Con nuestro mayor uso de teléfonos inteligentes y la necesidad de video en tiempo real, se espera que las futuras redes interiores brinden una cobertura inalámbrica continua y, al mismo tiempo, admitan una mayor densidad de conexión y una mayor capacidad con alta eficiencia energética. Como resultado, la comunicación inalámbrica tradicional basada en radio, en otras palabras, WiFi, tendrá dificultades para satisfacer estas demandas. Una forma de abordar esto es utilizar redes de comunicación inalámbricas ópticas. Para su Ph.D. investigación, Liuyan Chen se centró en el procesamiento avanzado de señales utilizando técnicas de procesamiento de señales digitales de alta eficiencia para mejorar las capacidades de las redes OWC.

La comunicación inalámbrica óptica (OWC) es un enfoque prometedor que puede complementar las redes interiores tradicionales. Ton Koonen ha propuesto un concepto de OWC dirigido por haz infrarrojo (IR) bidimensional (2D) que utiliza haces infrarrojos estrechos para la transmisión de información para sistemas OWC de interior de alta capacidad.

Los haces estrechos de OWC se pueden dirigir en diferentes direcciones, y cada haz sirve solo para un dispositivo de usuario único, como una computadora portátil o un teléfono inteligente. Por lo tanto, una persona puede disfrutar de una conexión dedicada a Internet de alta velocidad sin congestión ni problemas de privacidad.

Mientras tanto, la técnica de procesamiento de señal digital (DSP) de baja complejidad y alta eficiencia ha beneficiado a los sistemas OWC, ya que mejora la eficiencia del espectro y la calidad de la señal, al tiempo que aumenta la capacidad del sistema de manera rentable. En su Ph.D. investigación, Liuyan Chen se centró en el procesamiento avanzado de señales utilizando técnicas DSP para encargarse del procesamiento de las señales inalámbricas y prepararlas para el sistema OWC a altas densidades de conexión y con una capacidad de Gigabit por segundo, mucho más allá de lo que actualmente se basa en la radio (Wi-Fi). Fi) los sistemas pueden lograr.

Filtrado digital Nyquist

En un sistema OWC dirigido por haz IR 2D que utiliza módulos AWGR ópticos, se requiere una resolución espacial de dirección de haz más grande (cuadrícula AWGR más densa) para lograr una cobertura espacial inalámbrica más grande y densidades de conexión inalámbrica más altas. Sin embargo, esto tiene el costo de una capacidad OWC comprometida por haz.

Chen propuso aprovechar la técnica de filtrado digital de Nyquist para resolver este problema. Al dar forma a la señal transmitida para una ocupación espectral estrecha con una alta supresión fuera de banda, se puede reducir la diafonía entre canales que resulta del filtrado AWGR imperfecto, lo que permite usar una cuadrícula AWGR más densa. Además, se puede lograr una mayor capacidad de canal con la señal de eficiencia de espectro mejorada. El método propuesto se ha demostrado experimentalmente en un enlace IR OWC de 1,1 m basado en AWGR con ancho de banda limitado de 6 GHz con una capacidad OWC de 20 Gbit/s utilizando el formato PAM-4.

Sobremuestreo no entero

Como el costo de eliminar el compromiso entre la capacidad OWC por haz y la resolución espacial de dirección del haz, el filtrado digital de Nyquist conduce a una complejidad de implementación de hardware adicional. La frecuencia de muestreo duplicada resultante requiere costosos convertidores de datos de mayor velocidad.

Para abordar esto, Chen propuso el uso de un enfoque de sobremuestreo no entero para reducir la complejidad de la implementación del hardware y el consumo de energía de este sistema. Chen verificó experimentalmente el enfoque e investigó el impacto del sobremuestreo no entero en el enlace IR OWC de 1,1 m basado en AWGR con ancho de banda limitado de 6 GHz y espaciado de canales de 12,5 GHz con una capacidad de 20 Gbit/s. La frecuencia de muestreo se minimiza a una frecuencia de símbolos de 1,1 veces con una frecuencia de muestreo del DAC de 11 GS/s. En comparación con el sistema Nyquist PAM-4 de sobremuestreo doble, el requisito de frecuencia de muestreo DAC se relaja en un 55 %, con un costo de penalización de potencia de 2,3 dB en el límite FEC del 7 % de 1×10 ^-3 .

Arquitectura paralela

Se ha demostrado que las técnicas DSP de baja complejidad son eficientes para los sistemas OWC de alta capacidad y bajo costo. En un esfuerzo por la realización práctica, Chen también implementó el DSP en tiempo real basado en la plataforma FPGA.

Pero la arquitectura de implementación semiparalela clásica introduce una latencia severa debido al almacenamiento en caché de datos intermedios masivos, lo que dificulta las aplicaciones críticas para la latencia. Por lo tanto, Chen propuso una arquitectura profundamente paralela que no requiere almacenamiento en caché de datos intermedios masivos para reducir la latencia total introducida por DSP. Se demuestra experimentalmente en un enlace de fibra un receptor PAM-4 en tiempo real basado en FPGA con implementación de DSP de canalización completa totalmente paralela.

Las soluciones propuestas a partir de la investigación de Chen son muy prometedoras para futuras redes interiores de alta densidad de conexiones inalámbricas y alta capacidad. + Explora más

Demostración de una transmisión de fibra óptica de momento angular orbital de 1 Pbps