Modelagem Tensorial de Redes de Acopladores Ópticos e Estimativa de Parâmetros Baseada em uma Decomposição Generalizada de Tucker

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2022
Autor(a) principal: Magalhães, Francisco Tadeu de Carvalho Belchior
Orientador(a): Sombra, Antônio Sérgio Bezerra
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Cálculo tensorial
Simulação (Computadores)
Dispositivos optoeletrônicos
Comunicações ópticas
Link de acesso: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/69285
Resumo: MAGALHÃES, Francisco Tadeu de Carvalho Belchior. MODELAGEM TENSORIAL DE REDES DE ACOPLADORES ÓPTICOS E ESTIMATIVA DE PARÂMETROS BASEADA EM UMA DECOMPOSIÇÃO GENERALIZADA DE TUCKER. 2022. 93 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2022.
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Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2022.The study of signal transmission in optical fiber-based devices is usually done through computer simulations where the nonlinear Schroedinger equation (NLSE) must be solved, which requires the use of numerical methods such as Runge-Kutta fourth-order (RK4) or SSFM (Split-Step Fourier Method), as NLSE only has an analytical solution for very specific situations. In these methods, input signal parameters and information about the fiber or fiber-based device where the signal will propagate are provided, and from there, the signal parameters at the end of propagation are calculated. Mathematical models using tensors have been widely used in signal processing applications to design different types of communication systems, mainly in wireless networks. This work proposes the use of tensor models for the study of optical communication devices. In this thesis, the signals from a network of dual-core optical couplers are modeled as the matrix of multiway (tensor), which satisfy a NTD (nested Tucker decomposition). This tensor model is then used as a basis to develop an estimation algorithm, using the Monte Carlo method, which allows the network parameters to be estimated from the input and output signals. The performance of this algorithm was evaluated through computersimulations, in terms of NMSE (normalized mean squared error) for the estimated parameters and for the speed of convergence. Configurations with 2, 3, 4 and 5 layers of couplers in a noiseless network were tested, as well as systems subject to noise where scenarios with OSNR (optical signal-to-noise ratio) levels from 0 to 30dB were evaluated. For the tested configurations, good levels of NMSE with fast convergence were obtained, demonstrating the effectiveness of the proposed method as a promising tool for the study and design of optical devices, with a wide range of applications in the context of lightwave systems.O estudo da transmissão de sinais em dispositivos baseados em fibra óptica geralmente é feito por meio de simulações computacionais em que a equação não linear de Schroedinger (ENLS) deve ser resolvida, o que demanda o uso de métodos numéricos como Runge Kutta de 4a ordem (RK4) ou SSFM (do inglês Split-Step Fourier Method), pois a ENLS só possui solução analítica para situações muito específicas. Nesses métodos, são fornecidos os parâmetros do sinal de entrada e as informações da fibra ou do dispositivo baseado em fibra por meio do qual o sinal vai se propagar e, a partir daí, são calculados os parâmetros do sinal ao final da propagação. Modelos Matemáticos utilizando tensores têm sido amplamente utilizados em aplicações de processamento de sinais para projetar diferentes tipos de sistemas de comunicação, principalmente em redes sem fio. Neste trabalho é proposto o uso de modelos tensoriais para o estudo de dispositivos de comunicações ópticas. Nesta tese, os sinais de uma rede de acopladores ópticos de núcleo duplo são modelados como uma matriz multiway (tensor), que satisfazem uma NTD (do inglês nested Tucker decomposition). Este modelo tensorial é, então, usado como base para desenvolver um algoritmo de estimativa, utilizando o método de Monte Carlo, que permite que os parâmetros da rede sejam estimados a partir dos sinais de entrada e saída. O desempenho deste algoritmo foi avaliado por meio de simulações computacionais, em termos de NMSE (do inglês normalized mean squared error), tanto para os parâmetros estimados quanto para a velocidade de convergência. Foram testadas configurações com 2, 3, 4 e 5 camadas de acopladores em rede sem ruído e também sistemas sujeitos a ruído em que foram avaliados cenários com níveis de OSNR (do inglês optical signal-to-noise ratio) de 0 a 30dB. Para as configurações testadas, foram obtidos bons níveis de NMSE com rápida convergência, demonstrando a eficácia do método proposto como uma ferramenta promissora para o estudo e projeto de dispositivos ópticos, com ampla gama de aplicações no contexto de sistemas de ondas luminosas.Cálculo tensorialSimulação (Computadores)Dispositivos optoeletrônicosComunicações ópticasModelagem Tensorial de Redes de Acopladores Ópticos e Estimativa de Parâmetros Baseada em uma Decomposição Generalizada de Tuckerinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFCinfo:eu-repo/semantics/openAccessLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/69285/8/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD58ORIGINAL2022_tese_magalhaesftb.pdf2022_tese_magalhaesftb.pdfapplication/pdf2049701http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/69285/7/2022_tese_magalhaesftb.pdfdf5d81f61fe3b387f2e8d547c1adc0e7MD57riufc/692852023-03-30 10:37:43.314oai:repositorio.ufc.br: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Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2023-03-30T13:37:43Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false
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