Sistema di comunicazione ottico auto-omodina per la rete di accesso

In the present work it has been proposed and developed a new self-homodyne optical communication system designed for the PON access network implementation. The main goal is to design a solution with the following characteristics: the absence of polarization tracking systems in the receiver and the copropagation along the optical fiber, on two orthogonal polarizations, of the signal generated by the local oscillator and the modulated signal. These features make the receiving system suitable for the ONU implementation in the user’s home at the edge of the optical access network. To overcome the lack of a polarization tracking system, it has been described a specific phase and amplitude differential modulation scheme. It was developed the mathematical model of the self-homodyne transmitter and the receiver, based on the Jones calculus. Numerical simulations have been performed to evaluate the factors that affect performance, and has also been performed a detailed impact analysis of modulation parameters variation on the system. Further simulations have been execute to evaluate the behaviour of a second model of the receiving system, less complex than the previous one thanks to the lower number of optical components involved. The performance of the developed self-homodyne system were compared with those of two optical communication systems functionally similar, and with an equal number of constellation points: a direct detection 4PAM system and a direct detection D4POLSK system. The measurements obtained from the experimental setup have confirmed the expected behaviour of the developed self-homodyne system. Elaborating the digital acquired measurements, it was possible to reconstruct the symbols constellation of the experimental system and prove the consistency with the numerically generated one.

Nel presente lavoro di tesi è stato proposto e sviluppato un nuovo sistema di comunicazione ottico auto-omodina destinato all’utilizzo nella rete d’accesso PON. L’obiettivo è quello di progettare una soluzione caratterizzata da: assenza di sistemi per il tracking dello stato di polarizzazione al ricevitore e copropagazione lungo la fibra ottica, su due polarizzazioni ortogonali, del segnale generato dall’oscillatore locale e del segnale modulato. Queste caratteristiche rendono il sistema di ricezione ideale per essere inserito all’interno dell’ONU nell’abitazione dell’utente finale posto all’estremità della rete d’accesso. Per ovviare alla mancanza di un sistema per il tracking dello stato di polarizzazione, è stato descritto un apposito schema di modulazione di fase e di ampiezza di tipo differenziale. É stato elaborato il modello matematico del trasmettitore e del ricevitore autoomodina, basato sul formalismo di Jones. Sono state effettuate delle simulazioni numeriche per valutare i fattori che influenzano le prestazioni, ed è stata eseguita un’analisi dettagliata dell’impatto che hanno le variazioni dei parametri di modulazione sul funzionamento del sistema. Sono state eseguite ulteriori simulazioni per valutare il funzionamento di un secondo modello del sistema di ricezione, meno complesso del precedente, in quanto dotato di un numero inferiore di componenti. Le prestazioni del sistema auto-omodina sviluppato sono state confrontate con quelle di due sistemi di comunicazione ottica dalle caratteristiche implementative affini e con una costellazione con lo stesso numero di simboli: un sistema 4PAM e un sistema D4POLSK. Le misure ottenute dal setup sperimentale, opportunamente realizzato in laboratorio, hanno confermato il corretto funzionamento del sistema auto-omodina sviluppato. Utilizzando le misure acquisite, è stato possibile ricostruire la costellazione dei simboli del sistema e valutarne la coerenza con quella generata simulativamente.