Ecualización Óptima en Canales No-Lineales Altamente Dispersivos para Aplicación en Sistemas de Comunicación de Alta Velocidad

Abstract

La demanda de velocidad viene creciendo rápidamente en las últimas décadas, y esta tendencia no parece que vaya a detenerse. Esto requiere entonces del uso de algoritmos cada vez más sofisticados para optimizar al máximo la performance de los sistemas de comunicación. Para las próximas décadas el desafío será alcanzar la performance óptima minimizando la complejidad de implementación. Conjugar estos dos aspectos es clave para poder dar respuesta a las crecientes demandas del mercado en un mediano y largo plazo. Desde el punto de vista del desempeño, los receptores que emplean el detector de secuencia de máxima verosimilitud (maximum likelihood sequence detector - MLSD) representan la solución de desempeño óptimo1 en cualquier sistema de comunicación. Por este motivo, han sido extensamente estudiados y hay disponibles numerosos esquemas de recepción por MLSD en canales lineales y no-lineales. El inconveniente con los receptores MLSD es que la complejidad crece exponencialmente con la memoria de la interferencia intersímbolo (intersymbol interference - ISI) introducida por el canal. Esto hace que su implementación práctica en receptores comerciales sea imposible en canales altamente dispersivos. Esta situación deja esencialmente dos alternativas: i) Usar esquemas de ecualización sub-óptimos más simples. ii) Usar receptores MLSD asistidos por esquemas de reducción de complejidad que no afecten significativamente la performance de éste. Ambas alternativas han sido adoptadas con éxito en muchas aplicaciones, principalmente en canales con distorsión lineal. Sin embargo, en el caso de canales no-lineales se ha visto que el uso de esquemas sub-óptimos puede presentar pérdidas de desempeño muy grandes en comparación al óptimo (i.e., el receptor MLSD). Además, las técnicas existentes para reducción de complejidad del MLSD no presentan grandes beneficios en canales no-lineales altamente dispersivos. Esta Tesis propone un nuevo receptor MLSD para canales no-lineales. Este MLSD muestra una suave y lenta degradación de desempeño a medida que se reduce su complejidad de implementación. Esto permite entonces, mejorar el desempeño alcanzable con tecnologías disponibles actualmente. Como un ejemplo de aplicación, se presentan resultados en enlaces de fibra óptica de larga distancia con modulación de intensidad y detección directa (intensity modulation and direct detection - IM/DD) sin compensación óptica de dispersión. Estos enlaces de alta velocidad se caracterizan por presentar una respuesta no-lineal con memoria de varios símbolos. Estas características convierten a los enlaces IM/DD de fibra óptica en un escenario desafiante para el diseño de receptores óptimos, por lo cual resulta en una aplicación de interés para esta Tesis, aún cuando el MLSD propuesto es general y puede aplicarse a todo tipo de canales no-lineales factibles de ser modelados por series de Volterra (e.g., canal magnético, enlaces satelitales, etc.).