Impact of in-band crosstalk on the performance of optical coherent detection communication systems

Abstract

A detecção óptica coerente leva à coexistência de sinais com diferentes formatos de modulação e diferentes ritmos binários nas redes ópticas. Devido a essa coexistência vários cenários de diafonia homódina (in-band crosstalk) são possíveis. Neste trabalho, o impacto do in-band crosstalk devido a sinais interferentes com o for- mato de modulação em amplitude em quadratura (M-QAM) no desempenho do PDM-QPSK e PDM-16-QAM receptores coerentes a um ritmo binário agregado de 100 Gbps é estudado utilizando simulação Monte-Carlo. A precisão do método de magnitude do vector de erro (EVM) também é investigado na presença de in-band crosstalk, e revelou ser suficientemente preciso na estimação o nível de interferência que leva a uma penalidade de 1 dB na relação sinal-ruído óptico (OSNR) no receptor. No entanto, a precisão do método EVM foi dimin- uída, relativamente à estimativa da penalidade na OSNR devido a níveis de in-band crosstalk mais elevados. A influência do factor de duração de ciclo, do desalinhamento temporal e da diferença de fase entre o sinal interferência e o sinal seleccionado no desempenho do receptor é também avaliada. Mostra-se que o sinal QPSK com um factor de duração de ciclo de 33% é, em geral, o sinal seleccionado mais tolerante ao in-band crosstalk e o interferente menos prejudicial para o desempenho do receptor coerente. Mostramos também que o desalin- hamento temporal tem uma influência significativa no impacto do in-band crosstalk no desempenho do receptor coerente, quando o factor de duração de ciclo dos interferente ou do sinal seleccionado são baixos, e a diferença de fase tem impacto quase desprezável na variação da penalidade de OSNR.

Optical coherent technology leads to the coexistence of signals with different modulation formats and different bit rates in optical networks. Due to this coexistence several in-band crosstalk scenarios are possible. In this work, the impact of in-band crosstalk due to M-ary quadrature amplitude modulation (M-QAM) interferers on the performance of PDM-QPSK and PDM-16-QAM coherent receivers at an aggregated bit rate of 100 Gbps is studied using Monte Carlo simulation. The accuracy of the error vector magnitude method is also investigated in presence of in-band crosstalk and it revealed to be sufficiently accurate for the estimation of the crosstalk level that leads to a 1 dB Optical Signal-to-Noise ratio (OSNR) penalty at the receiver. However, the EVM method accuracy was diminished, concerning the estimation of the OSNR penalty due to higher crosstalk levels. The influence of the duty-cycle, time misalignment and phase difference between interferers and selected signal on the receiver performance is also assessed. We show that the QPSK signal with a duty-cycle of 33% is, generally, the most tolerant selected signal to in-band crosstalk and the less detrimental interferer to the coher- ent receiver performance. We also show that the time misalignment has a significant influence on the in-band crosstalk impact, when the duty-cycles of the interferers or selected signal are low, and the phase difference has almost negligible impact on the OSNR penalty variation.