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Título: Transmissão de sinais OFDM com envoltória constante em sistemas ópticos com detecção coerente
Autor(es): Pereira, Esequiel da Veiga
Orientador: Silva, Jair Adriano Lima
Coorientador: Segatto, Marcelo Eduardo Vieira
Data do documento: 30-Mar-2017
Editor: Universidade Federal do Espírito Santo
Resumo: Para acompanhar a crescente demanda por capacidade de canal das redes de transporte ópticas (backbone), a investigação de formatos de modulação suportando uma enorme capacidade de transmissão ganha interesse especial. A multiplexação por divisão de frequências ortogonais (OFDM) aplicado em sistemas ópticos com detecção coerente (COOFDM) tem sido apontado como um dos fortes candidatos para a atualização dos sistemas fotônicos convencionais. Devido ao espectro óptico compacto, os sinais CO-OFDM são pouco influenciados pela degradação linear, tais como dispersão de velocidade de grupo (GVD) e dispersão de modo de polarização (PMD). No entanto, o alto valor da relação entre a potência de pico e a potência média (PAPR) torna-o vulneráveis à não linearidade da fibra e degrada seu desempenho de transmissão. Apresenta-se neste trabalho uma proposta de utilização de técnica Constante envelope aplicado a sinais OFDM transmitidos em redes ópticas com detecção coerente, denominado de CO-CE-OFDM, que reduz o valor do PAPR para apenas 3 dB, como uma forma de combater não só as não linearidades geradas pelo modulador Mach-Zehnder, mas também, as próprias não linearidades geradas pela fibra óptica, devido a altos valores de PAPR e elevados valores de potência óptica. Resultados de simulações feitas em ambiente Matlab, para 1200 km de fibra SSMF, mostraram que quando a transmissão é feita em regime linear (baixa potência na entrada da fibra), em algumas situações, CO-CE-ODFM apresenta um desempenho superior aos apresentados pelo sistema óptico com detecção coerente convencional. Por exemplo, para 100 ��/� de taxa, níveis de mapeamento de 16 QAM e índice de modulação óptica (OMI) igual a 2, 5, o sistema proposto com índice de modulação de fase elétrica (2�ℎ) igual a 3 apresentou ganhos medidos relação sinal-ruído óptico (OSNR) superiores a 12 dB, para uma taxa de erro de bits de 10−3. Em regime n~ao linear, decorrente do aumento da potência óptica, mesmo para baixos valores de OMI e altos valores de relação sinal-ruído óptico (OSNR), CO-CE-OFDM apresentou ganhos de desempenhos de aproximadamente 26 dB, quando a potência óptica na entrada é de 10 dBm. Para altos valores de OMI esse ganho de desempenho é cerca de 12 dB, para 16 QAM e 100 Gb/s de taxa. Além disso, para o sistema proposto, foi desenvolvido um modelo analítico que permite avaliar de forma rápida e a um baixo custo computacional, a variação da taxa de erro de bits em função da variação da relação sinal-ruído. Apesar do ganho de desempenho apresentado, CO-CE-OFDM apresenta um alargamento espectral, o que pode ser um problema em sistemas multicanais. Keywords: Constante envelope, Detecção coerente, Fibra Óptica, Mitigação de não linearidades, OFDM óptico, PAPR.
To keep pace with the ever-increasing demand for channel capacity of optical back bone networks, investigation of modulation formats supporting huge transmission capacity are gained special interest. Coherent optical orthogonal frequency division multiplexing (COOFDM) is one of the candidates for upgrading the conventional photonic systems. Because of the compact optical spectrum, CO-OFDM signals are scarcely influenced by linear degradation such as group velocity dispersion (GVD) and polarization mode dispersion (PMD). However, the large peak to average power ratio (PAPR) makes them vulnerable to fiber nonlinearity and degrades their transmission performance. A low PAPR coherent-detection optical OFDM system has been proposed and discussed to increase tolerance towards Mach-Zehnder modulator and fiber nonlinearities. Based on constant envelope signals (PAPR = 3 dB) obtained after electrical phase modulation, the denominated CO-CE-OFDM scheme outperforms conventional optical coherent-detection OFDM systems, in some specific circumstances. Simulations results after propagations through 1200 km of standard single mode fiber (SSMF) shows that when the transmission is done in a linear regime (low optical power at fiber input), in some situations CO-CE-ODFM outperforms conventional coherent detection. For example, for a 100 𝐺𝑏/𝑠 rate, mapping levels of 16 QAM and optical modulation index (OMI) equal to 2.5, the proposed system with electric phase modulation index (2𝜋ℎ ) equal to 3 exhibited optical signal-to-noise ratio (OSNR) gains greater than 12 dB, for a bit error rate of 10−3. In the nonlinear regime, due to the increase in optical power, even for low OMI values and high optical signal-to-noise ratio, CO-CE-OFDM presented performance gains of approximately 26 dB over the conventional CO OFDM, when the optical input power is 10 dBm. For high OMI values, this performance gain is about 12 dB, for 16 QAM and 100 Gb/s rate. In addition, an analytical model is presented, which allows evaluating, in a fast and at low computational cost, the performance of the system against the variation of the optical signal-to-noise ratio. Despite the performance gain presented, CO-CE-OFDM shows spectral widening, which can be a problem in multichannel systems
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/9721
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