Pilot-Symbols Aided Carrier Phase Recovery for 100G PM-QPSK Digital Coherent Receivers

A feed-forward pilot-symbols aided carrier phase recovery scheme is described. The approach relies on pilot symbols that are time-division multiplexed with the transmitted data. The main advantage of the proposed solution is that of avoiding the phase ambiguity problem after a cycle slip. For homogeneous PM-QPSK transmission the proposed scheme outperforms blind carrier recovery with differential decoding

Equalization-enhanced phase noise for 100Gb/s transmission and beyond with coherent detection

2010-2011 > Academic research: refereed > Publication in refereed journalVersion of RecordPublishe

Design tradeoffs and challenges in practical coherent optical transceiver implementations

This tutorial discusses the design and ASIC implementation of coherent optical transceivers. Algorithmic and architectural options and tradeoffs between performance and complexity/power dissipation are presented. Particular emphasis is placed on flexible (or reconfigurable) transceivers because of their importance as building blocks of software-defined optical networks. The paper elaborates on some advanced digital signal processing (DSP) techniques such as iterative decoding, which are likely to be applied in future coherent transceivers based on higher order modulations. Complexity and performance of critical DSP blocks such as the forward error correction decoder and the frequency-domain bulk chromatic dispersion equalizer are analyzed in detail. Other important ASIC implementation aspects including physical design, signal and power integrity, and design for testability, are also discussed.Fil: Morero, Damián Alfonso. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentina. ClariPhy Argentina S.A.; ArgentinaFil: Castrillon, Alejandro. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; ArgentinaFil: Aguirre, Alejandro. ClariPhy Argentina S.A.; ArgentinaFil: Hueda, Mario Rafael. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología; ArgentinaFil: Agazzi, Oscar Ernesto. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentina. ClariPhy Argentina S.A.; Argentin

Advanced DSP Techniques for High-Capacity and Energy-Efficient Optical Fiber Communications

The rapid proliferation of the Internet has been driving communication networks closer and closer to their limits, while available bandwidth is disappearing due to an ever-increasing network load. Over the past decade, optical fiber communication technology has increased per fiber data rate from 10 Tb/s to exceeding 10 Pb/s. The major explosion came after the maturity of coherent detection and advanced digital signal processing (DSP). DSP has played a critical role in accommodating channel impairments mitigation, enabling advanced modulation formats for spectral efficiency transmission and realizing flexible bandwidth. This book aims to explore novel, advanced DSP techniques to enable multi-Tb/s/channel optical transmission to address pressing bandwidth and power-efficiency demands. It provides state-of-the-art advances and future perspectives of DSP as well

Codificación para corrección de errores con aplicación en sistemas de transmisión y almacenamiento de información

Tesis (DCI)--FCEFN-UNC, 2013Trata de una técnica de diseño de códigos de chequeo de paridad de baja densidad ( más conocidas por sigla en ingles como LDPC) y un nuevo algoritmo de post- procesamiento para la reducción del piso de erro

Control de Errores en Sistemas de Comunicaciones Digitales de Alta Velocidad

Tesis (DCI)--FCEFN-UNC, 2017En los últimos 10 años, la industria de las comunicaciones ópticas ha migrado hacia esquemas de receptores coherentes utilizando conversores de señal analógica a digital (ADC, del inglés Analog-to-Digital Converter) de alta velocidad. Esto ha permitido la incorporación de códigos correctores de errores con decodificación por decisiones blandas con el objetivo de extender el alcance y la eficiencia espectral de los enlaces disponibles. Los códigos correctores de errores con decodificación por decisiones blandas tales como los turbo códigos y los de chequeo de paridad de baja densidad (LDPC, del inglés Low Density Parity Check), y en especial estos últimos, se han expandido por las más diversas áreas y constituyen en la actualidad el estándar en varias normas, tales como 10GBase-T, DVB-S2, y Mobile WiMax (802.16e). Sin embargo, en comunicaciones ópticas generalmente se los trata como algo ajeno al sistema y por lo tanto en la mayoría de la bibliografía relacionada no se han tenido en cuenta todos los efectos residuales del canal a la entrada del decodificador para evaluar su desempeño. En cambio se utiliza como métrica solo la tasa de error umbral a partir de la cual el esquema de corrección de errores empieza a corregir. Por tal motivo en la presente Tesis se aborda el tema de códigos correctores de errores con decodificación por decisiones blandas aplicados a comunicaciones ópticas coherentes con un enfoque integral. En el presente trabajo se proponen diferentes técnicas para hacer lo más efectivas posibles las transmisiones empleando códigos correctores de errores de gran ganancia frente a problemas específicos de comunicaciones ópticas como son el ruido de fase del láser, las fluctuaciones de frecuencia del láser y las no linealidades de la fibra. Se trabaja también con constelaciones multinivel tales como 16-QAM que permiten obtener una buena eficiencia espectral. Con el fin de abarcar el mayor espacio de soluciones posible, se proponen cuatro esquemas diferentes pero complementarios teniendo en cuenta las condiciones expuestas previamente. Por un lado, se propone el empleo de modulación diferencial debido a su robustez frente a variaciones en la fase y se propone una técnica para disminuir su penalidad. Por otro lado, para esquemas no diferenciales se plantea un algoritmo de compensación de desplazamientos de fase, los cuales son un fenómeno catastrófico presente en los esquemas de estimación de fase utilizados en comunicaciones ópticas. Otra de las propuestas consiste en la utilización de constelaciones híbridas intercaladas temporalmente con el propósito de generar una referencia de fase absoluta que permita evitar el problema de los desplazamientos de fase. Por último, se propone un esquema conjunto de detección y decodificación iterativo que permite realizar la estimación del ruido de fase y las fluctuaciones de frecuencia de manera conjunta con la decodificación demostrando gran robustez. También se presenta en esta Tesis una posible arquitectura de implementación del esquema conjunto iterativo que permite reducir la complejidad del mismo, incorporando una novedosa clase de códigos LDPC denominados espacialmente acoplados. Debido a su estructura estos códigos permiten disminuir la latencia de decodificación y mantener la complejidad del decodificador acotada. Resultados de simulación demuestran la eficacia del sistema propuest

Digital Coherent Receivers for Passive Optical Networks

The work presented herein explores the use of digital coherent receivers in loss limited transmission with a view to implementation in a 100 km long-reach passive optical network (LR-PON) with a net data rate of 10 Gbit/s per optical network unit. Optical power receiver sensitivity limits are investigated for C-band coherent receivers. Coherent-enabled advanced (amplitude, phase, and polarisation) modulation schemes are characterised in terms of electronic and optical bandwidth requirements and power efficiency to determine the optimum modulation format for a high capacity LRPON. Including the net coding gain achievable with forward error correction, the high power efficiency of polarisation switched (PS) quadrature phase shift keying (QPSK) enables an experimental demonstration of 4 photons/bit receiver sensitivity, while polarisation division multiplexed (PDM) QPSK enables transmission with 5 photons/bit sensitivity; a 0.5 dB power penalty. Nevertheless, PDM-QPSK is identified as the optimum modulation format for coherent LR-PON, due to its 1.25 dB bandwidth efficiency advantage over PS-QPSK. A coherent access network architecture is developed using 10 Gbit/s PDM-QPSK channels in a wavelength division multiplexed configuration. Multiple access is achieved by using the frequency selectivity of the coherent receiver to provide gain to the channel of interest. Combined with high receiver sensitivity, this demonstrates the feasibility of colourless network operation supporting 1024 channels. In bidirectional transmission, crosstalk from backscattering of optical power is mitigated using the receiver frequency selectivity and by using pulse shaping to restrict the optical channel bandwidth. A reflection-to-signal power ratio of 18.5 dB is tolerated without penalty. Practical realisation is addressed by exploring low complexity, multiplier-free digital signal processing (DSP) algorithms for adaptive channel equalisation; algorithms are identified that can be used without penalty. Finally, to address issues of integration, tunable local oscillator lasers, suitable for monolithic integration, are investigated. The receiver DSP is modified to overcome the additional intensity noise from these lasers. In this scenario, the reduced receiver sensitivity would still enable an LR-PON with 128 channels