Performance analysis of an optical network employing waveband and traffic grooming

This paper analyses an optical network architecture composed by an arrangement of nodes equipped with multi-granular optical cross-connects (MG-OXCs) in addition to the usual optical cross-connects (OXCs). Then, selected network nodes can perform both waveband as well as traffic grooming operations and our goal is to assess the improvement on network performance brought by these additional capabilities. Specifically, the influence of the MG-OXC multi-granularity on the blocking probability is evaluated for 16 classes of service over a network based on the NSFNet topology. A mechanism of fairness in bandwidth capacity is also added to the connection admission control to manage the blocking probabilities of all kind of bandwidth requirements. Comprehensive computational simulation are carried out to compare eight distinct node architectures, showing that an adequate combination of waveband and single-wavelength ports of the MG-OXCs and OXCs allow a more efficient operation of a WDM optical network carrying multi-rate traffic.

FWM Constraints Management for Lightpath Establishment in GMPLS Networks

In all-optical networks, management of physical layer restrictions should collaborate in lightpath establishment. Label-Switched Path validation in Generalized MultiProtocol Label Switching on Dense Wavelength Division Multiplexing network requires the treatment of the physical impairment-related parameters along the provisioned route. In this paper we propose, for the first time in our view, the generation of an optical layer database by simulation that specifically characterizes the dynamic FWM impairments for the lightpaths provisioned in a GMPLS/DWDM network.

Ultracompact dwarf galaxies in the Fornax Cluster

By utilizing the large multiplexing advantage of the Two-degree Field spectrograph on the Anglo-Australian Telescope, we have been able to obtain a complete spectroscopic sample of all objects in a predefined magnitude range, 16.5 < b(j) < 19.7 regardless of morphology, in an area toward the center of the Fornax Cluster of galaxies. Among the unresolved or marginally resolved targets, we have found five objects that are actually at the redshift of the Fornax Cluster; i.e., they are extremely compact dwarf galaxies or extremely large star clusters. All five have absorption-line spectra. With intrinsic sizes of less than 1.1 HWHM (corresponding to approximately 100 pc at the distance of the cluster), they are more compact and significantly less luminous than other known compact dwarf galaxies, yet much brighter than any globular cluster. In this paper we present new ground-based optical observations of these enigmatic objects. In addition to having extremely high central surface brightnesses, these objects show no evidence of any surrounding low surface brightness envelopes down to much fainter limits than is the case for, e.g., nucleated dwarf elliptical galaxies. Thus, if they are not merely the stripped remains of some other type of galaxy, then they appear to have properties unlike any previously known type of stellar system.

Desmultiplexagem óptica controlada por tensão (DOV)

Este trabalho apresenta a caracterização optoelectrónica de uma estrutura p-i-n baseada em a-Si:H e/ou a-SiC:H que funciona como sensor de cor no espectro visível. O estudo do sensor tem como objectivo a multiplexagem e desmultiplexagem de um sinal óptico (WDM Wavelengthdivision multiplexing). A caracterização do processo de WDM tem em vista a utilização de vários canais para a transmissão de sinais a curta distancia. Este modelo deverá integrar como meio de transmissão a fibra óptica, que constituirá uma importante mais valia na optimização do sistema WDM. Aliada as características do sensor cuja sensibilidade espectral na região do visível é modulada pelo sinal de tensão eléctrico aplicado. O facto destes dispositivos funcionarem como filtros de cor controlados por tensão, permite controlar a selectividade espectral no canal de transmissão, o que regula a regeneração do sinal óptico transmitido. O sistema do processamento de sinal para a desmultiplexagem foi feito para três sinais ópticos com os respectivos comprimentos de onda (Vermelho-626 nm, Verde-525 nm e Azul- 470 nm).

Aumento de capacidade em sistemas MIMO coordenados para advanced LTE com utilização de repetidores fixos

Com vista a revolucionar o sector das comunicações móveis, muito à custa dos elevados débitos prometidos, a tecnologia LTE recorre a uma técnica que se prevê que seja bastante utilizada nas futuras redes de comunicações móveis: Relaying. Juntamente com esta técnica, o LTE recorre à técnica MIMO, para melhorar a qualidade da transmissão em ambientes hostis e oferecer elevados ritmos de transmissão. No planeamento das próximas redes LTE, o recurso à técnica Relaying é frequente. Esta técnica, tem como objectivo aumentar a cobertura e/ou capacidade da rede, e ainda melhorar o seu desempenho em condições de fronteira de célula. A performance de uma RS depende da sua localização, das condições de propagação do canal rádio a que tanto a RS como o EU estão sujeitos, e ainda da capacidade que a RS tem de receber, processar e reencaminhar a informação. O objectivo da tese é estudar a relação existente entre o posicionamento de uma RS e o seu desempenho. Desta forma, pretende-se concluir qual a posição ideal de uma RS (tanto do tipo AF como SDF). Para além deste estudo, é apresentado um comparativo do desempenho dos modos MIMO TD e OL-SM, onde se conclui em que condições deverão ser utilizados, numa rede LTE equipada com FRSs.

Implementação de WDM com dispositivos semicondutores

Este trabalho utiliza uma estrutura pin empilhada, baseada numa liga de siliceto de carbono amorfo hidrogenado (a-Si:H e/ou a-SiC:H), que funciona como filtro óptico na zona visível do espectro electromagnético. Pretende-se utilizar este dispositivo para realizar a demultiplexagem de sinais ópticos e desenvolver um algoritmo que permita fazer o reconhecimento autónomo do sinal transmitido em cada canal. O objectivo desta tese visa implementar um algoritmo que permita o reconhecimento autónomo da informação transmitida por cada canal através da leitura da fotocorrente fornecida pelo dispositivo. O tema deste trabalho resulta das conclusões de trabalhos anteriores, em que este dispositivo e outros de configuração idêntica foram analisados, de forma a explorar a sua utilização na implementação da tecnologia WDM. Neste trabalho foram utilizados três canais de transmissão (Azul – 470 nm, Verde – 525 nm e Vermelho – 626 nm) e vários tipos de radiação de fundo. Foram realizadas medidas da resposta espectral e da resposta temporal da fotocorrente do dispositivo, em diferentes condições experimentais. Variou-se o comprimento de onda do canal e o comprimento de onda do fundo aplicado, mantendo-se constante a intensidade do canal e a frequência de transmissão. Os resultados obtidos permitiram aferir sobre a influência da presença da radiação de fundo e da tensão aplicada ao dispositivo, usando diferentes sequências de dados transmitidos nos vários canais. Verificou-se, que sob polarização inversa, a radiação de fundo vermelho amplifica os valores de fotocorrente do canal azul e a radiação de fundo azul amplifica o canal vermelho e verde. Para polarização directa, apenas a radiação de fundo azul amplifica os valores de fotocorrente do canal vermelho. Enquanto para ambas as polarizações, a radiação de fundo verde, não tem uma grande influência nos restantes canais. Foram implementados dois algoritmos para proceder ao reconhecimento da informação de cada canal. Na primeira abordagem usou-se a informação contida nas medidas de fotocorrente geradas pelo dispositivo sob polarização inversa e directa. Pela comparação das duas medidas desenvolveu-se e testou-se um algoritmo que permite o reconhecimento dos canais individuais. Numa segunda abordagem procedeu-se ao reconhecimento da informação de cada canal mas com aplicação de radiação de fundo, tendo-se usado a informação contida nas medidas de fotocorrente geradas pelo dispositivo sob polarização inversa sem aplicação de radiação de fundo com a informação contida nas medidas de fotocorrente geradas pelo dispositivo sob polarização inversa com aplicação de radiação de fundo. Pela comparação destas duas medidas desenvolveu-se e testou-se o segundo algoritmo que permite o reconhecimento dos canais individuais com base na aplicação de radiação de fundo.

Optical demultiplexer device operating in the visible spectrum

In this paper, we present results on the use of multilayered a-SiC:H heterostructures as a device for wavelength-division demultiplexing of optical signals. These devices are useful in optical communications applications that use the wavelength division multiplexing technique to encode multiple signals into the same transmission medium. The device is composed of two stacked p-i-n photodiodes, both optimized for the selective collection of photo generated carriers. Band gap engineering was used to adjust the photogeneration and recombination rate profiles of the intrinsic absorber regions of each photodiode to short and long wavelength absorption in the visible spectrum. The photocurrent signal using different input optical channels was analyzed at reverse and forward bias and under steady state illumination. A demux algorithm based on the voltage controlled sensitivity of the device was proposed and tested. An electrical model of the WDM device is presented and supported by the solution of the respective circuit equations.

Stacked photo-sensing devices based on SiC alloys A non-pixelled architecture for imagers and demultiplexing devices

In this review paper different designs based on stacked p-i'-n-p-i-n heterojunctions are presented and compared with the single p-i-n sensing structures. The imagers utilise self-field induced depletion layers for light detection and a modulated laser beam for sequential readout. The effect of the sensing element structure, cell configurations (single or tandem), and light source properties (intensity and wavelength) are correlated with the sensor output characteristics (light-to-dark sensivity, spatial resolution, linearity and S/N ratio). The readout frequency is optimized showing that scans speeds up to 104 lines per second can be achieved without degradation in the resolution. Multilayered p-i'-n-p-i-n heterostructures can also be used as wavelength-division multiplexing /demultiplexing devices in the visible range. Here the sensor element faces the modulated light from different input colour channels, each one with a specific wavelength and bit rate. By reading out the photocurrent at appropriated applied bias, the information is multiplexed or demultiplexed and can be transmitted or recovered again. Electrical models are present to support the sensing methodologies.

Comunicações digitais através de ultra-sons em ambientes subaquáticos

Actualmente, as comunicações digitais em ambientes subaquáticos representam uma necessidade humana e um desafio à engenharia de sistemas. A maioria das aplicações dirigidas a meios subaquáticos recorre a sinais acústicos, já que relativamente a sinais de natureza electromagnética ou óptica, os sinais acústicos desfrutam de uma atenuação reduzida. Contudo, os meios subaquáticos possuem um comportamento complexo relativamente à propagação de sinais acústico, sendo caracterizados como canais dispersivos, no domínio do tempo e no domínio da frequência. Como os sistemas acústicos possuem uma largura de banda limitada, requer-se que um sistema de comunicação acústico subaquático seja, simultaneamente, eficiente na gestão dos recursos que possui e eficaz nos mecanismos que implementa para ultrapassar as limitações providenciadas pelo meio. Enquadrada neste âmbito, a presente dissertação propõe uma solução completa de um sistema de comunicação digital. Apresenta-se o dimensionamento de uma plataforma genérica, de baixo custo, que suporta a transmissão e recepção de sinais acústicos num ambiente subaquático. Através desta, verifica-se num meio subaquático real se as características deste ambiente coincidem com a informação presente na respectiva literatura científica. Adicionalmente, são analisadas quais as técnicas de processamento de sinal mais adequadas às comunicações digitais neste meio. Converge-se para uma solução baseada na modulação OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), que alcança uma eficiência espectral de 2,95 bit/s/Hz, a um ritmo binário máximo de 103,288 kbit/s, numa largura de banda de 35 kHz. Através desta técnica, obtém-se elevada robustez aos efeitos de dispersão temporal do canal de comunicação, minimizando de forma eficaz a distorção de sinal devido à interferência inter-simbólica. Esta modulação multi-portadora recorre a sub-portadoras ortogonais, maximizando desta forma a eficiência espectral do sistema. Contudo, a ortogonalidade destas componentes pode ser comprometida pelo espalhamento de Doppler introduzido pelo canal subaquático. Para minimizar este efeito, é implementado um algoritmo adaptativo baseado na técnica LMS (Least Mean Squares).

Measurement of Photo Capacitance in Amorphous Silicon Photodiodes

This paper discusses the photodiode capacitance dependence on imposed light and applied voltage using different devices. The first device is a double amorphous silicon pin-pin photodiode; the second one a crystalline pin diode and the last one a single pin amorphous silicon diode. Double amorphous silicon diodes can be used as (de)multiplexer devices for optical communications. For short range applications, using plastic optical fibres, the WDM (wavelength-division multiplexing) technique can be used in the visible light range to encode multiple signals. Experimental results consist on measurements of the photodiode capacitance under different conditions of imposed light and applied voltage. The relation between the capacitive effects of the double diode and the quality of the semiconductor internal junction will be analysed. The dynamics of charge accumulations will be measured when the photodiode is illuminated by a pulsed monochromatic light.

Reconfigurable SiC Embedded Photonic Structures with Self Optical Bias Control

Multilayered heterostructures based on embedded a-Si:H and a-SiC:H p-i-n filters are analyzed from differential voltage design perspective using short- and long-pass filters. The transfer functions characteristics are presented. A numerical simulation is presented to explain the filtering properties of the photonic devices. Several monochromatic pulsed lights, separately (input channels) or in a polychromatic mixture (multiplexed signal) at different bit rates, illuminated the device. Steady-state optical bias is superimposed from the front and the back side. Results show that depending on the wavelength of the external background and impinging side, the device acts either as a short- or a long-pass band filter or as a band-stop filter. Particular attention is given to the amplification coefficient weights, which allow to take into account the wavelength background effects when a band or frequency needs to be filtered or the gate switch, in which optical active filter gates are used to select and filter input signals to specific output ports in wavelength division multiplexing (WDM) communication systems. This nonlinearity provides the possibility for selective removal or addition of wavelengths. A truth table of an encoder that performs 8-to-1 MUX function exemplifies the optoelectronic conversion.

SiC Multilayer Structures as Light Controlled Photonic Active Filters

Tunable wavelength division multiplexing converters based on amorphous SiC multilayer photonic active filters are analyzed. The configuration includes two stacked p-i-n structures (p(a-SiC:H)-i'(a-SiC:H)-n(a-SiC:H)-p(a-SiC:H)-i(a-Si:H)-n(a-Si:H)) sandwiched between two transparent contacts. The manipulation of the magnitude is achieved through appropriated front and back backgrounds. Transfer function characteristics are studied both theoretically and experimentally. An algorithm to decode the multiplex signal is established. An optoelectronic model supports the optoelectronic logic architecture. Results show that the light-activated device combines the demultiplexing operation with the simultaneous photodetection and self-amplification of an optical signal. The output waveform presents a nonlinear amplitude-dependent response to the wavelengths of the input channels. Depending on the wavelength of the external background and irradiation side, it acts either as a short- or a long-pass band filter or as a band-stop filter. A two-stage active circuit is presented and gives insight into the physics of the device.

Optical processing devices based on a-SiCH multilayer architectures

Red, green and blue optical signals were directed to an a-SiC:H multilayered device, each one with a specific transmission rate. The combined optical signal was analyzed by reading out, under different applied voltages, the generated photocurrent. Results show that when a chromatic time dependent wavelength combination with different transmission rates irradiates the multilayered structure, the device operates as a tunable wavelength filter and can be used in wavelength division multiplexing systems for short range communications. An application to fluorescent proteins detection is presented. (C) 2010 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

Direct Color Sensor, Optical Amplifier and Demux Device Integrated on a Single Monolithic SiC Photodetector

A pi'n/pin a-SiC:H voltage and optical bias controlled device is presented and its behavior as image and color sensor, optical amplifier and demux device is discussed. The design and the light source properties are correlated with the sensor output characteristics. Different readout techniques are used. When a low power monochromatic scanner readout the generated carriers the transducer recognizes a color pattern projected on it acting as a direct color and image sensor. Scan speeds up to 10(4) lines per second are achieved without degradation in the resolution. If the photocurrent generated by different monochromatic pulsed channels is readout directly, the information is demultiplexed. Results show that it is possible to decode the information from three simultaneous color channels without bit errors at bit rates per channel higher than 4000 bps. Finally, when triggered by light of appropriated wavelength, it can amplify or suppress the generated photocurrent working as an optical amplifier (C) 2009 Published by Elsevier Ltd.

Implementação de WDM com 4 canais no espetro do visível

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Electrónica e Telecomunicações