Projeto de sistemas ópticos sem repetição baseado na otimização conjunta dos estágios de transmissão, amplificação e recepção
Júlia Aline Sousa Maciel
DISSERTAÇÃO
Português
T/UNICAMP M187p
[Design of unrepeatered optical systems based on joint optimization of transmission, amplification and reception stages]
Campinas, SP : [s.n.], 2024.
1 recurso online (83 p.) : il., digital, arquivo PDF.
Orientadores: Darli Augusto de Arruda Mello, Rafael Carvalho Figueiredo, Tiago Sutili
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação
Resumo: Os sistemas de comunicação óptica sem repetição proporcionam transmissão de alta capacidade com boa relação custo-benefício para enlaces de longas distâncias, nos quais a amplificação intermediária do sinal é inviável ou extremamente cara. Como exemplos desses cenários, podem-se mencionar...
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Resumo: Os sistemas de comunicação óptica sem repetição proporcionam transmissão de alta capacidade com boa relação custo-benefício para enlaces de longas distâncias, nos quais a amplificação intermediária do sinal é inviável ou extremamente cara. Como exemplos desses cenários, podem-se mencionar sistemas submarinos interconectando plataformas de petróleo, ou sistemas subfluviais de longa distância na região amazônica. Dessa forma, observa-se a constante busca por tecnologias e métodos de projetar tais sistemas objetivando um aumento no desempenho do sistema em termos de taxa de transmissão ou alcance. Dentre tais tecnologias, destacam-se a utilização de técnicas avançadas de amplificação, como o amplificador Raman distribuído e o amplificador remoto opticamente bombeado. Tais métodos de amplificação devem ser implementados no sistema de forma a otimizar o desempenho, respeitando as limitações de potência máxima do enlace, e encontrando a melhor relação de compromisso entre efeitos não lineares e o ruído aditivo de amplificação. Adicionalmente, a formatação probabilística vem ganhando espaço como uma técnica de modulação codificada que maximiza a taxa alcançável do canal, aproximando-a do limite de Shannon. Sendo assim, dada a importância de projetar os sistemas visando máximo desempenho, este trabalho explora a utilização de um algoritmo de otimização para determinar os parâmetros sistêmicos de transmissão, recepção e dos amplificadores ópticos do sistema sem repetição, em enlaces empregando a formatação probabilística. A métrica de desempenho considerada nas otimizações é maximizar a informação mútua. Dessa forma, após o projeto do sistema sem repetição por meio do algoritmo de rede neural (Neural Network Algorithm -- NNA), adotam-se diferentes distribuições de probabilidade para o sinal transmitido, a saber a distribuição de Maxwell-Boltzmann e Supergaussiana, em que seus parâmetros são também otimizados pelo NNA. A capacidade do sistema de transmissão é obtida por meio do algoritmo de Blahut-Arimoto, que considera uma distribuição de probabilidade ótima. Como resultado, observa-se que as distribuições de Maxwell-Boltzmann e Supergaussiana obtêm desempenho similar em termos de informação mútua, com um ganho de 0,1 bit/símbolo e 0,08 bit/símbolo, respectivamente, em relação à distribuição uniforme, considerando as duas polarizações do sinal óptico. O resultado do algoritmo de Blahut-Arimoto proporciona um ganho de aproximadamente 0,26 bit/símbolo para as duas polarizações
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Abstract: Unrepeatered optical communication systems provide cost-effective high-capacity long-distance transmission systems for which intermediate signal amplification is unfeasible or extremely expensive. As examples of these scenarios, we can mention submarine systems interconnecting oil...
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Abstract: Unrepeatered optical communication systems provide cost-effective high-capacity long-distance transmission systems for which intermediate signal amplification is unfeasible or extremely expensive. As examples of these scenarios, we can mention submarine systems interconnecting oil platforms or long-distance subfluvial systems in the Amazon region. Thus, there is a constant search for technologies and methods of designing such systems aiming to increase the performance or range of the system. Among such technologies, the use of advanced amplification techniques stands out, such as the distributed Raman amplifier and the optically pumped remote amplifier. Such amplification methods must be implemented in the system in order to optimize the performance, respecting the limitations of the maximum power of the link, to avoid non-linear effects, and the insertion of noise, to guarantee a minimum optical signal-to-noise ratio so that the received signal can be treated correctly. Additionally, probabilistic shaping has been gaining ground as a coded modulation technique that maximizes the channel's achievable rate, bringing it closer to the Shannon limit. Therefore, given the importance of designing systems for maximum performance, this work explores the use of an optimization algorithm to determine the systemic parameters of transmission, reception, and optical amplifiers of the unrepeatered system employing probabilistic shaping (PS). The figure of merit considered in the optimizations is the maximized mutual information. Thus, after designing the unrepeatered system using the neural network algorithm (NNA), different probability distributions are adopted for the transmitted signal, namely the Maxwell-Boltzmann and Supergaussian distributions, in that its parameters are also optimized by NNA. The capacity of the transmission system is obtained using the Blahut-Arimoto algorithm, which considers an optimal probability distribution. As a result, it is observed that the Maxwell-Boltzmann and SuperGaussian distributions obtain similar performance in terms of mutual information, with a gain of 0.1 bit/symbol and 0.08 bit/symbol, respectively, in relation to uniform distribution considering the two polarizations of the optical signal. The result of the Blahut-Arimoto algorithm also provides a gain of approximately 0.26 bit/symbol for both polarizations
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Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDF
Aberto
Mello, Darli Augusto de Arruda, 1976-
Orientador
Figueiredo, Rafael Carvalho, 1982-
Coorientador
Sutili, Tiago, 1988-
Coorientador
Cruz Júnior, José Hélio da, 1989-
Avaliador
Coelho, Leonardo Didier
Avaliador
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Júlia Aline Sousa Maciel
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