Thèse Année : 2024

Efficient adaptive equalization for PMD mitigation in next-generation optical access networks

Égalisation adaptative efficace pour l'atténuation des PMD dans les réseaux d'accès optique de nouvelle génération

Résumé

As the world transitions fully into the fourth industrial revolution, the demand for connectivity will continue to increase. For optical networks this increase in demand will originate mostly from the optical access network (OAN) which must accommodate these demands in a flexible and cost-effective way. Passive optical networks (PONs) are currently the most deployed OAN because of their cost-effectiveness thanks to the passive splitting architecture and use of intensity modulation and direct detection (IM-DD) technology that requires relatively cheap optics. Several evolutions of the IM-DD PON have been standardized to meet single channel capacity requirements of up to 10 Gigabits/second (Gbps or G)-, 25G-, and recently 50G-PON. However, this increase in capacity comes with a tradeoff, sacrificing cost, such that coherent detection (CohD), a costly DSP-enabled core-network technology, is being considered for PON (CPON). Scaling up IM-DD PON to support single channel capacities of 100G and beyond brings it closer in cost to CohD, motivating the counter strategy of scaling down the cost of a potential CPON that will easily permit 100G and beyond. However, considering the asymmetric architecture of PON which requires burst-mode operation, the DSP operations in CPON must also be burst-mode compatible. This translates to a strict requirement on the latency. Considering also that the polarization mode dispersion (PMD) impairment, in the OAN, can be high and that it impacts the DSP equalization, careful analysis of the convergence properties of equalization DSP is necessary. In this thesis, we address the issue of latency focusing on adaptive equalization. Firstly, we propose an adaptive equalizer that can overcome the limitations induced by the potentially wide-range PMD environment of the OAN. Secondly, we enhance the proposed equalizer to self-reconfigure depending on the PMD level. Finally, in the context of overall DSP complexity reduction, we investigate the potential of the proposed algorithm to mitigate chromatic dispersion (CD) thereby reducing the requirement on a separate CD equalization DSP block.
Alors que le monde entre dans la quatrième révolution industrielle, la demande de connectivité va continuer à augmenter. Pour les réseaux optiques, cette augmentation de la demande proviendra principalement du réseau d'accès optique (OAN) qui doit répondre à ces exigences de manière flexible et rentable. Les réseaux optiques passifs (PON) sont actuellement les OAN les plus largement déployés en raison de leur rentabilité grâce à une architecture de séparation passive et à l'utilisation de la technologie de détection directe à modulation d'intensité (IM-DD) qui nécessite une optique relativement peu coûteuse. Plusieurs évolutions du PON IM-DD ont été standardisées pour répondre aux exigences de capacité monocanal jusqu'à 10 Gigabits/seconde (Gbps ou G), 25G et récemment 50G-PON. Cependant, cette augmentation de capacité s'accompagne d'un compromis, sacrifiant le coût, de sorte que la détection cohérente (CohD), une technologie de réseau central DSP coûteuse, est envisagée pour le PON (CPON). L'extension du PON IM-DD pour prendre en charge des capacités monocanal de 100G et au-delà le rapproche en termes de coût du CohD, motivant la contre-stratégie de réduction du coût d'un CPON potentiel qui permettra facilement 100G et au-delà. Cependant, compte tenu de l'architecture PON asymétrique qui nécessite un fonctionnement en mode rafale, les opérations DSP dans le CPON doivent également être conscientes du mode rafale. Cela se traduit par une exigence stricte en matière de latence. Considérant également que la dégradation de la dispersion du mode de polarisation (PMD), dans l'OAN, peut être élevée et avoir un impact sur l'égalisation DSP, une analyse minutieuse des propriétés de convergence de l'égalisation DSP est nécessaire. Dans cette thèse, nous abordons le problème de la latence en nous concentrant sur l'égalisation adaptative. Tout d'abord, nous proposons un égaliseur adaptatif capable de surmonter les limitations induites par l'environnement PMD potentiellement à large portée de l'OAN. Ensuite, nous améliorons l'égaliseur proposé pour qu'il s'auto-reconfigure en fonction du niveau PMD. Enfin, dans le cadre de la réduction globale de la complexité du DSP, nous étudions le potentiel de l'algorithme proposé pour atténuer la dispersion chromatique (CD), réduisant ainsi le besoin d'un bloc DSP d'égalisation CD séparé.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04914176 , version 1 (27-01-2025)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04914176 , version 1

Citer

Peter Nwakamma. Efficient adaptive equalization for PMD mitigation in next-generation optical access networks. Optics / Photonic. Institut Polytechnique de Paris, 2024. English. ⟨NNT : 2024IPPAT042⟩. ⟨tel-04914176⟩
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