Optical Orthogonal Frequency Division Systems with Direct Detection Receivers

• Main Author: Pérez Rosas, Juan Miguel
• Other Authors: Universitat Politècnica de Catalunya. Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Santos Blanco, M. Concepción
• Format: Other/Unknown Material
• Language: English
• Published: Universitat Politècnica de Catalunya 2013
• Subjects: Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria de la telecomunicació::Telecomunicació òptica; Optical communications; Digital communications; OFDM; Optical Systems; Direct Detection; Intensity Modulation; Chromatic Dispersion; Amplitude Fading; Detección Directa; Dispersión Crómatica; Comunicacions òptiques; Comunicacions digitals; Bajada; Doble; Porten; DML
• Online Access: http://hdl.handle.net/2099.1/18255

Estudio y optimización de parámetros en sistemas de transmisión por fibra óptica usando modulación OFDM y detección directa. [ANGLÈS] The new generation of Pasive Optical Networks (PONs) to cover the last-mile to the user, is today a hot topic of research. Stringent performance requirements are both capacity and reach; these, together with reduced cost lead to consideration of a new paradigm. In this context, Optical OFDM (O-OFDM) is regarded as a promising candidate. From the many architectures being proposed for O-OFDM, the use of Direct Detection is particularly interesting for the downlink of Passive Optical Networks as cost-efficient Optical Network Units (ONUs) are required. In this line, this work encompasses a general study of Direct Detection Optical OFDM (DD O-OFDM) communications systems with emphasis on applications to optical Access Networks. It proposes designs for the downstream links of three different access network topologies differentiated by the optical modulation used: an Intensity Modulation (IM) with a Directly Modulated Laser (DML) an IM with a Mach-Zehnder Modulator (MZM) and an Amplitude modulation also with a MZM. All systems are based on Direct Detection receivers and the transmission of O-OFDM signals. The architectures, establish a wavelength agnostic link by transmitting Double Side Band signals. The impairments of a DSB transmission are studied and parting from them an optimization on the network?s parameters of frequency Guard Band and Carrier to Signal Power Ratio is performed. In order to test the architectures and optimize the parameters, simulations were executed using the commercial software VPI Transmission Maker TM. The testing of the architectures was done by minimizing receiver sensitivity at a BER 10-3 for data rates of 10Gbps and 40Gbps using 4-QAM and 16-QAM respectively, as digital modulation formats. Results show that spectral occupancy of the O-OFDM signal and the CSPR can be optimized while at the same time compensating for DSB impairments such as amplitude fading. Also the advantages and disadvantages of each optical modulation format depending on data rates and link?s distances required as well as cost-effectiveness are tested and described. [CASTELLÀ] La nueva generación de redes óticas pasivas (PONs) para cubir la última-milla hacia el usuario, es un tema de interés en el campo de investigación. Los requrimientos restringentes de rendimiento son la capacidad y el alcance; estos, junto con una reducción de costos llevan a la considerción de un nuevo paradigma. En este contexto, una aplicación óptica de OFDM (O-OFDM) es vista como un candidato prometedor. De las muchas arquitecturas propuestas para O-OFDM, el uso de Detección Directa es de interés particular para enlaces de bajada en redes ópticas pasivas (PON), puesto a que se requiera de unidades de usuario (ONUs) rentables. En este ámbito, éste trabajo contiene un estudio general de sistemas de comunicación de OFDM óptico con Detección Directa (DD O-OFDM), enfatizando en las aplicaciones para redes de acceso. Propone tres topologías diferentes para los enlaces de subida de redes de acceso, los cuales se diferencian por el tipo de modulación óptica empleado: una modulación por intensidad (IM) con un laser directamente modulado (DML), una IM con un modulador Mach-Zehnder (MZM) y una modulación de amplitud también con un MZM. Todos los sistemas están basados en receptores de Detección Directa y la transmisión de señales OFDM óptica. Las arquitecturas, establecen un enlace agnóstico en relación a la longitud de onda transmitiendo señales de Doble Banda Lateral (DSB). Los impedimentos de la transmisión DSB son estudiados y a partir de ellos se realiza una optimización de dos parámetros de la red: Banda de Guarda en frecuencia y la relación de potencia portadora a señal (CSPR). Con la intención de probar las arquitecturas y optimizar los parámetros, se ejecutaron simulaciones utilizando el software comercial VPI Transmission Maker TM. Las pruebas se realizaron minimizando la sensibilidad del receptor para una probabilidad de error por bit de 10-3 para tasas de bit de 10Gbps y 40Gbps utilizando 4-QAM y 16-QAM respectivamente, como formatos de modulación digital. Los resultados muestran que la ocupación espectral de las señales OFDM ópticas y el CSPR pueden ser optimizados, compensando al mismo tiempo por impedimentos de DSB como desvanecimiento en amplitud (amplitude fading). También se pusieron a prueba, las ventajas y desventajas de cada formato óptico de modulación dependiendo de la velocidad del enlace, la distancia recorrer y el costo del sistema. [CATALÀ] La nova generació de xarxes òtiques passives (Pons) per cubir l'última-milla cap a l'usuari, és un tema d'interès en el camp de recerca. Els requrimientos restringentes de rendiment són la capacitat i l'abast, aquests, juntament amb una reducció de costos porten a la considerción d'un nou paradigma. En aquest context, una aplicació òptica de OFDM (O-OFDM) és vista com un candidat prometedor. De les moltes arquitectures propostes per O-OFDM, l'ús de Detecció Directa és d'interès particular per enllaços de baixada en xarxes òptiques passives (PON), ja que es requereixi d'unitats d'usuari (onus) rendibles. En aquest àmbit, aquest treball conté un estudi general de sistemes de comunicació de OFDM òptic amb Detecció Directa (DD O-OFDM), emfatitzant en les aplicacions per a xarxes d'accés. Proposa tres tipologies diferents per als enllaços de pujada de xarxes d'accés, els quals es diferencien pel tipus de modulació òptica empleat: una modulació per intensitat (IM) amb un làser directament modulat (DML), una IM amb un modulador Mach-Zehnder (MZM) i una modulació d'amplitud també amb un MZM. Tots els sistemes estan basats en receptors de Detecció Directa i la transmissió de senyals OFDM òptica. Les arquitectures, estableixen un enllaç agnòstic en relació a la longitud d'ona transmetent senyals de Doble Banda Lateral (DSB). Els impediments de la transmissió DSB són estudiats a partir dels quals es realitza una optimització de dos paràmetres de la xarxa: Banda de guarda en freqüència i la relació de potència portadora a senyal (CSPR). Amb la intenció de provar les arquitectures i optimitzar els paràmetres, es van executar simulacions utilitzant el programari comercial VPI Transmission Maker TM. Les proves es van realitzar minimitzant la sensibilitat del receptor per a una probabilitat d'error per bit de 10-3 per taxes de bit de 10 Gbps i 40Gbps utilitzant 4-QAM i 16-QAM respectivament, com formats de modulació digital. Els resultats mostren que l'ocupació espectral dels senyals OFDM òptiques i el CSPR poden ser optimitzats, compensant alhora per impediments de DSB com esvaïment en amplitud (Amplitude fading). També es van posar a prova, els avantatges i desavantatges de cada format òptic de modulació depenent de la velocitat de l'enllaç, la distància recórrer i el cost del sistema.