Kredit:Liuyan Chen
Med vår ökade användning av smartphones och behov av realtidsvideo förväntas framtida inomhusnätverk ge sömlös trådlös täckning samtidigt som de stöder högre anslutningstäthet och högre kapacitet med hög strömeffektivitet. Som ett resultat kommer traditionell radiobaserad trådlös kommunikation, med andra ord WiFi, att kämpa för att möta dessa krav. Ett sätt att lösa detta är att använda optiska trådlösa kommunikationsnätverk. För hennes Ph.D. forskning fokuserade Liuyan Chen på avancerad signalbehandling med högeffektiv digital signalbehandlingsteknik för att förbättra OWC-nätverkens kapacitet.
Optisk trådlös kommunikation (OWC) är ett lovande tillvägagångssätt som kan komplettera traditionella inomhusnätverk. Ett koncept med tvådimensionell (2D) infraröd (IR) strålstyrd OWC som använder smala infraröda strålar för informationsöverföring har föreslagits för högkapacitets inomhus OWC-system av Ton Koonen.
De smala strålarna på OWC kan styras i olika riktningar, och varje stråle betjänar bara en enskild användarenhet, såsom en bärbar dator eller smartphone. Således kan en person njuta av en dedikerad höghastighetsanslutning till Internet utan trängsel och integritetsproblem.
Samtidigt har den lågkomplexa, högeffektiva digitala signalbehandlingstekniken (DSP) gynnat OWC-system eftersom den förbättrar spektrumeffektiviteten och signalkvaliteten, samtidigt som den ökar systemkapaciteten på ett kostnadseffektivt sätt. I sin Ph.D. forskning fokuserade Liuyan Chen på avancerad signalbehandling med hjälp av DSP-tekniker för att ta hand om bearbetning av de trådlösa signalerna och förbereda dem för OWC-systemet vid höga anslutningstätheter och med Gigabit-per-sekund kapacitet, långt utöver vad som är radiobaserat (Wi- Fi) system kan uppnå.
Digital Nyquist-filtrering
I ett 2D IR-strålstyrt OWC-system som använder optiska AWGR-moduler krävs en större spatial upplösning för strålstyrning (tätare AWGR-rutnät) för att uppnå större trådlös rumslig täckning och högre trådlös anslutningstäthet. Detta kommer dock till priset av en försämrad OWC-kapacitet per stråle.
Chen föreslog att dra nytta av den digitala Nyquist-filtreringstekniken för att lösa detta problem. Genom att forma den sända signalen för snäv spektral beläggning med hög undertryckning utanför bandet, kan överhörningen mellan kanalerna som är ett resultat av den ofullkomliga AWGR-filtreringen reduceras, vilket möjliggör användning av ett tätare AWGR-nät. Dessutom kan en större kanalkapacitet uppnås med den förbättrade spektrumeffektiva signalen. Den föreslagna metoden har experimentellt demonstrerats över en 6-GHz bandbreddsbegränsad AWGR-baserad 1,1-m IR OWC-länk med 20-Gbit/s OWC-kapacitet med PAM-4-format.
Icke-heltalsöversampling
Som kostnaden för att eliminera avvägningen mellan OWC-kapacitet per stråle och strålestyrningsrumsupplösning, leder den digitala Nyquist-filtreringen till ytterligare komplexitet i hårdvaruimplementeringen. Den resulterande fördubblade samplingshastigheten kräver dyra dataomvandlare med högre hastighet.
För att komma till rätta med detta föreslog Chen användningen av en översampling utan heltal för att minska komplexiteten i hårdvaruimplementeringen och strömförbrukningen för detta system. Chen verifierade experimentellt tillvägagångssättet och undersökte effekten av icke-heltalsöversamplingen i den 12,5 GHz kanaldistanserade 6 GHz bandbreddsbegränsade AWGR-baserade 1,1 m IR OWC-länken med en kapacitet på 20 Gbit/s. Samplingshastigheten minimeras till en 1,1-faldig symbolhastighet med en 11-GS/s DAC-samplingshastighet. Jämfört med det 2-faldiga översamplingssystemet Nyquist PAM-4, är DAC-samplingsfrekvenskravet lättat med 55 %, med en kostnad på 2,3 dB effektstraff vid 7 % FEC-gränsen på 1×10 -3 .
Parallell arkitektur
DSP-tekniker med låg komplexitet har visat sig vara effektiva för lågkostnads OWC-system med hög kapacitet. I ett försök för praktiskt förverkligande implementerade Chen också realtids-DSP baserad på FPGA-plattformen.
Men den klassiska semi-parallella implementeringsarkitekturen introducerar allvarlig latens på grund av den massiva mellanliggande datacachningen, vilket hindrar latenskritiska applikationer. Därför föreslog Chen en djupt parallell arkitektur som inte kräver någon massiv mellanliggande datacache för att minska den totala DSP-introducerade latensen. En FPGA-baserad PAM-4-mottagare i realtid med djupt parallell fullt-pipeline DSP-implementering demonstreras experimentellt i en fiberlänk.
De föreslagna lösningarna från Chens forskning har stora löften för framtida högkapacitetsnät med hög kapacitet inomhus med hög trådlös anslutningstäthet. + Utforska vidare
