Met ons toegenomen gebruik van smartphones en de behoefte aan realtime video, wordt verwacht dat toekomstige binnennetwerken een naadloze draadloze dekking zullen bieden en tegelijkertijd een hogere verbindingsdichtheid en hogere capaciteit met een hoge energie-efficiëntie zullen ondersteunen. Als gevolg hiervan zal traditionele, op radio gebaseerde draadloze communicatie, met andere woorden wifi, moeite hebben om aan deze eisen te voldoen. Een manier om dit aan te pakken is het gebruik van optische draadloze communicatienetwerken. Voor haar Ph.D. onderzoek richtte Liuyan Chen zich op geavanceerde signaalverwerking met behulp van zeer efficiënte digitale signaalverwerkingstechnieken om de mogelijkheden van OWC-netwerken te verbeteren.

Optische draadloze communicatie (OWC) is een veelbelovende aanpak die traditionele indoornetwerken kan aanvullen. Ton Koonen heeft een concept voorgesteld van een tweedimensionale (2D) infrarood (IR) bundelgestuurde OWC die smalle infraroodstralen gebruikt voor informatietransmissie voor indoor OWC-systemen met hoge capaciteit.

De smalle bundels van OWC kunnen in verschillende richtingen worden gestuurd en elke bundel bedient slechts één gebruikersapparaat, zoals een laptop of smartphone. Zo kan een persoon genieten van een speciale, snelle verbinding met internet zonder opstoppingen en privacyproblemen.

Ondertussen heeft de low-complexity, high-efficiency digital signal processing (DSP)-techniek OWC-systemen geprofiteerd, omdat het de spectrumefficiëntie en signaalkwaliteit verbetert, terwijl de systeemcapaciteit op een kostenefficiënte manier wordt verhoogd. In haar Ph.D. onderzoek richtte Liuyan Chen zich op geavanceerde signaalverwerking met behulp van DSP-technieken om te zorgen voor de verwerking van de draadloze signalen en deze voor te bereiden op het OWC-systeem met hoge verbindingsdichtheden en met gigabit-per-seconde capaciteit, veel verder dan wat huidige radiogebaseerde (Wi- Fi) systemen kunnen bereiken.

Digitale Nyquist-filtering

In een 2D IR-straalgestuurd OWC-systeem dat optische AWGR-modules gebruikt, is een grotere straalgestuurde ruimtelijke resolutie (dichter AWGR-raster) vereist om een ​​grotere draadloze ruimtelijke dekking en hogere draadloze verbindingsdichtheden te bereiken. Dit gaat echter ten koste van een gecompromitteerde OWC-capaciteit per straal.

Chen stelde voor om gebruik te maken van de digitale Nyquist-filtertechniek om dit probleem op te lossen. Door het verzonden signaal vorm te geven voor een smalle spectrale bezetting met hoge out-of-band onderdrukking, kan de inter-channel crosstalk als gevolg van de imperfecte AWGR-filtering worden verminderd, wat het gebruik van een dichter AWGR-raster mogelijk maakt. Ook is een grotere kanaalcapaciteit haalbaar met het verbeterde spectrum-efficiënte signaal. De voorgestelde methode is experimenteel gedemonstreerd via een 6-GHz bandbreedte-beperkte AWGR-gebaseerde 1,1-m IR OWC-link met de 20-Gbit/s OWC-capaciteit met behulp van PAM-4-formaat.

Niet-gehele oversampling

Aangezien de kosten voor het elimineren van de afweging tussen OWC-capaciteit per straal en straalgestuurde ruimtelijke resolutie, leidt de digitale Nyquist-filtering tot extra complexiteit van de hardware-implementatie. De resulterende verdubbelde samplefrequentie vereist dure dataconverters met een hogere snelheid.

Om dit aan te pakken, stelde Chen het gebruik van een niet-gehele oversampling-aanpak voor om de complexiteit van de hardware-implementatie en het stroomverbruik van dit systeem te verminderen. Chen heeft de aanpak experimenteel geverifieerd en de impact onderzocht van de niet-gehele oversampling in de 12,5-GHz kanaalgespreide 6-GHz bandbreedte-beperkte AWGR-gebaseerde 1,1-m IR OWC-link met een capaciteit van 20 Gbit/s. De sample rate wordt geminimaliseerd tot een 1,1-voudige symbol rate met een 11-GS/s DAC sample rate. In vergelijking met het 2-voudige oversampling Nyquist PAM-4-systeem, is de vereiste voor de DAC-samplefrequentie met 55% versoepeld, met een kosten van een vermogensstraf van 2,3 dB bij de 7% FEC-limiet van 1×10 ^-3 .

Parallelle architectuur

Het is bewezen dat DSP-technieken met een lage complexiteit efficiënt zijn voor goedkope OWC-systemen met hoge capaciteit. In een poging voor praktische realisatie implementeerde Chen ook de realtime DSP op basis van het FPGA-platform.

Maar de klassieke semi-parallelle implementatie-architectuur introduceert ernstige latentie vanwege de massale tussentijdse gegevenscaching, die de latentie-kritieke applicaties belemmert. Daarom stelde Chen een diep parallelle architectuur voor die geen massale tussentijdse gegevenscaching vereist om de totale door DSP geïntroduceerde latentie te verminderen. Een op FPGA gebaseerde real-time PAM-4-ontvanger met diep parallelle volledig-pipeline DSP-implementatie wordt experimenteel gedemonstreerd in een glasvezelverbinding.

De voorgestelde oplossingen van Chen's onderzoek zijn veelbelovend voor toekomstige binnennetwerken met hoge capaciteit en hoge draadloze verbindingsdichtheid. + Verder verkennen

Aantonen van een 1-Pbps orbitaal impulsmoment glasvezeltransmissie