Signal processing for high-capacity bandwidth efficient optical communications
Traitement du signal pour les communications optiques à haute efficacité spectrale
Résumé
The research work presented in this dissertation deals with the application of modulation and digital signal processing techniques in the field of optical communications. It focuses on the design of a 40Gb/s short-reach optical transmission system. For a given optical wavelength, capacity increase is generally achieved by pushing technological limits in order to augment the serial line rate of simple on-off keying modulations. This approach is not compatible with the economics of high-capacity short-reach applications. The use of sub-carrier multiplexing with multilevel signaling reduces bandwidth occupation and signaling rate. Components taken from existing 10Gb/s systems can thus be used to transmit 40Gb/s. At reduced signaling rates, CMOS circuit technology can be exploited to integrate elaborate signal processing functions. The adaptive signal processing structures presented in this dissertation relax analog front-end design requirements. They can also compensate for linear impairments due to the channel as well as fabrication process variations. The system is analyzed by deriving theoretical and numerical models agreeing with experimental validation. Simulation results show that a low-cost 40Gb/s system reaching beyond 10km is indeed feasible. We present a system prototype based on a CMOS test chip implementing modulation/demodulation functions for the highest-frequency and most challenging RF channel. This transmission system prototype operates over more than 30km of single mode fiber.
Les travaux de recherche présentés dans cette thèse s'intéressent à l'application de techniques de modulation et de traitement du signal numérique aux communications optiques. Ils se concentrent sur la conception d'un système de communication optique sur courte distance à 40Gb/s. Pour une longueur d'onde optique donnée, l'accroissement du débit binaire s'obtient généralement en repoussant les limites technologiques afin d'augmenter la vitesse des modulations simples du type "on-off keying". Cette méthode ne satisfait cependant pas les exigences économiques des applications à haut débit sur courte distance. La combinaison du multiplexage de porteuses électriques et d'une modulation à plusieurs niveaux permet de réduire le support fréquentiel et la vitesse de modulation du signal porteur d'information. Des composants typiques des systèmes de transmission à 10Gb/s peuvent ainsi être utilisés pour transmettre 40Gb/s. La technologie de circuits CMOS est également exploitable pour l'intégration économe de fonctions de traitement du signal élaborées. Les structures de traitement du signal adaptatives présentées permettent de réduire les exigences techniques dans la conception des fonctions analogiques. Elles permettent également de compenser les distorsions linéaires dues au canal de transmission et aux variations résultant d'une production industrielle. Des modèles théoriques et numériques validés par l'expérimentation permettent l'analyse du système. Les résultats de simulations numériques montrent qu'un système de communication à 40Gb/s à bas coût et d'une portée dépassant 10km est possible. Nous présentons également un prototype utilisant un circuit intégré test en technologie CMOS réalisant les fonctions de modulation/démodulation pour le canal RF le plus difficile à implémenter, et transmettant des données dans une fibre monomode s'étendant sur plus de 30km.
Domaines
Physique [physics]
Loading...