Advanced modulation schemes and signal processing techniques for transmission in highly multimode fibers

Abstract

Καθώς η ανάγκη για ιδιαίτερα υψηλούς ρυθμούς μετάδοσης γίνεται πιο επιτακτική, κλασσικά μέσα μετάδοσης, όπως ο χαλκός και ο αέρας, που χρησιμοποιούνται εκτενώς στις ενσύρματες και ασύρματες μεταδόσεις αντίστοιχα, φαίνεται να τείνουν να εξαντλούν τη διαθέσιμη χωρητικότητά τους ή να μην επιτρέπουν την χρησιμοποίηση τους. Η χρήση οπτικών ινών για δίκτυα μικρής κλίμακας είναι πλέον μια πολλά υποσχόμενη λύση, προκειμένου να επιτευχθεί η αύξηση του ρυθμού μετάδοσης με ταυτόχρονη υποστήριξη διάφορων υπηρεσιών, όπως είναι για παράδειγμα η ταυτόχρονη μετάδοση δεδομένων, video, φωνής (λ.χ. VO.I.P, I.P.T.V, H.D.T.V). Ειδικότερα, οι πλαστικές οπτικές ίνες μεγάλης διαμέτρου 1mm SI-POF (Step Index-Plastic Optical Fiber) εμφανίζουν μια σειρά πλεονεκτημάτων, όπως το χαμηλό κόστος στην κατασκευή και τη συντήρησή τους, η αντοχή σε μηχανικές καταπονήσεις, η εύκολη συντήρηση, η ανοχή σε ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές και εύρος ζώνης μεγαλύτερο από τα ηλεκτρικά καλώδια. Από την άλλη πλευρά, τα μειονεκτήματα που παρουσιάζουν συγκριτικά με τις ίνες silica, όπως οι μεγάλες απώλειες οπτικής ισχύος (π.χ. 160-180dB/Km) και το περιορισμένο εύρος ζώνης μετάδοσης, που διαθέτουν (τυπικά περίπου 100MHz/50m), καθιστούν αναγκαία τη χρήση πολύπλοκων σχημάτων διαμόρφωσης και τεχνικών επεξεργασίας σήματος ώστε να υποστηρίξουν ρυθμούς μετάδοσης της τάξης των Gbps. Η μελέτη και η εφαρμογή τέτοιων σχημάτων διαμόρφωσης και τεχνικών επεξεργασίας αποτελεί το αντικείμενο της παρούσας διατριβής. Προτείνονται και εφαρμόζονται νέες τεχνικές διαμόρφωσης πολλαπλών φερόντων σε συνδυασμό με τη διάχυση των συμβόλων (multicarrier spreading modulation schemes), κατάλληλα προσαρμοσμένων για μετάδοση μέσω πλαστικών οπτικών τύπου SI-POF.

As the need for very high bit rate transmission becomes more imperative, conventional transmission media such as copper and air, which are extensively used in wired and wireless transmission respectively, seem to either reach their available capacity or their usage is not advantageous. The use of optical fiber as a medium for short range networks is now becoming a promising solution to achieve increased transmission rate while at the same time supporting different (broadband) services, such as the simultaneous transmission of data, video, voice (e.g., VO.IP, IPTV, HDTV). In particular, plastic optical fibers of large core diameter i.e., 1mm SI-POF (Step Index-Plastic Optical Fiber), exhibit a number of advantages regarding not only low manufacturing cost and maintenance but also immunity to mechanical stress, avoidance of electromagnetic interference and enhanced bandwidth compared to the previous transmission media. On the other hand, compared to silica fibers, limitations on their usage include large optical power loss (e.g. 160-180dB/Km) and limited transmission bandwidth i.e., typically about 100MHz/50m. Therefore, in order to efficiently support transmission rates in the order of Gbps, it is necessary to develop and employ complex modulation schemes together with digital signal processing techniques. The subject of this thesis includes the study, development and deployment of such modulation schemes and processing techniques. New multi-carrier spreading modulation techniques are investigated and proposed, which are then suitably adapted for short range high speed IM/DD optical transmission over SI-POF.