Enhanced WDM-OFDM-PON System Based on Higher Data Transmitted with Modulation Technique

ABSTRACT:- Studies among the field communication system existing technique and proposes and by experimentation demonstrate a multiuser wavelengthdivision-multiplexing passive optical network (WDM-PON) system combining with orthogonal frequency division multiple (OFDM) technique. A tunable multiwavelength optical comb is intended to provide flat optical lines for helping the configuration of the multiple source-free optical network units WDM-OFDM-PON system supported normal single-mode fiber (SSMF). In WDM based on fiber, optical network communications using wavelength with multiplex or demultiplex may be a technology that multiplexes a variety of optical carrier signals onto one fiber by victimization completely different wavelengths of optical device lightweight. this system allows bidirectional communications over one strand of fiber, also as multiplication of capability and calculate BER (Bit Error Rate) and OSNR (optical signal noise ratio) finally; a comparison of by experimentation achieved receiver sensitivities and transmission distances victimization these receivers is given. The very best spectral potency and longest transmission distance at the very best bit rate. WDM based applications like transmission data, medical imaging data, and digital audio data and video conferencing data are information measure-intensive with the Advance in optical technology providing verdant bandwidth, it's natural to increase the multicast construct to optical networks so as to realize increased performance. Our projected scheme (PGA) based on information load transmitted capability improve supported higher information transmitted over these channels and high data up to develop in Matlab tool and using optical Interleaved the OFDM model and analysis the performance of the WDM-PON system

Conversor de longitud de onda óptico sintonizable de banda ancha para la siguiente generación de supercanales ópticos

RESUMEN: En esta investigación se propone un esquema de conversión de longitud de onda netamente óptico sintonizable y de banda ancha usando como dispositivo de conversión un modulador Mach-Zehnder junto con un generador de microondas para sintonizar el espaciamiento entre canales a lo largo de la banda C. Se reporta una demodulación exitosa de hasta 8 conversiones de longitud de onda, en pasos desde 50- 400GHz de canales en formato Nyquist QPSK de 100Gbps con espaciamiento entre canal configurable. El esquema de conversión de longitud de onda propuesto habilita el enrutamiento flexible de longitudes de onda en redes ópticas con grilla espectral no fija, tal y como se puede observar en los Supercanales con una tasa de error de bit más baja que 10-13.ABSTARCT: A broad-range tunable all optical wavelength conversion scheme that is based on a dual driven Mach-Zehnder modulator with an integrated microwave generator to tune the channel spacing along the entire C band, is proposed. Successful signal demodulation up to 8 wavelength conversions, in steps of 50-400 GHz of 100 Gbps Nyquist QPSK channels with configurable channel spacing is reported. The proposed wavelength conversion scheme enables flexible wavelength routing on gridless optical networks, as can be seen in the Superchannels with a BER lower than 10-13

Comparison of Single-Wavelength and Multi-Wavelength Transponders in a Physical-layer-aware Network Planning Study

Based on suitable system architectures and realistic specifications, transmit OSNR penalties and spectral constraints of multi-wavelength transponders are identified and analyzed in a network study. We report up to 70% less required lasers at the expense of a slight increase in number of lightpaths.Comment: The work has been partially funded by the German Federal Ministry of Education and Research in the project STARFALL (16KIS1418K) and the project 6G-life (16KISK002), as well as the European Research Council through the ERC-CoG FRECOM project (grant no. 771878

Resonant Electro-Optic Frequency Comb

High speed optical telecommunication is enabled by wavelength division multiplexing, whereby hundreds of individually stabilized lasers encode the information within a single mode optical fiber. In the seek for larger bandwidth the optical power sent into the fiber is limited by optical non-linearities within the fiber and energy consumption of the light sources starts to become a significant cost factor. Optical frequency combs have been suggested to remedy this problem by generating multiple laser lines within a monolithic device, their current stability and coherence lets them operate only in small parameter ranges. Here we show that a broadband frequency comb realized through the electro-optic effect within a high quality whispering gallery mode resonator can operate at low microwave and optical powers. Contrary to the usual third order Kerr non-linear optical frequency combs we rely on the second order non-linear effect which is much more efficient. Our result uses a fixed microwave signal which is mixed with an optical pump signal to generate a coherent frequency comb with a precisely determined carrier separation. The resonant enhancement enables us to operate with microwave powers three order magnitude smaller than in commercially available devices. We can expect the implementation into the next generation long distance telecommunication which relies on coherent emission and detection schemes to allow for operation with higher optical powers and at reduced cost

Equalização digital para sistemas de transmissão ópticos coerentes

This thesis focus on the digital equalization of fiber impairments for coherent optical transmission systems. New efficient and low-complexity equalization and mitigation techniques that counteract fiber nonlinear impairments are proposed and the tradeoff between performance and complexity is numerically assessed and experimentally demonstrated in metro and long-haul 400G superchannels-based transmission systems. Digital backpropagation (DBP) based on low-complexity split-step Fourier method and Volterra series nonlinear equalizers are experimentally assessed in an uniform superchannel system. In contrast with standard DBP methods, these techniques prove to be able to be implemented with larger step-sizes, consequently requiring a reduced number of multiplications, and still achieve a significant reach extension over linear equalization techniques. Moreover, given its structure, the complexity of the proposed Volterra-based DBP approach can be easily adjusted by changing the nonlinear filter dimension according to the system requirements, thus providing a higher flexibility to the nonlinear equalization block. A frequency-hybrid superchannel envisioning near-future flexible networks is then proposed as a way to increase the system bit-rate granularity. The problematic of the power-ratio between superchannel carriers is addressed and optimized for linear and nonlinear operation regimes using three distinct FEC paradigms. Applying a single FEC to the entire superchannel has a simpler implementation and is found to be a more robust approach, tolerating larger uncertainties on the system parameters optimization. We also investigate the performance gain provided by the application of different DBP techniques in frequency-hybrid superchannel systems, and its implications on the optimum power-ratio. It is shown that the application of DBP can be restricted to the carrier transporting the higher cardinality QAM format, since the DBP benefit on the other carriers is negligible, which might bring a substantially complexity reduction of the DBP technique applied to the superchannel.A presente tese foca-se na equalização digital das distorções da fibra para sistemas óticos de transmissão coerente. São propostas novas técnicas eficientes e de baixa complexidade para a equalização e mitigação das distorções não lineares da fibra, e o compromisso entre desempenho e complexidade é testado numericamente e demonstrado experimental em sistemas de transmissão metro e longa distância baseados em supercanais 400G. A propagação digital inversa baseada no método de split-step Fourier e equalizadores não lineares de séries de Volterra de baixa complexidade são testadas experimentalmente num sistema baseado em supercanais uniformes. Ao contrário dos métodos convencionais utilizados, estas técnicas podem ser implementadas utilizando menos interações e ainda extender o alcance do sistema face às técnicas de equalização linear. Para além disso, a complexidade do método baseado em Volterra pode ser facilmente ajustada alterando a dimensão do filtro não linear de acordo com os requisitos do sistema, concedendo assim maior flexibilidade ao bloco de equalização não linear. Tendo em vista as futuras redes flexı́veis, um supercanal hı́brido na frequência é proposto de modo a aumentar a granularidade da taxa de transmissão do sistema. A problemática da relação de potência entre as portadoras do supercanal é abordada e optimizada em regimes de operação linear e não linear utilizando paradigmas diferentes de códigos correctores de erros. A aplicação de um único código corrector de erros à totalidade do supercanal mostra ser a abordagem mais robusta, tolerando maiores incertezas na optimização dos parâmetros do sistema. O ganho de desempenho dado pela aplicação de diferentes técnicas de propagação digital inversa em sistemas de supercanais hı́bridos na frequência é tamém analizado, assim como as suas implicações na relação óptima de potência. Mostra-se que esta pode ser restringida à portadora que transporta o formato de modulação de ordem mais elevada, uma vez que o benefı́cio trazido pelas restantes portadotas é negligenciável, permitindo reduzir significativamente a complexidade do algoritmo aplicado.Programa Doutoral em Telecomunicaçõe

Analysis of system capacity and spectral efficiency of fixed-grid network

In this article, the performance of a fixed grid network is examined for various modulation formats to estimate the system's capacity and spectral efficiency. The optical In-phase Quadrature Modulator structure is used to build a fixed grid network modulation, and the homodyne detection approach is used for the receiver. Data multiplexing is accomplished using the Polarization Division Multiplexed technology. 100 Gbps, 150 Gbps, and 200 Gbps data rates are transmitted under these circumstances utilizing various modulation formats. Various pre-processing and signal recovery steps are explained by using modern digital signal processing systems. The achieved spectrum efficiencies for PM-QPSK, PM-8 QAM, and PM-16 QAM, respectively, were 2, 3, and 4 bits/s/Hz. Different modulation like PM-QPSK, PM-8-QAM, and PM-16-QAM each has system capacities of 8-9, 12-13.5, and 16-18 Tbps and it reaches transmission distances of 3000, 1300, and 700 kilometers with acceptable Bit Error Rate less than equal to 2*10-3 respectively. Peak optical power for received signal detection and full width at half maximum is noted for the different modulations under a fixed grind network

Coherent terabit/s communications using chip-scale optical frequency comb sources

Der Visual Networking Index (VNI) der Firma Cisco weist für den weltweiten Internetverkehr eine durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 26% aus und prognostiziert 2022 einen jährliche Datenverkehr von 4,8 Zettabyte [1]. Um diesem Anstieg des Netzwerkverkehrs zu begegnen, ist die kohärente Datenübertragung in Kombination mit sogenanntem Wellenlängenmultiplex (engl. wavelength-division multiplexing, WDM) in Langstrecken-Glasfasernetzwerken zum Standard geworden. Mit der verstärkten Nutzung von Cloud-basierten Diensten, dem wachsenden Trend, Inhalte in die Nähe der Endbenutzer zu bringen, und der steigenden Anzahl angeschlossener Geräte in sog. Internet-of-Things-(IoT-)Szenarien, wird der Datenverkehr auf allen Netzebenen voraussichtlich weiter drastisch ansteigen. Daher wird erwartet, dass die WDM-Übertragung mittelfristig auch kürzere Verbindungen verwendet werden wird, die in viel größeren Stückzahlen eingesetzt werden als Langstreckenverbindungen und bei denen die Größe und die Kosten der Transceiver-Baugruppen daher wesentlich wichtiger sind. In diesem Zusammenhang werden optische Frequenzkammgeneratoren als kompakte und robuste Mehrwellenlängen-Lichtquellen eine wichtige Rolle spielen. Sie können sowohl auf der Sender- als auch auf der Empfängerseite einer kohärenten WDM-Verbindung eine große Anzahl wohldefinierter optischer Träger oder Lokaloszillator-Signale liefern. Ein besonders wichtiger Vorteil der Frequenzkämme ist die Tatsache, dass die Spektrallinien von Natur aus äquidistant sind und durch nur zwei Parameter − die Mittenfrequenz und den freien Spektralbereich − definiert werden. Dadurch kann eine auf eine individuelle Frequenzüberwachung der einzelnen Träger verzichtet werden, und etwaige spektrale Schutzbänder zwischen benachbarten Kanälen können stark reduziert werden oder komplett wegfallen. Darüber hinaus erleichtert die inhärente Phasenbeziehung zwischen den Trägern eines Frequenzkamms die gemeinsame digitale Signalverarbeitung der WDM-Kanäle, was die Empfängerkomplexität reduzieren und darüber hinaus auch die Kompensation nichtlinearer Kanalstörungen ermöglichen kann. Unter den verschiedenen Kammgeneratoren sind Bauteile im Chip-Format der Schlüssel für künftige WDM-Transceiver, die eine kompakte Bauform aufweisen und sich kosteneffizient in großen Stückzahlen herstellen lassen sollen. Gegenstand dieser Arbeit ist daher die Untersuchung von neuartigen Frequenzkammgeneratoren im Chip-Format im Hinblick auf deren Eignung für die massiv parallele WDM-Übertragung. Diese Bauteile lassen sich nicht nur als Mehrwellenlängen-Lichtquellen auf der Senderseite einsetzen, sondern bieten sich auch als Mehrwellenlängen-Lokaloszillatoren (LO) für den parallelen kohärenten Empfang mehrerer WDM-Kanäle an. Bei den untersuchten Bauteilen handelt es sich um gütegeschaltete Laserdioden (engl. Gain-Switched Laser Diodes), modengekoppelte Laserdioden auf Basis von Quantenstrich-Strukturen (Quantum-Dash Mode-Locked Laser Diodes, QD-MLLD) und sog. Kerr-Kamm-Generatoren, die optische Nichtlinearitäten dritter Ordnung in Ringresonatoren hoher Güte ausnutzen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf Datenübertragungsexperimenten, die die Eignung der verschiedenen Kammquellen untersuchen und die in den internationalen Fachzeitschriften Nature und Optics Express veröffentlicht wurden [J1]-[J4]. Kapitel 1 gibt eine allgemeine Einführung in das Thema der optischen Datenübertragung und der zugehörigen WDM-Verfahren. In diesem Zusammenhang werden die Vorteile optischer Frequenzkämme als Lichtquellen für die WDM-Datenübertragung und den WDM-Empfang erläutert. Die einige Inhalte dieses Kapitels sind dem Buchkapitel [B1] entnommen, wobei Änderungen zur Anpassung an die Struktur und Notation der vorliegenden Arbeit vorgenommen wurden. In Kapitel 2 wird eine grundlegende Einführung in optische Kommunikations-systeme mit Schwerpunkt auf Hochleistungsverbindungen gegeben, die auf WDM und kohärenten Übertragungsverfahren beruhen. Außerdem wird die integrierte Optik als wichtiges technologisches Element zum Bau kostengünstiger und kompakter WDM-Transceiver vorgestellt. Das Kapitel gibt ferner einen Überblick über verschiedene optische Frequenzkammgeneratoren im Chip-Format, die sich als Mehrwellenlängen-Lichtquellen für solche Transceiver anbieten, und es werden grundlegende Anforderungen an optische Frequenzkammgeneratoren formuliert, die für WDM-Anwendungen relevant sind. Das Kapitel endet mit einer vergleichenden Diskussion der verschiedenen Kammgeneratoren sowie einer Zusammenfassung ausgewählter WDM-Datenübertragungsexperimente, die mit diesen Kammgeneratoren demonstriert wurden. In Kapitel 3 wird die kohärente WDM-Sendetechnik und der kohärente WDM-Empfang mit einer gütegeschalteten Laserdiode (GSLD) diskutiert. Im Mittelpunkt der Arbeit steht ein Versuchsaufbau, in dem der empfängerseitige Kammgenerator aktiv mit dem senderseitigen Generator synchronisiert wurde. Das Experiment stellt die weltweit erste Demonstration einer kohärenten WDM-Übertragung mit Datenraten von über 1 Tbit/s dar, bei dem synchronisierte Frequenzkämme als Mehrwellenlängen-Lichtquelle am Sender und als Mehrwellenlängen-LO am Empfänger verwendet werden. Kapitel 4 untersucht das Potenzial von QD-MLLD als Mehrwellenlängen-Lichtquellen für die WDM-Datenübertragung. Diese Kammgeneratoren sind aufgrund ihrer kompakten Größe und des einfachen Betriebs besonders attraktiv. Die erzeugten Kammlinien weisen jedoch ein hohes Phasenrauschen auf, das die Modulationsformate in früheren Übertragungsexperimenten auf 16QAM begrenzte. In diesem Kapitel wird gezeigt, dass QD-MLLD die WDM-Übertragung mit Modulationsformaten jenseits von 16QAM unterstützen kann, wenn eine optische Rückkopplung durch einen externen Resonator zur Reduzierung des Phasenrauschens der Kammlinien verwendet wird. In den Experimenten wird eine Reduzierung der intrinsischen Linienbreite um etwa zwei Größenordnungen demonstriert, was eine 32QAM-WDM-Übertragung ermöglicht. Die Demonstration der Datenübertragung mit einer Rate von 12 Tbit/s über eine 75 km lange Faser mit einer spektralen Netto-Effizienz von 7,5 Bit/s/Hz stellt dabei die höchste für diese Bauteile gezeigte spektrale Effizienz dar. Gegenstand von Kapitel 5 ist die WDM-Übertragung und der kohärente Empfang mit QD-MLLD vor. Die Vorteile der Skalierbarkeit von QD-MLLD für massiv parallele WDM-Verbindungen werden also nicht nur am Sender, wie in Kapitel 4 beschrieben, sondern auch am Empfänger ausgenutzt. So konnte ein Datenstrom mit einer Rohdatenrate von 4,1 Tbit/s über eine Distanz von 75 km übertragen werden, indem ein Paar von QD-MLLD mit ähnlichen freien Spektralbereichen verwendet wurde – ein Bauteil zur Erzeugung der optischen Träger am WDM-Sender und ein weiteres Bauteil zur Bereitstellung der erforderlichen LO-Töne für den kohärenten WDM-Empfang. Kapitel 6 beschreibt WDM-Datenübertragungsexperimente mit Hilfe von Kerr-Kamm-Generatoren. Dazu werden sog. dissipative Kerr-Solitonen (engl. dissipative Kerr solitons, DKS) in integriert-optischen Mikroresonatoren genutzt, die wegen zur Erzeugung einer streng periodischen Folge ultra-kurzer optischer Impulsen im Zeitbereich und damit zu einem breitbandigen, für WDM-Systeme sehr gut geeigneten Frequenzkamm führen. Mit diesen DKS-Kämmen wird ein Datenstrom mit einer Rohdatenrate von 55,0 Tbit/s über eine 75 km lange Faser übertragen. Zum Zeitpunkt der Veröffentlichung war dies die höchste Datenrate, welche mit einer chip-basierten Frequenzkammquelle erreicht wurde. Das Ergebnis zeigt das Potenzial der Kammquellen für WDM-Übertragung. Darüber hinaus wird der kohärente Empfang von 93 WDM-Kanälen mit einer Datenrate von 37,2 Tbit/s unter Verwendung eines DKS-Kamms als Multiwellenlängen-LO demonstriert; die Übertragung erfolgt über eine 75 km lange Faser. Diese Arbeiten wurde in der international renommierten wissenschaftlichen Zeitschrift Nature publiziert. Kapitel 7 fasst die Arbeit zusammen und gibt einen Ausblick auf die Anwendung der diskutierten Kammgeneratoren in zukünftigen WDM-Systemen

Characterization of a multifunctional active demultiplexer for optical frequency combs

We report on a multifunctional active demultiplexer for optical frequency combs. The proposed technique, based on injection locking, combines the functionality of a tunable demultiplexer, gain equalizer and an optical amplifer, all in one device. Validation of the concept is experimentally demonstrated through simultaneous demultiplexing and amplifcation of combs with various free spectral ranges (2.5 to 15 GHz), achieving an adjacent channel suppression ratio > 35 dB and an output power of 7.5 dBm. The functionality of the demultiplexer is extended to that of a gain equalizer, by fltering comb tones with powers 10 dB below the spectral peak, whilst maintaining a suppression ratio > 30 dB and a constant output power. This feature increases the number of comb lines suited for data modulation (i.e. usable lines), by a factor of ~1.7. Finally, we test the stability of such a demultiplexer, by measuring the frequency drift, beat tone power variations and phase correlation between demultiplexed tones

All Optical Signal Processing Technologies in Optical Fiber Communication

Due to continued growth of internet at starling rate and the introduction of new broadband services, such as cloud computing, IPTV and high-definition media streaming, there is a requirement for flexible bandwidth infrastructure that supports mobility of data at peta-scale. Elastic networking based on gridless spectrum technology is evolving as a favorable solution for the flexible optical networking supportive next generation traffic requirements. Recently, research is centered on a more elastic spectrum provision methodology than the traditional ITU-T grid. The main issue is the requirement for a transmission connect, capable of accommodating and handling a variety of signals with distinct modulation format, baud rate and spectral occupancy. Segmented use of the spectrum could lead to the shortage of availableness of sufficiently extensive spectrum spaces for high bitrate channels, resulting in wavelength contention. On-demand space assignment creates not only deviation from the ideal course but also have spectrum fragmentation, which reduces spectrum resource utilization. This chapter reviewed the recent research development of feasible solutions for the efficient transport of heterogeneous traffic by enhancing the flexibility of the optical layer for performing allocation of network resources as well as implementation of optical node by all optical signal processing in optical fiber communication