Extensive Comparisons of Optical Fast-OFDM and Conventional Optical OFDM for Local and Access Networks

A performance comparison between a recently proposed novel technique known as fast orthogonal frequency-division multiplexing (FOFDM) and conventional orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) is undertaken over unamplified, intensity-modulated, and direct-detected directly modulated laser-based optical signals. Key transceiver parameters, such as the maximum achievable transmission capacity and the digital-to-analog/analog-to-digital converter (DAC/ADC) effects are explored thoroughly. It is shown that, similarly to conventional OFDM, the least complex and bandwidth efficient FOFDM can support up to similar to 20 Gb/s over 500 m worst-case multimode fiber (MMF) links having 3 dB effective bandwidths of similar to 200 MHz X km. For compensation of the DAC/ADC roll-off, a power-loading (PL) algorithm is adopted, leading to an FOFDM system improvement of similar to 4 dB. FOFDM and conventional OFDM give similar optimum DAC/ADC parameters over 500 m worst-case MMF, while over 50 km single-mode fiber a maximum deviation of only similar to 1 dB in clipping ratio is observed due to the imperfect chromatic dispersion compensation caused by one-tap equalizers.

Interaction of pulses in the nonlinear Schrödinger model

A study was conducted on the interaction of two pulses in the nonlinear Schrodinger (NLS) model. The presence of different scenarios of the behavior depending on the initial parameters of the pulses, such as the pulse areas, the relative phase shift, the spatial and frequency separations were shown. It was observed that a pure real initial condition of the NLS equation can result in additional moving solitons.

Sol-Gel Erbium-Doped Silica-Hafnia Planar and Channel Waveguides

Erbium activated SiO2 -HfO2 planar waveguides, doped with Er3+ concentrations ranging from 0.01 to 4 mol%, were prepared by sol-gel method. The films were deposited on v-SiO2 and silica-on-silicon substrates using dip-coating technique. The waveguides show high densification degree, effective intermingling of the two film components, and uniform surface morphology. The waveguide deposited on silica-on-silicon substrates shows one single propagation mode at 1.5μm, with a confinement coefficient of 0.81 and an attenuation coefficient of 0.8 dB/cm at 632.8nm. Emission in the C-telecommunication band was observed at room temperature for all the samples upon continuouswave excitation at 980 nm or 514.5 nm. The shape of the emission band corresponding to the 4I13/2 → 4I15/2 transition is found to be almost independent both on erbium content and excitation wavelength, with a FWHM between 44 and 48 nm. The 4I13/2 level decay curves presented a single-exponential profile, with a lifetime ranging between 1.1 - 6.6 ms, depending on the erbium concentration. Infrared to visible upconversion luminescence upon continuous-wave excitation at 980 nm was observed for all the samples. Channel waveguide in rib configuration was obtained by etching the active film in order to have a well confined mode at 1.5 μm.

Proposal of a dedicated telemetry device for real-time and remote measurements

This work aims to demonstrate an application of telemetry for monitoring process variables. The authors developed the prototype of a dedicated device capable of multiplexing, encoding and transmitting real-time data signals via amplitude-shift keying modulation to remotely located device(s). The prototype development is described in details, enabling the reproduction of the proposed telemetry system for a three-phase motor as well as for other devices. Furthermore, the proposed device has an easy implementation by using of accessible components and low cost, also presenting a tutorial and educational purpose. © 2011 IEEE.

Avaliação de desempenho de algoritmos de alocação de comprimento de onda em redes ópticas WDM

Neste trabalho estudamos alguns algoritmos de alocação de comprimento de onda em redes ópticas WDM (Wavelength Division Multiplexing). O objetivo para estudar os algoritmos de alocação first-fit, least-used e most-used está baseado na estratégia adotada para estudar o Problema RWA. A estratégia toma como base a visão geral do problema que envolve os algoritmos de roteamento e os algoritmos de alocação de comprimento de onda, e tendo como métrica principal para seus resultados a probabilidade de bloqueio. Este trabalho apresenta uma visão diferenciada para o problema e considera-se que a alocação de comprimentos de onda se sobrepõe, em importância, à ação de roteamento em redes ópticas. Essa percepção ocorre quando se analisa o problema RWA a partir do critério clássico usado no estabelecimento de uma rota: a escolha do caminho mais curto entre a origem e o destino. Apesar da identificação de um caminho mais curto, isso não garante, em redes ópticas, que ele será o utilizado, pois é necessário que haja para aquele caminho, um comprimento de onda adequado. Foi utilizada uma ferramenta de simulação para redes WDM denominada OWNS para realizar uma análise do problema RWA. Os resultados obtidos são apresentados graficamente e em uma das simulações observou-se uma forte tendência de queda na probabilidade de bloqueio e uma boa vazão no trafego da rede com isso possibilitando um aumento na capacidade de transmissão da rede. Por fim, este texto apresenta uma discussão sobre os diferenciais e limitações deste trabalho, e apresenta direcionamentos para investigações futuras neste campo de estudo.

Supressão de interferência em sistemas de banda ultra larga e classificação automática de modulação

Esta tese apresenta duas contribuições distintas na área de sistemas de comunicações sem fi o. Primeiro, é apresentada uma formulação analítica para a análise de desempenho de sistemas utilizando multiplexação multibanda por divisão ortogonal na frequência (MB-OFDM, do inglês Multi-Band Orthogonal Frequency-Division Multiplexing ) com um ltro notch para mitigar a interferência em banda estreita causada por outros sistemas que operam dentro da faixa de frequências alocada para sistemas UWB. Em seguida, um novo front end para classificação automática de modulações com o uso de aprendizado discriminativo é proposto. Esse front end pode ser utilizado por qualquer classi cador discriminativo e consiste em ordenar magnitude e fase do símbolos recebidos. Os resultados obtidos pelo classi cador proposto mostraram-se competitivos com outros algoritmos já existentes na literatura.

Modelagem Cross-Layer da qualidade de experiência para transmissões de vídeo em sistemas sem fio OFDM

Este trabalho apresenta um estudo sobre transmissões de vídeo em sistemas sem fio. O objetivo da metodologia aplicada é comprovar a existência de uma relação direta entre a BER e a perda de qualidade (Perda de PSNR) nas transmissões de vídeo em sistemas OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Os resultados foram obtidos a partir de simulações, desenvolvidas no ambiente computacional Matlab®, e, aferições em cenários reais, realizadas no campus universitário e dentro do laboratório de estudos, em ambiente controlado. A partir da comparação entre dados simulados e aferidos, foi comprovada a relação entre BER e Perda de PSNR, resultando na formulação de um modelo empírico Cross-Layer com característica exponencial. A modelagem obteve erro RMS e desvio padrão próximos de 1,65 dB quando comparada com as simulações. Além disso, sua validação foi realizada a partir dos dados obtidos de cenários reais, que não foram usados para ajustar os parâmetros da equação obtida. O modelo obtido não necessita da especificação do tipo de canal ou codificação utilizada no FEC (Forward Error Correction), possibilitando uma futura integração com softwares de planejamento de redes, em versões comerciais ou open-sources.

Estratégia de projeto de atribuição de comprimento de onda com restrição de camada física em redes WDM

O sistema WDM (Wavelength Division Multiplexing) é considerado como uma tecnologia madura para ser usada no backbone de redes ópticas. Entretanto, encontrar uma solução ótima para o algoritmo de atribuição de comprimento de onda no projeto e operação destas redes, ainda é uma questão em aberto. A pesquisa realizada nesta tese aborda os principais aspectos relacionados ao processo de atribuição de comprimento de onda em sistemas WDM, e como resultado foi proposta uma metodologia que minimiza a degradação do sinal óptico gerada pela modulação de fase cruzada (XPM – Cross-Phase Modulation). Esta proposta é composta por uma metodologia híbrida baseada em Coloração de Grafo e Algoritmo Genético (AG), sendo que o primeiro tem a função de reduzir o número de comprimentos de onda necessários para atender a matriz de tráfego (que é fornecida a priori) e o último tem a função de encontrar a ordem de ativação de canais na grade de comprimentos de onda, com o objetivo de reduzir o efeito XPM. A proposta foi comparada com o algoritmo First-Fit em diferentes cenários e topologias de redes, e demonstrou uma considerável redução na probabilidade de bloqueio.

Estudo comparativo de sistemas de rádio digital sobre fibra aplicado a C-RAN

O objetivo deste trabalho é comparar aspectos relacionados ao uso de Multiplexação por Subportadora (SCM) em um sistema de transmissão de Rádio Digital sobre Fibra (DRoF) aplicado à Arquitetura de Acesso a Rádio Centralizado (C-RAN). Para isso, foram criados dois cenários que fazem uso da tecnologia DRoF, onde no primeiro, três subportadoras são transmitidas em um comprimento de onda e, para o segundo cenário, três comprimentos de onda são transmitidos, onde cada um possui uma única subportadora. Para ambas configurações é visado alimentar unidades de rádio remoto (RRH) localizadas na torre de transmissão. São analisados aspectos de desempenho da recepção, alcance das redes e complexidade do sistema para cada um dos cenários propostos. Além disso, são mostrados passo a passo como os sistemas foram construídos utilizando o software de simulação VPITransmissionMaker. Foram considerados para cada subportadora uma taxa de 250 Mbps, modulação 16-QAM, centrados na frequência de 5GHz. Os resultados obtidos demonstram que, para SCM-DRoF, uma Taxa de Erro de Bit (BER) de 10^-6 é mantida constante para enlaces de até 20 km. No segundo modelo, sem uso de SCM, um desempenho similar foi verificado, contudo com alcance de até 40 km. Dado o contexto da aplicação, os fatores desempenho e distância levam a crer que ambos cenários de transmissão podem ser utilizadas para C-RAN. Contudo, levando em consideração o custo e a complexidade no domínio óptico, o sistema utilizando SCM, comparativamente, possui mais vantagens. Conclui-se então que o uso de SCM apresenta-se como uma forte opção para aplicações no contexto das novas tecnologias de redes de acesso móvel.

Políticas de alocação de espectro em roteamento baseado em balanceamento de cargas e fragmentação para redes ópticas elásticas

A natureza rígida de redes de multiplexação por divisão de comprimentos de onda (WDM) provoca exploração ineficiente de capacidade espectral. Dessa forma, redes flexíveis são um possível avanço para a tecnologia óptica por viabilizarem melhor aproveitamento dos recursos espectrais disponíveis. Com o intuito de aferir a possível aplicabilidade de redes flexíveis, este trabalho propõe uma estratégia de avaliação de desempenho baseada em simulações e comparações entre resultados obtidos. Para tanto, várias simulações a tempo discreto foram implementadas em dois simuladores desenvolvidos em Matlab a fim de analisar diferentes políticas de alocação de espectro (First-Fit, Smallest-Fit, Exact-Fit e Random-Fit) em três algoritmos de roteamento por caminhos ópticos não híbridos: o roteamento por fragmentação externa (FA), por caminhos mais curtos com máxima eficiência de reuso espectral (SPSR) e por balanceamento de cargas (BLSA). Duas topologias de rede foram utilizadas: um pequeno subconjunto de 6 nós da Cost239 e uma topologia aleatória de 7 nós. Admitindo-se que efeitos de camada física não foram configurados como restrições, foram realizadas comparações entre as diversas técnicas estudadas, objetivando-se apontar, baseado nas especificidades dos cenários propostos, qual o método mais adequado de alocação espectral em termos de frequência de bloqueio entre as quatro políticas de alocação de espectro consideradas.

Comparing label free electrochemical impedimetric and capacitive biosensing architectures

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Resveratrol Decreases Periodontal Breakdown and Modulates Local Levels of Cytokines During Periodontitis in Rats

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Survivable Lightpath Provisioning in WDM Mesh Networks Under Shared Path Protection and Signal Quality Constraints

This paper addresses the problem of survivable lightpath provisioning in wavelength-division-multiplexing (WDM) mesh networks, taking into consideration optical-layer protection and some realistic optical signal quality constraints. The investigated networks use sparsely placed optical–electrical–optical (O/E/O) modules for regeneration and wavelength conversion. Given a fixed network topology with a number of sparsely placed O/E/O modules and a set of connection requests, a pair of link-disjoint lightpaths is established for each connection. Due to physical impairments and wavelength continuity, both the working and protection lightpaths need to be regenerated at some intermediate nodes to overcome signal quality degradation and wavelength contention. In the present paper, resource-efficient provisioning solutions are achieved with the objective of maximizing resource sharing. The authors propose a resource-sharing scheme that supports three kinds of resource-sharing scenarios, including a conventional wavelength-link sharing scenario, which shares wavelength links between protection lightpaths, and two new scenarios, which share O/E/O modules between protection lightpaths and between working and protection lightpaths. An integer linear programming (ILP)-based solution approach is used to find optimal solutions. The authors also propose a local optimization heuristic approach and a tabu search heuristic approach to solve this problem for real-world, large mesh networks. Numerical results show that our solution approaches work well under a variety of network settings and achieves a high level of resource-sharing rates (over 60% for O/E/O modules and over 30% for wavelength links), which translate into great savings in network costs.

Optical Components for WDM Lightwave Networks

Recently, there has been growing interest in developing optical fiber networks to support the increasing bandwidth demands of multimedia applications, such as video conferencing and World Wide Web browsing. One technique for accessing the huge bandwidth available in an optical fiber is wavelength-division multiplexing (WDM). Under WDM, the optical fiber bandwidth is divided into a number of nonoverlapping wavelength bands, each of which may be accessed at peak electronic rates by an end user. By utilizing WDM in optical networks, we can achieve link capacities on the order of 50 THz. The success of WDM networks depends heavily on the available optical device technology. This paper is intended as a tutorial on some of the optical device issues in WDM networks. It discusses the basic principles of optical transmission in fiber and reviews the current state of the art in optical device technology. It introduces some of the basic components in WDM networks, discusses various implementations of these components, and provides insights into their capabilities and limitations. Then, this paper demonstrates how various optical components can be incorporated into WDM optical networks for both local and wide-area applications. Last, the paper provides a brief review of experimental WDM networks that have been implemented.

Optical Communication Networks for the Next-Generation Internet

Computer and telecommunication networks are changing the world dramatically and will continue to do so in the foreseeable future. The Internet, primarily based on packet switches, provides very flexible data services such as e-mail and access to the World Wide Web. The Internet is a variable-delay, variable- bandwidth network that provides no guarantee on quality of service (QoS) in its initial phase. New services are being added to the pure data delivery framework of yesterday. Such high demands on capacity could lead to a “bandwidth crunch” at the core wide-area network, resulting in degradation of service quality. Fortunately, technological innovations have emerged which can provide relief to the end user to overcome the Internet’s well-known delay and bandwidth limitations. At the physical layer, a major overhaul of existing networks has been envisaged from electronic media (e.g., twisted pair and cable) to optical fibers - in wide-area, metropolitan-area, and even local-area settings. In order to exploit the immense bandwidth potential of optical fiber, interesting multiplexing techniques have been developed over the years.