Evaluación de la modulación Zero Pading-OFDM en sistemas de comunicaciones ópticas con detección directa

Abstract

[ES] OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing) se ha convertido en la técnica de modulación más extendida en el ámbito de las comunicaciones digitales inalámbricas y también cableadas debido a su potencialidad en combatir la interferencia entre símbolos transmitidos debida a canales dispersivos. El uso de OFDM en comunicaciones ópticas parece una evolución natural como respuesta al incremento de la demanda de prestaciones. El esquema OFDM clásico se basa en la adición de un prefijo cíclico (Cyclic Prefix OFDM) en cada símbolo codificado; con esto se fuerza a una circularidad en la convolución de la señal con la respuesta del canal discreto equivalente lo que permite equiparar la operación de filtrado con la multiplicación de las Transformadas Discretas de Fourier (DFT) correspondientes. Haciendo uso del algoritmo rápido de la DFT (Fast Fourier Transform, FFT), el esquema del receptor del sistema se caracteriza por una muy baja complejidad computacional. Este esquema se ha demostrado ineficaz en canales selectivos en frecuencia por lo que se ha propuesto la utilización de un esquema alternativo basado en la inclusión de ceros como guarda entre símbolos transmitidos (Zero Pading OFDM) que mejora las prestaciones de OFDM en este tipo de escenarios a costa de aumentar la complejidad del receptor. En este trabajo se pretende evaluar el comportamiento de ambos esquemas OFDM en el ámbito de las comunicaciones ópticas; además se estudiará una propuesta de los mismos autores de un esquema de recepción subóptimo ZP-OFDM pero de complejidad reducida. Para ello se simulan varias configuraciones de sistemas comunicación, basados en OFDM con modulación de intensidad y detección directa (IM-DD-OFDM), aplicadas a escenarios selectivos en frecuencia en enlaces ópticos para identificar las limitaciones y determinar los parámetros críticos en la configuración de los esquemas de modulación bajo estudio

[EN] Use of OFDM in optical communications appears natural evolution in response to increasing demand for services provided. The classical OFDM scheme is based on the addition of a cyclic prefix (Cyclic Prefix OFDM) in each encoded symbol, which forces circularity in the convolution of the signal with the channel response equivalent discrete allowing operation equate filtering with the multiplication of Discrete Fourier Transform (DFT) values. Making use of fast DFT algorithm (Fast Fourier Transform, FFT), the system receiver scheme is characterized by very low computational complexity. This scheme has proven ineffective in frequency selective channels by what has been proposed to use an alternative scheme based on inclusion of zeros between transmitted symbols as guard (Zero Pading-OFDM). That improves the performance of OFDM in these types of scenario at the expense of increasing the receiver complexity. This paper evaluates the performance of OFDM schemes both in the field of optical communications, plus a proposal will be studied by the same authors of a suboptimal scheme ZP-OFDM reception but with reduced complexity. This will simulate various configurations of communication systems based on OFDM with intensity modulation and direct detection (IM-DD-OFDM), developed in the commercial simulator optical communications systems VPITransmissionMaker, applied to scenarios in frequency selective optical links and identifying constraints on the critical parameters determining the configuration of modulation schemes under study. The simulation results are shown in the form of curves of bit error rate reception for each of the schemes in different scenarios. It is appreciated that the performance graphs of ZP-OFDM is at least equal to CP-OFDM, exceeding in some cases. Furthermore, it has been seen how the scheme less complex suboptimal Fast-ZP-OFDM has a variable performance depending on channel conditions and its use should be limited to well-defined situations