A comunicação de Voz sobre IP (VoIP) vem aumentando com o decorrer do tempo e as redes de comunicação estão se tornando cada vez mais congestionadas, ocasionando perda de pacotes e latência nas redes, prejudicando diretamente a qualidade das comunicações de voz. Neste trabalho, foi estudado em detalhe como a qualidade do sinal de voz transmitido em uma comunicação VoIP é afetada por parâmetros da rede e pelo tipo de codificador utilizado na comunicação. Uma contribuição importante deste trabalho é a apresentação de uma metodologia que serve para predizer o comportamento de um codificador de voz em diferentes cenários de redes. O estabelecimento de um mecanismo de controle que otimize a utilização da rede e ao mesmo tempo garanta a melhor qualidade possível do sinal de voz transmitido vem sendo motivo de pesquisa. O emprego de codificadores multitaxa nas comunicações de voz possibilita a implementação de algoritmos que controlem a comutação destas taxas de codificação baseados em diferentes fatores de decisão como as características do sinal de voz a ser transmitido ou empregando a informação dos parâmetros de rede. Este trabalho apresenta um algoritmo de determinação de taxa de codificação com fator de decisão baseado na qualidade do sinal avaliada no ponto da recepção ou em algum ponto intermediário. Para realização dos testes montou-se um cenário de emulação de rede IP para o estabelecimento de uma chamada VoIP, onde são utilizados codificadores multitaxa (ITU-T G.726 e Speex). Para avaliação da qualidade do sinal de voz foi utilizada a recomendação ITU-T P.563, sendo que o índice MOS obtido no ponto de recepção é transmitido utilizando um laço de transmissão, que forma parte da estrutura do mecanismo de controle apresentado neste trabalho. Este laço de transmissão é implementado via socket sobre uma comunicação UDP. Como as ferramentas utilizadas são todas freeware, o cenário de emulação pode ser facilmente implementado por demais pesquisadores. Os resultados obtidos são confiáveis, já que para cenários onde se mesclam diferentes taxas de codificação, o índice MOS obtido é um valor que está na faixa dos valores obtidos nos cenários onde se utilizou taxa de codificação única. O correto desempenho do mecanismo do RDA também foi verificado, sendo que a qualidade do sinal de voz decresce, o mecanismo de controle no RDA comuta a uma taxa de codificação menor, garantindo o melhor uso do canal de transmissão. Quando os parâmetros da rede passam a melhores condições, o índice MOS do sinal aumenta e o RDA comuta a uma taxa de codificação maior obtendo uma qualidade mais alta na comunicação. / Voice over IP (VoIP) communications are becoming increasingly popular so that data communication networks are ever more prone to degradations like packet losses and rising latency. In this work, it was studied in detail how the quality of the speech signal transmitted in a VoIP communication is affected by parameters of the network and the type of codec used in the communication. An important contribution of this work is to predict the behavior of a speech codec in different network scenarios. The main goal of this research has been the development of an algorithm that constrains rate allocation to a speech communication for best quality according to current network resource availability. The use of multirate codecs in speech communications makes it possible to implement control algorithms for coding rate switching. They are based on speech signal features or network trafic parameters. This work presents an algorithm for the determination of coding rate with decision factor based on speech quality evaluated at the point of reception or intermediate points. For accomplishment of the tests, a scenario of emulation of an IP network for the establishment of a VoIP call was built, where multi-rate codecs are used (ITU-T G.726 and Speex). For evaluation of the quality of the speech signal the Recommendation ITU-T P.563 was used, where the MOS index obtained in the reception is transmitted using a transmission loop, as a part in the control mechanism in the proposed algorithm. This transmission loop consists of a UDP message sent on a socket. As the tools used are all freeware, the simulation scenarios can easily be implemented by other researchers. The results are trustworthy, because for multirate scenarios, the MOS index obtained is a value that is between the ones obtained in the single-rate scenarios. The correct performance of the mechanism of the RDA was also verified, so that when the quality of the signal decreases, the control mechanism in the RDA switches to a lower coding rate, ensuring the best use of the transmission canal. When the parameters of the network drive to best conditions, the MOS index of the signal increases and the RDA decides to switch to a higher coding rate achieving a higher communication quality.

A comunicação de Voz sobre IP (VoIP) vem aumentando com o decorrer do tempo e as redes de comunicação estão se tornando cada vez mais congestionadas, ocasionando perda de pacotes e latência nas redes, prejudicando diretamente a qualidade das comunicações de voz. Neste trabalho, foi estudado em detalhe como a qualidade do sinal de voz transmitido em uma comunicação VoIP é afetada por parâmetros da rede e pelo tipo de codificador utilizado na comunicação. Uma contribuição importante deste trabalho é a apresentação de uma metodologia que serve para predizer o comportamento de um codificador de voz em diferentes cenários de redes. O estabelecimento de um mecanismo de controle que otimize a utilização da rede e ao mesmo tempo garanta a melhor qualidade possível do sinal de voz transmitido vem sendo motivo de pesquisa. O emprego de codificadores multitaxa nas comunicações de voz possibilita a implementação de algoritmos que controlem a comutação destas taxas de codificação baseados em diferentes fatores de decisão como as características do sinal de voz a ser transmitido ou empregando a informação dos parâmetros de rede. Este trabalho apresenta um algoritmo de determinação de taxa de codificação com fator de decisão baseado na qualidade do sinal avaliada no ponto da recepção ou em algum ponto intermediário. Para realização dos testes montou-se um cenário de emulação de rede IP para o estabelecimento de uma chamada VoIP, onde são utilizados codificadores multitaxa (ITU-T G.726 e Speex). Para avaliação da qualidade do sinal de voz foi utilizada a recomendação ITU-T P.563, sendo que o índice MOS obtido no ponto de recepção é transmitido utilizando um laço de transmissão, que forma parte da estrutura do mecanismo de controle apresentado neste trabalho. Este laço de transmissão é implementado via socket sobre uma comunicação UDP. Como as ferramentas utilizadas são todas freeware, o cenário de emulação pode ser facilmente implementado por demais pesquisadores. Os resultados obtidos são confiáveis, já que para cenários onde se mesclam diferentes taxas de codificação, o índice MOS obtido é um valor que está na faixa dos valores obtidos nos cenários onde se utilizou taxa de codificação única. O correto desempenho do mecanismo do RDA também foi verificado, sendo que a qualidade do sinal de voz decresce, o mecanismo de controle no RDA comuta a uma taxa de codificação menor, garantindo o melhor uso do canal de transmissão. Quando os parâmetros da rede passam a melhores condições, o índice MOS do sinal aumenta e o RDA comuta a uma taxa de codificação maior obtendo uma qualidade mais alta na comunicação. / Voice over IP (VoIP) communications are becoming increasingly popular so that data communication networks are ever more prone to degradations like packet losses and rising latency. In this work, it was studied in detail how the quality of the speech signal transmitted in a VoIP communication is affected by parameters of the network and the type of codec used in the communication. An important contribution of this work is to predict the behavior of a speech codec in different network scenarios. The main goal of this research has been the development of an algorithm that constrains rate allocation to a speech communication for best quality according to current network resource availability. The use of multirate codecs in speech communications makes it possible to implement control algorithms for coding rate switching. They are based on speech signal features or network trafic parameters. This work presents an algorithm for the determination of coding rate with decision factor based on speech quality evaluated at the point of reception or intermediate points. For accomplishment of the tests, a scenario of emulation of an IP network for the establishment of a VoIP call was built, where multi-rate codecs are used (ITU-T G.726 and Speex). For evaluation of the quality of the speech signal the Recommendation ITU-T P.563 was used, where the MOS index obtained in the reception is transmitted using a transmission loop, as a part in the control mechanism in the proposed algorithm. This transmission loop consists of a UDP message sent on a socket. As the tools used are all freeware, the simulation scenarios can easily be implemented by other researchers. The results are trustworthy, because for multirate scenarios, the MOS index obtained is a value that is between the ones obtained in the single-rate scenarios. The correct performance of the mechanism of the RDA was also verified, so that when the quality of the signal decreases, the control mechanism in the RDA switches to a lower coding rate, ensuring the best use of the transmission canal. When the parameters of the network drive to best conditions, the MOS index of the signal increases and the RDA decides to switch to a higher coding rate achieving a higher communication quality.

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 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.