Wavelength reuse techniques for bidirectional ultra-wide band (UWB) over fiber (UWBoF) networks are presented. The downstream optical signal from the central station (CS) is reused for upstream data transmission with the original data erased at the base station (BS). Two wavelength reuse schemes for the generation of a clear optical carrier at the BS are theoretically analyzed and experimentally demonstrated. In the first scheme, the wavelength reuse is based on phase-modulation to intensity-modulation (PM-IM) conversion and destructive interferencing using a polarization modulator (PolM) and a fiber Bragg grating (FBG). A theoretical analysis is performed which is verified by an experiment. In the second scheme, the wavelength reuse is based on injection locking of a Fabry–Pérot laser diode (FP-LD) and polarization multiplexing. The UWB injection signal contributes to better BERs of both downstream and upstream services and a lower power penalty cause by the wavelength reuse of the whole system than the baseband signal. A bidirectional point-to-point transmission of over a 25-km single-mode fiber (SMF) using a single wavelength from the CS in each scheme is demonstrated.

Wavelength reuse techniques for bidirectional ultra-wide band (UWB) over fiber (UWBoF) networks are presented. The downstream optical signal from the central station (CS) is reused for upstream data transmission with the original data erased at the base station (BS). Two wavelength reuse schemes for the generation of a clear optical carrier at the BS are theoretically analyzed and experimentally demonstrated. In the first scheme, the wavelength reuse is based on phase-modulation to intensity-modulation (PM-IM) conversion and destructive interferencing using a polarization modulator (PolM) and a fiber Bragg grating (FBG). A theoretical analysis is performed which is verified by an experiment. In the second scheme, the wavelength reuse is based on injection locking of a Fabry–Pérot laser diode (FP-LD) and polarization multiplexing. The UWB injection signal contributes to better BERs of both downstream and upstream services and a lower power penalty cause by the wavelength reuse of the whole system than the baseband signal. A bidirectional point-to-point transmission of over a 25-km single-mode fiber (SMF) using a single wavelength from the CS in each scheme is demonstrated.

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.

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.

Three 40/60-GHz optical-wireless bidirectional architectures are designed with a centralized light source in the central office based on wavelength reuse. Three super-broadband access networks are proposed and experimentally demonstrated for simultaneously delivering wired and wireless services over an optical fiber and an air link in a single transport platform. The transport feasibility in metro and wide-area access networks with multiple reconfigurable optical add-drop multiplexers (ROADMs) nodes is explored for 40-GHz and 60-GHz optical millimeter-wave signals. Additionally, the optical-wireless systems using the orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) modulation format are analytically and experimentally demonstrated to mitigate the chromatic dispersion in optical fiber. This thesis also successfully implements the testbed trial for the delivery of uncompressed 270-Mb/s standard-definition television (SDTV) and 1.485-Gb/s high-definition television (HDTV) video signals over optical fiber and air links. The demonstration represents the first ever reported real applications over hybrid wired and wireless access networks, showing that our developed up-conversion schemes and designed architectures are highly suitable for super-broadband applications in next-generation optical-wireless access networks.

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.