Método de codificación/decodificación de la amplitud de la señal mediante plegado y etiquetas de información auxiliares.

Método de codificación/decodificación de la amplitud de la señal mediante plegado y etiquetas de información auxiliares.

La presente invención se refiere a la codificación y decodificación de una señal de datos. A partir de una señal multinivel con información y haciendo uso de la simetría y plegado en límites determinados por las características físicas de los dispositivos se obtiene la señal codificada. La técnica consiste en indicar los límites de la amplitud de la señal que servirán de ejes de simetría sobre los cuales se plegará la señal tantas veces como sea necesario hasta obtener una señal cuya amplitud se encuentren dentro de los límites definidos. Se añadirán etiquetas de información auxiliar a la señal transmitida para indicar el número de pliegues en cada muestra de la señal. Esta información será detectada y utilizada por el decodificador en el receptor para recuperar correctamente la información de la señal.

Método de codificación/decodificación de la amplitud de la señal mediante plegado y etiquetas de información auxiliares.

Objeto de la invención La presente invención se refiere a la codificación/decodificación de la amplitud de la señal de datos, generada con frecuencias de radio o digitalmente, haciendo uso de la simetría y plegado en ejes o límites determinados por las características físicas del modulador óptico. La técnica consiste en indicar los límites superior e inferior de la amplitud de la señal en la que las características de los moduladores y amplificadores son suficientemente lineales que servirán de ejes de simetría sobre los cuales se plegará la señal tantas veces como sea necesario hasta obtener una señal cuyos valores se encuentren dentro de los límites definidos. Juntamente con la señal resultante se añadirán etiquetas de información auxiliar para indicar el número de veces que se haya plegado la señal que será utilizada para su correcta recepción.

Antecedentes de la invención La transmisión de señales multinivel y de múltiples portadoras incluye ventajas como el aumento de la cantidad de información transmitida. En particular, la modulación en múltiples portadores de RF ofrece ventajas como una mayor tolerancia a la dispersión y el desvanecimiento multi-trayecto de las señales. Además simplifica la ecualización en el dominio de la frecuencia y seleccionar selectivamente las portadoras a utilizar, así como los bits a transmitir en cada una ella, permitiendo una mayor granularidad del ancho de banda total. Un tipo de modulación de múltiples portadoras es la modulación por división de frecuencias ortogonales (OFDM) que ha ganado popularidad entre los operadores y ha sido elegida para varias aplicaciones incluyendo redes de acceso para usuarios basadas en cobre (DSL) y redes de área local inalámbricas (WiFi, WiMAX) . Recientemente, la aplicación de OFDM en redes de acceso óptico ha obtenido mucho interés por distintos grupos de investigación.

Uno de los principales limitantes de la modulación por múltiples portadoras es la alta relación entre la potencia máxima y la potencia promedio de la señal (PAPR) [1, 2]. Debido a que la señal puede tener niveles de amplitud muy altas, los amplificadores de potencia prácticos se saturarían pues su región lineal es limitada [3-7]. Esto ocasiona distorsiones en la señal que reducen el desempeño del sistema.

Además del alto PAPR, las redes de acceso óptico basadas en modulación por múltiples portadoras enfrentan otro reto al cambiar del dominio óptico al eléctrico y viceversa. En la actualidad, los sistemas más costo-eficientes para las redes de acceso óptico están basados en modulación de intensidad y detección directa (IMDD) debido a su relativamente sencilla implementación. Los sistemas de transmisión ópticos basados en modulación de intensidad requieren que la señal a enviar sea real y unipolar [2]. En el caso de las señales OFDM, la primera condición se puede satisfacer utilizando simetría hermitiana en las subportadoras. Para el segundo requisito, generalmente se añade un voltaje en DC a la señal para elevar su nivel. Sin embargo, esto produce una potencia promedio alta en la portadora óptica, además de limitar el rango del modulador óptico para detectar correctamente la señal.

Por su parte, en el receptor óptico basado en detección directa, la información de la fase de la señal óptica se pierde debido a la relación cuadrática del fotodetector al transformar los fotones en electrones. El mantener esta información permitiría aumentar el desempeño de los sistemas basados en detección directa.

La presente invención tiene como objetivo disminuir el impacto del PAPR en las señales de datos con múltiples portadoras, y también, para el caso aumentar el desempeño de los sistemas IMDD recuperando la información de fase mediante la modificación de la señal a transmitir y añadiendo información auxiliar.

Bibliografía [1] J. Armstrong, A.J.Lower y , “Power efficient optical OFDM, ” en IET Electronics Letters, vol. 42, no.6, pp. 370-372, Mar. 2006.

[2] J. Armstrong, “Peak to average power reduction for OFDM by repeated clipping and frequency domain filtering, ”

en IET Electronics Letters, vol. 38, pp.246-247, 2002.

[3]K.W.Jong, et al., “Efficient peak cancellation method for reducing the peak-to-average power ratio in wideband communication systems, ” Dali Systems, patente internacional no. WO2009122298, Octubre 2009.

[4] B. Kim., Y.Yang, Y.Yun Woo, “Linearization apparatus capable of adjusting peak-to-average power ratio” Postech foundation, patente E.U.A. no. 6867648, Mar. 2005.

[5] Cavers, J.K., “Amplifier linearization by adaptive predistortion, ” Simon Fraser University, patente E.U.A. no. 5049832, Abril 1990.

[6] Blauvelt, H.A., Frame J.S., Loboda H.L., “Predistorter for linearization of electronic and optical signals, ” Agere systems Inc., patente E.U.A. no. 5132639, Febrero 1991.

[7] E.Peral, “In-line distortion cancellation circuits for linearization of electronic and optical signals with phase and frequency adjustment, ” Emcore Corporation, patente E.U.A. no. 7634198, Junio 2006.

Descripción de la invención - Explicación La presente invención proporciona un método para reducir la relación de potencia máxima y promedio de la señal y, así, mejorar el desempeño de sistemas de transmisión basados en modulación de amplitud. En el transmisor, un codificador determinará una serie de límites que servirán de ejes sobre los cuales las componentes de la señal se plegarán manteniendo así los valores de amplitud dentro de un rango de operación aceptable (por ejemplo, dentro del rango que corresponde, a posteriori, a la zona lineal del primer periodo de la función de transferencia del modulador óptico Mach-Zehnder –MZM) . Por plegado se entiende como doblar la señal en un punto de inflexión cambiando la característica creciente o decreciente de la señal en su opuesto y manteniendo la continuidad. Dentro del mismo término “plegar” y con el fin de evitar no-linealidades y discontinuidades, se interpreta que la pendiente de la señal plegada se puede modificar. En otras palabras, la función de plegado de amplitud consiste en sustituir los niveles de señal que sobrepasen los valores equivalentes situados entre los límites definidos. La relación entre los niveles originales y modificados se puede representar mediante una función de diente de sierra, caracterizada por la alternancia de periodos de pendiente positiva y negativa (o viceversa) , con valores absolutos de pendiente que pueden ser distintos en cada periodo. La señal codificada estará confinada o “plegada” entre los límites de la señal diente de sierra (Fig.1)

La información del número de pliegues se incluirá como etiqueta auxiliar la cual será detectada y utilizada por el receptor para recuperar la señal de datos original.

El objeto de la invención es un sistema de comunicación ya sea óptico o eléctrico que transmita datos modulados en amplitud por fibra óptica o algún otro medio (Fig. 2) y que consiste en:

a) Un transmisor basado en un modulador de amplitud para señales de tipo OFDM u otro. El transmisor incluye también un bloque de pre-procesado no-lineal que determine los ejes de simetría y realice los plegados de la función entrada/salida e identifique el número de pliegues por cada trama de la señal. Este bloque se puede remplazar por un modulador cuya función de transferencia permita realizar la plegado natural de la función (como un modulador óptico MZM, fig. 2c) .

b) Un enlace de transmisión c) Un receptor que incluirá un fotodetector y compensador de la dispersión (cuando se requiera) en el caso óptico, un decodificador que determinará el número de pliegues y tramas y un bloque no lineal que realice la operación adecuada con la señal y su información auxiliar para recuperar la señal original. También incluirá un demodulador eléctrico OFDM o de otro tipo.

que permiten controlar los niveles máximos de la señal al mantenerla en un rango dentro del cual los dispositivos tienen características lineales o bien recuperar la información que se pierde por la característica cuadrática del fotodetector (detección de fotones a electrones) , lo cual ayuda a mejorar el desempeño del sistema.

El receptor de detección directa es el principal objetivo de la presente invención. Para las redes de acceso óptico este tipo de receptores es popular por su bajo coste. Sin embargo, su relación cuadrática de detección de fotones a electrones pierde la información...

1. Un método de codificación-decodificación de la señal mediante plegado de la misma y etiquetas de información auxiliares que indican la sección de plegado correspondiente a cada muestra antes de la codificación, caracterizado porque comprende:

a. Una función de codificación en el transmisor que identifica la señal original, determina los límites que serán ejes de plegado, modifica la señal de acuerdo a los ejes de plegado y añade la información auxiliar

b. Una función de decodificación en el receptor que identifica y separa las secciones de datos e información auxiliar de la señal recibida y realiza la operación de desplegado que consiste en sumar al valor de la muestra codificada el nivel correspondiente a la sección de plegado indicada por la información auxiliar.

2. El método de codificación-decodificación de la reivindicación 1, caracterizado por un sistema de comunicación que es preferentemente óptico.

3. El método de codificación-decodificación de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que la codificación o plegado de la señal se realiza previamente a la modulación considerando las características de los amplificadores, moduladores y convertidores analógico-digital.

4. El método de codificación-decodificación de las reivindicaciones anteriores caracterizado por utilizar moduladores ópticos de amplitud preferentemente de tipo MZM, cuyas características periódicas le permiten ofrecer un plegado natural de la función.

5. El método de codificación-decodificación de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la señal de datos original contiene preferentemente información modulada de tipo OFDM.

6. El método de codificación-decodificación de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el decodificador incluye una función de ecualización.

7. El método de codificación-decodificación de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el receptor está basado preferentemente en detección directa de la intensidad de luz.

8. El método de codificación-decodificación de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que el transmisor está basado preferentemente en modulación de amplitud.

9. El método de codificación-decodificación de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que el codificador y decodificador pueden ser de tipo digital o analógico.

Figura 8b

Figura 8c

Figura 9

Figura 9b Figura 10