Impact of the Overall Electrical Filter Shaping in Next-Generation 25G and 50G PON

Next-generation high-speed passive optical network (HS-PON) transceivers supporting 25, 50 and 100 Gb/s are under the early stage of their standardization process. One key aspect of this process is the choice of the best modulation format. To this end, performance comparisons among several modulation formats against different physical constraints have been presented in literature and are still being carried out. In our contribution, we performed an exhaustive analysis on the impact of transceivers electrical frequency response shape on the performance of 2-levels pulse amplitude modulation (PAM-2), 4-levels PAM (PAM-4), electrical and optical duobinary modulation formats with adaptive equalizer at the receiver side. We show by means of numerical simulations that the specification of the typically used -3dB bandwidth is not sufficient, since also out-of-band electrical frequency response specifications (such as the -20dB bandwidth) has a huge impact on the performance of the analyzed modulation formats. The normalized graphs given at the end of the paper in terms of -3dB and -20 dB bandwidths can thus be useful for the design of the next generation of HS-PON transceivers.Comment: 12 pages, 11 figure

Optimization of band-limited DSP-aided 25 and 50 Gbps PON using 10G-class DML and APD

The increasing demand for network capacity is driving the development of next-generation high-speed Passive Optical Networks (PON) supporting 25 and 50 Gbps. One solution to reduce transceiver cost is reusing the 10G-class optical transmitter (including Directly Modulated Lasers, DML, in O-band) and receiver components in combination with Digital Signal Processing (DSP) techniques to compensate for bandwidth limitations. In this paper, by means of both a set of laboratory experiments and a metropolitan field demonstrator, we discuss practical PON solutions at 25 and 50 Gbps per wavelength and per direction. In terms of modulation formats, we compare 2-level pulse amplitude modulation (PAM-2), 4-level PAM (PAM-4) and electrical duobinary (EDB) modulation formats, with feed-forward (FFE) and decision-feedback (DFE) adaptive equalizer at the receiver side. The novelty of our paper is manifold. First, we present an optimization in terms of optical receiver band requirements for the 50 Gbps transmission.We show, by means of experimental measurements and numerical simulations, the minimum required bandwidth for DML laser and APD receiver (with appropriate DSP techniques) to realize next generation 25 and 50 Gbps PON transceivers. Second, we discuss also the upstream point of view, with a specific focus on DSP, and in particular, we propose an experimental solution based on a burst mode receiver with memory-aided DSP technique, together with a novel DSP approach to overcome the typical AC coupling distortion due to the burst mode scenario. Finally, we show a coexistence experiment between XGS-PON and 25 Gbps PON on an installed metropolitan field trial

Low complexity DSP for high speed optical access networking

A novel low-cost and energy-efficient approach for reaching 40 Gb/s signals is proposed for cost-sensitive optical access networks. Our proposed design is constituted of an innovative low-complex high-performance digital signal processing (DSP) architecture for pulse amplitude modulation (PAM-4), reuses existing commercial cost-effective 10-G components and eliminates the need of a power-hungry radio frequency (RF) component in the transmitter. Using a multi-functional 17-tap reconfigurable adaptive Volterra-based nonlinear equalizer with noise suppression, significant improvement in receiver optical power sensitivity is achieved. Results show that over 30 km of single-mode fiber (SMF) a link power budget of 33 dB is feasible at a bit-error-rate (BER) threshold of 10−3.</jats:p

Next generation technologies for 100 Gb/s PON systems

The worldwide explosion of Internet traffic demand is driving the research for innovative solutions in many aspects of the telecommunication world. In access systems, passive optical networks (PONs) are becoming the preferred solution towards which most providers are migrating thanks to the unrivalled bandwidth they can offer. PON systems with a capacity of 100 Gb/s are envisioned as the solution to the dramatic increase in bandwidth and will be essential to support the future fixed and mobile broadband services. However, many challenging aspects have to be addressed in order to overcome the limitations imposed by the physical layer while meeting the economical requirements for mass deployment. In this thesis a comprehensive approach is taken in order to address the most compelling problems and investigate a series of solutions to the current capacity limitations of PONs. Advanced modulation formats are used to achieve bit-rate enhancement from 10 Gb/s to 25 Gb/s re-using the same optoelectronic devices in order to provide a 2.5x increase in transmission speed without resorting to a newer, more expensive generation of higher speed devices. The management of chromatic dispersion is also addressed in order to extend the reach of the networks beyond the standard 20 km using either electronic or optical based compensation strategies. Transmission of 25 Gb/s traffic over fibre lengths of 40 and 50 km is demonstrated confirming the suitability of the proposed technologies for extended reach networks which could greatly reduce the number of existing nodes and hence the capital and operational costs of PONs. Optical amplification strategies are also discussed as a means to improve the physical reach of the networks, both in terms of distance and number of customers. Raman amplifiers and semiconductor optical amplifiers are investigated in order to extend the reach of a PON upstream channel. The results demonstrate a reach of up to 50 km which is more than double the typical fibre length of 20 km adopted in deployed systems today. A number of customers, up to 512, was also demonstrated in a 20 km network, increased from the typical 32 or 64 users of most commercial networks

Directly Phase Modulated Transmitters and Coherent Recivers for Future Passive Optical Networks (PON)

En los últimos años, el tráfico de dato transmitido en las redes ópticas de acceso ha crecido exponencialmente debido a nuevos servicios como pueden ser la computación en la nube, el video online, la realidad virtual y aumentada, el internet de las cosas (IoT) y la convergencia entre las redes ópticas y redes inalámbricas en el paradigma del 5G. Estos nuevos servicios endurecen los requerimientos de las redes ópticas de acceso, como pueden ser unas tasas de datos más altas, un mayor alcance y un mayor número de usuarios. Para abordar estos requerimientos, esta tesis ha investigado, desarrollado y analizado nuevas tecnologías para transmisores y receptores orientadas a los dos tipos de redes ópticas de acceso que la comunidad científica ha identificado como posibles candidatas. Estos dos tipos de redes ópticas son las redes uDWDM y las redes TWDM como las redes NG-PON2 y sus evoluciones.Las redes uDWDM están basadas en la transmisión de tasas de datos relativamente bajas, por debajo de 2.5 Gbps, que son dedicadas en su totalidad a los usuarios finales. Estas tasas de datos relativamente bajas son multiplexadas en longitud de onda usando intervalos frecuenciales estrechos, del orden de 12.5 GHz o 6.25 GHz. En esta tesis, los transmisores modulados directamente en fase se han propuesto como posibles candidatos para estas redes uDWDM. En concreto, se han propuesto un DFB modulado directamente en fase con una tasa de datos de 1 Gbps; un RSOA bombeado por un VCSEL y modulado directamente en fase con una tasa de datos de 1 Gbps; y un VCSEL modulado directamente en fase con una tasa de datos de 1.25 Gbps y 2.5 Gbps. Estas señales moduladas directamente en fase son recibidas con un receptor heterodino con un único fotodiodo (PD) para mantener el coste tan bajo como sea posible. La combinación de estos transmisores modulados directamente en fase con el receptor heterodino con un único PD ha sido probada como unos candidatos muy prometedores para las redes ópticas de acceso basadas en redes uDWDM. Estas combinaciones proveen sensibilidades que varían entre -39.5 dBm y -52 dBm, que se traducen en balances de potencia que van desde 38.5 dB a 51 dB y por lo tanto en ratios de división o número de usuarios de entre 128 y 1024 después de una transmisión de 50 km a través de fibra monomodo estándar (SSMF).Además, los links de 1 Gbps formados por la modulación directa de DFBs o de RSOAs bombeados por VCSELs y el receptor heterodino con un único PD son usados como enlace de subida en canales bidireccionales. Estos enlaces de subida son combinados con enlaces de bajada basados en Nyquist-DPSK generada con un MZM y recibidos con un receptor heterodino de un único PD. Como parte de análisis de los canales bidireccionales, se ha analizado el estudio de la viabilidad del uso de LOs de bajo coste, como DFBs o VCSELs, en los receptores heterodinos con un único PD. Estos canales bidireccionales son también unos candidatos prometedores para las futuras redes uDWDM, ya que en esta tesis se ha probado que pueden proveer enlaces full-duplex de 1 Gbps usando intervalos frecuenciales tan pequeños como 6.25 GHz o 5 GHz. Estos canales bidireccionales tienen balances de potencia que van desde 37 dB a 42 dB y tienen posibles ratios de división de 128 o 256 después de una transmisión de 50 km a través de SSMF.Esta tesis también ha investigado y desarrollado receptores quasicoherentes para redes NG-PON2 y sus evoluciones. Este tipo de redes están basadas en altas tasas de datos, como 10 Gbps para redes NG-PON2 y 25 Gbps para las futuras evoluciones de NG-PON2, en entornos multi longitud de onda donde los usuarios son multiplexados en tiempo y longitud de onda (TWDM). El receptor quasicoherente usa la amplificación coherente gracias a la recepción heterodina y por tanto la sensibilidad del receptor es mejorada en comparación con los esquemas de detección directa. El receptor quasicoherente es independiente a la polarización, lo cual es una característica importante para los receptores coherentes. Además, el receptor quasicoherente permite seleccionar el canal de trabajo sin la necesidad de filtros ópticos y es un receptor independiente de la longitud de onda debido a que el canal de trabajo se puede elegir ajustando la longitud de onda del LO. El receptor quasicoherente de 10 Gbps muestra una sensibilidad -35.2 dBm y por tanto permite un balance de potencias de 35.64 dB y un ratio de división de 128 después de una transmisión de 40 km a través de SSMF.La combinación del receptor quasicoherente con un ecualizador FFE/DFE permite combatir la dispersión cromática de la banda C y conseguir un link de 25 Gbps con un alcance de 20 km a través de SSMF. El receptor quasicoherente a 25 Gbps con ecualización FFE/DFE muestra una mejor sensibilidad de -30.5 dBm con el llamado ecualizador de altas prestaciones, lo que lleva a un balance de potencias de25 dB. Si se utilizada el llamado ecualizador de baja complejidad, la sensibilidad cae a -27 dBm y el balance de potencias cae a 23 dBm. En ambos casos, el receptor quasicoherente a 25 Gbps con ecualización FFE/DFE permite un ratio de división de 32 después de una transmisión de 20 km a través de SSMF.En conclusión, esta tesis ha presentado transmisores (DFB, RSOA y VCSEL) modulados directamente en fase combinados con un receptor heterodino con un único PD como potenciales candidatos para las redes uDWDM. Esta tesis también ha presentados los receptores quasicoherentes como unos candidatos muy prometedores para las redes NG-PON2 y sus futuras evoluciones.<br /

Design and software implementation of radio frequency satellite link based on SDR under noisy channels

The satellite communication providea utilization of radio frequency links. Specific frequencies are dedicated for satellite correspondences through global administrative and coordination procedures which keeps impedance amongframeworks. Over typical work, the satellite receives uplinked indicator fromearth. Progressions its frequency marginally will keep away from self-intervention then re-transmits signal ahead the downlink on the land. Pathloss depicts characteristic Propagate outside the sending signal front as it goes bythe space. A  software defined radio (SDR) is a flexible technology that aimsto replace all hardware by software to enables the design of adaptive communications systems such as changing frequencies, modulation schemes and data rates. Applied to small satellites, some of the implications areincreased data through put when down-linking or up-linking by varying communications parameters and making use of one hardware design and implementation for communicating for many missions, just by updating the software. Therefore, development time for small satellite communication systems can be reduced in the future. This paper analyzes, design and software implementation of radio frequency satellite communications links under noisy channels such as phase/frequency offsets and noise temperature. Modulation schemes such as 64QAM system is used based on Matlab tools to implement the results. Obtained results shows a good response that get the goal from the paper