Study of digital compensation techniques for 50G-PON optical access networks
Etude des techniques de compensation numérique pour les réseaux d'accès optique 50G-PON
Résumé
Over the next years, the required bit rates for access networks are immense due to the massive increase of connected devices and bandwidth-hungry applications. Passive Optical Networks (PON) are the conventional choice for access works because they ally low cost and have high transmission rate capacity. As industry researchers participating in standardization committees ITU-T and IEEE target increasing the single channel capacity from 10 Gbit/s to 25Gbit/s, 50Gbit/s, and even100 Gbit/s, this thesis focuses on digital compensation techniques for the 50G-PON since the optical channel is critically impaired by chromatic dispersion, chirp, bandwidth limitation, and attenuation. The work was organized as follows: • We used two models that approximate the real conditions of a PON based on Intensity Modulation and Direct Detection (IM/DD), a small-signal model constructed in MATLAB© and a large signal model via VPI Transmission Maker™. • We perform Intersymbol Interference (ISI) compensation through Minimum Mean Square Error (MMSE) based equalization and Maximum Likelihood Sequence Detection (MLSE). Also, closed-form equations were used to predict the performance of the equalizers. • Finally, we realized experimental transmissions in Orange’s 50Gbit/s laboratory followed by offline processing. The experimental measurements were compared to the simulated IM/DD model, and the three DSP-based receivers were evaluated in practice.
Au cours des prochaines années, les débits requis pour les réseaux d'accès seront immenses en raison de l'augmentation massive des appareils connectés et du nombre d’applications gourmandes en bande passante. Les réseaux optiques passifs (PON) sont le choix classique pour les réseaux d'accès car ils allient un faible coût et une capacité de débit de transmission élevée. Les chercheurs de l’industrie travaillent au sein des groupes de normalisation ITU-T et IEEE à augmenter la capacité d’un canal optique de 10 Gbit/s vers 25Gbit/s, 50 Gbit/s et même 100 Gbit/s. Cette thèse se concentre sur les techniques de compensation numérique pour le 50G-PON parce que c’est l’évolution qui devrait être déployée en premier sur le terrain et que le canal optique est gravement impacté par la dispersion chromatique, le chirp, la limitation de la bande passante et l'atténuation. Le travail a été organisé comme suit : • Nous avons étudié la compensation des interférences intersymbole (ISI) via l'égalisation linéaire, l’égalisation à retour de décision (LE et DFE respectivement) basées sur le critère d'erreur quadratique moyenne minimale (MMSE), et montré comment prédire les performances de l’égaliseur au moyen d’équations simples, sur la base d’un modèle du canal. Ensuite, l’utilisation d’un récepteur optimal au sens du maximum de vraisemblance (MLSE). • Enfin, nous avons réalisé des transmissions expérimentales dans le laboratoire 50Gbit/s d'Orange ensuite le traitement numérique des signaux obtenus. Les mesures expérimentales ont conforté le modèle IM/DD simulé, et les trois récepteurs basés sur le DSP ont été évalués en conditions réelles.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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