Electronic compensation of optical degradations in coherent receivers : contributions to carrier synchronization, equalization and simulation

Resumo: Esta tese apresenta um novo método para recuperação de portadora e fase, sem o emprego de Phase-Locked Loops, com aplicação em um sistema óptico coerente com modulação 16-QAM, taxa de 112Gb/s e multiplexação por polarização. A estrutura desenvolvida viabiliza uma Operação de Alinhamento dos símbolos modulados em fase e quadratura da constelação QAM, possibilitando a estimação eficiente dos desvios de freqüência e fase. Um projeto especial de preâmbulo foi concebido para o uso desta estrutura, possibilitando uma comutação suave para o segmento de dados com o auxílio de um esquema denominado Conjugado Virtual. Esses conceitos possibilitam correção de desvios de freqüência superiores a 1,5 GHz e operação com faixas de ruído de fase da ordem de 3,5 MHz (' DELTA' v × TS = 2.5 × 10?4), quando operando na taxa de 14 GBaud e em ambientes bastante degradados. Resultados de simulação apontam que nesses cenários degradados a equalização não-fracionária não é capaz de realizar a inversão do canal óptico. Essa conclusão é particularmente ilustrada por uma imagem bidimensional relacionando as taxas de erro de bit (BERs) em função de pares de amostras. Finalmente, o sistema óptico foi emulado com o software VPI Photonics.Abstract: This thesis presents a novel method for Carrier Phase Estimation (CPE), without Phase-Locked Loops, with application to a 112 Gb/s Dual-Polarization 16-QAM Coherent Optical System. The developed structure allows for an Alignment Operation that performs the alignment of the symbols of the QAM constellation, resulting in more efficient estimation of carrier frequency and phase. An especial preamble design was conceived for this structure, enabling a soft switching from preamble to data segment using an especial Virtual Conjugation scheme. These concepts enable frequency mismatch correction over to 1.5 GHz and operation with phase noise linewidth in the order of 3.5 MHz (' DELTA' v × TS = 2.5 × 10?4), when operating at the rate of 14 GBaud and highly degraded channel conditions. Simulation results show that, in these scenarios, baudrate equalization is not able to perform channel inversion. This conclusion is especially illustrated by a bidimensional image which depicts Bit Error Rates (BERs) as a function of pairs of samples. Finally, the optical system was emulated using VPI Photonics Simulation Software