???item.export.label??? ???item.export.type.endnote??? ???item.export.type.bibtex???

Please use this identifier to cite or link to this item: https://tede.inatel.br:8080/tede/handle/tede/242
???metadata.dc.type???: Tese
Title: Integrated Optical Frequency Comb Applied to 5G and Beyond
???metadata.dc.creator???: Lima , Eduardo Saia 
???metadata.dc.contributor.advisor1???: Junior, Arismar Cerqueira Sodre
???metadata.dc.contributor.advisor2???: Coutinho, Olympio Lucchini
???metadata.dc.contributor.referee1???: Junior, Arismar Cerqueira Sodre
???metadata.dc.contributor.referee2???: Coutinho, Olympio Lucchini
???metadata.dc.contributor.referee3???: Romero, Murilo Araujo
???metadata.dc.contributor.referee4???: Borges, Ramon Maia
???metadata.dc.contributor.referee5???: Salazar, Jorge Ricardo MejÍa
???metadata.dc.description.resumo???: Este trabalho foi estruturado em uma parceria entre o Inatel e a Scuola Superiore Sant’Anna da Itália. O pente de frequências ópticas (OFC) utilizado nessa Tese foi construídodo em fosfeto de índio e utiliza moduladores ópticos em cascata, onde, os pesquisadores da Itália foram responsáveis pelo projeto e fabricação e este trabalho realiza a caracterização e aplicação do dispositivo em redes 5G. O circuito fotônico integrado e sintonizável em termos de frequência central com pente e espaçamento entre os tons com footprint de 4,5 × 2,5 mm2 . O dispositivo foi utilizado para geração e distribuição de sinais de radiofrequência com baixo ruído de fase utilizando técnicas fotônicas baseadas em multiplicação de frequências, visto que OFCs apresentam elevada correlação de fase entres os tons, potencial para geração de ondas milimétricas baseado no método heteródino. Medidas de ruído de fase possibilitaram caracterizar precisamente os sinais em ondas milimétricas gerados pelo OFC integrado. Por exemplo, o sinal multiplicado em 10 vezes utilizando a técnica fotônica forneceu valores de ruído de fase compatíveis com um gerador de RF comercial na mesma condição de potência do OFC, i.e., -50 dBc/Hz e -80 dBc/Hz em offsets de 10 Hz e 1 kHz, respectivamente. O sistema proposto também demonstrou a capacidade de prover multiplicação em frequência de até 12 vezes sem adicionar ruído ao sistema, validando o uso do dispositivo para geração de ondas milimétricas em uma ampla faixa de frequências. Adicionalmente, um sistema 5G completo em ondas milimétricas foi implementado utilizando o circuito fotônico integrado. O dispositivo foi posicionado em uma rede de acesso de rádio centralizada (C-RAN), possibilitando a geração e distribuição de múltiplos OFC baseado em um único dispositivo. Como prova de conceito, dois pentes de frequências ópticas foram divididos e transmitidos em duas abordagens distintas: 12,5 km de fibra optica SMF, constituindo um fronthaul; 12,5 km de fibra óptica SMF atuando como midhaul seguido de um enlace de 10 metros de transmissão de óptica no espaço livre. Ao final, dois enlaces de acesso no padrão 5G NR operando em 26 GHz foram habilitados baseado do pente de frequências ópticas integrado. Os enlaces estavam de acordo com as normas do 3GPP e foram avaliados em termos de EVMRMS, comprovando a aplicabilidade e o potencial do dispositivo para gerar e distribuir sinais 5G em ondas milimétricas.
Abstract: This work is a partnership between National Institute of Telecommunications (Inatel) and Scuola Superiore Sant’Anna. The Indium Phosphide (InP) monolithically integrated optical frequency comb (OFC) based on cascaded phase modulators employed in this Thesis was developed by the Italian researchers and indeed characterized and applied to 5G communications in this work. The photonic integrated circuit (PIC) is broadly tunable in terms of OFC operating wavelength and frequency spacing, with footprint of around 4.5 × 2.5 mm2 . The compact device has been used for optically generating and distributing low-phase noise mm-waves signals by means of radiofrequency (RF) multiplication since the OFC lines share strong-phase correlation, potential to generate mm-wave based on the heterodyne detection. Phase noise measurements enable the precise characterization of the OFC-based mm-wave signals frequency stability. In particular, a tenfold multiplied signal (26 GHz) provided a remarkable low-phase-noise feature, equivalent to a commercially available RF generator used as a source at the same electrical power, i.e., -50 dBc/Hz and -80 dBc/Hz at 10 Hz and 1 kHz offset frequency, respectively. The proposed system also emonstrated frequency multiplication up to 12-times without phase noise increment, validating its use for mm-wave applications over a wide frequency range. Furthermore, a full 5G mm-waves demonstrator based on the PIC has been implemented. The PIC has been placed in a centralized radio access network (C-RAN) architecture, enabling the distribution of the generated OFC, aiming to support multiple OFC applications using a single device. Two low-phase noise mm-waves signals have been remotely generated by dividing and transmitting the original OFC in two distinct approaches: 12.5-km of single-mode fiber (SMF) fronthaul and a 12.5-km SMF midhaul, followed by a 10-m long free-space optics (FSO) fronthaul link. Finally, two 10-m reach 5G New Radio (NR) wireless access networks operating at 26 GHz assisted by the flexible OFC network have been reported within the 3rd Generation Partnership Project (3GPP) Release 15 requirements in terms of root mean square error vector magnitude EVMRMS), demonstrating the feasibility and potential of the integrated OFC technology for the 5G mm-waves access networks.
Keywords: 5G; 6G; circuito fotonico integrado; ondas milimétricas; pente de frequências ópticas
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia - Telecomunicações
Language: por
???metadata.dc.publisher.country???: Brasil
Publisher: Instituto Nacional de Telecomunicações
???metadata.dc.publisher.initials???: INATEL
???metadata.dc.publisher.department???: Instituto Nacional de Telecomunicações
???metadata.dc.publisher.program???: Mestrado em Engenharia de Telecomunicações
Citation: Lima , Eduardo Saia. Integrated Optical Frequency Comb Applied to 5G and Beyond. 2023. [204]. Tese( Mestrado em Engenharia de Telecomunicações) - Instituto Nacional de Telecomunicações, [Santa Rita Do Sapucaí] .
???metadata.dc.rights???: Acesso Aberto
???metadata.dc.rights.uri???: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0/
URI: https://tede.inatel.br:8080/tede/handle/tede/242
Issue Date: 6-Mar-2023
Appears in Collections:Doutorado em Telecomunicações

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Tese_Eduardo_VF (2).pdfIntegrated Optical Frequency Comb Applied to 5G and Beyond29.23 MBAdobe PDFThumbnail

Download/Open Preview


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons