A utilização, em sistemas de comunicações ópticas, de formatos de modulação digitais é vista, atualmente, como uma forma promissora de aumentar a eficiência espectral, frente aos diversos efeitos de degradação do sinal em fibra óptica, sem alterar a infraestrutura já implantada. É neste contexto que surge a técnica OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) que estabelece sobreposição espectral das subportadoras e, desta forma, permite a transmissão dos dados em forma multiplexada com grande eficiência espectral. No presente trabalho, foi proposta a simulação da técnica OFDM com modulação QAM (quadrature amplitude modulation) no software Optisystem, versões 9.0 e 10.0. O objetivo principal da pesquisa é estudar algumas configurações de sistemas OFDM óptico, com detecção direta e coerente, visando avaliar seu desempenho sistêmico frente a efeitos de propagação. Usando as figuras de mérito BER e diagrama de constelação para estabelecer a meta de ótimo desempenho, analisamos a técnica OFDM com detecção coerente em configurações aplicáveis, principalmente, para redes ópticas de acesso com alcance estendido. Para validação dos resultados, são apresentados também estudos que relacionam as degradações do sinal em fibra óptica e a técnica OFDM. Estes resultados foram comparados com os existentes na literatura, apresentando boa concordância. / The development of digital modulation formats in optical communications systems is considered to be a promising way to increase the spectral efficiency and to combat the effects of signal degradation in optical fiber without changing the infrastructure already deployed. In this context, the technique called OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) establishes a particular spectral overlap of the subcarriers, which allows data transmission to be multiplexed with high spectral efficiency. The main objective of the research is to study some configurations of optical OFDM systems with direct detection and coherent in order to evaluate their performance against propagation effects. Using the figures of merit BER and constellation diagram to establish the goal of optimal performance, we analyze the OFDM technique with coherent detection in configurations more applicable for optical access networks with extended reach. To validate the results we also present some studies that relate the degradation of the signal in an optical fiber and the OFDM technique. These results were compared with those described in literature, showing good agreement.

A utilização, em sistemas de comunicações ópticas, de formatos de modulação digitais é vista, atualmente, como uma forma promissora de aumentar a eficiência espectral, frente aos diversos efeitos de degradação do sinal em fibra óptica, sem alterar a infraestrutura já implantada. É neste contexto que surge a técnica OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) que estabelece sobreposição espectral das subportadoras e, desta forma, permite a transmissão dos dados em forma multiplexada com grande eficiência espectral. No presente trabalho, foi proposta a simulação da técnica OFDM com modulação QAM (quadrature amplitude modulation) no software Optisystem, versões 9.0 e 10.0. O objetivo principal da pesquisa é estudar algumas configurações de sistemas OFDM óptico, com detecção direta e coerente, visando avaliar seu desempenho sistêmico frente a efeitos de propagação. Usando as figuras de mérito BER e diagrama de constelação para estabelecer a meta de ótimo desempenho, analisamos a técnica OFDM com detecção coerente em configurações aplicáveis, principalmente, para redes ópticas de acesso com alcance estendido. Para validação dos resultados, são apresentados também estudos que relacionam as degradações do sinal em fibra óptica e a técnica OFDM. Estes resultados foram comparados com os existentes na literatura, apresentando boa concordância. / The development of digital modulation formats in optical communications systems is considered to be a promising way to increase the spectral efficiency and to combat the effects of signal degradation in optical fiber without changing the infrastructure already deployed. In this context, the technique called OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) establishes a particular spectral overlap of the subcarriers, which allows data transmission to be multiplexed with high spectral efficiency. The main objective of the research is to study some configurations of optical OFDM systems with direct detection and coherent in order to evaluate their performance against propagation effects. Using the figures of merit BER and constellation diagram to establish the goal of optimal performance, we analyze the OFDM technique with coherent detection in configurations more applicable for optical access networks with extended reach. To validate the results we also present some studies that relate the degradation of the signal in an optical fiber and the OFDM technique. These results were compared with those described in literature, showing good agreement.

Este trabalho tem como cenário as redes ópticas de próxima geração, por onde trafegarão supercanais flexíveis, sincronizados e modulados a taxas variáveis que podem chegar à ordem de Terabit por segundo. Mais especificamente, focaliza o supercanal óptico gerado a partir de um único laser (laser semente) composto por portadoras ortogonais entre si, travadas em frequência e moduladas de maneira síncrona. Tal arranjo constitui um sistema de transmissão conhecido como OFDM óptico (optical orthogonal frequency division multiplexing, O-OFDM). Este esquema não requer banda de guarda entre canais, o que proporciona uma melhor eficiência espectral, se mantidas as condições de ortogonalidade mútua, quando comparado à técnica Nyquist WDM (Nyquist wavelength division multiplexing, N-WDM), usualmente reconhecida como base para os sistemas de próxima geração. Muitos são os desafios a serem vencidos antes que a técnica O-OFDM possa ser efetivamente implantada comercialmente e esta tese busca, através de um estudo de seus princípios de funcionamento e módulos constituintes, elencar os principais obstáculos e as possíveis maneira de superá-los. Sem pretender ser exaustivo em termos de tecnologias disponíveis para alcançar este fim, o objetivo é propor novas configurações de subsistemas e arquitetura de nó para o transmissor, o nó intermediário e o receptor coerente, capazes de executar, de forma relativamente simples no domínio óptico, as principais funcionalidades de uma transmissão ponto a ponto com nós deriva/insere intermediários. Através de simulações sistêmicas e demonstrações experimentais, como prova de conceito, dois cenários são abordados: análise do desempenho numa transmissão ponto a ponto, e operação em rede, com derivação e inserção de canal em nós intermediários. Ao final, através de uma análise qualitativa, é feita uma estimativa de componentes e subsistemas necessários para tornar a transmissão de sinais O-OFDM implementável por tecnologias de fotônica integrada que atenda, com eficiência espectral e economia de energia, a sempre crescente demanda de capacidade em sistemas de transmissão óptica. / This work focuses on the scenario of next generation optical networking, where flexible optical superchannels will propagate modulated at variable rates that can reach terabits per second. More specifically, it focuses on the optical superchannel generated from a single laser (seed laser) composed of orthogonal carriers, which are frequency-locked and synchronously modulated. Such arrangement constitutes a transmission system known as optical orthogonal frequency division multiplexing (O-OFDM). This scheme does not require guard band between channels, which provides a better spectral efficiency, if the conditions of mutual orthogonality are maintained, when compared to the Nyquist wavelength dividing multiplexing (N-WDM) technique, usually recognized as the basis for the next generation systems. There are many challenges to overcome before O-OFDM technique can be effectively deployed commercially and this thesis seeks, through a study of its operating principles and constituent modules, to identify the main obstacles and the possible ways of overcoming them. Without intending to be exhaustive in terms of available technologies to achieve this aim, the objective is to propose new configurations of subsystems and node architecture for the transmitter, the intermediate node and the coherent receiver, able to perform in the optical domain, in a relatively simple way, the main features a point-to-point transmission with nodes drifting/inserting intermediates. Through systemic simulations and some experimental demonstrations, as proof of concept, two scenarios are addressed: performance analysis in a point-to-point transmission, and network operation, with channel derivation and insertion at intermediate nodes. At the end, through a qualitative analysis, an estimate of components and subsystems is made to make the transmission of O-OFDM signals implementable by integrated photonics technologies that meet, with spectral efficiency and energy savings, the ever increasing capacity demand in optical transmission systems.

Este trabalho tem como cenário as redes ópticas de próxima geração, por onde trafegarão supercanais flexíveis, sincronizados e modulados a taxas variáveis que podem chegar à ordem de Terabit por segundo. Mais especificamente, focaliza o supercanal óptico gerado a partir de um único laser (laser semente) composto por portadoras ortogonais entre si, travadas em frequência e moduladas de maneira síncrona. Tal arranjo constitui um sistema de transmissão conhecido como OFDM óptico (optical orthogonal frequency division multiplexing, O-OFDM). Este esquema não requer banda de guarda entre canais, o que proporciona uma melhor eficiência espectral, se mantidas as condições de ortogonalidade mútua, quando comparado à técnica Nyquist WDM (Nyquist wavelength division multiplexing, N-WDM), usualmente reconhecida como base para os sistemas de próxima geração. Muitos são os desafios a serem vencidos antes que a técnica O-OFDM possa ser efetivamente implantada comercialmente e esta tese busca, através de um estudo de seus princípios de funcionamento e módulos constituintes, elencar os principais obstáculos e as possíveis maneira de superá-los. Sem pretender ser exaustivo em termos de tecnologias disponíveis para alcançar este fim, o objetivo é propor novas configurações de subsistemas e arquitetura de nó para o transmissor, o nó intermediário e o receptor coerente, capazes de executar, de forma relativamente simples no domínio óptico, as principais funcionalidades de uma transmissão ponto a ponto com nós deriva/insere intermediários. Através de simulações sistêmicas e demonstrações experimentais, como prova de conceito, dois cenários são abordados: análise do desempenho numa transmissão ponto a ponto, e operação em rede, com derivação e inserção de canal em nós intermediários. Ao final, através de uma análise qualitativa, é feita uma estimativa de componentes e subsistemas necessários para tornar a transmissão de sinais O-OFDM implementável por tecnologias de fotônica integrada que atenda, com eficiência espectral e economia de energia, a sempre crescente demanda de capacidade em sistemas de transmissão óptica. / This work focuses on the scenario of next generation optical networking, where flexible optical superchannels will propagate modulated at variable rates that can reach terabits per second. More specifically, it focuses on the optical superchannel generated from a single laser (seed laser) composed of orthogonal carriers, which are frequency-locked and synchronously modulated. Such arrangement constitutes a transmission system known as optical orthogonal frequency division multiplexing (O-OFDM). This scheme does not require guard band between channels, which provides a better spectral efficiency, if the conditions of mutual orthogonality are maintained, when compared to the Nyquist wavelength dividing multiplexing (N-WDM) technique, usually recognized as the basis for the next generation systems. There are many challenges to overcome before O-OFDM technique can be effectively deployed commercially and this thesis seeks, through a study of its operating principles and constituent modules, to identify the main obstacles and the possible ways of overcoming them. Without intending to be exhaustive in terms of available technologies to achieve this aim, the objective is to propose new configurations of subsystems and node architecture for the transmitter, the intermediate node and the coherent receiver, able to perform in the optical domain, in a relatively simple way, the main features a point-to-point transmission with nodes drifting/inserting intermediates. Through systemic simulations and some experimental demonstrations, as proof of concept, two scenarios are addressed: performance analysis in a point-to-point transmission, and network operation, with channel derivation and insertion at intermediate nodes. At the end, through a qualitative analysis, an estimate of components and subsystems is made to make the transmission of O-OFDM signals implementable by integrated photonics technologies that meet, with spectral efficiency and energy savings, the ever increasing capacity demand in optical transmission systems.