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Título: Transmissão de sinais OFDM com envelope constante em sistemas ópticos IMDD
Autor(es): Silva, Jair Adriano Lima
Orientador: Segatto, Marcelo Eduardo Vieira
Coorientador: Cartaxo, Adolfo da Visitação Tregeira
Data do documento: 8-Ago-2011
Editor: Universidade Federal do Espírito Santo
Resumo: Aaplicação da técnica de multiplexação por divisão de frequências ortogonais OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) em sistemas de comunicação óptica de altíssimas taxas de transmissão desperta curiosidades principalmente pela sua capacidade em compensar eletronicamente os efeitos das dispersões cromática CD (Chromatic Dispersion) e de polarização de modo PMD (Polarization Mode Dispersion) em enlaces de fibra SMF (Single-Mode Fiber ) de longo alcance. Entretanto, assim como nas transmissões sem fio, técnicas de redução do alto valor da razão entre a potência máxima e a média PAPR (Peak-to-Average Power Ratio) inerente aos sinais multiportadoras OFDM tornam-se necessárias para reduzir as restrições impostas pelas não linearidades oriundas da polarização de moduladores ópticos Mach-Zehnder (MZM) e dos níveis de potência de sinal na fibra. Apresenta-se neste trabalho uma proposta de transmissão de dados em sistemas ópticos de modulação de intensidade e detecção direta IMDD (Intensity Modulation Direct-Detection) que emprega sinais OFDM com envelope constante CE-OFDM (Constant-Envelope OFDM) para combater não linearidades causadas por altos valores de PAPR. Denominado DDO-CE-OFDM (Direct-Detected Optical Constant Envelope OFDM), este sistema minimiza os efeitos das distorções não lineares inseridas pelo modulador externo MZM e pela fibra SMF, oriundas da transmissão de sinais OFDM com elevados níveis de potência nas comunicações DDO-OFDM (Direct-Detected Optical OFDM) convencionais. Os resultados de simulação computacional da transmissão de sinais OFDM com envelope constante e PAPR = 3 dB a 10 Gb/s, com 768 subportadoras mapeadas em 16-QAM (quadrature amplitude modulation) e ocupando uma banda de 3.54 GHz, ilustraram a capacidade do sistema proposto em melhorar o compromisso entre a polarização do modulador MZM e a sensitividade do receptor óptico ao minimizar os efeitos das distorções de intermodulação IMD (Intermodulation Distortion). Resultados de ensaios laboratoriais obtidos mediante montagem experimental de um sistema DDO-CE-OFDM em configuração back-to-back a 1.4 Gb/s em 500 MHz de banda e com 384 subportadoras mapeadas em 16-QAM comprovaram aplicabilidade da proposta. Para combater os efeitos da automodulação de fase SPM (Self-Phase Modulation) provenientes da propagação de sinais multiportadoras OFDM pela fibra no regime não linear modificações tais como a polarização óptica e equalizaçãao no domínio da frequência foram efetuadas no sistema proposto. Resultados de simulação resultantes da transmissão de sinais CE-OFDM com índice de modulação de fase elétrica 2pih = 2, a 10 Gb/s com 1023 subportadoras mapeadas em 16-QAM e ocupando um banda de 2.66 GHz, ilustraram a robustez do mesmo ao aumentar os níveis de potência de sinal inserido em um enlace de 960 km de fibra SMF (Single-Mode Fiber ) padrão sem compensação óptica de dispersão.
Orthogonal frequency division multiplexing has recently received a special atten-tion in high bit rate long-haul optical transmission systems as an e®ective technique that eliminates all inter-symbol interference caused by chromatic and polarization mode dispersions by electronic dispersion compensation methods. However, like in wireless com- munications context, peak-to-average power ratio (PAPR) reduction techniques are also required because of the distortions caused by nonlinear devices such as Mach-Zehnder optical modulators and the nonlinear ¯ber impairments generated by the inherent large PAPR of OFDM signals, the main drawback of this kind of optical transmissions. A new PAPR reduction technique based on a constant envelope orthogonal frequency division multiplexing (CE-OFDM) approach to mitigate Mach-Zehnder and ¯ber induced nonlinearities in direct-detection optical OFDM (DDO-OFDM) systems is proposed in this thesis. Simulation results obtained by transmission of constant envelope OFDM si- gnals with PAPR = 3 dB through the DDO-CE-OFDM (direct-detection optical - constant envelope - OFDM) system at 10 Gb/s, with 768 subcarriers mapped on 16-QAM (qua- drature amplitude modulation) at 3:54 electrical bandwidth illustrated the capacity of the proposed technique to improves the tradeo® between MZM polarization and optical receiver sensitivity. The experimental results of the DDO-CE-OFDM setup in a back-to- back con¯guration at 1:4 Gb/s using 384 subcarriers mapped on 16-QAM in a bandwidth of 500 MHz proofs its applicability. Simulation results show that the proposed 10 Gb/s DDO-CE-OFDM system, with optical polarization and frequency domain equalizer (FDE), using 16-QAM, 2:66 GHz signal bandwidth and electrical phase modulation index 2¼h = 2 outperforms DDO- OFDM systems as it increases ¯ber nonlinearity tolerance in 960 km of standard single- mode ¯ber link without optical dispersion compensation.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/9697
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