Circuitos de igualação para elevados ritmos de transmissão

Abstract

O presente trabalho tem como objectivo principal estudar o desempenho de sistemas de igualação eléctricos adaptativos, quando aplicados à compensação do efeito de dispersão cromática em sistemas de comunicação ópticos de alto débito. Para tal realiza-se inicialmente um estudo de diferentes topologias para igualadores passíveis de implementações de alta velocidade. A análise ao impacto da dispersão cromática na qualidade do sinal recebido e desempenho dos igualadores considerados é feita recorrendo a um simulador desenvolvido especificamente para o efeito. São estudados e avaliados quanto ao desempenho algoritmos de optimização multidimensional para controlo de igualadores eléctricos. São estudados processos de monitorização da qualidade de sinais, com vista à realimentação necessária ao controlo dos sistemas adaptativos. Neste contexto são propostos dois novos métodos para monitorização de alta velocidade a baixo custo. É testado em laboratório um protótipo de igualador para débitos de 10Gbit/s. O protótipo é implementado segundo as especificações determinadas como óptimas, e o seu desempenho em compensação de dispersão cromática comparado com o previsto por simulação. É realizado um sistema de igualação adaptativa, integrando o igualador protótipo e um circuito de controlo, baseado num microcontrolador. No microcontrolador é implementado o algoritmo de optimização multidimensional determinado como oferecendo melhor robustez e desempenho. A validade das escolhas feitas, quanto às características óptimas para o igualador e quanto ao algoritmo de controlo adaptativo, é verificada experimentalmente em laboratório. O sistema adaptativo converge para valores óptimos na presença de diferentes condições de dispersão cromática no domínio óptico.

The main objective of this thesis is studying the performance of adaptive electrical equalizers when applied to chromatic dispersion compensation in high-speed optical communication systems. For this purpose a study on available high-speed equalizer topologies is conducted. Chromatic dispersion impairments and equalizer performance are assessed using a computer simulator developed purposefully for this work. Multi-dimensional optimization algorithms are studied and their performance as electrical equalizer controllers assessed. Signal quality monitoring techniques are investigated in order to provide suitable feedback signals for adaptive equalization. In this context two new methods for low cost high-speed signal quality monitoring are proposed. A 10Gbit/s prototype equalizer implemented according to deduced optimal specifications is tested and its performance in chromatic dispersion compensation is assessed and compared with initial simulation results. An adaptive equalization system is implemented integrating the electrical equalizer and a microcontroller based control circuit with an embedded version of the multi-dimensional optimization algorithm proposed as providing best performance and robustness. Suitability of choices made both on equalizer optimal characteristics and on the adaptive control algorithm is experimentally confirmed in laboratory. The adaptive system automatically converges to optimal solutions in presence of different chromatic dispersion conditions on the optical domain.