Recuperação de fase usando diversidade de polarização e de portadora para sistemas multiportadora DP-16-QAM

Abstract

Este trabalho propõe uma técnica de recuperação de fase para sistemas ópticos multiportadora multiplexados em polarizações ortogonais. A técnica utiliza sinais transmitidos nas duas orientações de polarização de cada portadora, dado que as portadoras foram originadas do mesmo laser, para melhorar o processo de estimação do desvio de fase causado pelo ruído de fase. O ruído de fase causa desvios aleatórios na fase do sinal, dificultando a identificação dos símbolos transmitidos, o que implica em um aumento na taxa de erro de bit. A recuperação de fase da portadora é responsável por reaver a referência de fase do sistema, perdida por causa deste efeito. A técnica foi avaliada em dados experimentais originados de um sistema multicanal ultiplexado em polarizações ortogonais com detecção coerente. Os dados foram modulados com modulação de amplitude em quadratura com dezesseis níveis (16-QAM) à taxa total de 112 Gb/s. Para analisar seu desempenho, foram avaliadas adicionalmente arquiteturas de recuperação de fase da portadora sem diversidade e com diversidade de polarização. É mostrado que, em cenários com baixa intensidade de ruído de fase (200 kHz), as técnicas de recuperação de fase da portadora obtêm desempenho semelhante, pois o ruído de fase não é o principal efeito limitante. Em cenários com alta intensidade de ruído de fase (2,1 MHz), a técnica proposta obtém um ganho de 1-2 dB em relação à técnica com diversidade de polarização, para uma taxa de erro de bit de 10?3. Isto permite utilizar lasers com maior largura de linha, o que propicia redução de custo. Para o correto funcionamento da técnica proposta, foi necessário desenvolver um algoritmo de recuperação de frequência da portadora que trabalhasse estimando e compensando o desvio de frequência a cada amostra, de maneira a manter o sincronismo entre as portadoras. Esse algoritmo pode ser aplicado a vários formatos de modulação uma vez que utiliza fases estimadas. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT

This thesis presents a technique for carrier phase estimation in dual polarization multicarrier optical systems. The technique uses transmitted signals in the two polari- zation orientations of each carrier, since the carriers were derived from the same laser, to enhance the phase noise estimation process. The phase noise causes random deviations in signal phase, difficulting the identification of the transmitted symbols, which implies an increase in the bit error rate. The carrier phase estimation is responsible for recovering the system phase reference, lost because of this effect. The technique was evaluated on experimental data obtained from a dual polarization multichannel system with coherent detection. The data were modulated with 16-ary quadrature amplitude modulation, resulting in a total rate of 112 Gb/s. To assess the system performance, we additionally evaluated carrier phase estimation architectures without diversity and with polarization diversity. It is shown that in scenarios with low phase noise intensity (200 kHz), all the techniques obtain similar performance because phase noise is not the main limiting effect. In scenarios with high phase noise intensity (2.1 MHz), the proposed technique obtains a gain of 1-2 dB compared to the polarization diversity technique, for a bit error rate of 10−3. This allows the use of large linewidth lasers, which provides cost reductions. For the correct operation of the proposed technique, it was necessary to develop a new carrier frequency estimation algorithm that worked estimating and compensating the frequency offset at every sample to maintain synchronization between channels. This algorithm can be applied to several modulation formats since it uses estimated phases.