Com o aumento do uso de smartphones e a necessidade de vídeo em tempo real, espera-se que as futuras redes internas forneçam cobertura sem fio perfeita e, ao mesmo tempo, suportem maior densidade de conexão e maior capacidade com alta eficiência de energia. Como resultado, a comunicação sem fio tradicional baseada em rádio, em outras palavras, o WiFi, terá dificuldades para atender a essas demandas. Uma maneira de resolver isso é usar redes de comunicação óptica sem fio. Para ela Ph.D. pesquisa, Liuyan Chen concentrou-se no processamento de sinal avançado usando técnicas de processamento de sinal digital de alta eficiência para melhorar as capacidades das redes OWC.
A comunicação óptica sem fio (OWC) é uma abordagem promissora que pode complementar as redes internas tradicionais. Um conceito de OWC direcionado por feixe de infravermelho (IR) bidimensional (2D) que usa feixes infravermelhos estreitos para transmissão de informações foi proposto para sistemas OWC internos de alta capacidade por Ton Koonen.

Os feixes estreitos do OWC podem ser direcionados para diferentes direções e cada feixe serve apenas a um único dispositivo de usuário, como um laptop ou smartphone. Assim, uma pessoa pode desfrutar de uma conexão dedicada e de alta velocidade à Internet sem problemas de congestionamento e privacidade.

Enquanto isso, a técnica de processamento de sinal digital (DSP) de baixa complexidade e alta eficiência beneficiou os sistemas OWC, pois melhora a eficiência do espectro e a qualidade do sinal, ao mesmo tempo em que aumenta a capacidade do sistema de maneira econômica. Em seu Ph.D. pesquisa, Liuyan Chen se concentrou no processamento avançado de sinais usando técnicas DSP para cuidar do processamento dos sinais sem fio e prepará-los para o sistema OWC em altas densidades de conexão e capacidade de Gigabit por segundo, muito além do que o atual baseado em rádio (Wi- Fi) podem alcançar.

Filtragem digital Nyquist

Em um sistema OWC direcionado por feixe IR 2D usando módulos AWGR ópticos, é necessária uma resolução espacial de direção de feixe maior (grade AWGR mais densa) para obter maior cobertura espacial sem fio e densidades de conexão sem fio mais altas. No entanto, isso tem o custo de uma capacidade OWC comprometida por feixe.

Chen propôs aproveitar a técnica de filtragem digital Nyquist para resolver este problema. Ao moldar o sinal transmitido para ocupação espectral estreita com alta supressão fora de banda, a diafonia entre canais resultante da filtragem AWGR imperfeita pode ser reduzida, o que permite o uso de uma grade AWGR mais densa. Além disso, uma capacidade de canal maior é alcançada com o sinal de eficiência de espectro aprimorado. O método proposto foi demonstrado experimentalmente em um link OWC IR de 1,1 m baseado em AWGR com largura de banda de 6 GHz com capacidade OWC de 20 Gbit/s usando o formato PAM-4.

Sobreamostragem não inteira

Como o custo de eliminar a compensação entre a capacidade OWC por feixe e a resolução espacial de direcionamento do feixe, a filtragem digital Nyquist leva a uma complexidade adicional de implementação de hardware. A taxa de amostragem duplicada resultante requer conversores de dados caros de alta velocidade.

Para resolver isso, Chen propôs o uso de uma abordagem de sobreamostragem não inteira para reduzir a complexidade de implementação de hardware e o consumo de energia desse sistema. Chen verificou experimentalmente a abordagem e investigou o impacto da sobreamostragem não inteira no link OWC IR de 1,1 m baseado em AWGR com largura de banda de 6 GHz com espaçamento de canal de 12,5 GHz com capacidade de 20 Gbit/s. A taxa de amostragem é minimizada para uma taxa de símbolo de 1,1 vezes com uma taxa de amostragem DAC de 11 GS/s. Comparando com o sistema Nyquist PAM-4 de sobreamostragem de 2 vezes, o requisito de taxa de amostragem DAC é relaxado em 55%, com um custo de uma penalidade de energia de 2,3 dB no limite de 7% FEC de 1×10 ^-3 .

Arquitetura paralela

Técnicas DSP de baixa complexidade são comprovadamente eficientes para sistemas OWC de baixo custo e alta capacidade. Em um esforço para a realização prática, Chen também implementou o DSP em tempo real baseado na plataforma FPGA.

Mas a arquitetura de implementação semi-paralela clássica apresenta latência severa devido ao cache de dados intermediário massivo, o que dificulta os aplicativos de latência crítica. Portanto, Chen propôs uma arquitetura profundamente paralela que não requer armazenamento em cache de dados intermediário massivo para reduzir a latência total introduzida pelo DSP. Um receptor PAM-4 em tempo real baseado em FPGA com implementação DSP de pipeline totalmente paralelo é demonstrado experimentalmente em um link de fibra.

As soluções propostas da pesquisa de Chen são uma grande promessa para futuras redes internas de alta capacidade e alta densidade de conexão sem fio. + Explorar mais

Demonstrando uma transmissão de fibra óptica de momento angular orbital de 1 Pbps