مدولاسیون کدگذاری برای شبکه های فیبر نوری
در این آموزش، ما طرح الحاقی مدولاسیون و تصحیح خطای روبجلو را برای ارتباطات فیبر-نوری مطالعه می‌کنیم. بدین مقصود ما از یک چارچوب طراحی تئوری-اطلاعات برای بررسی تکنیک های مدولاسیون کدگذاری (CM) برای کانال‌های فیبر نوری و کانال‌های نویز گاوسی سفید افزوده استاندارد استفاده می‌کنند. این راهنمای طراحی به ما کمک می‌کند تا یک بررسی فراگیر از طرح‌های CM در متون را ارائه دهد. سپس با فراخوانی پیشرفت‌های اخیر در مدل سازی کانال نوری برای لینک های مدیریتی غیر پاشیدگی ما دو طرح CM دو و چهار بعدی را مورد بحث قرار می‌دهیم. بعلاوه، ما قیدهای سخت افزاری و پیچیدگی محاسباتی الکترونیک طرح‌های CM را برای ارتباطات نوری به بحث می‌گذاریم. سرانجام ما به طرح‌های CM با قابلیت‌های تطبیق نرخ و شکل دهی سیگنال برای همراهی کردن طرح انتقال داده برای لینک های نوری با کیفیت‌های سیگنال متفاوت می‌پردازیم.
1. مقدمه
رشد بی اندازه در مطالبه برای نرخ‌های داده بالا در شبکه‌های نوری به‌کارگیری منبع‌های دردسترس در این رسانه را به طور کارامد تر تشویق می‌کند. بسیاری از کوشش‌ها به تعیین کیفیت حدهای اساسی کانال‌های فیبر-نوری اختصاص داده شده‌اند [1]-[3]. درواقع اثر غیرخطی وابسته به سیگنال شدیدتر در کانال‌های فیبر نوری در مقایسه با کانال‌های سیمی و بدون سیم، مدل سازی کانال و تحلیل ظرفیت این کانال‌های را پردردسر می‌سازد. پیشرفت اخیر در مدل سازی کانال [4]-[6] و تحلیل ظرفیت [3] کانال‌های فیبر نوری افق جدیدی را در طراحی طرح‌های انتقال داده درحال عمل با کارایی‌های طیفی بالاتر نسبت به سیستم های حاضر بازکرده‌اند. میدان شفافیت یعنی فاصله انتقال یک لینک فیبر نوری بدون هیچ تولیدکننده سیگنال الکتریکی آن لاین به دقت وابسته به کارایی طیفی مطلوب می‌باشد یعنی تعداد بیت‌های اطلاعاتی فرستاده شده در هر دوره قطبی سازی بر نماد و همچنین پیچیدگی پردازش سیگنال دیجیتال (DSP) (ترسیم شده در شکل 1(الف)). برای مثال هرچه فاصله شفافیت بزرگ‌تر باشد پیچیدگی DSP که بدست می‌آید بالاتر می‌باشد مشروط برآنکه کارایی طیفی مطلوب برای این فاصله شفافیت قابل دسترسی باشد. کدگذاری مشترک و طرح‌های مدولاسیون (چندسطحی)، مدولاسیون کدگذاری شده مشهور (CM) به عنوان ابزارهایی برای ارائه منفعت کدگذاری بالاتر برای افزایش میدان درحین نگهداری از پیچیدگی قابل قبول بررسی شده‌اند. تکنیک های CM [7] شناخته شده‌اند که نسبت به رویکردهای قراردادی با استفاده از مدولاسیون و تصحیح خطای روبجلوی مستقل (FEC) در ادراک نیاز به نسبت کمتر سیگنال به ویز (SNR) برای کارایی طیفی یکسان مافوق می‌باشند. در حقیقت طرح CM می‌تواند از چهار بعد دردسترس لینک فیبرنوری بهره ببرد یعنی دو قطبیدگی هریک شامل بعدهای در-فاز و تربیع با پیچیدگی بیشتر نسبت به طرح‌های قراردادی. در مجموع اطلاعات حالت کانال (CSI) می‌تواند در طراحی یک طرح CM مورد توجه قرار گیرد و به یک طرح CM کانال-آگاه قادر به وفق دادن به کیفیت‌های سیگنال متفاوت در شبکه‌های مش سوئیچ نوری با ساختار دینامیک یا ناهمگن می‌انجامند.
In this tutorial, we study the joint design of forward error correction (FEC) and modulation for fiber-optic communications. To this end, we use an information-theoretic design framework to investigate coded modulation (CM) techniques for standard additive white Gaussian noise (AWGN) channels and fiber-optic channels. This design guideline helps us provide a comprehensive overview of the CM schemes in the literature. Then, by invoking recent advances in optical channel modeling for nondispersion-managed links, we discuss two-dimensional (2-D) and four-dimensional (4-D) CM schemes. Moreover, we discuss the electronic computational complexity and hardware constraints of CM schemes for optical communications. Finally, we address CM schemes with signal shaping and rate-adaptation capabilities to accommodate the data transmission scheme to optical links with different signal qualities.
Introduction
The tremendous growth in the demand for high data rates in optical networks encourages exploiting the available resources in this medium more efficiently. Much effort has been devoted to quantifying fundamental limits of fiber-optic channels [1]–[3]. Indeed, the more severe signal-dependent nonlinear effect in fiber-optic channels, compared to wireline and wireless channels, makes the channel modeling and capacity analysis of these channels cumbersome. The recent progress in channel modeling [4]–[6] and capacity analysis [3] of fiber-optic channels have opened a new horizon in the design of data transmission schemes operating with higher spectral efficiencies than current systems. The transparent reach, i.e., the transmission distance of a fiber-optic link with no inline [Lotfollah Beygi, Erik Agrell, Joseph M. Kahn, and Magnus Karlsson]Image licensed by Ingram Publishing /JanMiks [Toward better tradeoff between signal processing complexity and optical transparent reach] Coded Modulation for Fiber-Optic Networks IEEE SIGNAL PROCESSING MAGAZINE [94] march 2014 electrical signal regenerators, is intimately related to the desired spectral efficiency, i.e., the number of information bits sent in each polarization per symbol period, as well as to the digital signal processing (DSP) complexity [depicted in Figure 1(a)]. For example, the larger the transparent reach is, the higher the DSP complexity gets, provided that the desired spectral efficiency is achievable for this transparent reach. Joint coding and (multilevel) modulation schemes, so-called CM, have been investigated as means to provide higher coding gain to increase reach while maintaining acceptable complexity. The CM techniques [7] are known to be superior to conventional approaches using independent FEC and modulation in the sense of requiring less signal-tonoise ratio (SNR) for the same spectral efficiency. In fact, a CM scheme can exploit the four available dimensions of a fiber-optic link, i.e., two polarizations each consisting of inphase and quadrature dimensions, with more flexibility than conventional schemes. In addition, the channel state information (CSI) can be taken into account in the design of a CM scheme, leading to a channel-aware CM scheme capable of adapting to different signal qualities in optically switched mesh networks with a dynamic or heterogeneous structure.
مقدمه
لینک های فیبر نوری
مدل کانال
پارامترهای کیفیت
تکنیک های CM
مدولاسیون کدگذاری چندسطحی (MLCM)
مدولاسیون کدگذاری بیت-میانی
مدولاسیون کدگذاری-ترلیس (TCM)
طرح CM با یک کد بلوک غیردوتایی
طرح‌های CM دوبعدی دربرابر چهاربعدی
نیاز سخت افزاری و پیچیدگی پردازش DSP
تحلیل عملکرد طرح‌های دوبعدی و چهاربعدی
مقایسه قید-طول-بلوک
مقایسه قید-پیچیدگی
شکل دهی سیگنال
طرح‌های CM نرخ-تطبیقی
خلاصه
Introduction
Fiber-Optic Links
Channel Model
Quality Parameters
CM Techniques
Multilevel Coded Modulation
Bit-Interleaved Coded Modulation
Trellis Coded Modulation
CM Scheme with a Nonbinary Block Code
Polar nonbinary CM Scheme
2-D versus 4-D CM schemes
Hardware requirement and DSP complexity
Performance analysis of 2-D and 4-D schemes
Block-length-constrained comparison
Complexity-constrained comparison
Signal Shaping
Rate-adaptive CM schemes
Summary
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه