Repositorio USM (Universidad Técnica Federico Santa María)
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Mathematical modeling of physical layer impairments in spatial division multiplexing (SDM) optical fiber networks based on few-mode fibers (FMF)
No full textcapacity limitations of current wavelength division multiplexing (WDM) networks. Due to the increase in data traffic demand, the theoretical capacity limits of standard single-mode fibers are insufficient to meet the requirements of future networks, hence the importance of developing new technologies that increase this capacity. In the context of this thesis, SDM systems are studied addressing aspects from signal propagation and amplification to the resource allocation problem.
This research specifically investigates the performance of SDM networks based on Few-Mode Fiber (FMF) with a focus on how physical layer impairments (PLI) impact transmission quality. SDM-FMF networks experience several linear and nonlinear PLI. These impairments were mathematically modeled under weak and intermediate coupling regimes to analyze their impact on the signal-to-noise ratio (SNR) along FMF links.
To analyze optical amplification within SDM-FMF networks, two amplification strategies were studied: lumped amplification using Few-Mode Erbium-Doped Fiber Amplifiers (FM-EDFA) and distributed amplification using Few-Mode Distributed Raman Amplifiers (FM-DRA). Genetic algorithms were employed to optimize the pump configurations of these amplifiers, minimizing Differential Modal Gain (DMG) and Differential Spectral Gain (DSG) to improve system performance.
A novel Joint DMG-DSG Minimization Methodology was proposed to optimize the performance of two-stage FM-EDFA, ensuring high mean gain and low DMG and minimal DSG. This methodology involves the design of pumping profile and gain flattening filter. Simulation results show that the two-stage FM-EDFA achieves enough gain to compensate for fiber losses in spans of 100 km. Additionally, optimization of FM-DRA was also performed. The optimization process aims to minimize gain ripple and DMG. Performance under three configurations in the pumping direction-backward, forward, and bi-directionalwas compared for signals in the conventional C-band. In terms of the on-off gain, the three configurations achieved a similar value. The main difference between these three configurations is regarding the noise. Finding that, bidirectional pumping provides the optimal balance between on-off gain and noise. To extend operation to the C + L optical bands, FM-DRA optimization was done. In this case, the number of pump wavelengths
and the pumping power budget was increased compared to operation in the C-band alone. Resulting in higher gains and greater ASE noise power, at the expense of larger DMG and gain ripple.
Within the context of solving the resource allocation problem, a novel Routing, Spatial Mode, and Spectrum Allocation (RSSA) algorithm, named BANG, was developed.
BANG’s mode group selection strategy demonstrated a significant reduction in blocking probability compared to existing algorithms.
The findings of this work—optimized amplification profiles using FM-EDFA and FM-DRA, and BANG algorithm—are promising solutions for implementation in nextgeneration SDM-FMF systems to address the limited capacity of existing wavelength division multiplexing networks. Finally, the thesis outlines future research directions, including hybrid amplification techniques and the application of elastic optical networks
for improved resource assignment. Keywords. Spatial Division Multiplexing; Few-Mode Fiber; Few-Mode Erbium-Doped Fiber Amplifier; Few-Mode Distributed Raman Amplifier; Mode-Group Division Multiplexing;
Routing, Spatial mode, and Spectrum Allocation.La multiplexación por división espacial (SDM), ha surgido como una solución de largo plazo para superar las limitaciones por capacidad de las actuales redes de comunicaciones por fibra óptica con multiplexación por longitud de onda (WDM). Debido al aumento en la demanda de tráfico de datos, los límites teóricos de capacidad de las fibras monomodo estándar se muestran insuficientes para responder a los requerimientos de las redes futuras, por ello la importancia de que se desarrollen nuevas tecnologías que permitan aumentar esta capacidad. En esta tesis, se estudian sistemas SDM, considerando aspectos asociados a la propagación, amplificación y el problema de asignación de recursos.
Específicamente, se investiga el desempeño de redes de fibra de pocos modos (FMF) considerando las restricciones de capa física que afectan la calidad de transmisión. Las redes SDM-FMF experimentan diversas restricciones de capa física tanto lineales como no lineales. Estas restricciones, se modelaron matemáticamente bajo regímenes de acoplamiento modal débil e intermedio para determinar su impacto en la relación señal-a-ruido a lo largo de enlaces SDM-FMF.
La amplificación óptica en los sistemas SDM-FMF se estudió considerando dos estrategias de amplificación: amplificadores concentrados de fibra dopada con erbio de pocos modos (FM-EDFA) y amplificadores Raman distribuidos de pocos modos (FMDRA). Se emplearon algoritmos genéticos para optimizar los perfiles de bombeo de estos amplificadores, minimizando la ganancia modal diferencial (DMG) y la ganancia espectral diferencial (DSG) para mejorar el rendimiento del sistema.
Se propuso la metodología Joint DMG-DSG Minimization para optimizar FM-EDFA de dos etapas, asegurando una alta ganancia media, DMG y DSG bajos. Esta metodología implica el diseño del perfil de bombeo y el diseño del filtro aplanador de ganancias. Los resultados de simulación muestran que el FM-EDFA de dos etapas ofrece ganancia suficiente para compensar las pérdidas de fibra en tramos de 100 km, con señales que se propagan en la banda C. Adicionalmente, se realizó la optimización de FM-DRA. El proceso de optimización tuvo como objetivo minimizar la dispersión de ganancia y la DMG a través de simulaciones numéricas. Se comparó el rendimiento, trabajando en la banda C, usando tres configuraciones en la dirección de bombeo: co-propagante, contra-propagante y bidireccional. En términos de ganancia on-off se alcanza un valor similar con las tres configuraciones. La principal diferencia entre estas tres configuraciones está relacionada con el ruido. El bombeo bidireccional ofrece el equilibrio óptimo entre ganancia on-off y ruido. Con el fin de extender la operación a las bandas ópticas C y L, se realizó una optimización adicional del FM-DRA. En este caso, se aumentó el número de longitudes de
onda así como el presupuesto de potencias para el bombeo, en comparación con el perfil de bombeo diseñado con operación en banda C únicamente. Dando como resultado, mayores ganancias y potencia de ruido ASE, a expensas de un mayor DMG y una menor planicidad espectral.
En el contexto del problema de asignación de recursos, se desarrolló un nuevo algoritmo de asignación de ruta, modo espacial y espectro, denominado BANG. La estrategia de selección de grupo de modos de BANG demostró una reducción significativa en la probabilidad de bloqueo en comparación con los algoritmos existentes. Los resultados de este trabajo- perfiles de amplificación optimizados utilizando
FM-EDFA y FM-DRA, y el algoritmo BANG- son soluciones prometedoras para su implementación en sistemas SDM-FMF de próxima generación, para abordar la capacidad limitada de las redes de multiplexación por división de longitud de onda existentes. Por último, la tesis describe las futuras direcciones de investigación, incluidas las técnicas de amplificación híbrida y la aplicación de redes ópticas elásticas para una mejor asignación de recursos.
Palabras Clave. Multiplexción por División Espacial, Fibra de Pocos Modos, Amplificadores Dopados con Erbio de Fibra de Pocos Modos, Amplicador Raman de Fibra de Pocos Modos, Multiplexación por División de Grupos de Modos, Asignación de Ruta, Modos Espacial y Espectro.Doctorado en Ingeniería Electrónic
Reproducción de videos iniciada por palabras mencionadas en el audio del video
No full textLa cantidad de contenido audiovisual disponible ha visto un aumento significativo en los últimos años, incluyendo una amplia cantidad de videos académicos. Muchos profesores han subido clases a plataformas como YouTube, facilitando el acceso a los alumnos en cualquier momento. Sin embargo, buscar un tema específico en estos videos puede ser complicado, ya que suelen carecer de descripciones claras, siendo necesario verlos en su totalidad si se quiere encontrar un tema específico. En respuesta a este problema, este trabajo desarrolla un buscador de palabras para videos en You-Tube. Esta solución consiste en una aplicación de escritorio que, a partir de la URL de un video, obtiene una transcripción de este mismo. Luego, por medio de la misma aplicación, busca conceptos en la transcripción y encuentra todos los momentos donde se hizo mención de este y entrega un hipervínculo para comenzar la reproducción del video desde ese momento. El desarrollo se lleva a cabo utilizando el lenguaje de
programación de Python y las bibliotecas Yt dlp, Pydub, Speech recognition, Custom Tkinter y Pillow. Además de hacer uso de Google Web Speech API para realizar las transcripciones. El resultado es una primera versión funcional que permite obtener transcripciones, buscar conceptos y reproducir el video desde los momentos buscados. Las transcripciones se almacenan localmente para facilitar futuras búsquedas.The amount of available audiovisual content has significantly increased in recent years, including a vast array of academic videos. Many professors have uploaded their lectures to platforms such as YouTube, making it easier for students to access them at any time. However, searching for specific topics within these videos can be challenging, as they often lack clear descriptions, requiring users to watch them in their entirety to find a particular subject. In response to this problem, this project develops a word search tool for YouTube videos. The solution consists of a desktop application that, given a video URL, retrieves its transcription. Then, using the same application, users can search for concepts within the transcription, find all the moments when the term was mentioned, and receive a hyperlink to start playing the video from that point. The development is carried out using the Python programming language and libraries such as Yt dlp, Pydub, Speech recognition, Custom Tkinter, and Pillow, in addition to the Google Web Speech API for transcriptions. The result is a functional firts version that enables users to generate transcriptions, search for concepts, and play the video from the desired moments. Transcriptions are stored locally to facilitate future searches.INGENIERO CIVIL ELECTRÓNICO, MENCIÓN COMPUTADORESIngeniería Civil Electrónic
Sueldos cancelados a profesores y funcionarios correspondiente a los meses de septiembre a noviembre del año 1935
No full text
Planillas de sueldo y trabajo de jornales, mayordomo, portero, mozos, jardineros obreros de los talleres septiembre-noviembre 1935
No full textCasa del Rector, 30 septiembre 1930
No full textCasa del Rector vista desde la portería Av. España (Campus Casa Central
Construcción camino de automóviles, 20 febrero 1929
No full textComienzo de la construcción del camino para el tránsito de automóviles en el Campus Casa Centra
Investigación y desarrollo de un quemador divergente de medio poroso inerte para la combustión de la premezcla propano-aire
No full textLa combustión de llamas premezcladas en medios porosos inertes se ha catalogado como una opción muy eficiente al momento de quemar mezclas de bajo poder calorífico, con baja tasa de emisiones contaminantes y con amplia modulación de potencia, además de otras ventajas comparado con la combustión de llama libre. Uno de los problemas que enfrenta esta tecnología es el movimiento del frente de combustión al interior del reactor ya sea aguas abajo o arriba del flujo, lo cual puede ocasionar inestabilidades, un desplazamiento fuera del medio poroso o bien, hacia las líneas de ingreso de premezcla, lo que se conoce como blowout y flashback, respectivamente. El presente trabajo de tesis investiga numérica y experimentalmente la técnica de estabilización del frente de combustión conocida como convectiva o variación de área transversal, la cual tiene como base la ley de conservación de masa, buscando que la velocidad de entrada de premezcla se equipare a la velocidad de quemado del combustible. El estudio se realiza mediante tres reactores de medio poroso de esferas de alúmina de 0°, 15° y 30° de divergencia, alimentados por mezclas de aire y propano. Para la contraparte numérica se desarrollan modelos 2D transientes basados en el método de diferencias finitas que resuelven la fluidodinámica, temperaturas del sólido y gas, respectivamente, y conservación de especie química. Se simularon los efectos que tiene la variación de la relación de equivalencia, la velocidad de filtración a la entrada y el ángulo de divergencia sobre la temperatura, posición, velocidad y geometría del frente de combustión. Además, se analiza el comportamiento de los gases producto. Los resultados arrojaron comportamientos no informados antes en la literatura existente sobre este tipo de reactores. En comparación con un reactor de paredes rectas o cilíndrico en donde la geometría de la llama es normalmente plana, se comprobó tanto experimental como numéricamente que ésta llama es cóncava en un reactor de paredes inclinadas, curvatura que además está influenciada por la magnitud de la velocidad de filtración y la velocidad de avance de la llama. La temperatura del frente de combustión no es constante dentro de un reactor divergente, ya que de acuerdo con su ubicación puede aumentar o disminuir, es más, para el reactor de 30° con 0.90 / de velocidad a la entrada se percibió un aumento de 86% de lo registrado desde la zona de ignición hasta la de ingreso de mezcla, esto es, 950 hasta 1765 . Por otro lado, la velocidad de avance aguas arriba de la llama aumenta constantemente, por lo que se tiene una llama acelerada, si bien el comportamiento hallado numéricamente es el correcto, se encuentra una gran desviación para la velocidad al alcanzar la entrada del reactor. Este fenómeno aumenta grandemente el riesgo de flashback, por lo cual es imperativo usar una trampa de llama. En cuanto al rango de operación, se pudo comprobar que al aumentar el ángulo de divergencia se admiten velocidades de entrada mayores, y, por ende, se puede operar con potencias mayores. Al contrario que los reactores cilíndricos, los divergentes tienen más de un punto de operación para la relación de equivalencia con llama estacionaria. Para una velocidad de 0.63 m/s, experimentalmente se hallaron 3 puntos estacionarios, mientras que numéricamente 2, y para una velocidad de 0.90 m/s experimentalmente se hallaron 2 puntos y numéricamente también, pero con desviaciones en la ubicación y, por ende, temperatura de la llama. El tiempo de combustión estacionaria para las llamas halladas en el reactor de 15° no fue comparable con los tiempos experimentales. Respecto a los gases productos, el tiempo de residencia dentro de los reactores divergentes es mucho mayor llegando para las mismas condiciones de operación al orden de los ~500 milisegundos en comparación con el cilíndrico, que para el caso estudiado no supera los 50 milisegundos. Esto significa una gran ventaja al momento de este tipo de reactores para usarse en procesos de reformado u oxidación parcial. Además, se halla que el régimen de la fase gaseosa es mayoritariamente laminar, sobre todo en los reactores divergentes.Magíster en Ciencias de la Ingeniería Mecánic
Avances construcción Casa del Rector, 30 octubre 1930
No full textAvance obra gruesa de la Casa del Recto