Laser frequency offset compensation in coherent optical fiber communication links

Las Comunicaciones Ópticas juegan un papel muy importante en el mundo de las telecomunicaciones. Son capaces de mover grandes cantidades de datos, y así complementar a las Comunicaciones Inalámbricas. Dentro de las Comunicaciones Ópticas encontramos diferentes técnicas de detección: Detección Directa y Detección Coherente. Hasta ahora la más utilizada ha sido la técnica de Detección Directa donde se modula la amplitud de la señal para enviar información. Sin embargo, con el desarrollo de técnicas de Procesado Digital de la Señal la técnica de Detección Coherente está recobrando importancia, ya que permite la detección de modulaciones en amplitud y fase, abriéndonos las puertas al uso de nuevas modulaciones y aumentando la cantidad de información que somos capaces de enviar. El uso de esta técnica de detección también produce nuevos problemas que han de ser corregidos si queremos que el sistema funcione correctamente. Uno de estos problemas que vamos a encontrar es el desplazamiento en Frecuencia de los láseres, esta tesis se centra en su estudio y corrección con la utilización de modulaciones de alto orden (16 o 64-Quadrature Amplitude Modulation). Para corregir este Desplazamiento en Frecuencia se han desarrollado en esta tesis tres nuevos algoritmos en MatLab: QPSK Partitioning Based FOC, QPSK Partitioning Differential Phase Based FOC y Improved QPSK Partitioning Differential Phase Based FOC. Estos algoritmos serán comparados con un algoritmo de referencia (BPS Based FOC) que se encuentra actualmente en funcionamiento, y que ha sido provisto por el grupo de investigación formado por KTH Materials and Nano Physics junto con el instituto de investigación Acreo. Los resultados muestran que con un valor bajo de Desplazamiento en Frecuencia, el algoritmo que mejor trabaja es el algoritmo de referencia (BPS Based FOC). Sin embargo, con un valor alto de Desplazamiento en Frecuencia, dos de los tres algoritmos desarrollados tienen un funcionamiento mejor y más estable (QPSK Partitioning Differential Phase Based FOC y Improved QPSK Partitioning Differential Phase Based FOC). Abstract: Optical Communications play a critical role in the telecommunications world. They are able to provide a big amount of data and to complement the Wireless Communications. Within the Optical Communications we can find different detection techniques: Direct Detection and Coherent Detection. Direct Detection has been the most used; it modulates the amplitude of the signal to send the information. However, with the development of Digital Signal Processing techniques, Coherent Detection is getting more important due to it allows the modulation of the amplitude and phase of the signal. For that reason, we are able to use new modulations and to increase the amount of data that we can send in the same bandwidth than with Direct Detection. The use of this detection technic also comes with new problems that have to be solved if we want a correct performance of the whole system. One of these problems that we will find is the Frequency Offset of the lasers, this thesis project is focused on its study and correction with the use of high order modulations (16 or 64-Quadrature Amplitude Modulation). In order to correct this Frequency Offset three new algorithms have been developed in this thesis with MatLab: QPSK Partitioning Based FOC, QPSK Partitioning Differential Phase Based FOC and Improved QPSK Partitioning Differential Phase Based FOC. These algorithms will be compared with a reference algorithm (BPS Based FOC) that is already working, and it has been provided by the research group formed by KTH Materials and Nano Physics together with the research institute Acreo. The results show that with low Frequency Offset, the algorithm that works best is the reference algorithm (BPS Based FOC). However, with high Frequency Offset two of the three developed algorithms have a better and more stable performance (QPSK Partitioning Differential Phase Based FOC and Improved QPSK Partitioning Differential Phase Based FOC)