Avec notre utilisation accrue des smartphones et le besoin de vidéo en temps réel, les futurs réseaux intérieurs devraient fournir une couverture sans fil transparente tout en prenant en charge une densité de connexion plus élevée et une capacité plus élevée avec une efficacité énergétique élevée. En conséquence, la communication sans fil traditionnelle basée sur la radio, en d'autres termes le WiFi, aura du mal à répondre à ces exigences. Une façon de résoudre ce problème consiste à utiliser des réseaux de communication optiques sans fil. Pour son doctorat. recherche, Liuyan Chen s'est concentré sur le traitement avancé du signal en utilisant des techniques de traitement du signal numérique à haut rendement pour améliorer les capacités des réseaux OWC.

La communication optique sans fil (OWC) est une approche prometteuse qui peut compléter les réseaux intérieurs traditionnels. Un concept d'OWC bidimensionnel (2D) infrarouge (IR) dirigé par faisceau qui utilise des faisceaux infrarouges étroits pour la transmission d'informations a été proposé pour les systèmes OWC intérieurs à haute capacité par Ton Koonen.

Les faisceaux étroits d'OWC peuvent être orientés dans différentes directions, et chaque faisceau ne dessert qu'un seul appareil utilisateur, tel qu'un ordinateur portable ou un smartphone. Ainsi, une personne peut profiter d'une connexion dédiée à haut débit à Internet sans problèmes de congestion et de confidentialité.

Pendant ce temps, la technique de traitement du signal numérique (DSP) à faible complexité et à haut rendement a profité aux systèmes OWC car elle améliore l'efficacité du spectre et la qualité du signal, tout en augmentant la capacité du système de manière rentable. Dans son doctorat. recherche, Liuyan Chen s'est concentré sur le traitement avancé du signal à l'aide de techniques DSP pour prendre en charge le traitement des signaux sans fil et les préparer pour le système OWC à des densités de connexion élevées et à une capacité Gigabit par seconde, bien au-delà de ce qui est actuellement basé sur la radio (Wi- Fi) que les systèmes peuvent atteindre.

Filtrage Nyquist numérique

Dans un système OWC dirigé par faisceau IR 2D utilisant des modules AWGR optiques, une résolution spatiale de direction de faisceau plus grande (grille AWGR plus dense) est nécessaire pour obtenir une plus grande couverture spatiale sans fil et des densités de connexion sans fil plus élevées. Cependant, cela se fait au prix d'une capacité OWC compromise par faisceau.

Chen a proposé de tirer parti de la technique de filtrage numérique de Nyquist pour résoudre ce problème. En façonnant le signal transmis pour une occupation spectrale étroite avec une suppression hors bande élevée, la diaphonie intercanal résultant du filtrage AWGR imparfait peut être réduite, ce qui permet d'utiliser une grille AWGR plus dense. En outre, une plus grande capacité de canal peut être atteinte avec le signal à efficacité spectrale améliorée. La méthode proposée a été démontrée expérimentalement sur une liaison OWC IR de 1,1 m basée sur un AWGR à bande passante limitée à 6 GHz avec une capacité OWC de 20 Gbit/s utilisant le format PAM-4.

Suréchantillonnage non entier

En tant que coût de l'élimination du compromis entre la capacité OWC par faisceau et la résolution spatiale d'orientation du faisceau, le filtrage numérique de Nyquist entraîne une complexité de mise en œuvre matérielle supplémentaire. Le taux d'échantillonnage doublé qui en résulte nécessite des convertisseurs de données coûteux et plus rapides.

Pour résoudre ce problème, Chen a proposé l'utilisation d'une approche de suréchantillonnage non entier pour réduire la complexité de la mise en œuvre matérielle et la consommation d'énergie de ce système. Chen a vérifié expérimentalement l'approche et a étudié l'impact du suréchantillonnage non entier dans la liaison OWC IR de 1,1 m basée sur un AWGR à espacement de canaux de 12,5 GHz et à bande passante limitée à 6 GHz avec une capacité de 20 Gbit/s. Le taux d'échantillonnage est réduit à un taux de symboles de 1,1 fois avec un taux d'échantillonnage DAC de 11 GS/s. Par rapport au système Nyquist PAM-4 à suréchantillonnage double, l'exigence de fréquence d'échantillonnage du DAC est assouplie de 55 %, avec un coût d'une pénalité de puissance de 2,3 dB à la limite FEC de 7 % de 1 × 10 ^-3 .

Architecture parallèle

Les techniques DSP à faible complexité se sont avérées efficaces pour les systèmes OWC à haute capacité et à faible coût. Dans un effort de réalisation pratique, Chen a également implémenté le DSP en temps réel basé sur la plate-forme FPGA.

Mais l'architecture d'implémentation semi-parallèle classique introduit une latence sévère en raison de la mise en cache massive des données intermédiaires, ce qui entrave les applications critiques en termes de latence. Par conséquent, Chen a proposé une architecture profondément parallèle qui ne nécessite aucune mise en cache massive de données intermédiaires pour réduire la latence totale introduite par le DSP. Un récepteur PAM-4 en temps réel basé sur FPGA avec une implémentation DSP entièrement parallèle en pipeline est démontré expérimentalement dans une liaison fibre.

Les solutions proposées par les recherches de Chen sont très prometteuses pour les futurs réseaux intérieurs à haute capacité et haute densité de connexion sans fil. + Explorer plus loin

Démonstration d'une transmission par fibre optique à moment cinétique orbital de 1 Pbps