Technologies for modern optical networks: prototyping and testing

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dc.contributor.advisor-co1Pontes, Maria Jose
dc.contributor.advisor-co1IDhttps://orcid.org/0000-0002-9009-2425
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4148956242627659
dc.contributor.advisor1Segatto, Marcelo Eduardo Vieira
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0003-4083-992X
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2379169013108798
dc.contributor.authorSantos, Caio Marciano
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0001-8237-357X
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/5060786623885022
dc.contributor.referee1Silva, Jair Adriano Lima
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3099010533644898
dc.contributor.referee2Rocha, Helder Roberto De Oliveira
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0001-6215-664X
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/8801325729735529
dc.contributor.referee3Araújo, Murilo Romero
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0002-2312-7253
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/4009508060687531
dc.contributor.referee4Nunes, Reginaldo Barbosa
dc.contributor.referee4IDhttps://orcid.org/0000-0001-8877-1480
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/0301147577506989
dc.date.accessioned2025-12-18T12:08:29Z
dc.date.available2025-12-18T12:08:29Z
dc.date.issued2025-02-19
dc.description.abstractOptical recirculation loops are essential tools in the study of long-haul optical fiber communication systems. The technique allows light to travel for multiple rounds through f iber spans, simulating extended transmission distances without the need for physically long fiber setups. As a laboratory tool, it is particularly useful for investigating the effects of amplifier noise and optical nonlinearity in long-haul links. In other contexts, it is widely used for validating and designing submarine networks, these of which are crucial to our modern networks, bringing connectivity across the globe. The advent of 5G technology, combined with Optical Wireless Systems (OWS), promises to revolutionize communication networks. 5G offers unprecedented transmission rates and connectivity, while OWS provides a complementary solution for high-capacity, short-range communication. Together, they enable a wide range of applications, from enhanced mobile broadband to ultra-reliable low-latency communications, supporting the growing demand for data and connectivity in smart cities and industrial automation. 5G New Radio (NR) represents the global standard for the air interface of 5G networks, developed by the 3rd Generation Partnership Project (3GPP). Using advanced technolo gies such as orthogonal frequency division multiplexing (OFDM), massive MIMO, and beamforming to deliver lower latency, higher capacity, and improved spectral efficiency. 5G NR supports a wide range of frequency bands and deployment modes, making it a versatile and scalable solution for future wireless communication needs. When merging recirculation loops with 5G technology and standardization, a robust OWS is created, capable of delivering signals in the most vast environments. Thus, this work presents the design, execution, and validation of a recirculation loop prototype, as well as the validation of a 5G antenna prototype developed by a third party. With the standalone loop, distances of up to 100, 600, 900 and 1400 km are achieved at 3.65, 2.94, 2.21, and 1.47 Gb/s, respectively. In the OWS containing the loop and the antenna prototype, distances of up to 100 km and 500 km for 1.94 and 1.46 Gb/s, respectively. Finally, for a 5G NR OWS operating within the FR1 n77 band, with a total of 450 MHz allocated for four individual 100 MHz channels, transmission distances of 400 km for channel 1, and 500 km for channels 2 to 3 were obtained with a raw rate of 229.5 Mb/s per channel.
dc.description.resumoOs anéis de recirculação óptico são ferramentas essenciais no estudo de sistemas de comunicação por fibra óptica de longa distância. A técnica permite que a luz viaje por m´múltiplas voltas através de trechos de fibra, simulando distâncias de transmissão estendidas sem a necessidade de configurações físicas longas. Como ferramenta de laboratório, é particularmente útil para investigar os efeitos de ruído de amplificadores e de não-linearidades óptica em enlaces de longa distância. Em outros contextos, é amplamente utilizado para validar e projetar redes submarinas, que são essenciais para as redes modernas, trazendo conectividade ao redor do globo. O advento da tecnologia 5G, combinado com Sistemas Ópticos Sem Fio (OWS), promete revolucionar as redes de comunicação. O 5G oferece taxas de transmissão e conectividade sem precedentes, enquanto os OWS fornecem uma solução complementar para comunicação de alta capacidade e curta distância. Juntos, eles possibilitam uma ampla gama de aplicações, desde banda larga móvel aprimorada até comunicações ultraconfiáveis e de baixa latência, apoiando a crescente demanda por dados e conectividade em cidades inteligentes e automação industrial. O 5G New Radio (NR) representa o padrão global para a interface aérea das redes 5G, desenvolvido pelo 3rd Generation Partnership Project (3GPP). Utilizando tecnologias avançadas como multiplexação por divisão de frequência ortogonal (OFDM), MIMO massivo e formação de feixe para fornecer menor latência, maior capacidade e eficiência espectral aprimorada. O 5G NR suporta uma ampla gama de bandas de frequência e modos de implantação, tornando-o uma solução versátil e escalável para as necessidades futuras de comunicação sem fio 
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/20723
dc.languagepor
dc.language.isoen
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseDoutorado em Engenharia Elétrica
dc.publisher.departmentCentro Tecnológico
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
dc.rightsopen access
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subjectLoop de Recirculação
dc.subjectOFDM
dc.subjectCE-OFDM
dc.subjectComunicações ópticas
dc.subject5G
dc.subject5G New Radio
dc.subjectPrototipagem
dc.subjectRecirculating Loop
dc.subjectOptical Communications
dc.subjectOptical Components
dc.subject5G New Radio
dc.subjectOptical Characterization
dc.subjectPrototyping
dc.subjectWireless
dc.subject.cnpqEngenharia Elétrica
dc.titleTechnologies for modern optical networks: prototyping and testing
dc.typedoctoralThesis
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