Credito:Liuyan Chen
Con il nostro crescente utilizzo di smartphone e la necessità di video in tempo reale, le future reti interne dovrebbero fornire una copertura wireless senza interruzioni supportando allo stesso tempo una maggiore densità di connessione e una maggiore capacità con un'elevata efficienza energetica. Di conseguenza, la tradizionale comunicazione wireless basata su radio, in altre parole Wi-Fi, farà fatica a soddisfare queste esigenze. Un modo per affrontare questo problema consiste nell'utilizzare reti di comunicazione wireless ottiche. Per il suo dottorato di ricerca ricerca, Liuyan Chen si è concentrato sull'elaborazione avanzata del segnale utilizzando tecniche di elaborazione del segnale digitale ad alta efficienza per migliorare le capacità delle reti OWC.
La comunicazione ottica senza fili (OWC) è un approccio promettente che può integrare le tradizionali reti interne. Ton Koonen ha proposto un concetto di OWC bidimensionale (2D) a infrarossi (IR) orientato al fascio che utilizza fasci di infrarossi stretti per la trasmissione di informazioni per i sistemi OWC per interni ad alta capacità.
I raggi stretti di OWC possono essere diretti in direzioni diverse e ogni raggio serve solo un singolo dispositivo utente, come un laptop o uno smartphone. Pertanto, una persona può godere di una connessione dedicata ad alta velocità a Internet senza problemi di congestione e privacy.
Nel frattempo, la tecnica di elaborazione del segnale digitale (DSP) a bassa complessità e alta efficienza ha avvantaggiato i sistemi OWC in quanto migliora l'efficienza dello spettro e la qualità del segnale, aumentando al contempo la capacità del sistema in modo efficiente in termini di costi. Nel suo dottorato di ricerca ricerca, Liuyan Chen si è concentrato sull'elaborazione avanzata del segnale utilizzando tecniche DSP per occuparsi dell'elaborazione dei segnali wireless e della loro preparazione per il sistema OWC a densità di connessione elevate e con capacità Gigabit al secondo, ben oltre l'attuale radio-based (Wi- Fi) i sistemi possono raggiungere.
Filtraggio digitale Nyquist
In un sistema OWC 2D IR con orientamento del raggio che utilizza moduli AWGR ottici, è necessaria una risoluzione spaziale di orientamento del raggio più ampia (griglia AWGR più densa) per ottenere una copertura spaziale wireless più ampia e densità di connessione wireless più elevate. Tuttavia, ciò ha il costo di una capacità OWC per trave compromessa.
Chen ha proposto di sfruttare la tecnica di filtraggio digitale Nyquist per risolvere questo problema. Modellando il segnale trasmesso per un'occupazione spettrale stretta con un'elevata soppressione fuori banda, è possibile ridurre la diafonia tra i canali risultante dal filtraggio AWGR imperfetto, il che consente l'utilizzo di una griglia AWGR più densa. Inoltre, è possibile ottenere una maggiore capacità del canale con il segnale a maggiore efficienza dello spettro. Il metodo proposto è stato dimostrato sperimentalmente su un collegamento IR OWC da 1,1 m basato su AWGR con larghezza di banda di 6 GHz e capacità OWC di 20 Gbit/s utilizzando il formato PAM-4.
Campionamento non intero
Come costo dell'eliminazione del compromesso tra la capacità OWC per raggio e la risoluzione spaziale di governo del raggio, il filtraggio digitale Nyquist porta a un'ulteriore complessità di implementazione dell'hardware. La frequenza di campionamento raddoppiata risultante richiede costosi convertitori di dati a velocità più elevata.
Per affrontare questo problema, Chen ha proposto l'uso di un approccio di sovracampionamento non intero per ridurre la complessità dell'implementazione hardware e il consumo energetico di questo sistema. Chen ha verificato sperimentalmente l'approccio e ha studiato l'impatto del sovracampionamento non intero nel collegamento IR OWC da 1,1 m basato su AWGR a 12,5 GHz spaziato tra i canali a 6 GHz e con una capacità di 20 Gbit/s. La frequenza di campionamento è ridotta a una velocità di simbolo di 1,1 volte con una frequenza di campionamento DAC di 11 GS/s. Rispetto al sistema Nyquist PAM-4 con sovracampionamento doppio, i requisiti di frequenza di campionamento DAC sono ridotti del 55%, con un costo di una penalità di potenza di 2,3 dB al limite FEC del 7% di 1×10 -3 .
Architettura parallela
Le tecniche DSP a bassa complessità si sono dimostrate efficienti per i sistemi OWC ad alta capacità a basso costo. In uno sforzo di realizzazione pratica, Chen ha anche implementato il DSP in tempo reale basato sulla piattaforma FPGA.
Ma la classica architettura di implementazione semiparallela introduce una grave latenza a causa della massiccia memorizzazione nella cache dei dati intermedi, che ostacola le applicazioni critiche per la latenza. Quindi, Chen ha proposto un'architettura profondamente parallela che non richiede una massiccia memorizzazione nella cache di dati intermedi per ridurre la latenza totale introdotta da DSP. Un ricevitore PAM-4 in tempo reale basato su FPGA con implementazione DSP full-pipeline profondamente parallela viene dimostrato sperimentalmente in un collegamento in fibra.
Le soluzioni proposte dalla ricerca di Chen sono molto promettenti per le future reti interne ad alta capacità e densità di connessione wireless. + Esplora ulteriormente
