On the performance of M-QAM optical signals in ROADM based optical networks

Abstract

The optical network physical layer limitations, in particular, the crosstalk due to imperfect isolation of optical network switching components, such as Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexers (ROADMs), can become a limiting factor in the performance of these networks. In this work, the impact of in-band crosstalk due to M-ary quadrature amplitude modulation (M-QAM) interferers on the performance of 4-QAM and 16-QAM coherent receivers in ROADM based networks is analysed, using Monte Carlo (MC) simulation. Several Wavelength Select Switch (WSS) models, a ROADM component, were studied, and each WSS model had a different optical filter profile. Two crosstalk metrics, unweighted crosstalk and weighted crosstalk, are used to measure the system performance degradation regarding the Optical Signal-to-Noise Ratio (OSNR) penalty at the coherent receiver. The difference between the two, is the fact that weighted crosstalk takes into account that the spectrum content closer to the center of the channel bandwidth has more impact than spectral content closer to the edges of the channel bandwidth. Using unweighted crosstalk metric, it can be concluded that optical filters with a wider rejection bandwidth in the center of the channel, have a better performance in terms of OSNR penalty at the coherent receiver. With the weighted crosstalk metric, it was observed that regardless of the WSS filter profile, the OSNR penalty performances of each WSS were similar. It can be concluded that the weighted crosstalk metric is very reliable at predicting system performances independently of the filter shape present in the WSS.

As limitações do nivel físico das redes ópticas, nomeadamente a diafonia (crosstalk) devido ao isolamento imperfeito de elementos de redes de fibra óptica, como os Multiplexadores Ópticos de Adição/Extracção Reconfiguráveis (ROADMs), podem constituir um factor limitativo no desempenho das redes ópticas. Nesta dissertação, foi estudado através de simulação de Monte-Carlo (MC), o impacto do crosstalk homódino devido a sinais interferentes com o formato de modulação em amplitude e em quadratura (M-QAM), no desempenho dos receptores coerentes de sinais 4-QAM e 16-QAM. Foram também estudados vários Selectores de Comprimento de Onda (WSS), um componente dos ROADMs, e em que cada WSS tem um filtro óptico com um perfil diferente. Duas métricas de crosstalk, unweighted crosstalk e weighted crosstalk, foram usadas para estudar a degradação do desempenho do sistema de comunicações ópticas referente à relação de sinal-ruído óptica (OSNR), no receptor coerente. A diferença entre estas duas métricas, é o facto de o weighted crosstalk levar em consideração que o conteúdo espectral perto do centro da largura de banda do canal, tem um impacto maior do que o conteúdo espectral perto das margens da largura de banda do canal. Analisando os resultados com a métrica unweighted crosstalk, foi possível concluir que WSSs com filtros ópticos com a banda de rejeição maior e mais centrada com a largura de banda do canal, obtiveram melhor desempenho em relação à penalidade de OSNR medida no receptor coerente. Usando o weighted crosstalk como métrica, foi observado que todos os WSSs registaram desempenhos semelhantes em termos de penalidade de OSNR. Podemos concluir, que o weighted crosstalk constitui uma métrica bastante fiável a prever desempenhos de sistemas de comunicações ópticos, independentemente do perfil dos filtros usados em cada WSS.