Funció no lineal òptima per una fotodetecció Gaussiana

Abstract

En els sistemes de comunicacions òptiques amb amplificació òptica, l’estadística de les mostres sorolloses rebudes no és Gaussiana estacionària a l’entrada de l’equalitzador. Aquest fet és degut a l’efecte de la llei quadràtica del fotodetector sobre el senyal, que fa que es produeixin grans canvis en els equalitzadors en comparació amb els canals AWGN. En els equalitzadors que depenen de l’estadística d’entrada, com són els receptors MLSE, l’efecte de la llei quadràtica del fotodetector produeix un augment dràstic en la complexitat en funció de la distància de transmissió i/o velocitat. La llei quadràtica del fotodetector, a més a més, causa que els efectes lineals que es produeixen al canal, com són part de la dispersió cromàtica (CD) i la dispersió per mode de polarització (PMD), es tornin no lineals en el domini elèctric i causin distorsions harmòniques. Aquestes distorsions harmòniques limiten la capacitat i abast dels sistemes digitals i analògics, i fan que les tècniques d’equalització tradicionals (FFE, DFE, MLSE amb mètrica simplificada) en aquests canals no lineals tinguin un pitjor rendiment que en un canal lineal. Aquestes distorsions harmòniques provoquen un augment de l’ISI (interferència intersimbòlica) en sistemes digitals i fan que la solució d’equalització electrònica (EE) sigui sub-òptima. En sistemes analògics com Radio over Fiber (RoF) l’efecte de la llei quadràtica provoca un augment de la distorsió d’intermodulació degut al mesclat dels harmònics. Aplicar l’arrel quadrada sobre el senyal pot ser una solució eficient per compensar part dels efectes no lineals que provoca el fotodetector. En altres treballs s’ha comprovat que utilitzant el dispositiu arrel quadrada s’aconsegueix transmetre a major velocitat i/o distància, ja que linealitza el sistema aproximant el canal per un canal lineal AWGN (amb varianza pràcticament estacionària) i redueix l’ISI notablement. Aquest fet provoca que es pugui utilitzar la mètrica simplificada en els receptors MLSE i que l’equalització amb filtres FIR sigui pràcticament òptima (el diagrama d’ull en recepció és més simètric). La principal problemàtica del dispositiu arrel quadrada és que l’estadística de sortida és de Rice. Això fa que en sistemes IM/DD amb alfabet binari i relació d’extinció infinita, el símbol “0” no tingui una estadística Gaussiana. En aquest document es desenvolupen un conjunt de tècniques matemàtiques per trobar la funció òptima que permeti linealitzar totalment el sistema i permeti aproximar el canal per un canal AWGN, és a dir amb soroll blanc i Gaussià estacionari. Es plantegen diferents solucions per trobar la funció òptima. En la major part del document s’analitza el cas en el que el soroll ASE és el predominat, i per tant es negligeix el soroll tèrmic i el soroll shot, tot i així també es dedica una part a l’anàlisi de la combinació de soroll ASE i soroll tèrmic. Finalment, a destacar que aquest tipus d’equalització no lineal és una solució de baix cost en comparació amb els compensadors de dispersió òptics.