Impact of crosstalk in SDM systems in presence of multiple subcarrier modulation

Space-Division Multiplexing (SDM) in optical domain is widely investigated due to the more and more increasing capacity request. This thesis is aimed to study both theoretically and experimentally the impact of crosstalk in SDM optical systems, where each mode is represented by a multiple subcarrier modulated signal. A mathematical model for signal beating has been developed and then proved by simulations, which have been carried out by generating and receiving the electrical signals with transmitters and receivers implemented in MATLAB, and by managing the fibre transmission and the optical processing with a specific optical tool(OptSim). The simulation results have highlighted that when the beating between the carriers of signal and interferer enters the signal bandwidth, it disrupts the overall performance, and so a maximum achievable frequency difference between signal and interferer has been found out in case no countermeasures are taken. To overcome this problem, three different methods have been investigated: the adoption of Discrete Multitone (DMT) modulation, the insertion of a suitable guard band and the exploitation of Adaptive Noise Cancellation (ANC) filtering. DMT has been chosen as the modulation format for the signals in the laboratory measurements, since it maximises the capacity, while the other two solutions have been implemented for the simulations, given rise to two interesting results: by inserting a guard band the sensitivity to the linewidth of the laser almost becomes negligible, while the ANC algorithm performs the best in case of an almost ideal source.

Lo studio di tecniche di multiplazione quali SDM (Space-Division Multiplexing) in campo ottico si sta diffondendo a causa della sempre crescente richiesta di capacità. Lo scopo di questa tesi è la valutazione dell’impatto del crosstalk su sistemi ottici basati su SDM a cui è stata applicata la modulazione multiportante su ciascun modo. È stato sviluppato un modello matematico per il battimento tra segnali, che poi è stato validato attraverso simulazioni implementate con un approccio misto: trasmissione e ricezione effettuate in MATLAB e parte ottica (compresa la trasmissione in fibra) sfruttando un simulatore appropriato (OptSim). I risultati delle simulazioni hanno evidenziato che quando il battimento tra le portanti dei laser entra nella banda di segnale ha un effetto distruttivo sulla performance globale, dunque si impone un limite alla differenza di frequenza massima possibile senza applicare alcuna contromisura. Per superare questo problema, sono state investigate tre soluzioni: l’adozione della modulazione DMT (Discrete Multitone), l’inserimento di una banda di guardia ed il filtraggio Adaptive Noise Cancelling (ANC). La modulazione DMT è stata scelta come formato di modulazione nell’attività di laboratorio, poiché permette di massimizzare la capacità, mentre le altre due soluzioni sono state implementate nelle simulazioni, evidenziando due risultati interessanti: inserire una banda di guardia rende il sistema praticamente insensibile alla riga del laser, mentre l’algoritmo ANC funziona al suo meglio quando la sorgente è pressoché ideale.