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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Transmissão baseada em sub-bandas para sistemas ópticos com multiplexação modal
Title Alternative: Subband-based transmission for optical systems with modal multiplexing
Author: Santos, Lailson Ferreira dos, 1990-
Advisor: Mello, Darli Augusto de Arruda, 1976-
Abstract: Resumo: Sistemas ópticos com multiplexação modal são aventados como alternativa promissora para aumentar a capacidade de transmissão em enlaces ópticos de comunicação. Esses sistemas são afetados por significativos atrasos diferenciais modais e acoplamentos modais que são compensados por equalizadores de múltiplas entradas e múltiplas saídas (multiple-input multiple-output - MIMO) adaptativos. Entretanto, a implementação desses filtros em sistemas com alta taxa de transmissão e elevado número de modos espaciais e de polarização impõe diversas restrições em termos de complexidade de implementação em hardware. Nesse contexto, a paralelização da arquitetura de processamento digital de sinais (digital signal processing - DSP) se torna decisiva para implementação em circuito integrado de aplicação específica (application-specific integrated circuit - ASIC). Para longos atrasos, a equalização no domínio da frequência (frequency-domain equalization - FDE) com MIMO torna-se atrativa em relação à equalização no domínio do tempo (time-domain equalization - TDE). Porém, utilizar blocos grandes para transformada rápida de Fourier pode gerar problemas na implementação de filtros adaptativos em alta velocidade. Nesta tese, avalia-se uma arquitetura multisub-banda (MSB) baseada em estruturas de banco de filtros polifásicos para aplicação em sistemas com multiplexação modal. A arquitetura MSB habilita o processamento paralelo das sub-bandas, ao mesmo tempo que reduz a complexidade de equalização de certos efeitos lineares na fibra e diminui o comprimento dos filtros equalizadores MIMO. Ademais, arquiteturas MSB têm potencial de mitigar efeitos não-lineares em sistemas ópticos de comunicação. Comparam-se o desempenho de uma arquitetura monoportadora (single-carrier - SC) com FDE, e de uma arquitetura MSB com TDE. Estudamse cenários de canal estático, canal dinâmico e ruídos aditivo e de fase. Avaliam-se desempenho e complexidade computacional. Os resultados mostram que a arquitetura MSB, quando comparada ao sistema SC, apresenta potencial de elevado grau de paralelismo e resposta equivalente a perturbações do canal. Observam-se, contudo, desvantagens em termos desempenho e complexidade. A arquitetura MSB investigada apresenta uma penalidade de relação sinal ruído intrínseca de 0,5 dB em relação à alternativa SC em virtude da interferência inter-sub-banda. Além disso, nos cenários investigados, a influência do ruído de fase pode elevar essa penalidade para até 1,3 dB para larguras de linha do laser de 100 kHz. Em termos de complexidade, observa-se um crescimento moderado no número de multiplicações complexas por bit

Abstract: Optical systems with mode multiplexing are considered a promising alternative to increase the transmission capacity of optical communications links. These systems are affected by significant differential mode delays and mode coupling that are compensated by multiple-input multiple-output (MIMO) adaptive equalizers. However, the implementation of these filters in high-rate transmission systems with a large number of spatial and polarization modes poses several constraints in terms of complexity and hardware implementation. In this context, the parallelization of the digital signal processing (DSP) architecture becomes crucial to the feasibility of an application-specific integrated circuit (ASIC) hardware implementation. For long delays, frequency-domain equalization (FDE) MIMO becomes attractive with respect to time-domain equalization (TDE). However, the use of large blocks for fast Fourier transform may pose challenges to the implementation of high-speed adaptive filters. In this thesis, a multisubband (MSB) architecture based on polyphase filter bank structures is evaluated. The MSB architecture enables parallel processing of the sub-bands, while reducing the equalization complexity of certain linear fiber effects as well as shortening the length of the MIMO adaptive equalizers. Moreover, MSB arhictectures have the potential to mitigate nonliear effects in fiber-optic communications systems. We compare the performance of a single-carrier (SC) architecture with FDE, with that of an MSB architecture with TDE. We study scenarios with a static channel, a dynamic channel, and additive and phase noises. We evaluate performance and computational complexity. The results show that the MSB architecture, when compared to the SC system, exhibits a high potential for paralellization and an equivalent response to channel perturbations. However, we observe disadvantages in terms of performance and computational complexity. The investigated MSB architecture exhibits an intrinsic signal-to-noise ratio penalty of 0.5 dB with respect to the SC architecture because of inter-carrier interference. Moreover, in the investigated scenarios, the phase noise influence can raise this penalty up to 1.3 dB for a laser linewidth of 100 kHz. In terms of complexity, we observe a moderate increase in the number of complex multiplications per bit
Subject: Comunicações ópticas
Processamento digital de sinais
Language: Português
Editor: [s.n.]
Citation: SANTOS, Lailson Ferreira dos. Transmissão baseada em sub-bandas para sistemas ópticos com multiplexação modal. 2020. 1 recurso online (110 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, Campinas, SP. Disponível em: http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/344531. Acesso em: 7 Jul. 2020.
Date Issue: 2020
Appears in Collections:FEEC - Tese e Dissertação

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