Compensação digital da dispersão cromática

Abstract

O mundo globalizado atual tem originado um aumento ininterrupto do tráfego de Internet pressionando os limites de capacidade da rede instalada. Esta utiliza ainda em grande parte dos casos sistemas de modulação na intensidade/deteção direta capazes de codificar informação apenas na intensidade do sinal ótico o que implica densidades espetrais reduzidas. Os sistemas coerentes representam uma mais valia em termos de aumento da densidade espetral uma vez que utilizam dois graus de liberdade (amplitude e fase) permitindo assim uma melhor utilização dos recursos disponíveis e uma maior capacidade de transportar informação. Este sistemas permitem o uso de técnicas de processamento digital de sinal tais como: recuperação da portadora, estimação de fase e desmultiplexagem da polarização. Adicionalmente, estas técnicas tornam ainda possível a pós-compensação digital dos efeitos dispersivos que afetam o sinal, evitando assim a utilização de métodos de compensação óticos que são ineficientes para as exigências atuais e requerem esquemas de amplificação complexos e dispendiosos. Este trabalho tem por objetivo central estudar os efeitos da dispersão cromática em sinais coerentes e implementar um algoritmo, que recorrendo a um filtro de resposta impulsionai finita, seja capaz de efetuar a sua compensação no domínio do tempo. Outro aspeto relevante prende-se com a otimização da performance do filtro através da escolha justificada e ponderada dos vários parâmetros do projeto. Entre os principais referem-se pela sua importância: o estudo do número de coeficientes necessários, a distribuição do número de bits entre parte inteira e fracionária ao longo dos vários blocos funcionais e a ocupação de recursos na FPGA. Utilizaram-se as plataformas de edição e simulação da Xilinx (ISE e ISim) bem como a aplicação Matlab®. Por último procedeu-se à implementação do algoritmo em tempo real, utilizando uma placa Virtex-6 FPGA ML605.

The current globalized world has led to a continuous increase of the Internet traffic pushing the capacity limits of the installed network. In most cases the network still uses the intensity modulation/direct detection systems, that are able to encode information only in the intensity of the optical signal, which implies reduced spectral densities. Optical Coherent systems represent a huge advantage in terms of increased spectral density, since they use two degrees of freedom (amplitude and phase) thus allowing better use of the available resources and a greater capability to carry information. These systems allow the use of digital signal processing techniques, such as: carrier recovering, phase estimation and polarization multiplexing. Additionally, these techniques make possible the compensation of chromatic dispersion, which effects degrades the signal, thus avoiding the use of optical compensation methods which are inefficient to the current demands and requiring complex and expensive amplification schemes. This work has as main objective to study the effects of chromatic dispersion in coherent signals and implement an algorithm that, by using a finite impulse response filter, will be able to make the signal compensation in time domain. Another relevant topic is the optimization of the filter performance due to a justified reasonable choice of the main project parameter. The most important of these parameters are: the study of the required number of coefficients, the appropriate distribution of number of bits between the whole and the fractional parts, through several functional blocks and the resources occupation in FPGA. Were used the editing and simulation platforms of Xilinx (ISE and ISIM) and the application Matlab ®. Finally the implementation of the algorithm proceeded in real-time using a Virtex-6 FPGA ML605 board.