Implementation and investigation of a real-time optical 16-QAM transmission system with FPGA-based coherent receiver

Bibliographic Metadata

Title
Implementation and investigation of a real-time optical 16-QAM transmission system with FPGA-based coherent receiver
Author
Al-Bermani, Ali
Examiner
Noé, Reinhold ; Rückert, Ulrich
Published
2013
Institutional Note
Paderborn, Univ., Diss., 2013
Annotation
Tag der Verteidigung: 10.09.2013
Language
English
Document Types
Dissertation (PhD)
URN
urn:nbn:de:hbz:466:2-12213

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Zusammenfassung

Diese Dissertation stellt die erste Echtzeitübertragung von 16-QAM mit FPGA-basierter DSPU vor. 2.5 Gb/s wurden dabei über 20 und 100 km übertragen und kohärent (heterodyn) in Echtzeit empfangen. Die Bitfehlerquote (BER) lag dabei unterhalb der Schwelle moderner Fehlervorwärtskorrekturverfahren mit 7% Overhead. Mit BPS (Blind Phase Search) und QPSK partitioning (QPSKP) wurden zwei unterschiedliche Techniken zur Phasenrückgewinnung implementiert und durch Echtzeitmessung verglichen. Der Einfluss der Auflösung der erforderlichen Analog-Digital-Umsetzer (ADC) wurde ebenfalls untersucht, welche ebenfalls eine Herausforderung für kohärente Echtzeitübertragung darstellt. Der Einfluss von Phasenrauschen wird hier auch gezeigt, welches vorwiegend von den verwendeten Lasern, optischen Verstärkern und nichtlinearen Effekten in den optischen Fasern abhängt. Darüber hinaus wurden verschiedene Arbeitspunkte des 16-QAM-Modulators in Echtzeit getestet und die optimalen Bedingungen für eine minimale Bitfehlerquote gefunden.

Abstract

In this dissertation the first published real-time implementation of a 16-QAM transmission system with FPGA-based DSP is presented. 2.5 Gb/s coherent 16-QAM data has been optically transmitted over 20 and 100 km and synchronously received by heterodyning in a real-time I&Q receiver, with BER below the threshold of a state-of-the-art FEC (7% overhead). Two techniques of feed-forward carrier phase recovery (Blind Phase Search (BPS) and QPSK partitioning (QPSKP)) were tested in a real-time transmission experiment and compared with each other. The influence of the required resolution of the analog-to-digital converter (ADC) has been investigated, which is a challenge of real-time coherent transmission systems. The influence of phase noise in 16-QAM, which is mainly contributed from laser sources, optical amplifiers, and nonlinear effects in optical fibers is also shown. Moreover, different operation points of a 16-QAM modulator were tested in real-time and an optimal condition is found which minimizes the BER.

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