Equalização na frequência para sistemas de comunicações ópticas de curta distância com detecção direta

Abstract

Em virtude da elevada quantidade de enlaces ópticos existentes em data centers,componentes de baixo custo são cruciais. Neste contexto, uma solução popularmente adotada consiste no uso de lasers VCSELs (vertical cavity surface emitting lasers),fibras multi modo e detecção direta. Com a contínua necessidade de aumento nas taxas de transmissão, novas soluções para mitigação da dispersão modal, causada pelas fibras multimodo, se tornam necessárias. Sistemas OFDM (orthogonal frequencydivision multiplexing) e SC-FDE (single carrier with frequency domain equalization)surgem como alternativas promissoras devido à eficácia no combate à interferência intersimbólica por meio de equalização simplificada. Neste trabalho, faz-se uma análise de desempenho comparativa entre ambos os sistemas considerando um canal Gaussiano teórico e estimativas de canais experimentais obtidas de fibras multimodo de diferentes comprimentos.Em sistemas ópticos de curta distância com modulação OFDM, o processo de modulação é uma importante fonte de não-linearidades. Este trabalho analisa computacional mente a técnica de pré-distorção com a finalidade de mitigação destas não linearidades. Além disso, propõe-se o estudo da otimização da função de linearização utilizada no processo de pré-distorção do sinal em função da eficiência de inclinação do laser. Ainda no contexto de sistemas ópticos com detecção direta, as téecnicas asymmetrically-clipped OFDM(AC-OFDM) e pulse-amplitude modulated OFDM(PAMOFDM)apresentam menor gasto em potência em troca da perda de eficiência espectral.Neste trabalho, um algoritmo de decodificação combinada seletiva, capaz de prover o um ganho teórico de at´e 3 dB, é proposto para a técnica PAM-OFDM.Para a comunicação em data centers, protocolos de interconexão de alta velocidade baseados em estruturas de quadro são utilizados. Neste trabalho, propõe-se o uso de palavras de referência para os sistemas OFDMe SC-FDE como método de sincronização de quadro. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT

Due to the huge amount of optical links in data centers, low cost componentsare mandatory. In this scenario, a popular solution is composed of vertical cavitysurface emitting lasers (VCSELs), multimode fibers and direct detection. With thecontinuous growth of transmission rate, new solutions for modal dispersion, causedby multimode fibers, became necessary. Orthogonal frequency division multiplexing(OFDM) and single carrier with frequency domain equalization (SC-FDE) systemsappear as promising techniques due to their effectiveness to mitigate modal dispersionand due to their low complexity equalization process. In this work, a power analysisof both systems is done considering a theoretical Gaussian channel and experimentalchannels estimates of multimode fibers with different lengths.In short-reach OFDM optical systems, the modulation process is an importantsource of non-linearities. In order to mitigate the non-linear effects, a pre-distortiontechnique is computationally analysed in this work. Furthermore, an optimizationstudy of the linearisation function, used in the pre-distortion technique, as a functionof the slope efficiency of the laser, is proposed. Still in direct-detection optical systemsscenario, the asymmetrically-clipped OFDM (AC-OFDM) and pulse-amplitude modulatedOFDM (PAM-OFDM) techniques present lower power consumption in trade-offlosing spectral efficiency. In this work, a combining decoding algorithm, capable ofproviding a theoretical gain of up to 3 dB, is proposed for the PAM-OFDM technique.For data center communications, high-speed interconnection standards based inframe structures are used. In this work, a synchronization method through referencewords is proposed for OFDM and SC-FDE systems.