Performance Evaluation of Digital Signal Processing Algorithms for Chromatic Dispersion Compensation in Coherent PONs

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaNa última década tem-se constatado uma necessidade crescente do aumento da largura de banda disponibilizada nas redes óticas de acesso, para acompanhar a crescente procura de tráfego de dados e as exigências dos utilizadores. Atualmente, através da deteção direta, tem sido possível colmatar essas necessidades, contudo com a previsão de crescimento do volume de dados que as redes de acesso óticas têm de transportar, esta tecnologia atingirá o ponto de rutura, devido ao seu desempenho limitado. As características conhecidas da deteção coerente são muito apelativas para responder às exigências futuras das redes de acesso, contudo, a complexidade associada aos recetores tem atrasado a introdução da tecnologia nas redes óticas de acesso. Consecutivamente, a procura por soluções de reduzida complexidade, mas que explorem as características da deteção coerente tem sido foco de investigação nos últimos anos. Nesta dissertação procurou-se implementar uma estrutura de recetores coerentes que permita implementar, analisar e explorar os vários detalhes associados à tecnologia tais como: a aleatoriedade do estado de polarização do sinal recebido, compensação da degradação imposta pela dispersão cromática no sinal durante a transmissão, a distorção provocada por um modulador de Mach-Zehnder e as imperfeições das componentes óticas presentes no recetor. No simulador desenvolvido vários são os parâmetros do sistema que podem ser permutados, tais como: o filtro formatador de pulso, a normalização, os algoritmos de processamento de sinal, etc. Assim, ao longo da dissertação, estudos paramétricos e de comparação de desempenho entre os vários parâmetros do sistema são realizados de forma a concluir quais são as características do sistema que resultam num melhor desempenho.Over the past decade there has been a growing need to increase the bandwidth available on optical access networks to keep up with growing demand for data traffic and user demands. Actually, the current technology implemented by direct detection, has been possible to satisfy the user demands, however with data traffic grow forecast, this technology will reach the breaking point due to its limited performance. The known characteristics of coherent detection are very appealing to meet the requirements of future access networks, however, the complexity associated has prevented the introduction of the technology in optical access networks. Therefore, the research for solutions of low complexity but exploiting the characteristics of coherent detection has been the focus of research in recent years. In this dissertation, is described an implementation of a structure of coherent receivers that allows, to analyze and exploit the various details associated with the technology such as: the received signal randomization of the polarization state, compensation of the degradation imposed by chromatic dispersion on the signal during the transmission, the distortion caused by the Mach-Zehnder modulator and the imperfections of the optical components in the optical receiver front-end. In the simulator developed, several system parameters can be exchanged, such as: the pulse shaping filter, normalization type, the signal processing algorithms, etc. Thereby, throughout the dissertation, parametric studies and performance comparison are made between the several system parameters in order to conclude which characteristics of the system results in the best performance