Carrier synchronization in burst-mode for coherent optical communication

Esta dissertação estuda as técnicas de recuperação de frequência e fase de portadora em receptores ópticos coerentes, operando no modo rajada. Inicialmente, abordam-se a análise e modelagem das duas principais degradações que afetam a portadora, quais sejam, os desvios de frequência, que são produto da diferença de frequência entre o laser emissor e o oscilador local no receptor, e de ruídos de fase dos dispositivos a laser usados em comunicações ópticas coerentes. Usando os modelos de passeio aleatório (random walk) para o ruído de fase, os principais algoritmos de recuperação de frequência e de fase são revisados. Os estudos levam em consideração as novas tecnologias de lasers para comunicações, que asseguram alta estabilidade de frequência de curto prazo (short-term), para uso em receptores ópticos coerentes operando a taxas acima de 100 Gbps. Um projeto de preâmbulo especial foi concebido, a fim de viabilizar a obtenção de expressões analíticas para um estimador ótimo, no sentido do Mínimo Erro Quadrático Médio (MMSE). Resultados de simulações em MatLab/Simulink são apresentados para a validação dos resultados teóricos.Frequency and phase estimation for carrier recovery in burst-mode coherent optical receivers are studied in this dissertation. Accurate models for frequency and phase deviations in communication lasers are initially studied, in order to present a tutorial study on frequency mismatch and phase recovery algorithms. Our studies take into account the current laser technology for optical communications using coherent receivers, especially the high short-term laser frequency stability for receivers operating above 100 Gbps. A special preamble design is presented for which an optimum estimator using the Minimum Mean-Square Error criterion is obtained. The estimator is given in closed-form solution with low computational space- and time-complexity. Simulation results in MatLab/Simulink are presented to validate the theoretical results