Transmissores agnósticos em comprimento de onda colorless [1], isto é, transmissores que não estão restritos à operação em um único comprimento de onda, são considerados como um dos pré-requisitos para os projetos de redes ópticas passivas baseadas na multiplexação por divisão em comprimento de onda Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network. Esta configuração reduz consideravelmente os custos operacionais e de instalação da rede WDM-PON, uma vez que um único tipo de transmissor pode ser usado em qualquer terminal de assinante, independentemente dos comprimentos de onda pré-estabelecidos para os usuários em questão. Entretanto, a possibilidade de aumento do número de usuários e da capacidade de transmissão agregada, com poucas modificações na estrutura da rede WDM-PON, garantindo uma melhor relação custo-benefício, são questões também essenciais no projeto de sistemas multi-comprimento de onda.Tendo em vista o panoramo exposto, neste trabalho é proposta uma nova topologia de reuso de portadora óptica para redes WDM-PON, a qual combina sinais autoalimentados e remodulação óptica no domínio da intensidade, visando o atendimento das premissas tecnológicas para cenários de nova geração. Como metodologia, investigações experimentais são conduzidas em termos de caracterizações ópticas em função de vários parâmetros e avaliações sistêmicas em taxas simétricas de 1,25 Gb/s, no âmbito de redes de acesso e acesso estendido. Utilizam-se transmissores colorless do tipo amplificadores ópticos semicondutores refletivos e fontes ópticas banda larga baseadas em emissão espontânea amplificada, de forma a garantir a simplificação dos terminais dos usuários. Adicionalmente, são realizadas análises comparativas entre essa proposta frente aos trabalhos encontrados na literatura técnica, quando possível, em termos de custos operacionais, desempenho sistêmico e viabilidade de expansão para cenários a taxas simétricas de 10 Gb/s. De acordo com os resultados obtidos, acredita-se que essa topologia possa ser expandida para cenários de até 10 Gb/s com o uso de técnicas apropriadas de apagamento de portadora, mantendo a melhor relação custo-beneficio para sistemas de remodulação no domínio da intensidade. / Wavelength agnostic (colorless) transmitters [1], i.e, transmitters which are not fixed to a specific wavelength operation, are regarded as one of the essential keys for the designing of wavelength division multiplexing passive optical networks (WDM-PONs). The use of colorless transceiver leads to a reduction in the mainentence cost of the network, once the same basic optoelectronic hardware can be employed to provide any wavelength required by a specific optical network termination (ONT). However, the possibility of a graceful increase on the number of ONTs and transmission capacity offered by the network, with no disruptive changes in the WDM-PON infra-structure, while keeping a cost-effective topology, are also attractive features in the design of future access networks. In this context, a novel wavelength-reuse topology for WDMPON is proposed in this work. The wavelength-sharing technique is based on combined self-seeded and remodulated signals in the intensity domain, in order to comply with the technology requierements for next generation networks. Experimental analysis are carried out in respect to optical characterization and system evaluation on symmetric rates of 1.25 Gb/s, aiming both short reach and extended reach scenarios. Reflective semicondutor optical amplifiers and broadband light sources based on amplified spontaneous emission are used as colorless transceivers in order to guarantee a costeffective ONT configuration. Also, comparative analyses between this proposal and works found in the technical literatural are established in terms of maintenance costs, system performance and feasibility of expansion to symmetric 10 Gb/s scenario. According to the results, we believe that network could be expanded to symmetric 10 Gb/s scenario with the development of proper erasure technique, while keeping the best cost-effective configuration of intensity-remodulated systems.

Transmissores agnósticos em comprimento de onda colorless [1], isto é, transmissores que não estão restritos à operação em um único comprimento de onda, são considerados como um dos pré-requisitos para os projetos de redes ópticas passivas baseadas na multiplexação por divisão em comprimento de onda Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network. Esta configuração reduz consideravelmente os custos operacionais e de instalação da rede WDM-PON, uma vez que um único tipo de transmissor pode ser usado em qualquer terminal de assinante, independentemente dos comprimentos de onda pré-estabelecidos para os usuários em questão. Entretanto, a possibilidade de aumento do número de usuários e da capacidade de transmissão agregada, com poucas modificações na estrutura da rede WDM-PON, garantindo uma melhor relação custo-benefício, são questões também essenciais no projeto de sistemas multi-comprimento de onda.Tendo em vista o panoramo exposto, neste trabalho é proposta uma nova topologia de reuso de portadora óptica para redes WDM-PON, a qual combina sinais autoalimentados e remodulação óptica no domínio da intensidade, visando o atendimento das premissas tecnológicas para cenários de nova geração. Como metodologia, investigações experimentais são conduzidas em termos de caracterizações ópticas em função de vários parâmetros e avaliações sistêmicas em taxas simétricas de 1,25 Gb/s, no âmbito de redes de acesso e acesso estendido. Utilizam-se transmissores colorless do tipo amplificadores ópticos semicondutores refletivos e fontes ópticas banda larga baseadas em emissão espontânea amplificada, de forma a garantir a simplificação dos terminais dos usuários. Adicionalmente, são realizadas análises comparativas entre essa proposta frente aos trabalhos encontrados na literatura técnica, quando possível, em termos de custos operacionais, desempenho sistêmico e viabilidade de expansão para cenários a taxas simétricas de 10 Gb/s. De acordo com os resultados obtidos, acredita-se que essa topologia possa ser expandida para cenários de até 10 Gb/s com o uso de técnicas apropriadas de apagamento de portadora, mantendo a melhor relação custo-beneficio para sistemas de remodulação no domínio da intensidade. / Wavelength agnostic (colorless) transmitters [1], i.e, transmitters which are not fixed to a specific wavelength operation, are regarded as one of the essential keys for the designing of wavelength division multiplexing passive optical networks (WDM-PONs). The use of colorless transceiver leads to a reduction in the mainentence cost of the network, once the same basic optoelectronic hardware can be employed to provide any wavelength required by a specific optical network termination (ONT). However, the possibility of a graceful increase on the number of ONTs and transmission capacity offered by the network, with no disruptive changes in the WDM-PON infra-structure, while keeping a cost-effective topology, are also attractive features in the design of future access networks. In this context, a novel wavelength-reuse topology for WDMPON is proposed in this work. The wavelength-sharing technique is based on combined self-seeded and remodulated signals in the intensity domain, in order to comply with the technology requierements for next generation networks. Experimental analysis are carried out in respect to optical characterization and system evaluation on symmetric rates of 1.25 Gb/s, aiming both short reach and extended reach scenarios. Reflective semicondutor optical amplifiers and broadband light sources based on amplified spontaneous emission are used as colorless transceivers in order to guarantee a costeffective ONT configuration. Also, comparative analyses between this proposal and works found in the technical literatural are established in terms of maintenance costs, system performance and feasibility of expansion to symmetric 10 Gb/s scenario. According to the results, we believe that network could be expanded to symmetric 10 Gb/s scenario with the development of proper erasure technique, while keeping the best cost-effective configuration of intensity-remodulated systems.

As futuras redes de acesso sem-fio, como a quinta geração de telefonia celular (5G), estão introduzindo e consolidando diversas tecnologias, tais como a operação em ondas milimétricas, picocélulas e o emprego massivo de antenas para diversidade espacial e temporal. Todas essas mudanças trazem desafios para a capacidade dos enlaces presentes nessas redes, como o backhaul e fronthaul. Nas últimas gerações, o ifronthaul tem utilizado Rádio-sobre-Fibra Digital (D-RoF, Digital Radio-over Fiber). Entretanto, neste novo paradigma, o processo de digitalização pode vir a consumir uma largura de banda excessiva e a transmissão analógica dos sinais de RF sobre a fibra se torna uma solução mais atrativa. Ao mesmo tempo, WDM-PON (Wavelength-Division-Multiplexing Passive-Optical-Network) é uma proeminente alternativa para o futuro das PONs, especialmente considerando o seu emprego como fronthaul. Para reduzir a necessidade de diversos transmissores diferentes, várias técnicas de auto-alimentação para obtenção de fontes ópticas agnósticas em comprimento de onda têm sido propostas. O presente trabalho faz um estudo de topologias de auto-alimentação com dupla cavidade para operarem como fronthaul analógico nas futuras redes de acesso sem-fio. Simulações numéricas utilizando o software Optisystem demonstram a viabilidade destas topologias em diversos cenários previstos para estas redes de acesso, especialmente considerando a operação em ondas milimétricas. Transmissões bem sucedidas foram obtidas para sinais ASK, M-PSK e M-QAM em frequências de microondas (1,25, 2,5 e 5 GHz) e ondas milimétricas (38 e 60 GHz) com vazões de 155 Mbps a 10 Gbps utilizando modulação direta e modulação externa. / Future radio access networks, such as the fifth generation mobile network (5G), are introducing and consolidating disruptive technologies, such as millimeter wave operation, dense picocell coverage and massive use of antennas for spatial and temporal diversity. These new technologies present a challenge for the capacity of the links that are present on these networks, including backhaul and fronthaul. In the latest cellular network generations, the fronthaul was typically implemented by Digital Radio-over-Fiber (D-RoF) technique. However, in this future context, the digitalization process would require a prohibitive bandwidth and the analog transmission of RF signals over the fiber can be a more attractive solution when compared to D-RoF. At the same time, Wavelength-Division-Multiplexing PON (WDM-PON) is prominent alternative for the future of PONs, especially considering its use as fronthaul. In order to avoid employing numerous distinct transmitters, several self-seeding techniques have been proposed to achieve colorless optical sources. This dissertation presents a numerical study of double-cavity self-seeding topologies to serve as analog fronthaul for future radio access networks. Numerical simulations using the software Optisystem demonstrate the feasibility of these topologies in various scenarios envisioned for these access networks, especially considering operation in millimeter waves. Successful transmission was achieved for ASK, M-PSK and M-QAM signals at microwave (1.25, 2.5 and 5 GHz) and millimeter wave (38 and 60 GHz) frequencies with throughput of 155 Mbps to 10 Gbps using direct and external modulation.

As futuras redes de acesso sem-fio, como a quinta geração de telefonia celular (5G), estão introduzindo e consolidando diversas tecnologias, tais como a operação em ondas milimétricas, picocélulas e o emprego massivo de antenas para diversidade espacial e temporal. Todas essas mudanças trazem desafios para a capacidade dos enlaces presentes nessas redes, como o backhaul e fronthaul. Nas últimas gerações, o ifronthaul tem utilizado Rádio-sobre-Fibra Digital (D-RoF, Digital Radio-over Fiber). Entretanto, neste novo paradigma, o processo de digitalização pode vir a consumir uma largura de banda excessiva e a transmissão analógica dos sinais de RF sobre a fibra se torna uma solução mais atrativa. Ao mesmo tempo, WDM-PON (Wavelength-Division-Multiplexing Passive-Optical-Network) é uma proeminente alternativa para o futuro das PONs, especialmente considerando o seu emprego como fronthaul. Para reduzir a necessidade de diversos transmissores diferentes, várias técnicas de auto-alimentação para obtenção de fontes ópticas agnósticas em comprimento de onda têm sido propostas. O presente trabalho faz um estudo de topologias de auto-alimentação com dupla cavidade para operarem como fronthaul analógico nas futuras redes de acesso sem-fio. Simulações numéricas utilizando o software Optisystem demonstram a viabilidade destas topologias em diversos cenários previstos para estas redes de acesso, especialmente considerando a operação em ondas milimétricas. Transmissões bem sucedidas foram obtidas para sinais ASK, M-PSK e M-QAM em frequências de microondas (1,25, 2,5 e 5 GHz) e ondas milimétricas (38 e 60 GHz) com vazões de 155 Mbps a 10 Gbps utilizando modulação direta e modulação externa. / Future radio access networks, such as the fifth generation mobile network (5G), are introducing and consolidating disruptive technologies, such as millimeter wave operation, dense picocell coverage and massive use of antennas for spatial and temporal diversity. These new technologies present a challenge for the capacity of the links that are present on these networks, including backhaul and fronthaul. In the latest cellular network generations, the fronthaul was typically implemented by Digital Radio-over-Fiber (D-RoF) technique. However, in this future context, the digitalization process would require a prohibitive bandwidth and the analog transmission of RF signals over the fiber can be a more attractive solution when compared to D-RoF. At the same time, Wavelength-Division-Multiplexing PON (WDM-PON) is prominent alternative for the future of PONs, especially considering its use as fronthaul. In order to avoid employing numerous distinct transmitters, several self-seeding techniques have been proposed to achieve colorless optical sources. This dissertation presents a numerical study of double-cavity self-seeding topologies to serve as analog fronthaul for future radio access networks. Numerical simulations using the software Optisystem demonstrate the feasibility of these topologies in various scenarios envisioned for these access networks, especially considering operation in millimeter waves. Successful transmission was achieved for ASK, M-PSK and M-QAM signals at microwave (1.25, 2.5 and 5 GHz) and millimeter wave (38 and 60 GHz) frequencies with throughput of 155 Mbps to 10 Gbps using direct and external modulation.

Nas topologias de redes WDM-PON (Wavelength Division Multiplexed Passive Optical Network) baseadas em transmissores colorless, isto é, transmissores que possam operar em uma grande gama de comprimentos de onda, que empreguem técnica de auto-alimentação e reuso de comprimento de onda, tem despertado grande interesse devido a sua comprovada eficiência, granularidade e custo reduzido em relação às alternativas. Entretanto, o alcance destas redes é limitado pelo emprego de remodulação, devido a dependência existente com a qualidade dos sinais a serem remodulados. Neste cenário, mantendo-se uma melhor relação custo-benefício, taxas de operação típicas são da ordem de 1,25, e 2,5 Gb/s (20 quilômetros). Neste trabalho é investigada uma nova topologia que combina as técnicas de auto-alimentação e reuso de comprimento de onda, bem como, utiliza um circuito de dupla cavidade óptica, possibilitando um reforço no apagamento óptico e manutenção do estado da polarização no percurso de recirculação da cavidade externa, objetivando uma melhora na qualidade dos sinais a serem remodulados, possibilitando altas taxas de transmissão e um maior alcance da rede. Nesta topologia, amplificadores ópticos semicondutores refletivos são utilizados como transmissores colorless, por meio da emissão espontânea amplificada, garantido assim uma redução no custo da rede óptica de acesso. Como metodologia adotada, inicialmente foram realizadas caracterizações ópticas no ambiente de simulação, validação da palheta configurada no simulador com resultados experimentais e avaliações da topologia em taxas simétricas de 1,25 Gb/s. Ademais, são conduzidas análises comparativas entre a topologia proposta frente a topologias disponíveis na literatura no estado da arte. Com os resultados obtidos, acredita-se que essa proposta atende aos requisitos de capacidade agregada e custo reduzido, podendo alcançar taxas de transmissão de até 10 Gb/s utilizando transmissores de baixa complexidade, características essenciais para impulsionar a implementação de redes de acesso óptico. / WDM-PON topologies based on colorless transmitters employing self-seeding and wavelength-reuse techniques have attracted a great deal of interest because of its well known efficiency, granularity and reduced cost, when compared to other alternatives in the literature. Nevertheless, the network reach is limited by the use of remodulation scheme. Maintaining an adequate cost-benefit relation requires typical operating rates of the order of 1.25 Gb/s to 2.5 Gb/s over 20 km of SSMF. In the above framework, we investigate a new topology which combines self-seeding and wavelength-reuse techniques, but also employs a scheme to reinforce the data erasure in the optical carrier, simultaneously providing state of polarization (SOP) maintenance in the external cavity recirculation path. The proposed configuration improves the quality of the signals to be remodulated, thus allowing high rate and broader reach. Specifically, in our work, reflective semiconductor optical amplifiers are employed as colorless transmitters, by using their own amplified spontaneous emission as a seed to provide the optical carrier. Optical analysis were performed in a simulation environment, including self-seeding layout validation by comparison to experimental results at the symmetric transmission rate of 1.25 Gb/s. Next, comparative analysis are conducted between the topology proposed in this work and topologies in the state of the art, found in the literature. According to the results, we believed that the proposal meets the requirements of aggregate capacity and reduced cost, being able to reach transmission rates of up to 10 Gb/s by using transmitters of low complexity, essential features to drive optical access networks implementation.

Nas topologias de redes WDM-PON (Wavelength Division Multiplexed Passive Optical Network) baseadas em transmissores colorless, isto é, transmissores que possam operar em uma grande gama de comprimentos de onda, que empreguem técnica de auto-alimentação e reuso de comprimento de onda, tem despertado grande interesse devido a sua comprovada eficiência, granularidade e custo reduzido em relação às alternativas. Entretanto, o alcance destas redes é limitado pelo emprego de remodulação, devido a dependência existente com a qualidade dos sinais a serem remodulados. Neste cenário, mantendo-se uma melhor relação custo-benefício, taxas de operação típicas são da ordem de 1,25, e 2,5 Gb/s (20 quilômetros). Neste trabalho é investigada uma nova topologia que combina as técnicas de auto-alimentação e reuso de comprimento de onda, bem como, utiliza um circuito de dupla cavidade óptica, possibilitando um reforço no apagamento óptico e manutenção do estado da polarização no percurso de recirculação da cavidade externa, objetivando uma melhora na qualidade dos sinais a serem remodulados, possibilitando altas taxas de transmissão e um maior alcance da rede. Nesta topologia, amplificadores ópticos semicondutores refletivos são utilizados como transmissores colorless, por meio da emissão espontânea amplificada, garantido assim uma redução no custo da rede óptica de acesso. Como metodologia adotada, inicialmente foram realizadas caracterizações ópticas no ambiente de simulação, validação da palheta configurada no simulador com resultados experimentais e avaliações da topologia em taxas simétricas de 1,25 Gb/s. Ademais, são conduzidas análises comparativas entre a topologia proposta frente a topologias disponíveis na literatura no estado da arte. Com os resultados obtidos, acredita-se que essa proposta atende aos requisitos de capacidade agregada e custo reduzido, podendo alcançar taxas de transmissão de até 10 Gb/s utilizando transmissores de baixa complexidade, características essenciais para impulsionar a implementação de redes de acesso óptico. / WDM-PON topologies based on colorless transmitters employing self-seeding and wavelength-reuse techniques have attracted a great deal of interest because of its well known efficiency, granularity and reduced cost, when compared to other alternatives in the literature. Nevertheless, the network reach is limited by the use of remodulation scheme. Maintaining an adequate cost-benefit relation requires typical operating rates of the order of 1.25 Gb/s to 2.5 Gb/s over 20 km of SSMF. In the above framework, we investigate a new topology which combines self-seeding and wavelength-reuse techniques, but also employs a scheme to reinforce the data erasure in the optical carrier, simultaneously providing state of polarization (SOP) maintenance in the external cavity recirculation path. The proposed configuration improves the quality of the signals to be remodulated, thus allowing high rate and broader reach. Specifically, in our work, reflective semiconductor optical amplifiers are employed as colorless transmitters, by using their own amplified spontaneous emission as a seed to provide the optical carrier. Optical analysis were performed in a simulation environment, including self-seeding layout validation by comparison to experimental results at the symmetric transmission rate of 1.25 Gb/s. Next, comparative analysis are conducted between the topology proposed in this work and topologies in the state of the art, found in the literature. According to the results, we believed that the proposal meets the requirements of aggregate capacity and reduced cost, being able to reach transmission rates of up to 10 Gb/s by using transmitters of low complexity, essential features to drive optical access networks implementation.