Advanced Solutions for High Capacity mm-wave Radio over Fiber Systems

Abstract

[ANGLÈS] Currently, the usage of wireless devices and broadband communications is growing. As a consequence the research in how to implement high data rates in Radio over Fiber (RoF) links is becoming an interesting field to investigate. This Master Thesis examines two proposals for developing high capacity millimetre wave RoF systems. The first proposal is the Integrated Photonic Broadband Radio Access Units for Next Generation Optical Access Networks (IPHOBAC-NG) project. It proposes novel photonic radio access for Wavelength Division Multiple Access (WDMA) networks. The proposed Radio Access Unit (RAU) enables connections between optical fiber and E-band (60-90 GHz) wireless communications, avoiding the re/demodulation latencies due to the coherent heterodyne detection and optical up/down conversion using 90º optical Hybrids for Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Networks (WDM-PON). This proposal presents an alternative to allocate wavelengths in optical fibers without needing to implement multiplexers and demultiplexers for separating each wavelength channel. The second proposal consists of an Adaptive and Cognitive RoF System (ACRoFS) using an Optically Controlled Reconfigurable Antenna (OCRA) and a broadband horn antenna for 28-38 GHz frequency band. The novel OCRA, which is examined in this thesis, enables to reconfigure the antenna properties for three different frequency bands; 28, 34 and 38 GHz bands. Moreover, this Master Thesis explains different blocks for implementing a digital coherent optical receiver in order to understand how a coherent receiver is able to recover the received signal. This Master Thesis also examines the experimental setup and the results obtained for testing and characterizing two bidirectional V-band (57-63 GHz) transceivers.

[CASTELLÀ] Actualmente, el uso de dispositivos móviles y la necesidad de comunicaciones que requieren de gran ancho de banda están creciendo continuamente. Como consecuencia, la investigación sobre cómo implementar enlaces Radio over Fiber (RoF) de alta capacidad se está convirtiendo en un campo interesante a investigar. En esta Master Thesis se examinan dos propuestas para desarrollar sistemas de alta capacidad para enlaces de RoF transmitiendo a frecuencias de ondas milimétricas (30-300 GHz). La primera propuesta es el proyecto “Integrated Photonic Broadband Radio Access Units for Next Generation Optical Access Networks” (IPHOBAC-NG). Este proyecto propone una nueva solución para implementar accesos de radio fotónicos para redes con Wavelength Division Multiple Access (WDMA). La novedosa propuesta Radio Access Unit (RAU) permite conexiones entre fibra óptica y comunicaciones inalámbricas, en la banda de frecuencia E-band (60-90 GHz), evitando los retardos de la de/re-modulación de la señal ya que usa detección coherente heterodino y realiza la conversión up/down utilizando un hibrido óptico de 90º para Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Networks (WDM-PON). Esta propuesta es una alternativa para asignar las longitudes de onda en la fibra óptica sin necesidad de implementar multiplexores y de-multiplexores para asignar/separar cada longitud de onda. La segunda propuesta consiste en un sistema adaptativo y cognitivo para RoF, “Adaptive and Cognitive RoF System” (ACRoFS), utilizando una Antena Reconfigurable Controlada Ópticamente (OCRA) y una antena de gran ancho de banda (Broadband horn antenna) para la banda de frecuencia entre 28-38 GHz. La novedosa OCRA, la cual se examina en esta thesis, permite reconfigurar las propiedades de la antena para tres frecuencias distintas; 28, 34 y 38 GHz. Además, en esta Master Thesis se presentan los diferentes bloques para implementar un receptor óptico coherente digital, los cuales nos dan una visión de cómo un receptor coherente es capaz de recuperar la información de la señal recibida. También se presentan el setup experimental y los resultados obtenidos de testear y caracterizar dos transceptores bidireccionales trabajando en la banda de frecuencia V-band (57-63 GHz).

[CATALÀ] Actualment, l’ús de dispositius mòbils i la necessitat de comunicacions que requereixen gran ample de banda estan creixent contínuament. Com a conseqüència, la investigació sobre com implementar enllaços Radio over Fiber (RoF) d’ alta capacitat s’ està convertint en un camp interessant a investigar. En aquesta Master Thesis s’examinen dos propostes per desenvolupar sistemes d’alta capacitat per RoF transmeten a freqüències d’ones mil·limètriques (30-300 GHz). La primera proposta és el projecte “Integrated Photonic Broadband Radio Access Units for Next Generation Optical Access Networks” (IPHOBAC-NG). Aquest projecte proposa una nova solució per implementar accessos de radio fotònics per a xarxes amb Wavelength Division Multiple Access (WDMA). La novadora proposta Radio Access Unit (RAU) permet connexions entre fibra òptica i comunicacions wireless, a la banda de freqüència E-band (60-90 GHz), evitant els retards de la de/re modulació de la senyal ja que utilitza detecció coherent heterodina i realitza la conversió up/down utilitzant un híbrid òptic de 90º per a Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Networks (WDM-PON). Aquesta proposta és una alternativa per assignar longituds d’ona a la fibra òptica sense necessitat d’implementar multiplexors i de-multiplexors per assignar/separar cada longitud d’ona. La segona proposta consisteix en un sistema adaptatiu i cognitiu per a RoF, “Adaptive and Cognitive RoF System” (ACRoFS), utilitzant una Antena Reconfigurable Controlada Òpticament (OCRA) i una antena de gran ample de banda (Broadband horn antenna) per a la banda de freqüències entre 28-38 GHz. La novadora OCRA, la qual s’ examina en aquesta thesis, permet reconfigurar les propietats de l’antena per a tres freqüències diferents; 28, 34 y 38 GHz. A més a més, en aquesta thesis es presenten els diferents blocs per implementar un receptor òptic coherent digital, els quals ens donen una visió de com un receptor coherent és capaç de recuperar la informació de la senyal rebuda. També es presenten el setup experimental i els resultats obtinguts de testejar i caracteritzar dos transceptors bidireccionals treballant a la banda de freqüència V-band (57-63 GHz).