Link Layer Optimization of an FPGA-based Transceiver for Free-Space Optical Communication

Abstract

In the relentless pursuit to meet the ever-increasing need for higher communication bandwidths, free-space optical communications shows up as a suitable alternative for particular application areas. Due to the nature of the atmospheric channel, the optical beam suffers from broad intensity fluctuations caused by refractive turbulence that strongly degrades the performance of the optical link to the extent of disrupting any attempt to communicate. There exist several techniques to mitigate this undesired effect and improve the reliability of the communication. Among all the alternatives, channel coding arises as an appropriate technique to strengthen the optical link for real-time video transmission systems. In this work a custom developed coding scheme is implemented in an FPGA transceiver. The coding performance has been tested in a free-space test bench that shows the capability of this solution.

En el intento por satisfacer una creciente demanda de mayores tasas de transmisión, la comunicación óptica en espacio libre supone una alternativa de grandes prestaciones para algunas aplicaciones específicas. Debido a la naturaleza del medio de transmisión, la atmósfera, el haz de luz sufre severas fluctuaciones de intensidad que deterioran la capacidad del enlace hasta el punto de interrumpir cualquier intento de comunicación. Sin embargo, existen un conjunto de técnicas que permiten mitigar estos efectos mejorando la fiabilidad de la comunicación. Entre estas técnicas, la codificación de canal se presenta como una alternativa especialmente interesante para robustecer el enlace óptico en sistemas de transmisión en tiempo real de vídeo de alta definición. En este trabajo se ha desarrollado un sistema de codificación específico para esta aplicación y se ha implementado en un transceptor controlado por una FPGA. Se ha comprobado el funcionamiento del esquema de codificación en un banco de ensayo de comunicación óptica en espacio libre que muestra el potencial de esta solución.

En l'intent per satisfer la creixent demanda de majors taxes de transmissió, la comunicació òptica en espai lliure suposa una alternativa de grans prestacions per algunes aplicacions específiques. Degut a la naturalesa del mitjà de transmissió, l'atmosfera, el feix de llum pateix greus fluctuacions d'intensitat que deterioren la capacitat de l'enllaç fins al punt d'interrompre qualsevol intent de comunicació. No obstant, existeixen un conjunt de tècniques que permeten minvar aquests efectes millorant la fiabilitat de la comunicació. Entre aquestes tècniques, la codificació de canal es presenta com una alternativa especialment interessant per reforçar l'enllaç òptic en sistemes de transmissió en temps real de vídeo d'alta definició. En aquest treball s'ha desenvolupat un sistema de codificació específic per a aquesta aplicació i s'ha implementat en un transceptor controlat per una FPGA. S'ha comprovat el funcionament de l'esquema de codificació en un banc d'assaig de comunicació òptica en espai lliure que mostra el potencial d'aquesta solució.