Advanced digital signal processing for flexible optical access networks

Abstract

Demand by bandwidth in the optical access networks (OANs) are increasing significantly, since services from the mobile backhaul to the fixed Internet end-user require increasingly higher performance and flexibility. This demand has motivated the research community to propose new optical transmission solutions for the next-generation passive optical networks (PONs) towards to improve the spectral efficiency through an increase in the number of users, flexible data rates, higher extended reach and heterogeneous services, fulfilling at the same time network equipment cost constraints. Coherent ultra-dense wavelength division multiplexing (UDWDM) PON appears as one of the solutions for next-generation OANs, combining coherent detection, advanced modulation formats and digital signal processing (DSP). This technology benefits the network with a virtual point-to-point (P2P) configuration, i.e. with dedicated UDWDM channels per end-user, supporting a longer signal reach and a larger number of users due to the improved sensitivity and selectivity provided by coherent detection. However, coherent PON with advanced modulation formats requires efficient DSP, with flexible working conditions towards different type of services, different data rates or modulation formats, which entails cost issues for its access commercialization. The main goal of the present work is to propose DSP hardware architectures for coherent UDWDM-PON technology, exploiting efficient and low complexity solutions. Therefore, the practical realization is addressed to develop digital PON transceivers based on advanced DSP for both optical line terminal (OLT) and optical network unit (ONU), combining experimental and field-trial validations with high capacity systems and real-time processing.

A procura por largura de banda nas redes de acesso ópticas (OANs) tem crescido significativamente, uma vez que serviços desde mobile backhaul até Internet fixa, exigem, cada vez mais, melhor desempenho e flexibilidade. Esta procura tem motivado a indústria de telecomunicações a procurar novas soluções de transmissão para redes ópticas passivas (PONs) da próxima geração, visando melhorar a eficiência espectral através do aumento do número de utilizadores na rede, taxas de dados flexíveis, maior alcance e serviços heterogéneos, mantendo o custo dos equipamentos da rede o mais baixo possível. Multiplexagem por divisão de comprimento de onda com espaçamentos ultra densos (UDWDM) tem surgido como uma das soluções para as redes de acesso da próxima geração, combinando detecção coerente, formatos de modulação avançados e processamento digital de sinal (DSP). Esta tecnologia beneficia a rede PON com uma ligação virtual ponto-a-ponto (P2P), ou seja com canais UDWDM dedicados por utilizador, suportando um maior alcance da rede e um maior número de utilizadores devido à melhor sensibilidade e seletividade proporcionada pela detecção coerente. No entanto, a solução coerente com formatos de modulação avançados requer uma DSP eficiente, com condições de operação flexíveis e com diferentes tipos de serviços, diferentes taxas de dados ou formatos de modulação, acarretando problemas de custo para a sua comercialização nas redes de acesso. O objetivo principal do presente trabalho ´e propor arquiteturas de hardware DSP para a tecnologia UDWDM-PON com detecção coerente, explorando soluções eficientes e de baixa complexidade. Nesse sentido, a realização prática compreende desenvolver transmissores e receptores digitais para a tecnologia UDWDM-PON baseados em algoritmos DSP para os equipamentos “optical line terminal” (OLT) e “optical network unit” (ONU), combinando validações experimentais e em campo real com sistemas de alta capacidade, e processamento digital de sinal em tempo real.