Sum´ ario
1.2 Modula¸c˜ oes Multiportadoras
Zhou et al. 2008).
Atrav´es da combina¸c˜ao de modula¸c˜ao de intensidade e de fase, a distˆancia Euclidiana entre os s´ımbolos pode ser aumentado. Os s´ımbolos podem ser dispostos em c´ırculos diferentes ou podem ser posicionados em um quadrado, conforme diversos trabalhos te´oricos e experimentos que relataram a transmiss˜ao com modula¸c˜ao 16-QAM (Quadrature Amplitude Modulation) (Secondini et al. 2009,Ohm e Speidel 2005), (Sekine et al. 2004).
1.2
Modula¸c˜oes Multiportadoras
A segunda categoria de t´ecnica de modula¸c˜ao ´e a transmiss˜ao multiportadora, onde os dados s˜ao transportados atrav´es de v´arias subportadoras espa¸cadas entre si. Dentre as t´ecnicas de modula¸c˜ao multiportadoras, uma que tem atra´ıdo bastante aten¸c˜ao por parte da comunidade de pesquisadores na ´area de fibra ´optica ´e a multiplexa¸c˜ao por divis˜ao de frequˆencias ortogonais OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing). OFDM tornou-se padr˜ao de modula¸c˜ao para v´arios sistemas de comunica¸c˜ao sem fio tais como sistema europeu de difus˜ao de v´ıdeo (DVB), sistema brasileiro de televis˜ao digital (SBTVD), redes locais sem fio (Wi-Fi; IEEE 802.11a/g/b/n), redes metropolinas sem fio (WiMAX; 802.16e) e LTE (long-term evolution). Esta t´ecnica, ´e caraterizada pela alta eficiˆencia espectral, efic´acia no combate `a interferˆencia intersimb´olica ISI (Intersymbol Interference) em ambientes com propaga¸c˜ao multipercurso e facilidade de adapta¸c˜ao `as varia¸c˜oes na taxa de transmiss˜ao e no tipo de aplica¸c˜ao. Devido a essas carater´ısticas, OFDM tornou-se uma tecnologia atraente para sistemas ´opticos. O primeiro relato do uso da modula¸c˜ao OFDM em redes ´opticas, proposta por (Pan e Green 1996), data de 1996, mas na ´epoca n˜ao houve muito interesse por parte da comunidade acadˆemica e cient´ıfica devido `a falta de circuitos integrados apropriados para a sua implementa¸c˜ao (Shieh e Djordjevic 2009). Com os avan¸cos verificados nas t´ecnicas de processamento digital de sinais e surgimento de dispositivos eletrˆonicos sofisticados, aumentou o interesse dos pesquisadores na aplica¸c˜ao da t´ecnica OFDM em redes ´opticas. Esse aumento de interesse visa tirar partido das vantagens oferecidas pela modula¸c˜ao OFDM, nomeadamente, compensa¸c˜ao eletrˆonica da dispers˜ao crom´atica(CD), simplicidade de equaliza¸c˜ao e da facilidade de adapta¸c˜ao a diversos tipos de aplica¸c˜oes ´opticas (Armstrong 2009).
Apesar de apresentar muitas vantagens, OFDM tamb´em possui algumas desvanta- gens, onde as duas mais importante s˜ao a raz˜ao entre a potˆencia de pico e a potˆencia m´edia PAPR (peak-to-average power ratio) e a sensibilidade ao ru´ıdo de fase (Lowery et al. 2006,
Armstrong 2009). Sendo um sinal OFDM resultante da soma de v´arias senoides complexas, onde cada senoide possui amplitude e fase diferentes, a potˆencia m´edia pode resultar em um valor muito baixo devido `a interferˆencia destrutiva entre as senoides e, consequentemente, um alto valor da raz˜ao entre a potˆencia de pico e a potˆencia m´edia (PAPR). Alto valor de
6 Cap´ıtulo 1. Introdu¸c˜ao
PAPR causa n˜ao linearidades tais como: diminui¸c˜ao da raz˜ao entre o sinal e o erro de quan- tiza¸c˜ao SQNR (signal-to-quantization noise ratio) nos conversores digitais para anal´ogico DAC (Digital-to-Analog converter )e redu¸c˜ao da eficiˆencia do amplificador de potˆencia no transmissor el´etrico. Para evitar que tais n˜ao linearidades ocorram, os dispositivos no transmissor devem possuir uma larga faixa dinˆamica1. Larga faixa dinˆamica, normalmente, resulta no aumento do pre¸co dos dispositivos e maior consumo de energia, o que torna um problema para equipamentos alimentados com baterias (Thompson et al. 2008,Silva 2011). Decorrente dessas n˜ao linearidades, surgem produtos de intermodula¸c˜ao que degradam a qualidade do sinal recebido e que, dependendo da sua intensidade, podem causar alar- gamento espectral para fora da banda do sinal e tamb´em, dentro da pr´opria banda de transmiss˜ao (Armstrong 2009).
Para al´em dos dispositivos el´etricos, os dispositivos ´opticos tamb´em s˜ao sens´ıveis ao PAPR, em especial, o modulador Mach-Zehnder MZM (Mach-Zehnder Modulator ), um dispositivo n˜ao linear por natureza, cuja fun¸c˜ao de transferˆencia da convers˜ao do sinal do dom´ınio el´etrico para o dom´ınio ´optico ´e senoidal e por isso restringe o sinal modulante a excursionar em uma faixa dinˆamica muito estreita(a regi˜ao linear da fun¸c˜ao de transferˆencia), mesmo quando polarizado na regi˜ao de m´axima linearidade. Sinais OFDM com alto PAPR, ao se propagar na fibra ´optica geram distor¸c˜oes. adicionalmente, devido `a satura¸c˜ao do modulador MZM, as amplitudes que ultrapassem um certo limiar s˜ao ceifados(clipping) levando a ocorrˆencia de vazamento espectral e consequentemente ocorrˆencia da ISI (Chanda et al. 2004).
Reduzir PAPR com vista a melhorar a aplicabilidade de sinais OFDM tem sido uma ´area de pesquisa ativa e tem atra´ıdo bastantes pesquisadores. Muitas tem sido as t´ecnicas propostas para diminuir o valor do PAPR. Ceifamento ou clipping e filtragem, entrela¸camento de portadoras e pr´e-distor¸c˜ao s˜ao algumas das mais vari- adas t´ecnicas de redu¸c˜ao da PAPR encontradas na literatura, ilustrando assim o re- levante interesse que as comunidades acadˆemica e industrial tˆem reservado para este assunto (Guel e Palicot 2009,Liu et al. 2007,Goebel et al. 2009,Chacko e Jeevitha 2014,
Nunes et al. 2015,Nunes et al. 2015,Han e Lee 2005,Nunes et al. 2014,Wang et al. 2016,
Yi et al. 2008). Dentre essas t´ecnicas, o ceifamento de pico ´e a mais empregada pela sua simplicidade de implementa¸c˜ao, reduzida complexidade computacional quando comparada com as demais.
O interesse na aplica¸c˜ao da modula¸c˜ao OFDM para sistemas ´opticos com detec¸c˜ao coerente e de longas distˆancias aumentou consideravelmente ap´os a proposta em que a mesma ´e usada como uma forma eficaz de combater a dispers˜ao crom´atica para distˆancias de at´e 3000 km de fibra SSMF (Shieh e Athaudage 2006).
1 Normalmente expresso em decib´eis (dB) e ´e definida como a raz˜ao do m´aximo sinal de sa´ıda e o erro total na sa´ıda.
1.3. Compara¸c˜ao entre as Modula¸c˜oes em Sistemas Coerentes 7