High Dimensional Modulation and MIMO Techniques for Access Networks

Abstract

Udnyttelse af avancerede modulationformater og multipleksningsteknikker til næste generations optiske access netværker er lovende løsninger, som kan levere multiple funktionaliteter til slutbrugerne. Denne afhandling anskuer dette fra to vinkler: Hj-dimensionel `carrierless' amplitude- og fase-modulation (CAP) samt multipelt input multipelt output (MIMO) radio-over-fiber (RoF) systemer.CAP med højere dimensionalitet end 2 er blevet undersøgt med henblik på brug i fiberoptiske systemer. I dette projekt har vi gennemført den første eksperimentelle demonstration af 3- og 4- dimensional CAP med bit rater op til 10 Gb/s. Disse resultater indikerer et potentiale til at levere konvergerede ydelser til flere brugere ved høje bit rater. `Orthogonal division multiple access' (ODMA) systemer hvor de mulige multiple CAP-dimensioner er blevet distribueret til slutbrugerne i et blgelngde multiplekset (WDM) netværk er blevet demonstreret.Et andet vigtigt resultat fra denne afhandling er den første demonstration af et 22 MIMO OFDM fiber/5.6 GHz trådløst passivt optisk netværk (PON), der udelukkende anvender VCSELs som optiske kilder. Baseret på dette koncept har vi anvendt polarisations division multipleksning (PDM) til yderligere at øge kapaciteten per bølgelængde i femtocelle netværk. Bit rater op til 1.59 Gb/s med fibertransmission og trådløs transmission over 1 m er blevet demonstreret eksperimentelt.Resultaterne, der er præsenteret I denne afhandling, demonstrerer mulighederne i høj-dimensional CAP til at allokere forskellige ydelser til forskellige brugere. MIMO multipleksning med OFDM tilbyder skalerbarhed samt øget spektral effektivitet og bit rate i RoF systemer.De to teknologier kan ses som to mulige løsninger til næste generations hybride trådløse/optiske access netværk.Exploration of advanced modulation formats and multiplexing techniques for next generation optical access networks are of interest as promising solutions for delivering multiple services to end-users. This thesis addresses this from two different angles: high dimensionality carrierless amplitudephase (CAP) and multiple-input multiple-output (MIMO) radio-over-fiber (RoF) systems.High dimensionality CAP modulation has been investigated in optical fiber systems. In this project we conducted the first experimental demonstration of 3 and 4 dimensional CAP with bit rates up to 10 Gb/s. These results indicate the potentiality of supporting multiple users with converged services. At the same time, orthogonal division multiple access (ODMA) systems for multiple possible dimensions of CAP modulation has been demonstrated for user and service allocation in wavelength division multiplexing (WDM) optical access network.2 X 2 MIMO RoF employing orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) with 5.6 GHz RoF signaling over all-vertical cavity surface emitting lasers (VCSEL) WDM passive optical networks (PONs). We have employed polarization division multiplexing (PDM) to further increase the capacity per wavelength of the femto-cell network. Bit rate up to 1.59 Gbps with fiber-wireless transmission over 1 m air distance is demonstrated.The results presented in this thesis demonstrate the feasibility of high dimensionality CAP in increasing the number of dimensions and their potentially to be utilized for multiple service allocation to different users. MIMO multiplexing techniques with OFDM provides the scalability in increasing spectral efficiency and bit rates for RoF systems.High dimensional CAP and MIMO multiplexing techniques are two promising solutions for supporting wired and hybrid wired-wireless access networks