DSP based CD and PMD Equalization Techniques in PDM-QPSK and PDM-16-QAM Receivers

Digitale kohärente faseroptische Transmission mit Polarisationsmultiplex (polarization division multiplex, PDM) im Zusammenspiel mit Quadraturmodulation (quadrature amplitude modulation, QAM), QPSK (quadrature phase shift keying, Quadratur-Phasenmodulation) und 16-QAM steigert die spektrale Effektivität von optischen Netzwerken. In dieser Hinsicht gibt ein kohärenter Empfänger mit Polarisationsdiversität eine Darstellung des optischen Feldes in den elektrischen Bereich. Das vereinfacht effektiv die auf digitaler Signalverarbeitung (digital signal processing, DSP) basierende Kompensation von faseroptischen Beeinträchtigungen. Die Signalqualität ist bei Langstrecken und hoher Symbolrate beachtlich verschlechtert aufgrund von chromatischer Dispersion (chromatic dispersion, CD) und Polarisationsdispersion (polarization mode dispersion, PMD). Ein zweistufiger Ansatz zum Ausgleich ist erforderlich für eine effektive Kompensation dieser Störungen durch den Übertragungskanal im digitalen Bereich. In der ersten Stufe erfolgt die Kompensation der CD und deren Abschätzung für unkompensierte Kanäle mit viel CD. Dann, in der zweiten Stufe, wird mit einem Filter mit mehreren Ein- und Ausgängen (multiple-input multiple-output, MIMO) die PMD und die restliche CD kompensiert. Diese Dissertation zielt ab auf die umfangreiche Untersuchung, Entwicklung und Optimierung von DSP-basierten Techniken zur Kompensation von CD und PMD. Robuste DSP-Werkzeuge wurden vorgeschlagen, welche auf Simulationsegebnisse und Verhaltensanalysen bei 112 Gb/s PDM-QPSK und 224 Gb/s PDM-16-QAM basieren. In dieser Hinsicht trägt diese Dissertation die folgenden Arbeiten bei: Effiziente DSP-basierte CD-Entzerrung wurde untersucht und optimiert. DSP-basierte CD-Kompensationsverfahren wurden erweitert, um adaptiv zu sein gemäß den Anforderungen der modernen dynamischen ...Digital coherent fiberoptic transmission employing polarization-division multiplexing (PDM) along with the quadrature amplitude modulation (QAM) techniques, QPSK (quadrature phase shift keying) and 16-QAM, enhances spectral efficiency of optical networks. In this respect, polarization diversity coherent receiver gives a representation of the optical field in the electrical domain. This facilitates efficient digital signal processing (DSP) based compensation of fiberoptic transmission impairments. The signal quality is significantly impaired in long-haul transmission fiber links at a high symbol rate because of chromatic dispersion (CD) and polarization mode dispersion (PMD). A two-stage equalization approach is needed for efficient compensation of these channel impairments in the digital domain. In the first stage, CD compensation and estimation is required for uncompensated links with large amount of CD. Furthermore, as second stage, multiple-input multiple-output (MIMO) equalization is required for PMD and residual CD compensation. This Ph.D. work aims at extensive investigation, development and optimization of DSP based equalization techniques for the compensation of CD and PMD. Robust DSP tools have been proposed based on the simulation results and performance analysis of 112 Gb/s PDM-QPSK and 224 Gb/s PDM-16-QAM systems. In this perspective, this Ph.D. dissertation contributes the following work: Efficient DSP based CD equalization has been investigated and optimized. DSP based CD compensation methods have been extended to be adaptive as per the requirements of modern dynamic channel switching concept. Improved MIMO equalizers have been proposed and investigated for the compensation of PMD and residual CD.von M.Sc. Muhammad Fawad Panhwar; Erster Gutachter: Prof. Dr.-Ing. Reinhold Noé, Zweiter Gutachter: Prof. Dr. Peter SchreierTag der Verteidigung: 10.05.2016Universität Paderborn, Univ., Dissertation, 201