terminal (OLT). Furthermore, this work deals with the fulfillment of the service agreement (SLA) signed by telecommunications operators and proposes ways to design a passive optical network (PON) in order to offer services with quality metrics assurance (QoS). Different scenarios were treated to vary the percentage of active users on the network, and it was noticed that when the PON operates with low rate of activity (average 10% of active ONUs), it was possible to save over 80% energy in the management interfaces. Moreover, by involving more realistic scenarios in optical networks (50%, in average, of active ONUs), the TWDM-PON saved almost 50% of energy at the interfaces to be configured with low migration period (5 minutes). Additionally, it reached an SLA of approximately 100%, a value considered above the usual when it comes to compliance services. As an emerging technology, TWDM-PON stands out in a scenario that should be designed to be compatible with deployed technologies, and beyond that, to overcome the legacy of PON networks in energy saving and quality of services offered.

O presente trabalho descreve o desenvolvimento e implementação de duas configurações distintas de um receptor optoeletrônico integrado. A primeira configuração é similar a um projeto encontrado na literatura mas apresenta diversas modificações que lhe conferiram melhor desempenho em comparação ao projeto original. A segunda configuração é uma nova proposta deste trabalho. O receptor foi desenvolvido e implementado visando sua aplicação em redes de comunicações ópticas passivas (PONs) de alta velocidade comutadas a pacote, para possibilitar a utilização da técnica de multiplexação em comprimento de onda (WDM), aumentando assim a capacidade de transmissão da rede, em particular no ramo de ligação da rede de serviços com o usuário final, denominado rede de acesso. O principal objetivo do receptor aqui desenvolvido foi proporcionar uma sintonia rápida entre os canais disponíveis na rede, possibilitando sua seleção num tempo inferior àquele necessário para a transmissão de um único pacote de informação, diminuindo assim o atraso de sintonia e, por conseguinte, a perda de informação. Para tanto, os circuitos integrados implementados e caracterizados referem-se aos circuitos de chaveamento eletrônico e do amplificador de transimpedância das duas configurações investigadas. Os dados experimentais obtidos para as duas configurações confirmaram a previsão de chaveamento dos canais de entrada num intervalo de tempo da ordem de alguns nanosegundos, o que é totalmente compatível com a velocidade de transmissão das aplicações a que se destina este receptor (aproximadamente 5 Gbits/s). Adicionalmente, são apresentados os dados experimentais relativos à freqüência de corte, ganho direto, isolação, relação on/off e características de ruído dos circuitos implementados. / The present work describes the design and implementation of two configurations of an integrated optoelectronic receiver. The first one is similar to a previously reported design but with some modifications to improve its performance. The second one is a new proposal of this work. The goal of the receiver design and implementation was its application in high bit rate packet-switched passive optical networks (PONs) employing the wavelength division multiplexing (WDM) technique to increase the network capacity, in particular on the connection branch of the network core with the final user, the access network. The main goal of the receiver design was to achieve a fast channel tuning, allowing a tuning time smaller than the required for the transmission of a single information packet, decreasing the tuning latency and, therefore, the rate of information packet loss. In order to accomplish this goal, the implemented and tested integrated circuits include the electronic switching circuit and the transimpedance amplifier for both configurations investigated. The measured data for both configurations confirm the expected input channel switching time results, of about a few nanoseconds, which is certainly useful for the expected bit rate of operation (approximate 5 Gbps). Additionally, experimental results concerning cutoff frequency and bandwidth, direct gain, isolation, on/off ratio, and noise characteristics of both implemented circuits are presented.

Submitted by Samira Prince (prince@ufpa.br) on 2012-06-01T15:19:19Z No. of bitstreams: 2 Dissertacao_ExpansaoCapacidadeTransmissao.pdf: 3825118 bytes, checksum: cb9c006597bd5d42e4b1bcae1fcac247 (MD5) license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) / Approved for entry into archive by Samira Prince(prince@ufpa.br) on 2012-06-01T15:20:14Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertacao_ExpansaoCapacidadeTransmissao.pdf: 3825118 bytes, checksum: cb9c006597bd5d42e4b1bcae1fcac247 (MD5) license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-06-01T15:20:14Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertacao_ExpansaoCapacidadeTransmissao.pdf: 3825118 bytes, checksum: cb9c006597bd5d42e4b1bcae1fcac247 (MD5) license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Previous issue date: 2011 / Esta dissertação de mestrado apresenta dois projetos, sendo um referente ao sistema Tramo Oeste, e o outro ao sistema Pará – Maranhão; relacionado ao trecho Marabá – Santa Maria, com bombeamento remoto e amplificação Raman. A dissertação trata da expansão da capacidade de transmissão do sistema óptico da Eletronorte, no Tramo Oeste. Atualmente, esse sistema opera à taxa STM1 (155 Mb/s). Também é usada uma nova tecnologia para eliminação de estações repetidoras, através do bombeamento remoto. Essa técnica se fundamenta no uso de amplificadores ópticos bombeados remotamente, por meio das fibras ópticas do cabo OPGW (Optical Ground Wire) já instaladas no sistema.Esses amplificadores ópticos são constituídos somente por componentes passivos; e, além disso, podem ser acomodados em caixas de emendas ópticas; as quais são fixadas nas torres das linhas de transmissão do sistema, ao longo do enlace; sendo que as fontes ópticas para a realização do bombeamento remoto são localizadas e alimentadas nas próprias subestações terminais. A simulação dos sistemas é através de um software comercial de simulação Optisystem 4.1™. Esta dissertação propõe mudanças nos sistemas ópticos para aumentar a capacidade de transmissão por WDM; bombeamento remoto para estações sem repetição, e uso de amplificação Raman. Aborda-se ainda, a concepção de um backbone óptico DWDM, que é um convênio de cooperação técnica entre a Eletronorte e o Governo do Estado do Pará; e os resultados das simulações desse backbone óptico. É feita uma análise crítica comparativa deste, com os projetos dos sistemas ópticos do Tramo Oeste e do sistema Pará – Maranhão; referente ao trecho Marabá – Santa Maria. / This MSC Thesis present two projects: being one referring to Tramo Oeste System and the other to Pará – Maranhão System, relative to link Marabá – Santa Maria, remote pumping and Raman amplification. The MSC Thesis treats of the expansion of the transmission capacity of Eletronorte optical system, in the Tramo Oeste. Nowadays, this system operate in STM1 (155 Mbit/s) rate. Also it is used a new technology to elimination the repeaters station across remot pumping. This technique is based in use of remotely pumped optical amplifier across optical fibers of the OPGW (Optical Ground Wire) cable already installed in the system. This optics amplifiers are constituted only passives components part, and there add to that, it is can be accommodated in optics correction boxes that are fixed in transmission lines towers of system to the long link being that the pump optics souces to realization of remote pumping are located and also supplied in property terminus substation. The simulation of the systems it is across of an commercial software of simulation optisystem 4.1TM . This MSC Thesis dissertation propose changes in the optical systems to increase the transmission capacity across WDM, remote pumping to repeaterless systems and utilization of Raman amplification. It is broached still the conception of a DWDM optical backbone that it is a technique cooperation accord between Eletronorte and Government of Pará State, and the simulations results of these optical backbone. It is done an comparative critical analysis of that with the projects of opticals systems of Tramo Oeste and of the Pará – Maranhão System, relative to the link Marabá – Santa Maria.