Published April 13, 2023
| Version v1
Publication
Open
All‐Optical Parametric‐Assisted Oversampling and Decimation for Signal Denoising Amplification
Creators
- 1. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
- 2. Institut National de la Recherche Scientifique
- 3. Polytechnic University of Bari
- 4. Balseiro Institute
Description
Abstract Decimation is a common process in digital signal processing that involves reducing the sampling rate of an oversampled signal by linearly combining consecutive samples. Among other applications, this process represents a simple means to mitigate noise content in the digital signal. In this work, a novel optical signal processing concept inspired by these operations is proposed, which is called Parametric‐assisted Oversampling and Decimation (POD). By using a simple all‐fiber setup, the POD processor first realizes an ultra‐fast parametric oversampling of the incoming temporal signal (at >100 Gigasamples per second), a process that is followed by a decimation that reduces the sampling rate by any user‐defined factor in a lossless manner. In this way, the POD delivers an amplified sampled copy of the optical signal, where the peak‐to‐peak gain results from the combination of parametric amplification and a "passive" amplification equal to the decimation factor. In this report, joint parametric and passive amplification by a factor ≈50 on GHz‐bandwidth signals is demonstrated. Furthermore, it is shown that the decimation process can effectively mitigate effects of narrowband noise, outperforming traditional optical and digital filtering techniques. By experimentally achieving ultra‐high decimation factors (>750), narrowband (MHz‐bandwidth) optical waveformsthat are lost in a much stronger noise background are recovered.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
التقليل التجريدي هو عملية شائعة في معالجة الإشارات الرقمية التي تنطوي على تقليل معدل أخذ العينات من إشارة تم أخذ عينات منها بشكل زائد عن طريق الجمع الخطي بين العينات المتتالية. من بين التطبيقات الأخرى، تمثل هذه العملية وسيلة بسيطة للتخفيف من محتوى الضوضاء في الإشارة الرقمية. في هذا العمل، يُقترح مفهوم جديد لمعالجة الإشارات الضوئية مستوحى من هذه العمليات، والذي يسمى أخذ العينات الزائدة بمساعدة بارامترية (POD). باستخدام إعداد بسيط لجميع الألياف، يدرك معالج POD أولاً فرطًا بارامتريًا فائق السرعة للإشارة الزمنية الواردة (عند أكثر من 100 جيجا عينة في الثانية)، وهي عملية يتبعها هلاك يقلل من معدل أخذ العينات من قبل أي عامل محدد من قبل المستخدم بطريقة خالية من الضياع. وبهذه الطريقة، يسلم الكبسولة نسخة مضخمة مأخوذة من عينة من الإشارة الضوئية، حيث ينتج كسب الذروة إلى الذروة من مزيج من التضخيم البارامترية والتضخيم "السلبي" المساوي لعامل التحطيم. في هذا التقرير، يتم عرض التضخيم البارامترية والسلبية المشتركة بعامل ≈50 على إشارات النطاقالترددي جيجاهرتز. علاوة على ذلك، تبين أن عملية الإهلاك يمكن أن تخفف بشكل فعال من آثار الضوضاء ضيقة النطاق، وتتفوق على تقنيات الترشيح البصرية والرقمية التقليدية. من خلال تحقيق عوامل تحطيم عالية للغاية تجريبيًا (>750)، يتم استرداد الأشكال الموجية الضوئية ضيقة النطاق (عرض النطاق الترددي MHz) التي يتم فقدها في خلفية ضوضاء أقوى بكثير.Translated Description (French)
La décimation abstraite est un processus courant dans le traitement du signal numérique qui consiste à réduire la fréquence d'échantillonnage d'un signal suréchantillonné en combinant linéairement des échantillons consécutifs. Entre autres applications, ce procédé représente un moyen simple d'atténuer le bruit contenu dans le signal numérique. Dans ce travail, un nouveau concept de traitement du signal optique inspiré de ces opérations est proposé, appelé suréchantillonnage et décimation assistés par paramétrie (POD). En utilisant une configuration tout‐fibre simple, le processeur POD réalise d'abord un suréchantillonnage paramétrique ultra‐rapide du signal temporel entrant (à >100 Gigasamples par seconde), un processus qui est suivi d'une décimation qui réduit la fréquence d'échantillonnage par n'importe quel facteur défini par l'utilisateur de manière sans perte. De cette manière, le POD délivre une copie échantillonnée amplifiée du signal optique, où le gain crêteà crête résulte de la combinaison d'une amplification paramétrique et d'une amplification « passive » égale au facteur de décimation. Dans ce rapport, l'amplification paramétrique et passive conjointe par un facteur ≈50 sur les signaux debande passante GHz est démontrée. En outre, il est démontré que le processus de décimation peut atténuer efficacement les effets du bruit à bande étroite, surpassant les techniques de filtrage optique et numérique traditionnelles. En atteignant expérimentalement des facteurs de décimation ultra-élevés (>750), des formes d'onde optiques à bande étroite (largeur de bande MHz) qui sont perdues dans un bruit de fond beaucoup plus fort sont récupérées.Translated Description (Spanish)
La diezmación es un proceso común en el procesamiento de señales digitales que implica reducir la velocidad de muestreo de una señal sobremuestreada combinando linealmente muestras consecutivas. Entre otras aplicaciones, este proceso representa un medio simple para mitigar el contenido de ruido en la señal digital. En este trabajo, se propone un nuevo concepto de procesamiento de señales ópticas inspirado en estas operaciones, que se denomina Sobremuestreo y Decimación Asistida por Paramétricos (Pod). Mediante el uso de una configuración simple defibra, el procesador POD primero realiza un sobremuestreo paramétrico ultrarrápido de la señal temporal entrante (a >100 gigamuestras por segundo), un proceso que es seguido por una diezmación que reduce la velocidad de muestreo por cualquier factor definido por el usuariode una manera sin pérdidas. De esta manera, el POD entrega una copia muestreada amplificada de la señal óptica, donde la ganancia pico a pico resulta de la combinación de amplificación paramétrica y una amplificación "pasiva" igual al factor de diezmado. En este informe, se demuestra la amplificación paramétrica y pasiva conjunta por un factor de ≈50 en señales deancho de banda de GHz. Además, se demuestra que el proceso de diezmado puede mitigar eficazmente los efectos del ruido de banda estrecha, superando las técnicas tradicionales de filtrado óptico y digital. Al lograr experimentalmente factores de diezmado ultraaltos (>750), se recuperan formas de onda ópticas de banda estrecha (ancho de banda de MHz) que se pierden en un fondo de ruido mucho más fuerte.Files
lpor.202200711.pdf
Files
(15.9 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:2888c32ed6ccc4e62fcbf1954dac0551
|
15.9 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- جميع القياسات البارامترية البصرية - الإفراط في أخذ العينات بمساعدة وتدميرها لتضخيم الحد من ضوضاء الإشارة
- Translated title (French)
- Suréchantillonnage et décimation assistés par paramétrie tout optique pour l'amplification du débruitage du signal
- Translated title (Spanish)
- Sobremuestreo y decimación asistidos por paramétricos totalmente ópticos para amplificación de atenuación de señal
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4365454107
- DOI
- 10.1002/lpor.202200711
References
- https://openalex.org/W1538797301
- https://openalex.org/W1905131413
- https://openalex.org/W1963729996
- https://openalex.org/W1988036382
- https://openalex.org/W1990128423
- https://openalex.org/W2002345311
- https://openalex.org/W2005081692
- https://openalex.org/W2006551106
- https://openalex.org/W2008633727
- https://openalex.org/W2026951001
- https://openalex.org/W2029129959
- https://openalex.org/W2031379925
- https://openalex.org/W2038124912
- https://openalex.org/W2053400352
- https://openalex.org/W2096063006
- https://openalex.org/W2102584058
- https://openalex.org/W2109208320
- https://openalex.org/W2110116747
- https://openalex.org/W2117286146
- https://openalex.org/W2122887495
- https://openalex.org/W2124354635
- https://openalex.org/W2131354794
- https://openalex.org/W2131584670
- https://openalex.org/W2145651779
- https://openalex.org/W2155031694
- https://openalex.org/W2166459180
- https://openalex.org/W2196872234
- https://openalex.org/W2232942603
- https://openalex.org/W2345562294
- https://openalex.org/W2584201205
- https://openalex.org/W2590400295
- https://openalex.org/W2626620474
- https://openalex.org/W2761578218
- https://openalex.org/W2785536062
- https://openalex.org/W2802392750
- https://openalex.org/W2892336504
- https://openalex.org/W2983522817
- https://openalex.org/W2995105888
- https://openalex.org/W3008162654
- https://openalex.org/W3014957431
- https://openalex.org/W3029576314
- https://openalex.org/W3029849373
- https://openalex.org/W3043878416
- https://openalex.org/W3099422802
- https://openalex.org/W3205591821
- https://openalex.org/W418192976
- https://openalex.org/W4200100520
- https://openalex.org/W4210530152
- https://openalex.org/W4237604626
- https://openalex.org/W4243301790