Estudo de sequências de treino em sistemas óticos coerentes

Abstract

Nos últimos anos, tem-se assistido a um grande aumento da capacidade de transmissão de dados em sistemas de comunicação ótica. O cada vez maior aproveitamento da capacidade oferecida pela fibra ótica tem levado a redes cada vez mais complexas, suportadas por transmissores e recetores de tecnologia de ponta. Atualmente, a deteção coerente em conjugação com o processamento digital de sinal tem-se tornado a tecnologia chave para a próxima geração de sistemas óticos, permitindo a compensação de imperfeições no sinal que parecia impossível há uns anos atrás. Mais recentemente, a utilização de sequências de treino nas tramas de dados transmitidas tem sido alvo de enorme interesse, uma vez que permite desenhar transmissores e recetores cujos algoritmos de processamento são simultaneamente simples e transparentes ao formato de modulação. Contudo, os sistemas que recorram a sequências de treino devem ser alvo de uma otimização cuidadosa, que numa primeira fase deve ser feita via simulação. Nesse sentido, esta dissertação tem como objetivo o melhoramento e a adaptação da plataforma de simulação ótica, OSIP, para a utilização de sequências de treino em sistemas óticos coerentes. Para validar os componentes adicionados no ambiente de simulação OSIP, são desenvolvidos e testados algoritmos baseados em sequências de treino para realizar sincronização de dados, estimação e correção de desvio de frequência, assim como estimação de canal. È ainda proposto um método de monitorização de um dos grandes fatores limitadores da sensibilidade do recetor, o ruído de fase. De modo a melhorar a sincronização dos dados e estimação do canal, são utilizadas sequências de treino do tipo CAZAC devido ás suas boas propriedades de correlação.

Over the last years, the optical data transmission capacity has observed a steady growth. The increasingly e cient use of the optical ber spectrum has been relying on complex networks, built on cutting-edge transponders. Currently, coherent detection in combination with digital signal processing has emerged as one of the key technologies for the next generation optical communication systems, allowing the compensation of impairments which was seemingly impossible a couple of years ago. More recently, the use of training sequences embedded within transmitted data frames has been subject of signi cant interest since it allows the design of transponders whose DSP algorithms are simultaneously simple and transparent to the modulation format. However, systems based on training sequences should be rst subject to careful optimization, initially done by numerical simulations. The objective of this dissertation is to improve the optical simulation platform, OSIP, in order to enable the study of coherent optical systems using training sequences. To validate the new components in the simulator, dataaided algorithms to perform frame detection, frequency o set estimation and correction, and channel estimation were developed and tested. A new method to perform phase noise monitoring is also proposed and numerically assessed. In order to achieve an overall best-possible in all algorithms, CAZAC sequences which have excellent correlation properties were used.