Contribution à l’optimisation des systèmes DDO-OFDM pour les fibres optiques à longue distance

Abstract

Direct Detection Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing (DDO-OFDM) provides a low-cost, effective solution for high-speed broadband optical transmissions. Thus we have the advantage of combating inter-symbol interference (ISI) and inter-carrier interference (ICI), caused by the chromatic dispersion of the SSMF (Standard Single Mode Fiber) by adding a cyclic prefix (CP: Cyclic Prefix) at the beginning of each OFDM symbol. However, the duration of the CP is proportional to the length of the SSMF fiber, which increases the energy wasted in the CP samples and therefore reduces the energy efficiency of the system. For this purpose, this thesis aims to reduce the size of the CP for a long-distance DDO-OFDM system by using a channel shortening equalizer (CSE) in order to shorten the size of the channel-CSE couple and combat the effect of residual ISIs and ICIs. Two main contributions are proposed. In the first, a new design of a less complex blind adaptive CSE performed in two steps: a cost function of the MERO (Multicarrier Equalization by Restoration of Orthogonality) algorithm, named LMERO (Low Complex MERO), has been modified to reduce the computation complexity to a rate of 25%, followed by a method of exploiting the symmetry property to further reduce the complexity of implementing the LMERO algorithm to 50%. In the second contribution, we proposed a new blind adaptive algorithm called Sum-Squared Correlation Minimization (SSCM) based on the minimization of the sum-square of the correlation function, in order to improve the performance of the 5.17Db system compared to the non-use of the CSE in the case of a short CP (0.39% of the OFDM symbol). The DDO-OFDM system has been implemented under the OptiSystem software using long-distance SSMF fiber with high bit rate. The results obtained show the performance thet these proposed algorithms can present in terms of reduction of computational complexity, low bit error rate (BER: Bit Error Rate) and power penalty as a function of the optical signal-to-noise ratio (OSNR: Optical Signal Noise Ratio).يوفر الإرسال المتعدد لقسم التردد المتعامد البصري للكشف المباشر (DDO-OFDM) حلًt منخفض التكلفة وفعال للإرسال البصري عريض النطاق عالي السرعة وبالتالي لدينا ميزة مكافحة التداخل بين الرموز (ISI) والتداخل بين الموجات الحاملة (ICI) ، الناجم عن التشتت اللوني ل SSMF (الألياف أحادية الوضع المعيارية) عن طريق إضافة بادئة دورية (CP : Cyclic Prefix) في بداية كل رمز OFDM. ومع ذلك، فإن مدة CP تتناسب مع طول الألياف SSMF، مما يزيد من الطاقة الضائعة في عينات CP وبالتالي يقلل من كفاءة استخدام الطاقة للنظام. لهذا الغرض، تهدف هذه الرسالة إلى تقليل حجم CP في نظام DDO-OFDM لمسافات طويلة باستخدام معادل تقصير القناة (CSE) من أجل تقصير حجم الزوجين في قناة CSE ومكافحة تأثير الباقي ISIs وICIs. تم اقتراح مساهمتين رئيسيتين. في أول الأمر، تم تعديل تصميم جديد لخلية CSE تكيفية أعمى أقل تعقيدًا في خطوتين: دالة تكلفة لخوارزمية MERO (معادلة متعددة الحركات من خلال استعادة التعامدية)، والتي سميت LMERO (منخفضة التعقيد MERO)، تم تعديلها لتقليل الحساب التعقيد إلى معدل 25 ٪، تليها طريقة لاستغلال خاصية التناظر لزيادة تقليل تعقيد تنفيذ خوارزمية LMERO إلى 50 ٪. في المساهمة الثانية، اقترحنا خوارزمية تكيفية أعمى جديدة تدعى Sum-Squared Correlation Minimization (SSCM) على أساس التقليل إلى الحد الأدنى من مربع مجموع وظيفة الارتباط، من أجل تحسين أداء نظام بب مقارنةً بعدم استخدام CSE في حالة CP قصير (0.39٪ من رمز OFDM). تم تنفيذ نظام DDO-OFDM في إطار برنامج OptiSystem باستخدام ألياف SSMF بعيدة المدى ذات معدل بت مرتفع. أظهرت النتائج التي تم الحصول عليها درجة الأداء التي يمكن أن تقدمها الخوارزميات المقترحة من حيث الحد من التعقيد الحسابي ، ومعدل الخطأ المنخفض في البتات (BER) وعقوبة القدرة كدالة لنسبة الإشارة الضوئية إلى الضوضاء (OSNR