OFDM ottico per la rete d'accesso

This thesis focuses on the analysis of a Hybrid All-Optical OFDM solution for the access network. The purpose of this work is to demonstrate as an OFDM system, widely used in electrical communications, may be replicated in the optical domain and implemented in a timely and conveniently manner in Passive Optical Network (PON) architectures. After recalling the basic principles of the electrical OFDM, the Optical OFDM techniques will be described, allowing to replicate the OFDM signal in the optical domain. These techniques however, use, both at the transmitter and at the receiver, electronic components, which consume a lot of power and are bandwidth limited. To overcome these issues, in literature different systems are proposed to generate and to receive in all-optical manner the OFDM signal, thus avoiding the use of powerful DSP both at the generation that at the reception stage. These All-Optical OFDM solutions, being very complex especially at the transmitter side, as they are based on the generation of ultra-short optical pulses, don’t meet the demands for simplicity and low cost of the access network. In this thesis we propose a new solution based on OFDM that takes into account the demands of the access network. The technique, called Hybrid All-Optical OFDM, exploit at the transmitter the electrical generation of the OFDM signal, while at the receiver the OFDM signal is optically demultiplexed in a passive manner. In particular, we demonstrate the effectiveness of an AWG (Arrayed Waveguide Grating) for the passive optical demultiplexing of the OFDM signal and we analyze the performance of the proposed solution both in back-to-back and in the case of propagation in optical fiber. Finally, we show how the Hybrid All-Optical OFDM solution is compatible with the PON network architectures and how it is a very efficient solution both from the point of view of the performances and of the infrastructure complexity, hence how it may be taken into account for the development of the next-generation networks.

Questo lavoro di tesi prevede l’analisi di una soluzione “All-Optical” OFDM di tipo ibrido per la rete d’accesso. Lo scopo di questo lavoro é dimostrare come un sistema OFDM, molto usato nelle comunicazioni elettriche, possa essere replicato nel dominio ottico ed implementato in maniera opportuna e conveniente in architetture di tipo Passive Optical Network (PON) . Dopo aver richiamato i principi base dell’OFDM elettrico, verranno descritte le tecniche Optical OFDM, che permettono di replicare nel dominio ottico il segnale OFDM. Queste tecniche fanno comunque uso sia al trasmettitore che al ricevitore di componentistica elettronica, la quale consuma molta potenza ed é limitata in banda. Per ovviare a questi problemi sono stati studiati sistemi che permettano di generare e ricevere in maniera tutto-ottica il segnale OFDM, evitando cosí l’utilizzo di potenti DSP sia in fase di generazione che in fase di ricezione. Tali soluzioni “All-Optical OFDM”, essendo molto complesse soprattutto a lato trasmettitore, in quanto basate sulla generazione di impulsi ultracorti, non vanno incontro alle richieste di semplicitá e di basso costo della rete d’accesso. In questa tesi viene quindi proposta una nuova soluzione basata su OFDM che tenga conto delle richieste della rete d’accesso. La tecnica, chiamata Hybrid All-Optical OFDM, utilizza al trasmettitore la generazione elettrica del segnale OFDM, mentre al ricevitore il segnale OFDM é demultiplato otticamente in maniera passiva. In particolar modo sará dimostrato l’utilizzo di un AWG (ArrayedWaveguide Grating) per il demultiplexing ottico passivo del segnale OFDM e ne saranno analizzate le prestazioni sia in back-to-back che in caso di propagazione in fibra ottica. Si vedrá, infine, come la soluzione Hybrid All-Optical OFDM sia compatibile con le architetture di rete PON e come essa sia una soluzione molto efficiente sia dal punto di vista delle prestazioni che dal punto di vista della complessitá infrastrutturale, quindi come essa sia da prendere in considerazione nello sviluppo delle reti di nuova generazione.