Experimental Validation of Nonlinear Effects Compensation Techniques in OFDM Radio over Fiber Systems

Abstract

Atualmente, a utilização de serviços de comunicação é indispensável, exigindo um aumento na taxa de transmissão e da qualidade do serviço (QoS). Devido ao crescimento exponencial dos produtos e do número de utilizadores, é expectável que no futuro a co-municação wireless terá que lidar com o congestionamento nas baixas frequências. Por esta razão, estão a ser realizados estudos nas ondas milimétricas com especial ênfase na banda não licenciada 60GHz, particularmente destinada a aplicações redes locais (WLAN), tendo em vista a próxima geração de comunicação wireless - 5G. A arquitetura C-RAN (Centralized Radio Acces Network) é uma estratégia promissora para ultrapassar o problema do congestionamento da banda e da taxa de transmissão. Nesta abordagem, todas as funcionalidades de processamento são transferidas das estações base (base stati-ons [BSs]) para a designada unidade central [central unit (CU)], e as estações base são substituídas por antenas remotas [remote radio heads (RRHs)], reduzindo o custo da rede. A ligação entre as CU e as RRHs é feita através de ligações de fibra ótica (radio over fiber [RoF]). Apesar das ligações de fibra ótica permitirem uma maior largura de banda e poucas perdas em relação aos cabos coaxiais, elas introduzem distorção nos sinais de rádio frequência.Para atenuar a distorção causada pela ligação RoF que interliga as CU e as RHHS, foram propostas técnicas de pré-distorção baseadas em algoritmos de polinómios de me-mória. O seu desempenho foi analisado num ambiente de simulação.Esta dissertação valida experimentalmente a melhoria de desempenho alcançada quando a pré-distorção é aplicada num sistema RoF que utiliza modulação OFDM (orthogonal frequency division) O trabalho está dividido em duas partes. A primeira con-siste na análise de um sistema de transmissão OFDM, sendo identificadas e discutidas as suas limitações em termos de ordem de constelação. Na segunda parte, a ligação eletro-ótica é adicionada ao sistema e a função de pré-distorção é implementada e as melhorias no seu desempenho são analisadas e discutidas.

Nowadays the use of communication services is indispensable, requiring the in-crease of data rate and quality of service (QoS). Due to the exponential growth of prod-ucts and number of users, is expected that in the future wireless communication will have to deal with a congestion in low frequencies. For this reason, studies are being carried out for the next generation of wireless communication, 5G, at millimeter-waves with special focus in the unlicensed 60 GHz band, particularly aimed for indoor applications. Central-ized radio access network (C-RAN) architecture is a promising strategy to overcome the congestion and data rate problem. In this approach, the baseband processing and radio functionalities are moved from the base stations (BSs) to a called central unit (CU) and the base stations are replaced by remote antennas (remote radio heads [RRHs]), which reduce the cost of the network. The connection between the CU and the RRHs is made through radio over fiber (RoF) optical fiber links. Despite the fact that optical fiber links have higher bandwidth and few losses when compared with coaxe cables, they introduce distor-tion in the radio signals.To mitigate the distortion introduced by the RoF link that connects the CU and the RHHs, pre-distortion techniques based on memory polynomial algorithms have been pro-posed and their performance analyzed in a simulation environment. This dissertation validates experimentally, the performance improvement achieved when pre-distortion is employed in a RoF system that employs orthogonal frequency divi-sion modulation (OFDM). The work is divided into two parts. The first consists in the analysis of an OFDM transmission system, being identified and discussed its limitations in terms of constellation order. In the second one, the electro-optical link is added to the system and the predistortion function is implemented in the system and the improvement in its performance is analyzed and discussed.