Analysis of phase noise impact and SSBI mitigation in directly-detected single side-band optical OFDM systems

The continuous growth of the Internet traffic demands for reliable and efficient distributed networks. For this reason, the need for higher bit rate transmissions has risen, not only in long-haul communications, but also for metro-access networks. However, shorter range communication systems as such, are more susceptible to cost, footprint and power consumption. In the literature there are several solutions that meet the requirements mentioned above. Among these, the one examined in this work has been a Single Side-Band (SSB) Direct Detection (DD) optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) system. The focus has been in evaluating the impact of realistic Phase Noise (PN) and Signal-Signal Beat Interference (SSBI). First, it has been examined an analytical model, proposed in the literature, which specifies the detrimental interaction between chromatic dispersion (CD) and phase noise. Therefore, an implementation of such model has been formulated and integrated with the inclusion of the Additive White Gaussian Noise (AWGN), with considerations on the effects of filtering and possible benefits from the implementation of an SSBI compensation algorithm. Then the simulated performance has been compared, for increasing laser linewidth, with the one achieved by experimental results. Finally, the possible limitations of the analytical model for a realistic phase noise have been discussed, together with the advantages and disadvantages provided by the SSBI compensation.

La continua crescita del traffico Internet richiede reti distribuite affidabili ed efficienti. Per questo motivo è emersa la necessità di trasmissioni a più elevato bit rate, non solo nelle comunicazioni a lungo raggio, ma anche per le reti metro-access. Tuttavia, sistemi di comunicazione a più corto raggio come tali, sono più sensibili a costi, ingombro e consumo energetico. In letteratura esistono diverse soluzioni che soddisfano i requisiti sopra menzionati. Tra queste, la soluzione esaminata in questo lavoro è stata quella di un sistema ottico a banda laterale singola (SSB, Single Side-Band) rivelazione diretta (DD, Direct Detection) con multiplazione a divisione di frequenza ortogonale (OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing). L'attenzione è stata posta nel valutare l'impatto di un rumore di fase (PN, Phase Noise) realistico e dell'interferenza di battimento segnale-segnale (SSBI, Signal-Signal Beat Interference). In primo luogo, è stato esaminato un modello analitico, proposto in letteratura, che specifica l'interazione dannosa tra dispersione cromatica (CD, Chromatic Dispersion) e rumore di fase. Dopodiché, un'implementazione di tale modello è stata formulata ed integrata con l'inclusione del rumore gaussiano additivo bianco (AWGN, Additive White Gaussian Noise), con considerazioni sugli effetti del filtraggio e possibili benefici derivanti dall'implementazione di un algoritmo di compensazione dell'interferenza di battimento segnale-segnale. Quindi le prestazioni simulate sono state confrontate, all'aumentare della larghezza di riga del laser, con quelle ottenute da risultati sperimentali. Infine, sono state discusse le possibili limitazioni del modello analitico in presenza di rumore di fase realistico e i vantaggi e svantaggi forniti dalla compensazione dell'interferenza di battimento segnale-segnale.