Control de Errores en Sistemas de Comunicaciones Digitales de Alta Velocidad

Abstract

En los últimos 10 años, la industria de las comunicaciones ópticas ha migrado hacia esquemas de receptores coherentes utilizando conversores de señal analógica a digital (ADC, del inglés Analog-to-Digital Converter) de alta velocidad. Esto ha permitido la incorporación de códigos correctores de errores con decodificación por decisiones blandas con el objetivo de extender el alcance y la eficiencia espectral de los enlaces disponibles. Los códigos correctores de errores con decodificación por decisiones blandas tales como los turbo códigos y los de chequeo de paridad de baja densidad (LDPC, del inglés Low Density Parity Check), y en especial estos últimos, se han expandido por las más diversas áreas y constituyen en la actualidad el estándar en varias normas, tales como 10GBase-T, DVB-S2, y Mobile WiMax (802.16e). Sin embargo, en comunicaciones ópticas generalmente se los trata como algo ajeno al sistema y por lo tanto en la mayoría de la bibliografía relacionada no se han tenido en cuenta todos los efectos residuales del canal a la entrada del decodificador para evaluar su desempeño. En cambio se utiliza como métrica solo la tasa de error umbral a partir de la cual el esquema de corrección de errores empieza a corregir. Por tal motivo en la presente Tesis se aborda el tema de códigos correctores de errores con decodificación por decisiones blandas aplicados a comunicaciones ópticas coherentes con un enfoque integral. En el presente trabajo se proponen diferentes técnicas para hacer lo más efectivas posibles las transmisiones empleando códigos correctores de errores de gran ganancia frente a problemas específicos de comunicaciones ópticas como son el ruido de fase del láser, las fluctuaciones de frecuencia del láser y las no linealidades de la fibra. Se trabaja también con constelaciones multinivel tales como 16-QAM que permiten obtener una buena eficiencia espectral. Con el fin de abarcar el mayor espacio de soluciones posible, se proponen cuatro esquemas diferentes pero complementarios teniendo en cuenta las condiciones expuestas previamente. Por un lado, se propone el empleo de modulación diferencial debido a su robustez frente a variaciones en la fase y se propone una técnica para disminuir su penalidad. Por otro lado, para esquemas no diferenciales se plantea un algoritmo de compensación de desplazamientos de fase, los cuales son un fenómeno catastrófico presente en los esquemas de estimación de fase utilizados en comunicaciones ópticas. Otra de las propuestas consiste en la utilización de constelaciones híbridas intercaladas temporalmente con el propósito de generar una referencia de fase absoluta que permita evitar el problema de los desplazamientos de fase. Por último, se propone un esquema conjunto de detección y decodificación iterativo que permite realizar la estimación del ruido de fase y las fluctuaciones de frecuencia de manera conjunta con la decodificación demostrando gran robustez. También se presenta en esta Tesis una posible arquitectura de implementación del esquema conjunto iterativo que permite reducir la complejidad del mismo, incorporando una novedosa clase de códigos LDPC denominados espacialmente acoplados. Debido a su estructura estos códigos permiten disminuir la latencia de decodificación y mantener la complejidad del decodificador acotada. Resultados de simulación demuestran la eficacia del sistema propuesto