TAZ-PFC-2012-257


Optical switching for dynamic distribution of wireless-over-fiber signals in active optical networks

Rodes López, Guillermo Arturo
Otín Acín, Aránzazu (dir.)

Universidad de Zaragoza, Escuela de Ingeniería y Arquitectura, 2012
Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones, Área de Tecnología Electrónica

Ingeniero Técnico Industrial (Esp. Electrónica Industrial)

Resumen: El continuo crecimiento de ancho de banda demandado por los usuarios finales está provocando una gran exigencia sobre las redes de acceso. Estas exigencias sobre las redes de acceso, que principalmente emplean tecnologías inalámbricas, están migrando hacia el dominio óptico con el fin de soportar estos altos requerimientos de ancho de banda. Dependiendo de los requerimientos y características de los usuarios finales, las redes de acceso óptico han evolucionado en diferentes direcciones. En entornos residenciales y urbanos los usuarios demandan conexiones fijas de alta capacidad y bajo coste. Las redes ópticas pasivas (PON) han cumplido estos requerimiento y son las tecnologías elegidas por los operadores. En los entornos empresariales, en los cuales la calidad y la seguridad son piezas clave, las redes ópticas activas han encontrado su hueco proveyendo flexibilidad, adaptabilidad, alto rendimiento y al mismo tiempo dando soporte a sistemas de control de redes. Los proveedores de equipos están ahora girando su vista hacia nuevos mercados, donde soluciones ópticas puede ser usado eficientemente. El transporte de datos de redes de móviles (o mobile backhaul en ingles) es un mercado que se ha convertido en objetivo principal, ya que el tráfico inalámbrico está creciendo exponencialmente. Nuevos dispositivos, junto a las aplicaciones de gran consumo de ancho de banda, son los principales motivos de este crecimiento. Las tecnologías de banda base puede soportar sobradamente mobile backhaul a las actuales velocidades de transmisión. Sin embargo, debido a la ubicación de nuevas licencias libres disponibles en la banda de frecuencias y el desarrollo de las tecnologías radio a través de fibra permitiendo generación, distribución y recepción óptica de señales, la migración hacia escenarios en los que se use señales inalámbricas a través de fibra son mas probables. Además, teniendo en cuenta aspectos como la seguridad y alta movilidad de los usuarios, todo parece indicar que soluciones activas son más atractivas, siempre y cuando que los consumos de energía se mantengan dentro de límites razonables. En esta tesis, se diseñó una red óptica de acceso basada en tecnologías de radio a través de fibra. El bloque principal de la red fue un conmutador óptico basado en componentes activos (amplificadores ópticos semiconductores); el resto de la red fue diseñada acorde a la distribución por canales del conmutador óptico. Utilizando este conmutador óptico, se realizó una validación experimental de la red. El experimento consistió en una implementación de un sistema de cuatro canales operando en la banda de frecuencia WiMax y empleando una modulación llamada multiplexado de división ortogonal en frecuencia (OFDM) a 625Mb/s por canal. La información fue enviada a través de 20 km de fibra óptica, y el redireccionamiento de la señal fue llevado a cabo por un conmutador de 1 entrada y 16 salidas. El resultado es una degradación imperceptible de la señal en cada canal en el mejor y en mejor escenario en términos de interferencia entre canales. Este sistema cumple con los requisitos de una red de acceso activa para señales de radio a través de una red de acceso óptica.


Palabra(s) clave (del autor): optical access network ; active optical network ; optical switch ; radio-over-fiber signals
Tipo de Trabajo Académico: Proyecto Fin de Carrera
Notas: The ever growing demand of bandwidth by end users has put a lot of pressure on access networks. Access networks, mainly employing wireless technologies, are turning to optics to support such large bandwidth requirements. Depending on the requirements and features of the end users, optical access networks have evolved in different directions. In residential and urban environments, users demand fix connections with high capacity at low price. Passive optical networks (PON) have fulfilled these requirements and are the operators chosen technology. In business environments, in which quality assurance and security are key issues, active optical networks (AON) have found their niche, providing flexibility, adaptability and high throughput while supporting tight management systems. Vendors are now turning their eye to new markets where optics can be used effectively. Mobile backhaul is a target market, since mobile traffic is growing exponentially – new gadgets along with killing applications are fueling such growth. Baseband technologies can support mobile backhaul effectively at current rates. However, due to the location of new license-free available frequency bands and the development of radio-over-fiber (RoF) technologies – allowing generation, distribution and reception of micro- and millimeter wave band signals optically, migration towards wireless-over-fiber scenarios are likely. Furthermore, concerns on security and high mobility seem to indicate active solutions may be in favor of system designers, provided that cost and energy consumption are maintained within reasonable limits. In this thesis, an optical access network based on radio-over-fiber technologies was designed. An active optical switch based on active components (semiconductors optical amplifiers (SOAs)) was used as main building block; the rest of the network was designed according to the channel distribution over the optical spectra required by the optical switch. An experimental validation was conducted. The experiment consisted in the implementation of a four channel system operating on a worldwide interoperability for microwave access (WiMax) frequency band, and employing an orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) modulation at 625 Mbit/s per channel, transmission of the data over 20 km of optical fiber, and active switching in a one-by-sixteen active optical switch. The results show a negligible power penalty on each channel, for both the best and the worst case in terms of inter-channel crosstalk. The system meets the requirements for an AON for wireless-over-fiber for optical access networks (OAN).

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