Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica. Ingeniero Civil Eléctrico / En la actualidad existe un crecimiento acelerado en el número de dispositivos que utilizan la red para comunicarse, sumado a que la de manda por velocidades de transmisión más altas ha aumentado. Conjuntamente con este requerimiento, existe una exigencia tácita: dispositivos más autónomos, es decir, dispositivos que tengan baterías lo suficientemente eficiente para no tener que cargarlos frecuentemente. Esto ha creado la necesidad de contar con protocolos que utilicen eficientemente el ancho de banda disponible de Internet, además de que sean considerados con la batería de los equipos. Una de las soluciones que se han planteado es la de utilizar frecuencias más elevadas de comunicación, llegando en la actualidad a transmitir a frecuencias de decenas de Gigahertz. Una banda que tiene especial interés, es la banda de 60 Ghz (58 -61 GHz), pues es una banda no licenciada y provee una alta tasa de transmisión de datos. Esta tesis presenta un protocolo Media Access Control (MAC), orientado a las ondas milimétricas (ondas que trabajan a frecuencias entre 30 y 300 GHz), que mejora el desempeño del protocolo Process-Stacking Multiplexing Access (PSMA) y adaptarlo a una red centralizada. Aquí se propone el protocolo Variable Slot Time-Time Division Multiple Access (VST-TDMA). Este usa de forma más eficiente el ancho de banda pues no desperdicia tiempo, como si ocurre en Multiplexación por División de Tiempo (TDMA, Time Division Multiple Access). Además, es energéticamente eficiente y autosustentable, pues variará su tasa de transmisión dependiendo del estado de carga (SOC, State of Charge) de la batería del dispositivo. Para diseñar este, se mantuvo el funcionamiento general del protocolo PSMA, cuya idea central es la de agendar procesos, reservando el uso de canal a medida que los equipos que integran la red soliciten usarla, asignando a cada uno de ellos el tiempo exacto que requieran de utilización del canal. No obstante, el principal cambio que se añade es que la Estación Base (BS, Base Station) envía cíclicamente un broadcast, para para incorporar y/o sincronizar cualquier dispositivo que requiera acceder la red, o si la BS necesita enviar datos a alguno de los nodos. Seguidamente, se describirá el algoritmo que se usó para la estimación de los parámetros que condicionan el comportamiento de la batería. El principal resultado de VST-TDMA, es lo relacionado con la batería. En términos de desempeño en transferencia de datos, tiene un resultado similar a PSMA. No obstante, en lo relacionado a la energía, se puede notar que la información que se puede obtener de la batería permite que el protocolo decida en qué momento debe bajar su tasa de transferencia, para no degradarla, y de esta forma tenga mayor vida útil. Además, se llegó al hecho que el parámetro que condiciona principalmente a la batería es el parámetro α, logrando errores bajos en el caso de ser estimado con precisión. Como trabajo futuro, para empezar, se propone el implementar completamente el protocolo en Opnet, tanto desde el punto de vista de funcionamiento, como de la estimación de los parámetros que modelan la batería. De esta forma, será posible conocer el comportamiento más completo del protocolo. Finalmente, se podría implementar este protocolo con algún medio físico, y a las frecuencias a la cual fue diseñado. Se podría utilizar field-programmable gate array (FPGA), dónde se programaría el protocolo y se podría observar el comportamiento en un ambiente real.

Currently deployed optical transmission systems use coherent detection for data rates of 40 Gb/s and 100 Gb/s. Quadrature phase shift keying (QPSK) modulation using four phase levels in combination with polarization division multiplexing (PDM) allows transmitting four bits per symbol. The use of more complex modulation formats, such as 16 level quadrature amplitude modulation (16QAM) allows increasing the data rate. However, this method reduces dramatically the transmission reach. For example, when passing from 100 Gb/s PDM-QPSK to 200 Gb/s PDM-16QAM, the reach is reduced by a factor of five. A new and disruptive approach in order to increase the capacity is mode division multiplexing (MDM), and this approach is investigated in the frame of my thesis. I start my thesis with some generalities on optical transmission systems followed by a presentation of their historical evolution against the background of the increasing capacity demand in the worldwide telecommunication networks. Afterwards I show some ways to continue the capacity growth in optical transmission systems before focusing on MDM. I describe the new key elements, notably the few-mode fiber and the few-mode amplifier, the mode-multiplexer / -demultiplexer and the new receiver system. I finish with a presentation of some experiments using entire MDM systems, which allowed us to be among the first research teams worldwide to realize a successful MDM transmission

Les systèmes de transmission optiques (STOs) déployés actuellement utilisent la détection cohérente pour les débits de 40 Gb/s et 100 Gb/s. Une modulation QPSK ( « Quadrature Phase Shift Keying »), c’est à dire avec 4 niveaux de phase, associée à un multiplexage de polarisation (« PDM » pour « Polarization Division Multiplexing ») permet de transporter 4 bits par symbole. L’utilisation des formats de modulation plus complexes, tels que le 16QAM (pour « Quadrature Amplitude Modulation »), avec 16 états possibles, permet d’augmenter le débit transmis. Cependant, cette méthode réduit fortement la portée de transmission. Par exemple, si on passe de 100 Gb/s PDM-QPSK à 200 Gb/s PDM-16QAM, la portée est réduite par un facteur cinq. Une approche nouvelle et en rupture afin d’augmenter la capacité est le multiplexage en mode (MDM, pour « Mode Division Multiplexing »). Cette approche est investiguée dans le cadre de ma thèse. Je commence ma thèse avec des généralités sur les STOs, suivi d’une présentation de leur évolution historique dans le contexte de la demande de capacité croissante dans les réseaux de télécommunications. Ensuite je montre plusieurs options pour continuer la croissance de capacité dans les STOs avant de me focaliser sur le MDM. Je décris tous les nouveaux éléments clés d’un système MDM typique, notamment la fibre et l’amplificateur légèrement multimodaux, le multiplexeur / démultiplexeur de modes et le nouveau système de réception, en me fondant sur des résultats théoriques, numériques et expérimentaux. Je termine avec une présentation des expériences de transmission MDM, où nous étions parmi les premières équipes mondiales à réaliser une telle démonstration / Currently deployed optical transmission systems use coherent detection for data rates of 40 Gb/s and 100 Gb/s. Quadrature phase shift keying (QPSK) modulation using four phase levels in combination with polarization division multiplexing (PDM) allows transmitting four bits per symbol. The use of more complex modulation formats, such as 16 level quadrature amplitude modulation (16QAM) allows increasing the data rate. However, this method reduces dramatically the transmission reach. For example, when passing from 100 Gb/s PDM-QPSK to 200 Gb/s PDM-16QAM, the reach is reduced by a factor of five. A new and disruptive approach in order to increase the capacity is mode division multiplexing (MDM), and this approach is investigated in the frame of my thesis. I start my thesis with some generalities on optical transmission systems followed by a presentation of their historical evolution against the background of the increasing capacity demand in the worldwide telecommunication networks. Afterwards I show some ways to continue the capacity growth in optical transmission systems before focusing on MDM. I describe the new key elements, notably the few-mode fiber and the few-mode amplifier, the mode-multiplexer / -demultiplexer and the new receiver system. I finish with a presentation of some experiments using entire MDM systems, which allowed us to be among the first research teams worldwide to realize a successful MDM transmission