MIMO-DSP per sistemes de comunicació òptica

[ANGLÈS] Optical communications have been rapidly evolved over the last decades. This is the reason why new methods have had to be found in order to increase the capacity of the fiber. In this thesis work mainly from Spatial Division Multiplexing (SDM) technique is going to be shown, since it has taken a huge step in terms of capacity on the fiber during these past few years. This technique allows to send different signals over the same fiber taking advantage of the spatial dimension of this fiber, being able to send different orthogonal signals at the same time. SDM is generally applied over Few-Mode Fiber (FMF) or Multi-Core Fiber (MCF). Due to the strong coupling that this technique presents, the digital signal processing is more complicated than usual since the equalizer is based on the Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) technique that helps reverting, in the receiver, the coupling suffered during transmission. This Digital Signal Processing (DSP) has been evolving with the pass of the time, starting in the Time-Domain (TD) for, now, work in the Frequency Domain (FD); thus achieving, during the development of this thesis, a high degree of maturity and reliability in the results. The critical steps will be, from one side, the equalizer, capable to work with different algorithms at the same time (LMS, MMA i CMA); and from the other side, the phase recovery, where a new method based on the Maximum Likelihood algorithm is presented. Finally, different results are going to be presented which will clearly demonstrate that the SDM technique still has a bright future to explore. Thus, new records in the spectral efficiency field (32 bit/s/Hz), overcoming for the first time the Single-Mode Fiber (SMF) limit described by Shannon (20 bit/s/Hz); and the maximum transmitted distance (1.500 km) using 1 transmission channel are presented to demonstrate, once again, what this promising technique can offer.[CASTELLÀ] Las comunicacions ópticas han avanzado rápidamente durante las últimas décadas. Es por eso que se han tenido que encontrar nuevos caminos para incrementar la capacidad de la fibra. En esta tesis se trabajará sobretodo a partir de la técnica SDM, que en los últimos años ha hecho un gran salto en lo referente a la capacidad sobre la fibra. Esta técnica permite enviar diferentes señales sobre una misma fibra aprovechando su dimensión espacial, pudiendo enviar diferentes señales ortogonales al mismo tiempo. SDM implica hacer uso de FMF o MCF. Debido al fuerte acoplamiento que presenta esta técnica de transmisión, el sistema de procesado del señal resulta más complejo ya que se ha de trabajar con un ecualizador basado en técnicas de MIMO con el fin de poder revertir, en recepción, el acoplamiento sufrido durante la transmisión del señal. Este DSP ha ido sufriendo diferentes cambios con el paso del tiempo, empezando en el dominio temporal (TD) para acabar trabajando en el dominio frecuencial (FD); obteniendo así, durante el desarrollo de esta tesis, un alto grado de madurez y fiabilidad en los resultados. Los pasos críticos serán, por un lado, el ecualizador, actualmente capaz de trabajar con diferentes algoritmos al mismo tiempo (LMS, MMA i CMA); y, por el otro, la recuperación de la fase, donde un nuevo método basado en el algoritmo de Máxima Verosimilitud será presentado. Finalmente, distintos resultados serán presentados donde se deja constancia que la técnica SDM tiene aún un billante futuro por explorar. Así pues, récords como el de densidad espectral (32 bit/s/Hz), superando por primera vez el límite en SMF establecido por Shannon (20 bit/s/Hz); y el de máxima distancia transmitida (1.500 km) utilizando 1 canal de transmisión son presentados para demostrar, una vez más, lo que puede ofrecer esta prometedora técnica.[CATALÀ] Les comunicacions òptiques han avançat molt ràpidament durant les darreres dècades. És per això que s’han hagut de trobar nous camins per incrementar la capacitat de la fibra. En aquesta tesi es treballarà sobretot a partir de la tècnica SDM, que en els darrers anys ha fet un salt molt important pel que fa a capacitat sobre la fibra. Aquesta tècnica permet enviar diferents senyals sobre una mateixa fibra aprofitant la dimensió espacial d’aquestes, podent enviar diferents senyals ortogonals al mateix temps. SDM implica fer ús de FMF o MCF. Degut al fort acoblament que presenta aquesta tècnica de transmissió, el sistema de processament del senyal resulta més complex ja que s’ha de treballar amb un equalitzador basat en tècniques de MIMO a fi de poder revertir, en recepció, l’acoblament sofert durant la transmissió del senyal. Aquest DSP ha anat sofrint diferents canvis amb el pas del temps, començant en el domini temporal (TD) per acabar treballant en el domini freqüencial (FD); assolint així, durant el desenvolupament d’aquesta tesi, un grau alt de maduresa i fiabilitat en els resultats. Els pasos crítics seran, per una banda, l’equalitzador, actualment capaç de treballar amb diferents algorismes al mateix temps (LMS, MMA i CMA); i per l’altra, la recuperació de la fase, on un nou mètode basat en l’algorisme de Màxima Versemblança serà presentat. Finalment, diferents resultats seran presentats on es deixa patent que la tècnica SDM té encara un futur brillant per explorar. Així doncs, rècords com el de densitat espectral (32 bit/s/Hz), superant per primer cop el límit en SMF descrit per Shannon (20 bit/s/Hz); i el de màxima distància transmessa (1.500 km) emprant 1 canal de transmissió són presentats per demostrar, un cop més, el que pot oferir aquesta prometedora tècnica