A frequency approach on MIMO DSP for optical communication systems

Abstract

[ANGLÈS] Spatial Division Multiplexing (SDM) has arisen during the last years as the most promising technique to overcome the increasing necessity of capacity of the communication systems while avoiding the theoretical capacity limit of the single-mode fibers. Great results have been obtained already using few-mode fibers and multiple-input multiple-output (MIMO) digital signal processing (DSP). Although these are still the first steps of this road, some possible obstacles have been glimpsed already. The one addressed in this thesis is the increasing computational complexity of the algorithms needed when more spatial modes are used and the difficulty of meeting real time requirements. In this thesis, the current technology and its interesting results are discussed. Moreover, a new approach on the MIMO DSP used to recover the signal is explained and analyzed. This new approach switches from a symbol-wise equalizer in the time domain to a more efficient block-wise equalizer in the frequency domain. These two changes allow to reduce the overall complexity of the algorithm while keeping the performance of the system.

[CASTELLÀ] La multiplexación en espacio (SDM) se ha postulado durante los últimos años como la técnica más prometedora a la hora de enfrentarse a la creciente necesidad de capacidad de los sistemas de comunicación a la vez que se evita el límite de capacidad teórico de las fibras monomodo. Ya se han obtenido muy buenos resultados utilizando fibras multimodo (con pocos modos) y técnicas de procesado digital de la señal (DSP) del estilo multiple-input multiple-output (MIMO). Aunque se trata de los primeros pasos en este nuevo camino, algunos de los posibles obstáculos ya han aparecido. El problema que se afronta en esta tesis es la creciente complejidad computacional de los algoritmos necesarios para utilizar más modos espaciales y la dificultad de cumplir con los requerimientos del procesado en tiempo real. En esta tesis, se repasa la tecnologia actual y los interesantes resultados que se han obtenido. Además, se presenta una nueva estrategia en el procesado MIMO utilizado para recuperar la señal. Este nuevo algoritmo cambia de un filtro bit-a-bit en el dominio del tiempo a una arquitectura de bloque en el dominio frecuencial mucho más eficiente. Estos dos cambios permiten reducir la complejidad del algoritmo manteniendo sus prestaciones.

[CATALÀ] La multiplexació en espai (SDM) s'ha postulat durant els darrers anys com la tècnica més prometedora a l?hora d?afrontar la creixent necessitat de capacitat dels sistemes de comunicació alhora que s?evita el límit de capacitat teòric de les fibres monomode. Ja s?han obtingut molt bons resultats utilitzant fibres multimode (amb pocs modes) i tècniques de processament digital del senyal (DSP) de l?estil multiple-input multiple-output (MIMO). Tot i que es tracta dels primers passos en aquest nou camí, alguns dels possibles obstacles ja han aparegut. El problema que planteja aquesta tesi és la creixent complexitat computacional dels algoritmes necessaris per utilitzar més modes espaials i la dificultat de complir amb els requeriments del processament en temps real. En aquesta tesi, es fa una ullada a la tecnologia actual i als interessants resultat que s?han obtingut. A més a més, es presenta una nova estrategia en el processament MIMO utilitzat per recuperar el senyal. Aquest nou algoritme canvia d?un filtre bit-a-bit en el domini del temps a una arquitectura de bloc en el domini freqüencial molt més eficient. Aquests dos canvis permeten reduir la complexitat de l?algoritme mantenint-ne les prestacions.