Desarrollo de Interpoladores/Diezmadores fraccionales paralelizados para sistemas de comunicaciones por fibras ópticas

Abstract

[ES] En los próximos años se prevé un incremento del tráfico en los sistemas de comunicaciones debido a la aparición de aplicaciones que requieren un elevado ancho de banda, tales como todas aquellas que se ejecutarán sobre tecnología 5G, transmisión por video de alta definición, realidad virtual etc. Durante la última década se han estado aplicando técnicas de procesado digital de señal a sistemas de comunicaciones ópticos. Al resultado de la aplicación de estas técnicas lo llamaremos sistemas de comunicaciones mixtos ya que combinan sistemas eléctricos con sistemas ópticos. De esta forma se ha conseguido explotar la capacidad de la fibra óptica e incrementar la velocidad de transmisión hasta valores de varios Gbits/s. Además, las técnicas de procesado digital de señal han demostrado ser útiles para reducir las desviaciones que se originan en la transmisión por fibra óptica, como las debidas a la dispersión cromática, dispersión del modo de polarización, ruido de fase láser o las no-linealidades en la fibra. Por otro lado, el uso de dispositivos programables (FPGA) para la implementación del procesado digital dota de gran flexibilidad a los sistemas desarrollados, posibilitando la selección de diferentes anchos de banda o el uso de distintos protocolos de transmisión. El principal problema con el que nos encontramos a la hora de aplicar técnicas de procesado digital de señal a estos sistemas de comunicaciones mixtos radica en la elevada velocidad de transmisión que deben alcanzar estos circuitos. Mientras que la transmisión por la fibra óptica se realiza con valores cercanos a la decena de GHz, los dispositivos FPGA poseen recursos que trabajan en torno a 500MHz. Este hecho nos obliga a tener que utilizar técnicas de paralelización avanzadas, a través de las cuales conseguimos alcanzar velocidades de transmisión muy elevadas. El presente trabajo fin de máster se centra en la implementación de filtros interpoladores/diezmadores fraccionales de muy elevada velocidad, adecuados para trabajar en sistemas de comunicaciones mixtos.

[EN] It is expected a significant growth in the traffic of communications in the next years as a result of the development of applications which require wide bandwidth, such as 5G technology, high definition video, virtual reality etc. Within the last decade, digital signal processing techniques have been used over optic communication systems. We call this mixed communication systems because they combined the use of electronic and optic systems. These are able to achieve higher transmitter throughput, up to some Gbits/s. Furthermore, these techniques are also useful to reduce the impairments of the fiber optic transmission, such as those due to chromatic dispersion, polarization mode dispersion, laser phase noise or no-linearity in the fiber. On the other hand, the implementation over Field Programmable Gate Arrays enhances the flexibility of the system, which will be able to select different bandwidth or various transmission protocols. The main drawback that we find when we are trying to apply digital signal processing to these mixed communication systems is the high throughput that is required. Meanwhile fiber optic transmission systems are able to operate at a level to tens of Gbits/s, FPGA resources work at 500 MHz. In order to overcome this, we have to apply advanced parallelization techniques, thanks to them, we are able to achieve higher throughput.