Power Consumption and Joint Signal Processing in Fiber-Optical Communication

Doctoral thesis, 2019

Flerfärgat laserljus kan göra Internet snabbare och mer energieffektivt

Genom att ersätta flera enfärgade lasrar med flerfärgat ljus från en ny sorts laser kan mottagare för fiberoptiska signaler bli mer effektiva. Eftersom fiberoptisk kommunikation är en viktig del av Internet, kan det leda till snabbare och billigare uppkopplingar, och dessutom en lägre energiförbrukning.

Fiberoptisk kommunikation bygger på att skicka snabba optiska signaler genom tunna optiska fibrer av glas, och används för datakommunikation med hög överföringskapacitet över stora avstånd. Därför är fiberoptiska kommunikationssystem en viktig del av Internet. På grund av bland annat nya videoströmningstjänster som Youtube och Netflix ökar behovet av överföringskapacitet ständigt. I takt med att behovet av överföringskapacitet ökar, så ökar också energiförbrukningen hos nätverksutrustningen. En ökad energiförbrukning är ett miljöproblem, eftersom den leder till ökade koldioxidutsläpp vilket bidrar till global uppvärmning.  Men energiförbrukningen leder också till praktiska problem när man konstruerar nätverksutrustning, eftersom bortslösad energi förvandlas till värme som måste kylas bort.

Eftersom fiberoptiska kommunikationssystem är komplicerade och består av många delar är det inte självklart vilka delar som förbrukar mest energi och hur systemen ska konstrueras för att minimera energiförbrukningen. Därför har vi skapat modeller för energiförbrukningen hos optiska förstärkare och signalbehandlingselektroniken i mottagare för optiska signaler. Dessa modeller kan användas för att konstruera mer energieffektiva system.

Dessutom har vi undersökt hur signalbehandlingselektroniken kan göras mer energieffektiv i framtida system. Optiska signaler skapas genom att koda information på laserljus. För att skicka flera signaler samtidigt i en optisk fiber kan ljus med olika färger användas. I dagens system använder man flera lasrar med olika färger, så varje signal har en egen laser. I framtida system kan många signaler skapas från en speciell sorts flerfärgad laser som kallas för en optisk frekvenskam. Signaler som har skapats från samma optiska frekvenskam delar vissa egenskaper och vi har utvecklat metoder för att utnyttja det i mottagarens signalbehandling. De metoderna kan minska energiförbrukningen hos signalbehandlingselektroniken genom att flera signaler behandlas tillsammans.