BR102015013039A2 - frequency and / or phase shift estimation method in coherent digital communication systems - Google Patents

Abstract

método de estimação de desvios de frequência e/ou fase em sistemas de comunicação digital coerente a presente invenção se refere a um método de estimação de desvios de frequência e/ou de fase em sistemas de comunicação digital coerente, inclusive comunicação óptica. ela se insere no campo da tecnologia da informação, mais especificamente nas telecomunicações de alta capacidade, tendo aplicação na compensação de degradações da informação em receptores coerentes, ópticos ou não.Frequency and / or phase shift estimation method in coherent digital communication systems The present invention relates to a frequency and / or phase shift estimation method in coherent digital communication systems, including optical communication. It fits into the field of information technology, more specifically in high-capacity telecommunications, and is used to compensate for information degradation in coherent receivers, optical or otherwise.

Description

MÉTODO DE ESTIMAÇÃO DE DESVIOS DE FREQUÊNCIA E/OU FASE EM SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO DIGITAL COERENTE CAMPO DA INVENÇÃOMETHOD OF ESTIMATION OF FREQUENCY AND / OR PHASE DEVIATIONS IN COHERENT DIGITAL COMMUNICATION SYSTEMS FIELD OF THE INVENTION

[1] A presente invenção se refere a um método de estimação de desvios de frequência e/ou de fase em sistemas de comunicação digital coerente, inclusive comunicação óptica.[1] The present invention relates to a method of estimating frequency and / or phase deviations in coherent digital communication systems, including optical communication.

[2] Ela se insere no campo da tecnologia da informação, mais especificamente nas telecomunicações de alta capacidade, tendo aplicação na compensação de degradações da informação em receptores coerentes, ópticos ou não.[2] It fits into the field of information technology, more specifically in high-capacity telecommunications, having application in the compensation of information degradation in coherent receivers, optical or not.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO E ESTADO DA TÉCNICABACKGROUND OF THE INVENTION AND TECHNICAL STATE

[3] Métodos de recuperação de frequência e fase (CPE -Carrier Phase Estimation) são imprescindíveis para o perfeito funcionamento de sistemas de comunicação que empregam formatos eficientes de modulação e detecção coerente. Essa necessidade não é diferente para os atuais e avançados sistemas ópticos coerentes com modulações QAM. Os métodos de recuperação de frequência e fase aplicados aos sistemas ópticos coerentes podem ser, basicamente, de dois tipos, receptores baseados em PLL (Phase-Locked Loop)ou, mais recentemente, Feedforward. Métodos do tipo feedforward são notavelmente mais tolerantes a ruídos àqueles que utilizam PLL, e possibilitaram o emprego de lasers do tipo DFB (Distributed Feedback Lasers).[3] Carrier Phase Estimation (CPE) methods are essential for the smooth operation of communication systems employing efficient modulation and coherent detection formats. This need is no different for today's advanced optical systems consistent with QAM modulations. Frequency and phase recovery methods applied to coherent optical systems can be basically of two types, Phase-Locked Loop (PLL) -based receivers or, more recently, Feedforward. Feedforward methods are noticeably more noise tolerant to those using PLL, and have enabled the use of DFB (Distributed Feedback Lasers) lasers.

[4] Mais notadamente, Portela (2012), Ke (2012) e Fatadin (2010) apresentam resultados promissores em relação ao uso do feedforward, porém reconhecendo sua complexidade e alta demanda computacional requerida (que envolve comparações, rotações de fase. decisões etc., todas no Dlano comolexo).[4] Most notably, Portela (2012), Ke (2012) and Fatadin (2010) present promising results regarding feedforward use, but recognizing its complexity and high computational demand (involving comparisons, phase rotations, decisions, etc.). ., all in the complex Dlano).

[5] Também, em literatura patentária, muitos métodos são descritos com base nestas duas técnicas básicas, apresentando as mesmas limitações. É o caso de W02013174304Al, US2012155890A1, US8526831, US7606498, WO2012016548 (PLL) e US8073345, US8532503, US8295713, W02011140502 e US2012269507 (Feedfoward) .[5] Also, in patent literature, many methods are described based on these two basic techniques, with the same limitations. This is the case with W02013174304Al, US2012155890A1, US8526831, US7606498, WO2012016548 (PLL) and US8073345, US8532503, US8295713, W02011140502 and US2012269507 (Feedfoward).

[6] Os documentos W02010104785 e EP2406900 por sua vez, combinam em dois estágios o uso de PLL e Feedfoward, porém sem eliminar as limitações inerentes a ambas as técnicas.[6] Documents W02010104785 and EP2406900 in turn combine the use of PLL and Feedfoward in two stages, but without eliminating the limitations inherent in both techniques.

[7] O documento EP2536040A1, especificamente, apresenta alguma similaridade com a presente invenção, dado que também emprega um esquema de preâmbulo e o operador matemático conjugado. Contudo, o seu prêambulo é dado em rajadas (bursts) periódicas, para estimar os desvios. Para o método da presente invenção, o preâmbulo é utilizado apenas para uma estimativa inicial (tendo sua ocorrência reduzida ao longo do funcionamento). Também, enquanto no documento EP2536040A1 o uso do operador matemático conjugado se restringe a uma multiplicação, no presente pedido de patente o operador conjugado é empregado no conjunto de operações denominado Operação de Alinhamento, deixando o sistema mais eficiente e robusto como um todo e não somente no período do preâmbulo.[7] EP2536040A1 specifically bears some similarity to the present invention as it also employs a preamble scheme and the conjugate mathematical operator. However, its preamble is given in periodic bursts to estimate deviations. For the method of the present invention, the preamble is used only for an initial estimate (having its occurrence reduced during operation). Also, while in EP2536040A1 the use of the conjugate mathematical operator is restricted to multiplication, in this patent application the conjugate operator is employed in the set of operations called Alignment Operation, leaving the most efficient and robust system as a whole and not only in the preamble.

[8] Outros documentos tratam o problema por outro ângulo, como aquele baseado nos erros de fase probabilísticos para um grupo de símbolos (US2013089341A1) ou ainda na acumulação diferencial baseada em estados - SDA (US6990156B2). Em ambos os casos, chamam a atenção o conjunto de simplificações adotadas, que os afastam de uma condição real de operação e o desempenho inferior ao atingido pela presente invenção.[8] Other documents treat the problem from another angle, such as that based on probabilistic phase errors for a symbol group (US2013089341A1) or state-based differential accumulation - SDA (US6990156B2). In both cases, attention is drawn to the set of simplifications adopted, which remove them from a real operating condition and the performance below that achieved by the present invention.

[9] Desta forma, este trabalho propõe um novo método de recuperação de frequência e fase (Carrier Phase Recovery) sem o uso de PLL, o que viabiliza a recuperação mesmo em cenários complexos com altos mismatches de frequência e ruídos de fase, utilizando uma solução que demanda ainda menos recursos computacionais que as do estado da técnica. Os excelentes resultados obtidos, como o elevado fator de produto entre ruído de fase e período de símbolo (ou, em sistemas ópticos, largura espectral de laser multiplicado pelo período de símbolo) sob o qual o sistema consegue operar demonstram a importância da presente invenção.[9] Thus, this work proposes a new Carrier Phase Recovery method without the use of PLL, which enables recovery even in complex scenarios with high frequency mismatches and phase noise, using a solution that demands even less computational resources than the state of the art. The excellent results obtained, such as the high product factor between phase noise and symbol period (or, in optical systems, laser spectral width multiplied by the symbol period) under which the system can operate demonstrate the importance of the present invention.

[10] Ainda, muitas das soluções até então empregadas são limitadas a algum tipo de modulação específica (e a alguma característica intrínseca à mesma), não atendendo a formatos mais eficientes de modulação (como 16-QAM e superiores, por exemplo). Ressalte-se, portanto, o alcance da presente invenção, uma vez que pode ser utilizado para diversos tipos de modulação e não se restringe ao campo das comunicações ópticas, podendo ser aplicado em qualquer tipo de sistemas de telecomunicações coerente.[10] Still, many of the solutions hitherto employed are limited to some specific modulation (and some intrinsic feature), not addressing more efficient modulation formats (such as 16-QAM and higher, for example). Therefore, the scope of the present invention is emphasized as it can be used for various types of modulation and is not restricted to the field of optical communications and can be applied to any type of coherent telecommunications systems.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃOBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

[11] A presente invenção se refere a um método de estimação de desvios de frequência e/ou de fase em sistemas de comunicação digital coerente, inclusive comunicação óptica.[11] The present invention relates to a method of estimating frequency and / or phase shifts in coherent digital communication systems, including optical communication.

[12] O método se vale de uma denominada Operação de Alinhamento, de um novo modelo de preâmbulo, bem como de uma estrutura denominada conjugado virtual, compreendendo as seguintes etapas: a) Receber os sinais conjugados do preâmbulo R:mpar e Rpar / b) Operação de Alinhamento no preâmbulo; bl. Somar Rltnpar e Rpar, resultando em Yi; b2. Subtrair Rp3r de Rimpar, resultando em Yz; b3. Elevar Yi e Y2 ao quadrado, resultando em Zi e Z2, respectivamente; b4 . Subtrair Z2 de Zi, resultando em Z; c) Cálculo do mismatch de frequência; cl. Repetir as etapas a) e b), de modo a obter um símbolo Zx processado e seu antecessor Ζχ-ι; c2. Calcular a diferença de fase entre Zi e Zi-i (acréscimos de fase); c3. Calcular o desvio de frequência proporcional ao acréscimo de fase calculado em (c2); c4. Repetir sub-etapas (c2) e (c3) para um conjunto de símbolos de Zi e Zi-n, armazenando os desvios de frequência em um vetor. c5. Calcular um desvio de frequência médio a partir dos valores calculados em (c4) para um determinado período de tempo. c6. Calcular a média entre os desvios de frequência calculados em (c5) para cada polarização, resultando no desvio de frequência; d) Receber os sinais aleatórios do segmento de dados R ί ηΐΓ»Λ r e Rn3 r: e) Operação da estrutura do conjugado virtual no segmento de dados; el. Quantizar o símbolo Rimpar, resultando em Rlquant; e2. Mapear o símbolo ímpar recebido para o símbolo mais externo de seu quadrante, dada sua constelação, Siexterno, obtendo-se o símbolo ímpar mapeado, Rimap; e3. Quantizar o símbolo Rp, resultando em Rpquant; e4. Mapear o símbolo par recebido para o símbolo mais externo de seu quadrante, Spextemo, obtendo-se o símbolo par mapeado, Rpmap; e5. Mapear novamente o símbolo par recebido mapeado, Rpmap, até o conjugado do símbolo ímpar mapeado, obtendo-se um novo ponto, R2; f) Operação de Alinhamento no segmento de dados; f 1. Somar Rimap e Rj, resultando em Yi; f2. Subtrair R2 de Rimap, resultando em Y2; f3. Elevar Yi e Y2 ao quadrado, resultando em Zi e Z2, respectivamente; f4. Subtrair Z2 de Zi, resultando em Z; g) Cálculo do mismatch de fase; gl. Repetir as etapas d), e) e f) novamente, de modo a obter um símbolo Zi processado e seu antecessor Zi-i; g2. Calcular a diferença entre Zi e Zi-i (acréscimos de fase) e armazenar num vetor. g3. Calcular o acréscimo de fase acumulado entre um coniunto de símbolos Z. e Z--n, resultando no desvio de fase para cada polarização do sistema em questão.[12] The method uses a so-called Alignment Operation, a new preamble model, and a so-called virtual conjugate structure, comprising the following steps: a) Receiving the preamble conjugate signals R: mpar and Rpar / b ) Preamble Alignment Operation; bl. Sum Rltnpar and Rpar, resulting in Yi; b2. Subtract Rp3r from Rimp, yielding Yz; b3. Square Yi and Y2, resulting in Zi and Z2, respectively; b4. Subtract Z2 from Zi, resulting in Z; c) Calculation of frequency mismatch; cl. Repeat steps a) and b) to obtain a processed Zx symbol and its predecessor Ζχ-ι; c2. Calculate the phase difference between Zi and Zi-i (phase increments); c3. Calculate the frequency deviation proportional to the phase increase calculated in (c2); c4. Repeat sub steps (c2) and (c3) for a set of symbols of Zi and Zi-n, storing the frequency deviations in a vector. c5. Calculate an average frequency deviation from the calculated values in (c4) for a given time period. c6. Calculate the mean between the frequency deviations calculated in (c5) for each bias resulting in the frequency deviation; d) Receiving the random signals from the data segment R ί ηΐΓ »r R and Rn3 r: e) Operation of the virtual conjugate structure in the data segment; el. Quantize the Rimp symbol, resulting in Rlquant; e2. Map the received odd symbol to the outermost symbol of its quadrant, given its constellation, Siextern, giving the mapped odd symbol, Rimap; e3. Quantize the symbol Rp, resulting in Rpquant; e4. Map the received pair symbol to the outermost symbol of its quadrant, Spextemo, obtaining the mapped pair symbol, Rpmap; e5. Re-map the mapped received even symbol, Rpmap, to the conjugate of the mapped odd symbol, giving a new point, R2; f) Alignment operation on the data segment; f 1. Sum Rimap and Rj, resulting in Yi; f2. Subtract R2 from Rimap, resulting in Y2; f3. Square Yi and Y2, resulting in Zi and Z2, respectively; f4. Subtract Z2 from Zi, resulting in Z; g) Calculation of phase mismatch; gl. Repeat steps d), e) and f) again to obtain a processed Zi symbol and its predecessor Zi-i; g2. Calculate the difference between Zi and Zi-i (phase increments) and store in a vector. g3. Calculate the accumulated phase increase between a set of Z. and Z - n symbols, resulting in the phase shift for each polarization of the system in question.

[13] Alternativamente, havendo uma estimativa anterior dos desvios de frequência por outro método ou técnica, a presente invenção pode ser aplicada apenas a partir de sua etapa d), com o intuito de determinar o desvio de fase, eliminando a necessidade do preâmbulo concebido.[13] Alternatively, if there is a prior estimation of frequency deviations by another method or technique, the present invention may be applied only from step d) in order to determine the phase shift, eliminating the need for the designed preamble. .

[14] Em um sistema com diversidade de polarização, o método pode ser executado para cada uma delas e o desvio de frequência calculado pela média dos desvios calculados individualmente, para correção. Diferentemente, a correção dos desvios de fase é feita individualmente.[14] In a system with polarization diversity, the method can be performed for each of them and the frequency offset calculated by averaging individually calculated deviations for correction. In contrast, the phase shift correction is done individually.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Figura 1 - Arquitetura de um sistema óptico coerente multiplexado em polarização e processamento digital de sinais.Figure 1 - Architecture of a coherent multiplexed optical system in polarization and digital signal processing.

Figura 2 - Símbolos da constelação 16-QAM, empregada na prova de conceito implementada.Figure 2 - Symbols of the 16-QAM constellation, employed in the implemented proof of concept.

Figura 3 -Resultado gráfico de cada estágio da Operação de Alinhamento, num cenário sem mismatch.Figure 3 - Graphical result of each stage of the Alignment Operation, in a scenario without mismatch.

Figura 4 - Apresenta um exemplo de imagem com as circunferências sobre as quais os símbolos Z irão girar para o caso de mismatch.Figure 4 - Shows an example of the image with the circles on which the Z symbols will rotate in case of mismatch.

Figura 5 - Esquematização do método de estimação de mismatches de frequência e de fase em conjunto com sua concatenação e associadas com as etapas de correção, para o segmento de preâmbulo.Figure 5 - Schematic of the frequency and phase mismatch estimation method together with their concatenation and associated with the correction steps for the preamble segment.

Figura 6 - Apresenta um exemplo de evolução temporal de ψ aDontando os Dontos de outliers. Dara o caso de \li > 0.Figure 6 - Presents an example of time evolution of ψ aDontonto the points of outliers. For the case of \ li> 0.

Figura 7 - Resultado gráfico de cada estágio da Operação de Alinhamento no preâmbulo quando a modulação 4-PSK é empregada, como adotado no segmento de preâmbulo para a prova de conceito implementada.Figure 7 - Graphical result of each stage of the Preamble Alignment Operation when 4-PSK modulation is employed, as adopted in the preamble segment for the implemented proof of concept.

Figura 8 - Modelo de estimação e correção de desvios de frequência e fase para um sistema coerente com diversidade de polarização, para o segmento de dados (símbolos aleatórios), sendo empregado o esquema do conjugado virtual. Figura 9 - Apresenta o sistema simulado em sua versão sistêmica compacta.Figure 8 - Frequency and phase deviation estimation and correction model for a coherent system with polarization diversity for the data segment (random symbols), using the virtual conjugate scheme. Figure 9 - Presents the simulated system in its compact systemic version.

Figura 10 - Progressão esquematizada do método simulado para um determinado cenário óptico no segmento de dados, para ambas polarizações, com presença de mismatch de frequência e ruído de fase.Figure 10 - Schematic progression of the simulated method for a given optical scenario in the data segment, for both polarizations, with presence of frequency mismatch and phase noise.

Figura 11 - Exibe as curvas de BER para três cenários consideravelmente complexos e mais próximos a uma situação real de interferência.Figure 11 - Displays BER curves for three considerably complex scenarios that are closest to a real interference situation.

Figura 12 - Exibe a evolução temporal de uma das componentes da constelação.Figure 12 - Shows the temporal evolution of one of the constellation components.

Figura 13 - Apresenta as quatro componentes, ambas para OSNR de 30 dB.Figure 13 - Shows the four components, both for 30 dB OSNR.

Figura 14 - Exibe a evolução temporal de uma das componentes da constelação quando o valor de μ é alterado de 1*10‘3 para 3*10'3 no segmento de preâmbulo e 1,5*10~3 no segmento de dados.Figure 14 - Displays the time evolution of one of the constellation components when the value of μ is changed from 1 * 10‘3 to 3 * 10'3 in the preamble segment and 1.5 * 10 ~ 3 in the data segment.

Figura 15 - Exibe a evolução temporal das quatro componentes (I e Q de duas polarizações) quando o valor de μ é alterado de 1χ10~3 para 3*10~3 no segmento de preâmbulo e 1,5χ10~3 no seamento de dados.Figure 15 - Displays the time evolution of the four components (I and Q of two biases) when the value of μ is changed from 1χ10 ~ 3 to 3 * 10 ~ 3 in the preamble segment and 1.5χ10 ~ 3 in data routing.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[15] A presente invenção se refere a um método de estimação de desvios de frequência e/ou de fase em sistemas de comunicação digital coerente, inclusive comunicação óptica.[15] The present invention relates to a method of estimating frequency and / or phase deviations in coherent digital communication systems, including optical communication.

[16] 0 método se vale de uma denominada Operação de Alinhamento, de um novo modelo de preâmbulo, bem como de uma estrutura denominada conjugado virtual, compreendendo as seguintes etapas: a) Receber os sinais conjugados do preâmbulo Rimpar e Rpar b) Operação de Alinhamento no preâmbulo; bl) Somar Rimpat e Rpar, resultando em Yi; b2) Subtrair RpdC de Rimpar, resultando em Y2; b3) Elevar Yi e Y2 ao quadrado, resultando em Z: e Z2, respectivamente; b4) Subtrair Z2 de Zi, resultando em Z; c) Cálculo do mismatch de frequência; cl) Repetir as etapas a) e b), de modo a obter um símbolo Zi processado e seu antecessor Zi-i; c2) Calcular a diferença de fase entre Zx e Zx-\ (acréscimos de fase); c3) Calcular o desvio de frequência proporcional ao acréscimo de fase calculado em (c2); c4) Repetir sub-etapas (c2) e (c3) para um conjunto de símbolos de Zi e Zi-,., e armazenar os desvios de frequência em um vetor. c5) Calcular um desvio de frequência médio a partir dos valores calculados em (c4) para um determinado oeríodo de temDO. c6) Calcular a média entre os desvios de frequência calculados em (c5) para cada polarização, resultando no desvio de frequência; d) Receber os sinais aleatórios do segmento de dados Rimpar β Rpar; e) Operação da estrutura do conjugado virtual no segmento de dados; el) Quantizar o símbolo Rimpar, resultando em Riquant; e2) Mapear o símbolo ímpar recebido para o símbolo mais externo de seu quadrante, dada sua constelação, Siextemo, obtendo-se o símbolo ímpar mapeado, Rikaf; e3) Quantizar o símbolo RP, resultando em RpqUanr; e4) Mapear o símbolo par recebido para o símbolo mais externo de seu quadrante, Spextetno, obtendo-se o símbolo par mapeado, Rpmap; e5) Mapear novamente o símbolo par recebido mapeado, Rpmap, até o conjugado do símbolo ímpar mapeado, obtendo-se um novo ponto, R.::; f) Operação de Alinhamento no segmento de dados; fl) Somar Rimap e R2, resultando em Yi; f2) Subtrair R2 de Rimap, resultando em Y2; f3) Elevar Yi e Y2 ao quadrado, resultando em Zi e Z2, respectivamente; f4) Subtrair Z2 de Zi, resultando em Z; g) Cálculo do mismatch de fase; gl) Repetir as etapas d), e) e f) novamente, de modo a obter um símbolo Zi processado e seu antecessor Z^-i; g2) Calcular a diferença entre Zi e Zi-i (acréscimos de fase) e armazenar num vetor. g3) Calcular o acréscimo de fase acumulado entre um conjunto de símbolos Zi e Zi-n, resultando no desvio de fase para cada polarização do sistema em questão.[16] The method uses a so-called Alignment Operation, a new preamble model as well as a so-called virtual conjugate structure, comprising the following steps: a) Receiving the Preamble and Rpar Preamble conjugate signals b) Preamble alignment bl) Sum Rimpat and Rpar, resulting in Yi; b2) Subtract RpdC from Rimp, resulting in Y2; b3) Square Yi and Y2, resulting in Z: and Z2, respectively; b4) Subtract Z2 from Zi, resulting in Z; c) Calculation of frequency mismatch; (cl) Repeat steps (a) and (b) to obtain a processed Zi symbol and its predecessor Zi-i; c2) Calculate the phase difference between Zx and Zx- \ (phase increments); c3) Calculate the frequency deviation proportional to the phase increase calculated in (c2); c4) Repeat sub steps (c2) and (c3) for a set of symbols Zi and Zi -,., and store the frequency deviations in a vector. c5) Calculate an average frequency deviation from the values calculated in (c4) for a given time period. c6) Calculate the average of the frequency deviations calculated in (c5) for each bias resulting in the frequency deviation; d) Receive random signals from the data segment Rimpar β Rpar; e) Operation of the virtual conjugate structure in the data segment; el) Quantize the Rimpar symbol, resulting in Riquant; e2) Map the odd symbol received to the outermost symbol of its quadrant, given its constellation, Siextemo, obtaining the odd mapped symbol, Rikaf; e3) Quantize the symbol RP, resulting in RpqUanr; e4) Map the received pair symbol to the outermost symbol of its quadrant, Spextetno, obtaining the mapped pair symbol, Rpmap; e5) Re-map the mapped received even symbol, Rpmap, to the mapped odd symbol conjugate, obtaining a new point, R. ::; f) Alignment operation on the data segment; f) Sum Rimap and R2, resulting in Yi; f2) Subtracting R2 from Rimap, resulting in Y2; f3) Square Yi and Y2, resulting in Zi and Z2, respectively; f4) Subtract Z2 from Zi, resulting in Z; g) Calculation of phase mismatch; gl) Repeat steps d), e) and f) again to obtain a processed Zi symbol and its predecessor Zi-i; g2) Calculate the difference between Zi and Zi-i (phase increments) and store in a vector. g3) Calculate the accumulated phase increase between a set of symbols Zi and Zi-n, resulting in the phase shift for each polarization of the system in question.

[ 17 ] Alternativamente, havendo uma estimativa anterior dos desvios de frequência por outro método ou técnica, a presente invenção pode ser aplicada apenas a partir de sua etapa d), com o intuito de determinar o desvio de fase, eliminando a necessidade do preâmbulo concebido.[17] Alternatively, if there is a prior estimation of frequency deviations by another method or technique, the present invention can be applied only from step d) to determine the phase shift, eliminating the need for the designed preamble. .

[18] Em um sistema com diversidade de polarização, o método pode ser executado para cada uma delas e o desvio de frequência calculado pela média dos desvios calculados individualmente, para correção. Diferentemente, a correção dos desvios de fase é feita individualmente.[18] In a system with polarization diversity, the method can be performed for each of them and the frequency offset calculated by averaging individually calculated deviations for correction. In contrast, the phase shift correction is done individually.

Operação de Alinhamento [19] Em um sistema coerente (Figura 1), por exemplo, com modulação 16-QAM transmitida com uma constelação de símbolos aleatórios, sem qualquer tipo de ruído, degradação ou desvio de fase, apenas com mismatch de frequência, ao se fazer a detecção coerente no receptor, perceber-se que a constelação gira com velocidade angular constante. Isso se deve a diferença de frequência existente entre o laser transmissor e o laser oscilador local, num sistema óptico. Quando a diferença é positiva, a constelação gira em um sentido e, quando negativa, gira no sentido oposto.Alignment Operation [19] In a coherent system (Figure 1), for example, with 16-QAM modulation transmitted with a random symbol constellation, without any noise, degradation or phase shift, with frequency mismatch only, when If coherent detection is made at the receiver, the constellation rotates at a constant angular velocity. This is due to the frequency difference between the transmitting laser and the local oscillating laser in an optical system. When the difference is positive, the constellation spins in one direction and when negative, spins in the opposite direction.

[20] Isto significa que, neste cenário, a diferença entre a fase do sinal em um dado instante e a fase medida no próximo período de símbolos é proporcional do mismatch de frequência. Esta diferença, representada por cp, em outras palavras, é a rotação de fase da constelação em um período de símbolo. Em cenários não ideais, outros fenômenos físicos levam a outras degradações e desvios, de forma que a rotação de fase <p deverá estar corrompida por um ruído de fase e por uma possível variação de fase Θ, ambos de média zero. No exemplo adotado pela Figura 1, o modelo corresponde a, além de um sistema coerente, um sistema com diversidade de polarização.[20] This means that in this scenario, the difference between the signal phase at a given instant and the phase measured at the next symbol period is proportional to the frequency mismatch. This difference, represented by cp, in other words, is the phase rotation of the constellation in a symbol period. In non-ideal scenarios, other physical phenomena lead to further degradations and deviations, so that phase rotation <p must be corrupted by phase noise and possible phase variation Θ, both of zero mean. In the example adopted by Figure 1, the model corresponds to, besides a coherent system, a system with polarization diversity.

[21] A proposta de correção de mismatches opera, inicialmente, nos símbolos a serem transmitidos, para que os mesmos, no receptor, possam ser corretamente recebidos. Este alinhamento, ou conjunto destas operações matemáticas, pode ser denominado como Operação de Alinhamento.[21] The proposed mismatch correction initially operates on the symbols to be transmitted so that they can be correctly received at the receiver. This alignment, or set of these mathematical operations, can be termed as Alignment Operation.

[22] Considerando uma dada sequência de símbolos onde cada símbolo par seja o conjugado do símbolo ímpar que o antecede, tem-se a equação 1 abaixo, onde Sh e Sv são símbolos aleatórios da constelação 16-QAM (Figura 2). (equação 1) [23] Descrevendo a Operação de Alinhamento de forma genérica, são aplicados três estágios de processamento a cada par de símbolos 16-QAM conjugados (consistindo de um símbolo Rlmpar, do tido S^r. + iv; e de um símbolo R^r do tiDO S^=Si*=r.-iv , onde transmitido em cada uma das polarizações, horizontal e vertical. Por simplicidade, serão apresentadas as operações apenas para uma das polarizações.[22] Considering a given sequence of symbols where each even symbol is the conjugate of the preceding odd symbol, we have equation 1 below, where Sh and Sv are random symbols from the 16-QAM constellation (Figure 2). (equation 1) [23] Generally describing the Alignment Operation, three processing stages are applied to each pair of conjugated 16-QAM symbols (consisting of one Rlmpar symbol, the given S ^ r. + iv; and one symbol R ^ r of the tD S ^ = Si * = r.-iv, where transmitted in each of the horizontal and vertical polarizations For simplicity, the operations for only one of the polarizations will be presented.

[24] 0 primeiro estágio consiste em calcular Y: e Y2 conforme a equação 2; o segundo, em calcular Zi e Z2 conforme a equação 3; e o último, em calcular Z conforme a equação 4: (equação 2) (equação 3) (equação 4) [25] A Figura 3 ilustra graficamente a Operação de Alinhamento, respectivamente para cada estágio, considerando um cenário sem mismatch. Como os pares de símbolos são conjugados, a aplicação da Operação de Alinhamento garante que os símbolos Z estarão alinhados no eixo real, quando não há mismatches. Embora o emprego da Operação de Alinhamento assegure o alinhamento dos símbolos Z em um cenário sem mismatch, sua significativa vantagem está justamente em aplicá-la nos cenários em que existam mismatches. Nestes cenários, a aplicação da Operação de Alinhamento garante que os símbolos Z, embora não mais alinhados, estarão sobre os raios dos pontos mostrados na Figura 3c, ou seja, os símbolos Z estarão girando em uma velocidade proporcional ao mismatch de frequência. Diante disso, ao estimar-se (estatisticamente) a diferença de fase, por exemplo, entre um símbolo Zi e seu conseguinte Zt+i, estima-se φ e, consequentemente, o valor do mismatch de frequência.[24] The first stage consists of calculating Y: and Y2 according to equation 2; the second, in calculating Zi and Z2 according to equation 3; and the last one, in calculating Z according to equation 4: (equation 2) (equation 3) (equation 4) [25] Figure 3 graphically illustrates the Alignment Operation, respectively for each stage, considering a scenario without mismatch. Since the symbol pairs are conjugated, applying Alignment Operation ensures that the Z symbols will be aligned on the real axis when there are no mismatches. Although the use of the Alignment Operation ensures the alignment of Z symbols in a non-mismatch scenario, its significant advantage is precisely to apply it in scenarios where mismatches exist. In these scenarios, applying Alignment Operation ensures that the Z symbols, although no longer aligned, will be on the radii of the points shown in Figure 3c, ie the Z symbols will be rotating at a speed proportional to the frequency mismatch. Given this, when estimating (statistically) the phase difference, for example, between a symbol Zi and its consequent Zt + i, it is estimated φ and, consequently, the value of the frequency mismatch.

[26] Para facilitar a apresentação do desenvolvimento analítico da Operação de Alinhamento, têm-se as seguintes • 0 símbolo transmitido é dado por , onde fT é a frequência do transmissor e an o símbolo do alfabeto; • 0 símbolo recebido é dado por - onde £r é a frequência do receptor e ân é a estimativa de an; • 0 símbolo recebido também é dado por , onde ξ é o mismatch de frequência em ciclos/s = Hz; • é o mismatch de frequência em rad/s; • , onde ψ é o número de giros (rad) no intervalo [0,t]; • Analiticamente, , sendo cp é rotação de fase da constelação em um período de símbolo; • é o mismatch de frequência acumulado contínuo; • são valores discretos de , onde K = [1,2,3,...] representa constantes de valores inteiros; • Enquanto é o mismatch de frequência, cp é a rotação de fase em um período de símbolo;[26] To facilitate the presentation of the Alignment Operation's analytical development, the following are given: • The transmitted symbol is given by, where fT is the transmitter frequency and an the alphabet symbol; • The received symbol is given by - where £ r is the receiver frequency and an is the estimate of an; • The received symbol is also given by, where ξ is the frequency mismatch in cycles / s = Hz; • is the frequency mismatch in rad / s; • where ψ is the number of turns (rad) in the interval [0, t]; Analytically, where cp is the phase rotation of the constellation in a symbol period; • is the continuous accumulated frequency mismatch; • are discrete values of, where K = [1,2,3, ...] represents integer constants; • While is the frequency mismatch, cp is the phase rotation in a symbol period;

[27] Com base nas equações 2, 3 e 4, para se obter os símbolos Z (formados por pares de símbolos 16-QAM), considerando-se, por simplicidade, um modelo de apenas uma polaridade, a equação é tal que: (equação5) [28] Em um sinal sem ruído ou dispersão, apenas com mismatch de frequência ξ, sendo Ri e Rz símbolos recebidos correspondente a Rhor impar e Rhor par, respectivamente, tem-se: (equação 6) (equação 7) (equação 8) (equação 9) [29] Para um cenário sem mismatch de frequência, ou seja, ξ=0 (equação 10) (equação 11) (equação 12) [30] A Figura 3a exibe o resultado gráfico do estágio 1 da estrutura da Operação de Alinhamento, onde é possível perceber que os símbolos de Yi já ficam alinhados nos lados positivo e negativo sobre o eixo das abscissas, enquanto os símbolos de Y2 ficam alinhados nos lados positivo e negativo sobre o eixo das ordenadas. Cada símbolo de Yi e Y2 é constituído, na verdade, por um par de símbolos 16-QAM [Rimpar, Rpar}. Já nesta primeira operação, percebe-se que o espaçamento entre os símbolos aumentou de 2 para 4 unidades. Tanto na Fiaura 3a auanto nas fiauras seauintes. p representa a probabilidade de ocorrência de cada sirnbolo para sistemas equiprováveis.[27] Based on equations 2, 3 and 4, to obtain the Z symbols (formed by 16-QAM symbol pairs), considering for simplicity a single-polarity model, the equation is such that: (equation5) [28] In a signal without noise or dispersion, only with frequency mismatch ξ, where Ri and Rz received symbols corresponding to odd Rhor and even Rhor, respectively, have: (equation 6) (equation 7) ( equation 8) (equation 9) [29] For a scenario without frequency mismatch, ie ξ = 0 (equation 10) (equation 11) (equation 12) [30] Figure 3a shows the graphical result of stage 1 of Alignment Operation structure, where you can see that the symbols of Yi are already aligned on the positive and negative sides of the abscissa axis, while the symbols of Y2 are aligned on the positive and negative sides of the ordinate axis. Each symbol of Yi and Y2 is actually made up of a pair of 16-QAM symbols. Already in this first operation, it is noticed that the spacing between the symbols increased from 2 to 4 units. Both in Fiaura 3a and in the following fiauras. p represents the probability of occurrence of each symbol for equiprobable systems.

[31] A Figura 3b representa o estágio 2 da Operação de Alinhamento, onde devido à operação de elevar à potência dois, os símbolos do primeiro termo da equação de Z ficam alinhados apenas na parte positiva do eixo das abscissas e os símbolos do segundo termo da equação de Z ficam alinhados sobre a parte negativa também do eixo das abscissas. Já a quantidade de símbolos foi reduzida pela metade, e ficaram ainda mais afastados (32 unidades de distância entre eles).[31] Figure 3b represents stage 2 of the Alignment Operation, where due to the power-up operation two, the symbols of the first term of the Z equation are aligned only on the positive axis of the abscissa and the symbols of the second term. of the equation of Z are aligned on the negative part also of the abscissa axis. Already the number of symbols was reduced by half, and were further apart (32 units of distance between them).

[32] Por fim, a Figura 3c apresenta o resultado do estágio 3, onde se pode perceber que os símbolos Z ficam alinhados apenas na parte positiva do eixo das abscissas e que o espaçamento entre os símbolos é bastante elevado. Os pontos se situam em 8, 40 e 72 para modulação com símbolos de amplitudes I e Q iguais a -3,-1,+1 e +3. No caso em que a potência da constelação 16-QAM é normalizada em lWatt, estes valores mudam para 0,8, 4 e 7,2. Estes ganhos no espaçamento são importantes pois aumentam a margem contra os efeitos de ruído e de interferência intersimbólica (IIS) entre os símbolos Z processados.[32] Finally, Figure 3c presents the result of stage 3, where it can be seen that the Z symbols are aligned only on the positive part of the abscissa axis and that the spacing between the symbols is quite high. The points are at 8, 40 and 72 for modulation with symbols of amplitudes I and Q equal to -3, -1, + 1 and +3. If the power of the 16-QAM constellation is normalized in lWatt, these values change to 0.8, 4 and 7.2. These gains in spacing are important as they increase the margin against noise and intersymbol interference (IIS) effects between processed Z symbols.

[33] Para o caso com mismatch de frequência, tem-se a partir das equações 5 a 9: (equação 13) [34] A equação 13 coincide com a equação do cenário sem mismatch. Dorém acrescida de um airo anaular de 2co radianos por período de símbolo. 0 termo é constante em todo o símbolo e deve ser cancelado naturalmente pelo algoritmo de estimação de fase que estima a defasagem entre pares de símbolos.[33] For the case with frequency mismatch, we have from equations 5 to 9: (equation 13) [34] Equation 13 coincides with the scenario equation without mismatch. Dorem plus an annular ring of 2co radians per symbol period. The term is constant throughout the symbol and must be naturally canceled by the phase estimation algorithm that estimates the mismatch between symbol pairs.

[35] Esta equação demonstra ainda que a transformação da Operação de Alinhamento garante que os símbolos de Z ficarão girando sempre sobre as mesmas circunferências de raio 8, 40 e 72. Mais do que isso, garante-se agora que os símbolos Z estarão girando numa velocidade angular de 2<p radianos por período de símbolo. A Figura 4 apresenta um exemplo de imagem com as circunferências sobre as quais os símbolos Z irão girar para o caso de mismatch, giro este que será em sentido horário ou anti-horário dependendo do módulo do mismatch. Desta forma, conclui-se que, com a aplicação da estrutura da Operação de Alinhamento, garante-se que os três possíveis símbolos Z estarão girando simultaneamente sobre as três circunferências descritas, numa velocidade angular proporcional ao mismatch de frequência.[35] This equation further demonstrates that the Alignment Transformation transformation ensures that the Z symbols will always rotate on the same radius circumferences 8, 40 and 72. More than that, it is now guaranteed that the Z symbols will be rotating. at an angular velocity of 2 p radians per symbol period. Figure 4 shows an example of the circumference image where the Z symbols will rotate in case of mismatch, which will be clockwise or counterclockwise depending on the mismatch module. Thus, it is concluded that by applying the Alignment Operation structure, it is ensured that the three possible Z symbols will be rotating simultaneously over the three described circumferences at an angular velocity proportional to the frequency mismatch.

[36] A cada novo símbolo Zi processado, é estimada a diferença de fase entre este símbolo e seu antecessor, Zi i. Os valores dos acréscimos de fase são armazenados no vetor Δψ, para futura estimação do mismatch. A diferença de fase entre um símbolo Zi e seu antecessor, Z±-i, é o mismatch estimado para um período de símbolo.[36] At each new Zi symbol processed, the phase difference between this symbol and its predecessor Zi i is estimated. The values of the phase increments are stored in the vector Δψ for future mismatch estimation. The phase difference between a Zi symbol and its predecessor, Z ± -i, is the estimated mismatch for a symbol period.

[37] A estrutura da Operação de Alinhamento é aplicada individualmente a cada polarização para estimação de φ horizontal e φ vertical. Contudo, a estimação do mismatch de frequência é feita conjuntamente entre as duas polarizações, de forma aue o Darâmetro cd de correcão será dado Dela média dos valores estimados para cada polarização. De posse de φ, é feita a correção do mismatch de frequência estimando-se seu valor médio dentro de um bloco de tamanho pré-definido, como mostrado na Figura 5, onde uma chave na parte inferior da figura seleciona o processamento por bloco.[37] The Alignment Operation structure is applied individually to each polarization for horizontal and vertical estimation. However, the frequency mismatch estimation is made jointly between the two biases, so that the Correction Dimension cd will be given as the average of the estimated values for each bias. With φ, the frequency mismatch is corrected by estimating its average value within a predefined size block, as shown in Figure 5, where a key at the bottom of the figure selects block processing.

[38] Os valores de fase medidos são dados no intervalo [0, 2n], ou, em alguns casos, no intervalo {-n, +n}. Desta forma, no cálculo da diferença de fase entre símbolos Z adjacentes, ocorrerão algumas situações de discrepância, chamadas de pontos críticos ou outliers. Esses outliers podem conduzir a consideráveis erros de estimação de mismatch. A Figura 6 apresenta um exemplo de evolução temporal de ψ apontando os pontos de outliers, para o caso de ψ > 0.[38] The measured phase values are given in the range [0, 2n], or in some cases in the range {-n, + n}. Thus, in calculating the phase difference between adjacent Z symbols, some discrepancy situations, called critical points or outliers, will occur. These outliers can lead to considerable mismatch estimation errors. Figure 6 presents an example of temporal evolution of ψ pointing outlier points, in the case of ψ> 0.

[39] Diante do problema imposto pelos outliers, faz-se necessária a adoção de um método "desembaraçador de fase", em inglês, chamado de phase unwrapping (PU) . A solução adotada faz uso do seguinte procedimento: a cada valor estimado salvo, salva-se também os valores do valor estimado se somando 2n e, também, o valor estimado subtraindo-se 2n. Por fim, selecionando o menor valor entre os três valores, garante-se uma estimativa correta sem a presença de outliers, executando o phase unwrapping.Faced with the problem posed by the outliers, the adoption of a phase unwrapping (PU) method is necessary. The solution adopted uses the following procedure: for each estimated value saved, the estimated value is also saved by adding 2n and also the estimated value by subtracting 2n. Finally, selecting the smallest value from the three values ensures a correct estimate without the presence of outliers by executing phase unwrapping.

[40] Como a estrutura da Operação de Alinhamento baseia-se no alinhamento de símbolos conjugados, sua capacidade de correção estará sujeita a rotações de até 45° entre um símbolo e outro. Em outras palavras, a rotação de fase em um período de símbolo, <p, não pode ser maior do que um giro que possibilite a troca de quadrante do símbolo seguinte, auebrando a condicâo de coniuaado existente entre símbolos adjacentes. Contudo, em sistemas eficientes que operam com altas taxas de transmissão (e, consequentemente, valores pequenos de tempo de símbolo Ts) este problema tende a ser significativamente minimizado, de forma a inexistir.[40] Because the structure of the Alignment Operation is based on the alignment of conjugated symbols, its correction capability is subject to rotations of up to 45 ° between one symbol and another. In other words, the phase rotation in a symbol period, <p, cannot be greater than a rotation that enables the quadrant to be changed from the next symbol, opening the existing coniuated condition between adjacent symbols. However, in efficient systems operating at high baud rates (and hence small Ts symbol time values) this problem tends to be significantly minimized so as not to exist.

[41] Em um sistema com modulação 16-QAM que opera na taxa de 112 Gb/s e com diversidade de polarização, cada símbolo utiliza 4 bits para sua representação. Devido à diversidade de polarização, a cada tempo de símbolo Ts, são transmitidos um símbolo pela polarização horizontal e outro pela polarização vertical, ou seja, 8 bits. Sendo assim, a taxa do sistema em Baud é de: (equação 14) [42] 0 valor da rotação, ROT, entre um símbolo e seu conseguinte é dado, em graus: (equação 15) [43] Na equação 15 acima, M é o mismatch, dado em Hz. Como informado, a capacidade de correção do sistema é dada quando a rotação entre um símbolo e seu conseguinte é de, no máximo, 45°. Assim, para o sistema em questão com 112Gb/s adotado como prova de conceito, o valor limite de mismatch, em Hz, será de: (equação 16) [44] Por fim, considerando a inexistência ou a efetiva correcão do mismatch de freauência. a estrutura da ODeracão de Alinhamento pode ser empregada também para estimação de desvios de fase Θ, conforme esquematizado pela Figura 8. Nesta representação é considerado um sistema que opera com diversidade de polarização, porém a estrutura proposta pode ser empregada a um sistema de única polarização, inclusive a um sistema não-óptico.[41] In a 16-QAM modulation system that operates at a rate of 112 Gb / s and with polarization diversity, each symbol uses 4 bits for its representation. Due to the polarization diversity, at each symbol time Ts, one symbol is transmitted by horizontal polarization and another by vertical polarization, ie 8 bits. Thus, the system rate in Baud is: (equation 14) [42] The value of rotation, ROT, between a symbol and its consequent is given in degrees: (equation 15) [43] In equation 15 above, M is the mismatch, given in Hz. As stated, the system's correction capability is given when the rotation between a symbol and its consequence is at most 45 °. Thus, for the 112Gb / s system adopted as proof of concept, the limit value of mismatch, in Hz, will be: (equation 16) [44] Finally, considering the nonexistence or the effective correction of the mismatch of frailence . The Alignment Range structure can also be used for estimating phase deviations Θ, as shown in Figure 8. This representation is considered a system that operates with polarization diversity, but the proposed structure can be employed to a single polarization system. , including a non-optical system.

Modelo de preâmbulo [45] No método proposto, durante um curto segmento de preâmbulo, são transmitidos pares de símbolos conjugados adjacentes apenas no segmento de preâmbulo. Visando evitar queda de desempenho do sistema frente a cenários mais complexos onde o sinal óptico multiplexado em polarização era submetido a grandes degradações (especialmente elevados valores de PDL), é necessário adotar um formato para preâmbulo. Assim, na prova de conceito desenvolvida, foi adotada a modulação 4-PSK, exclusivamente para este segmento apenas, não comprometendo o desempenho do sistema em termos de taxa de transmissão.Preamble model [45] In the proposed method, during a short preamble segment, pairs of adjacent conjugated symbols are transmitted only in the preamble segment. In order to avoid degradation of the system performance against more complex scenarios where the polarizing multiplexed optical signal was subjected to large degradations (especially high PDL values), it is necessary to adopt a preamble format. Thus, in the proof of concept developed, the 4-PSK modulation was adopted exclusively for this segment only, not compromising the system performance in terms of transmission rate.

[46] A Figura 7 exibe, os estágios 1 (6a), 2 (6b) e 3 (6c) da Operação de Alinhamento quando a modulação 4-PSK é empregada. De fato, como pode ser percebido por meio destas figuras, esta solução confere robustez ao sistema pelo fato de trabalhar com uma grande distância na constelação e evitar erros de decisão no que se refere ao módulo do símbolo operado. Em outras palavras, analisando-se os resultados gráficos da Operação de Alinhamento na modulação 4-PSK, percebe-se que é possível fazer a correção de fase sem qualquer tipo de preocupação com o módulo do símbolo.[46] Figure 7 shows the stages 1 (6a), 2 (6b) and 3 (6c) of the Alignment Operation when 4-PSK modulation is employed. In fact, as can be seen from these figures, this solution gives the system robustness by working with a large distance in the constellation and avoiding decision errors regarding the operated symbol module. In other words, by analyzing the graphical results of the Alignment Operation in 4-PSK modulation, we realize that it is possible to perform phase correction without any concern for the symbol module.

[47] Neste caso especifico, a equalização opera apenas na separação de fontes, dado que a Operação de Alinhamento é, na verdade, uma correção para o módulo original da constelação 4-PSK. Ademais, um preâmbulo satisfatoriamente curto tem a função de não comprometer a eficiência do sistema. Em especial, o período de preâmbulo pode ser cada vez intercalado com valores maiores de segmentos de dados, considerando-o como um período de inicialização que não necessita ser repetido em intervalos curtos de tempo (warm start) .[47] In this particular case, equalization operates only on source separation, as the Alignment Operation is actually a correction for the original 4-PSK constellation module. Moreover, a satisfactorily short preamble has the function of not compromising the efficiency of the system. In particular, the preamble period may be increasingly interspersed with larger values of data segments, considering it as a start-up period that does not need to be repeated at short intervals (warm start).

Conjugado virtual [48] Uma vez já estimado e corrigido o mismatch de frequência, a estrutura da Operação de Alinhamento é novamente aplicada individualmente a cada polarização para a estimação dos desvios de fase Θ horizontal e Θ vertical. Diferentemente da correção de frequência, a correção de desvios de fase é realizada independentemente para cada polarização, dado que os desvios de fase são diferentes também em função dos símbolos aleatórios transmitidos em cada polarização.Virtual Conjugate [48] Once the frequency mismatch has been estimated and corrected, the Alignment Operation structure is again applied individually to each bias to estimate the horizontal and vertical phase deviations. Unlike frequency correction, phase shift correction is performed independently for each polarization, since phase shifts are also different as a function of the random symbols transmitted at each polarization.

[49] A execução da Operação de Alinhamento supõe que todos os símbolos transmitidos sejam previamente arranjados em pares conjugados. Obviamente, em termos práticos, tal suposição é inviável, dado que o preâmbulo deve ocupar um relativamente pequeno intervalo de tempo. Assim, deseja-se que o preâmbulo seja o menor possível, desde que garanta um grau satisfatório de confiabilidade ao sistema de aquisição e rastreamento inicial. Por esta razão, o esquema do Coniuaado Virtual ooera fazendo com aue a estrutura da Operação de Alinhamento possa ser continuamente utilizada, inclusive no segmento de dados, estimando assim, principalmente, os desvios de fase Θ.[49] Performing the Alignment Operation assumes that all transmitted symbols are pre-arranged in conjugate pairs. Obviously, in practical terms, such an assumption is impracticable, since the preamble must occupy a relatively short time frame. Thus, it is desired that the preamble be as small as possible, provided it ensures a satisfactory degree of reliability to the initial acquisition and tracking system. For this reason, the Virtual Coniuaado scheme allows the Alignment Operation structure to be continuously used, including in the data segment, thus mainly estimating the phase deviations Θ.

[50] Durante o segmento de preâmbulo, símbolos conjugados adjacentes modulados em 4-PSK são transmitidos em cada polarização. Ao comutar-se para o modo de operação de dados, símbolos 16-QAM aleatórios são transmitidos. Em outras palavras, não existe mais a relação de símbolos conjugados adjacentes entre os símbolos transmitidos em cada polarização. Neste momento, o valor de correção do mismatch de frequência é fixado no valor médio dos cp's instantâneos estimados ao longo do segmento de preâmbulo, uma vez que sua variação é bastante lenta se comparada aos desvios de fase Θ. Alternativamente, ao invés da fixação citada, se poderia considerar um outro método ou técnica responsável pela estimação dos mismatches de frequêcia. Com esta correção, a constelação 16-QAM recebida deixa de girar e passa a sofrer apenas as variações aleatórias de fase, provenientes principalmente do ruído de fase dos lasers.[50] During the preamble segment, adjacent 4-PSK modulated conjugated symbols are transmitted at each polarization. When switching to data operation mode, random 16-QAM symbols are transmitted. In other words, there is no longer a relationship of adjacent conjugated symbols between the symbols transmitted at each polarization. At this time, the frequency mismatch correction value is fixed at the average value of the estimated instantaneous cp's along the preamble segment, since its variation is quite slow compared to the phase deviations Θ. Alternatively, instead of the aforementioned fixation, one could consider another method or technique responsible for estimating frequency mismatches. With this correction, the received 16-QAM constellation ceases to rotate and only suffers random phase variations, mainly arising from the phase noise of the lasers.

[51] Estas variações aleatórias levam a constelação 16-QAM a 'balançar' ou 'dançar' devido aos pequenos deslocamentos angulares. Caso tenha restado algum resíduo na estimação do mismatch, haverá uma pequena variação linear na fase que é compensada com o estimador e corretor de fase.É neste ponto exato que os sinais - já corrigidos pelo valor médio estimado de φ - são submetidos à estrutura de Conjugado Virtual. O que o esquema do Conjugado Virtual efetivamente faz é utilizar esses símbolos aleatórios (logo, não adjacentemente coniuaados) modulados em 16-OAM. Dodendo ser emoreaado outro formato de modulação avançado, e construir pares que são virtualmente conjugados, de forma a possibilitar a estimação dos desvios de fase Θ vertical e horizontal, por meio do emprego da estrutura da Operação de Alinhamento.[51] These random variations cause the 16-QAM constellation to 'sway' or 'dance' due to small angular displacements. If there is any residue left in the mismatch estimation, there will be a small linear variation in the phase that is compensated with the estimator and phase corrector. It is at this exact point that the signals - already corrected by the estimated average value of φ - are subjected to the Virtual Conjugate. What the Virtual Conjugate scheme actually does is use these 16-OAM modulated random (hence not adjacent) symbols. Since another advanced modulation format can be emoreate, and to construct pairs that are virtually conjugated, in order to allow the estimation of vertical and horizontal fase phase deviations, through the use of the Alignment Operation structure.

[52] Este procedimento é feito de forma independente para cada polarização, dado que cada polarização pode sofrer ruídos de fase diferentes. 0 método de operação da estrutura do conjugado virtual é explicado a seguir em oito passos: 1. Receber o símbolo ímpar, Rimpar; 2. Quantizar o símbolo Rimpar, resultando em Riquant.,· 3. Mapear o símbolo ímpar recebido para o símbolo mais externo de seu quadrante, Siexterno, obtendo-se o símbolo ímpar mapeado, Rikap, sendo angle a função que determina o ângulo do símbolo complexo: (equaçãol7) 4. Recebe o símbolo par, Rp; 5. Quantizar o símbolo Rp, resultando em RpqUant; 6. Mapear o símbolo par recebido para o símbolo mais externo de seu quadrante, Spexterno, obtendo-se o símbolo par mapeado, Rpmap: (equaçãol8) 7. Mapear novamente o símbolo par recebido mapeado, Rpmap, até o conjugado do símbolo ímpar mapeado, obtendo-se um novo ponto, R?; esta operação consiste em rotacionar Ypmap de 0o (multiplicar por 1), ou de 90° (multiplicar por j), ou de 180° (multiplicar por -1) ou de 270° (multiDlicar oor -i); 8. Utiliza o par de símbolos (Rimap, R2), agora conjugados, para aplicar a Operação de Alinhamento na estimação de Θ.[52] This procedure is done independently for each polarization, as each polarization may experience different phase noise. The method of operating the virtual conjugate structure is explained below in eight steps: 1. Receive the odd symbol, Rimp; 2. Quantize the Rimp symbol, resulting in Riquant., · 3. Map the received odd symbol to the outermost symbol of its quadrant, Siextern, giving the mapped odd symbol, Rikap, where angle is the function that determines the angle of the quadrant. complex symbol: (equation7) 4. Receives the even symbol, Rp; 5. Quantize the symbol Rp, resulting in RpqUant; 6. Map the received even symbol to the outermost symbol of its quadrant, Spexterno, obtaining the mapped even symbol, Rpmap: (equation8) 7. Re-map the mapped received even symbol, Rpmap, to the mapped odd symbol conjugate , obtaining a new point, R ?; This operation consists of rotating Ypmap from 0o (multiply by 1), or 90 ° (multiply by j), or 180 ° (multiply by -1) or 270 ° (multiDlicar oor -i); 8. Uses the now paired symbols (Rimap, R2) to apply the Alignment Operation to the estimation of Θ.

[53] Este procedimento do Conjugado Virtual é continuamente executado durante todo o segmento de dados para cada par de símbolos 16-QAM recebido. A cada par de símbolos aleatórios recebido, cria-se um par de símbolos (Yimap, Yz) virtualmente conjugados.[53] This Virtual Conjugate procedure is continuously performed throughout the data segment for each 16-QAM symbol pair received. For each pair of random symbols received, one pair of virtually conjugated symbols (Yimap, Yz) is created.

[54] Em resumo, o sistema desenvolvido opera da seguinte forma: [55] NO SEGMENTO DE PREÂMBULO: Um preâmbulo robusto (o qual não necessita ser longo) com símbolos 4-PSK ordenados em pares conjugados adjacentes são transmitidos de maneira independente em cada polarização. A estrutura da Operação de Alinhamento é aplicada para estimação de φ. Após a correção do mismatch de frequência, a estrutura da Operação de Alinhamento é novamente empregada em cada polarização independentemente para a estimação dos ruídos de fase e a correção de Θ é feita dentro de cada polarização.[54] In summary, the developed system operates as follows: [55] IN THE PREAMBLE SEGMENT: A robust preamble (which need not be long) with 4-PSK symbols ordered in adjacent conjugate pairs is transmitted independently on each other. polarization. The Alignment Operation structure is applied for estimation of φ. After frequency mismatch correction, the Alignment Operation structure is again employed for each bias independently for the estimation of phase noise and the correção correction is made within each bias.

[56] NO SEGMENTO DE DADOS: Dados aleatórios modulados em 16-QAM são transmitidos em cada polarização. A correção do mismatch de frequência é feita baseada num valor médio de φ estimado durante o segmento de preâmbulo. Os símbolos 16-QAM de cada polarização são submetidos ao algoritmo do Conjugado Virtual, o qual alimenta a estrutura da Operação de Alinhamento, estimando os desvios de fase Θ horizontal e Θ vertical. Os símbolos são corrigidos dos desvios de fase de forma independente para cada polarização.A Figura 8 exibe o funcionamento do sistema durante o searaento de dados.[56] DATA SEGMENT: 16-QAM modulated random data is transmitted at each polarization. Frequency mismatch correction is made based on an average value of φ estimated during the preamble segment. The 16-QAM symbols of each polarization are submitted to the Virtual Conjugate algorithm, which feeds the Alignment Operation structure, estimating the horizontal and vertical phase deviations. Symbols are corrected for phase shifts independently for each polarization. Figure 8 shows system operation during data mining.

[57] Assim, pode-se dizer que a estimação do mismatch de frequência é dada de forma conjunta entre as polarizações e a estimação dos desvios de fase é dada de forma independente para cada polarização. EXEMPLO DE CONCRETIZAÇÃO Simulação [58] A presente invenção foi validada em um ambiente que faz uso de duas plataformas, uma para domínio óptico e uma para o domínio elétrico, para uma modulação 16QAM, sempre com diversidade de polarização. A componente óptica do sistema foi desenvolvida e simulada integralmente na plataforma VPI Photonics, e a componente eletrônica, em Matlab-Simulink.[57] Thus, it can be said that the frequency mismatch estimation is given jointly between the polarizations and the phase shift estimation is given independently for each polarization. [58] The present invention has been validated in an environment that makes use of two platforms, one for optical domain and one for electric domain, for 16QAM modulation, always with polarization diversity. The optical component of the system was fully developed and simulated on the VPI Photonics platform and the electronic component on Matlab-Simulink.

[59] Resumidamente, o sistema simulado foi realizado com diversidade de polarização (chamada também de multiplexação por polarização ou Polarization Division Multiplexing - PDM, Polmux ou Dual-Polarization), taxa de transmissão de 112 Gb/s e modulação 16-QAM, exceto durante o segmento de preâmbulo, segmento no qual a modulação 4-PSK é empregada.[59] Briefly, the simulated system was performed with polarization diversity (also called polarization multiplexing or Polarization Division Multiplexing - PDM, Polmux or Dual-Polarization), transmission rate of 112 Gb / s and 16-QAM modulation, except during the preamble segment, segment in which 4-PSK modulation is employed.

[60] Tal qual na Figura 1, a Figura 9 apresenta o sistema simulado em sua versão sistêmica compacta. Os blocos estilizados, com preenchimento na cor laranja, indicam os estágios desenvolvidos no domínio óptico. Os demais processamentos foram realizados no ambiente Matlab-Simulink.[60] As in Figure 1, Figure 9 presents the simulated system in its compact systemic version. The stylized blocks, filled in orange, indicate the stages developed in the optical domain. The other processing was performed in the Matlab-Simulink environment.

[61] Inicialmente, a informação a ser transmitida e contida na fonte binária passa por um processo de paralelização para que os dados, separados, possam ser enviados independentemente pelas polarizações horizontal e vertical. Quando do segmento de preâmbulo, as chaves seletoras comutam Dara a inserção de Dreâmbulo e. uuando do seamento de dados. apenas bits de informação são transmitidos. Posteriormente, já no domínio óptico, os dados são modulados em 16-QAM durante o segmento de dados ou em 4-PSK durante o segmento de preâmbulo.[61] Initially, the information to be transmitted and contained in the binary source goes through a parallelization process so that the separated data can be sent independently by the horizontal and vertical biases. On the preamble segment, the selector switches toggle to insert preamble and. using data seaming. only bits of information are transmitted. Subsequently, already in the optical domain, the data is modulated in 16-QAM during the data segment or in 4-PSK during the preamble segment.

[62] Uma vez feita a modulação no domínio óptico, os sinais de cada polarização são unificados pelo combinador (também referido como combiner) e transmitidos pela fibra óptica. No receptor, o sinal recebido é separado em polarização por um separador (também referido como splitter), antes de ser efetuada a detecção coerente em cada polarização, para obtenção dos sinais em fase e quadratura das duas polarizações. Após essa etapa, os sinais são então convertidos do domínio óptico para o domínio elétrico e, enfim, são salvos, gerando séries temporais que são processadas posteriormente.[62] Once the optical domain is modulated, the signals of each polarization are unified by the combiner (also referred to as combiner) and transmitted by the optical fiber. At the receiver, the received signal is polarization separated by a splitter (also referred to as splitter), before coherent detection is performed on each polarization to obtain the phase and quadrature signals of the two polarizations. After this step, the signals are then converted from the optical domain to the electrical domain and finally saved, generating time series that are further processed.

[63] No domínio elétrico, os sinais são dizimados, uma vez que foram superamostrados no domínio óptico. Então, tem-se as etapas de controle automático de ganho, recuperação de relógio, separação de fontes (utilizando estrutura butterfly) e equalização radial e aplicação das estruturas de correção de mismatches de frequência e fase. Finalmente, tem-se a demodulaçâo 16-QAM, remoção de preâmbulo - se existir no segmento corrente - e conversão da forma paralela para a forma serial, unificando os dados transmitidos por diferentes polarizações e recuperando a informação binária transmitida.[63] In the electrical domain, the signals are decimated as they were oversampled in the optical domain. Then, there are the steps of automatic gain control, clock recovery, source separation (using butterfly structure) and radial equalization and application of frequency and phase mismatch correction structures. Finally, there is 16-QAM demodulation, preamble removal - if it exists in the current segment - and conversion from parallel to serial form, unifying the data transmitted by different polarizations and retrieving the transmitted binary information.

[64] Em linhas gerais, diferentes alternativas foram testadas, de modo a avaliar a eficácia do método em questão. Estas alternativas são caracterizadas Delas arandezas físicas e degradações envolvidas tais como comprimento da fibra óptica do enlace, dispersão cromática (CD), dispersão pelo modo de polarização (PMD), perda dependente da polarização (PDL), largura de linha do laser (linewidth) , mismatch de frequência e banda do filtro óptico do receptor.[64] Broadly speaking, different alternatives have been tested to assess the effectiveness of the method in question. These alternatives are characterized by the physical tandem and involved degradations such as fiber optic link length, chromatic scatter (CD), polarization mode scatter (PMD), polarization dependent loss (PDL), laser linewidth , mismatch of frequency and band of receiver optical filter.

[65] As simulações apresentadas neste capítulo foram obtidas para diferentes razões sinal/ruido óptica (OSNR - Optical Signal-to-Noise Ratio) para cada cenário simulado, de forma a se obter especialmente a medição da taxa de erro de bit (BER - Bit Error Rate). Destaca-se que todos os resultados apresentados nesta seção operam com diversidade de polarização (Dual Polarization) .[65] The simulations presented in this chapter were obtained for different Optical Signal-to-Noise Ratio (OSNR) for each simulated scenario, so as to obtain especially the bit error rate (BER) measurement. Bit Error Rate). It is noteworthy that all results presented in this section operate with dual polarization diversity.

[66] Além disso, o equalizador butterfly foi utilizado sempre com 9 coeficientes e as simulações foram realizadas empregando-se a proposta de receptor que utiliza uma solução inovadora de preâmbulo 4-PSK para recuperação de portadora e fase para transmissões de dados 16-QAM multiplexados em polarização, conforme descrito anteriormente. A estrutura do conjugado virtual foi usada para estimação dos ruídos de fase (com possíveis correções de resíduos de mismatch de frequência).[66] In addition, the butterfly equalizer was always used with 9 coefficients and simulations were performed using the proposed receiver that uses an innovative 4-PSK preamble solution for carrier and phase retrieval for 16-QAM data transmissions. multiplexed biases as described above. The virtual conjugate structure was used to estimate phase noise (with possible frequency mismatch residue corrections).

[67] Por comodidade, algumas abreviações foram feitas na organização dos cenários ópticos: • Fibra - Correspondente a uma fibra padrão, do tipo monomodo (SSMF - Standard Single-ModeFiber) com atenuação de 2*10 ’ dB/m; • B - Banda do filtro gaussiano óptico empregado no receptor, dada em Hz; • CD - Quando indicado, representa a presença de dispersão cromática, sempre considerada no valor de I6ps/nm/km e dispersão cromática slope de 80s/m;'; • PMD - Quando indicado, representa a presença de dispersão pelo modo de polarização com coeficiente de PMD de O.lps/Vkm e parâmetro correlation length igual a 50 metros; • PDL - Quando indicado, representa a presença de perda dependente da polarização, dado em dB; • Δν - Largura espectral de linha do laser, dada em Hz. Por vezes, representado por D como a soma dos dois valores de Δν, oriundos do laser transmissor e do oscilador local; • Ruido de fase - Decorrente sempre da soma dos Δν'β dos lasers. Nem sempre será indicado; • M - Representa o mismatch de frequência inserido, ou seja, a diferença entre a frequência central do laser transmissor e do laser do oscilador local no receptor coerente, dado em Hz.[67] For convenience, some abbreviations have been made in the organization of optical scenarios: • Fiber - Corresponds to a standard Single-ModeFiber (SSMF) fiber with 2 * 10 'dB / m attenuation; • B - Gaussian optical filter band used in the receiver, given in Hz; • CD - When indicated, represents the presence of chromatic dispersion, always considered in the value of I6ps / nm / km and chromatic dispersion slope of 80s / m; '; • PMD - When indicated, represents the presence of dispersion by polarization mode with PM. coefficient of O.lps / Vkm and correlation length parameter equal to 50 meters; • PDL - When indicated, represents the presence of polarization dependent loss, given in dB; • Δν - Laser line spectral width, given in Hz. Sometimes represented by D as the sum of the two Δν values from the transmitting laser and the local oscillator; • Phase Noise - Always due to the sum of the Δν'β of lasers. It will not always be indicated; • M - Represents the frequency mismatch entered, ie the difference between the center frequency of the transmitting laser and the local oscillator laser at the coherent receiver, given in Hz.

Resultados [68] O presente método simulado tem, para um determinado cenário óptico, sua progressão esquematizada na Figura 10, com as etapas de recepção do sinal (a), equalização radial do sinal recebido (b), estimação e correção do mismatch de frequência (c) e estimação e correção do mismatch de fase, durante o segmento de dados, para ambas as polarizações.Results [68] This simulated method has, for a given optical scenario, its progression outlined in Figure 10, with the steps of signal reception (a), radial equalization of the received signal (b), estimation and correction of frequency mismatch. (c) and estimation and correction of phase mismatch during the data segment for both polarizations.

[69] Afim de mensurar conclusivamente o desempenho do sistema proposto, foram selecionados, dentre muitos, três cenários consideravelmente complexos e mais próximos a uma situação real de interferência: Tabela 1 - Características dos cenários 38, 39 e 40 simulados.[69] In order to conclusively measure the performance of the proposed system, three considerably complex scenarios that were closest to a real interference situation were selected: Table 1 - Characteristics of simulated scenarios 38, 39 and 40.

[70] A Figura 11 exibe as curvas de BER para esses três novos cenários. O primeiro dado a ser visualizado nesta é que o sistema, para os três cenários descritos, atingiu taxas de erro de bit inferiores a 1 * 10*4, o que é satisfatório para o funcionamento do sistema. Em seguida, conforme esperado, é possível perceber que o Cenário 39 obteve desempenho inferior aos demais, devido ao alto valor de ruído de fase e, principalmente, por operar com elevado mismatch de frequência, de 1,5 GHz, próximo ao limite de correção do sistema para a taxa de 112 Gb/s.[70] Figure 11 shows the BER curves for these three new scenarios. The first data to be seen in this is that the system, for the three described scenarios, reached bit error rates of less than 1 * 10 * 4, which is satisfactory for the system operation. Then, as expected, it is possible to notice that Scenario 39 had lower performance than the others, due to the high value of phase noise and, mainly, to operate with high frequency mismatch of 1.5 GHz, close to the correction limit. from the system to the rate of 112 Gb / s.

[71] É importante destacar que para os resultados obtidos não foi empregado qualquer tipo de codificação de canal. Em outras palavras, com o emprego de códigos corretores de erro, haverá uma melhora adicional no desempenho do sistema para todos os cenários. Em termos gráficos, esta melhora de desempenho seria representada pela translação das curvas em direção à margem esquerda do gráfico. Em termos práticos, esta melhora significa uma diminuição na taxa de erro de bit para um determinado valor de OSNR, ou então, a exigência de uma menor OSNR para se operar com uma mesma taxa de erro de bit. Finalmente, o Cenário 39, o mais complexo de todos por operar muito próximo aos limites de correção de mismatch de frequência e de fase (M = 1,5 GHz e Desvio de Fase de 3,5 MHz), foi submetido a análise de tempo de convergência.[71] Importantly, for the results obtained no channel coding was employed. In other words, by employing error-correcting codes, there will be an additional improvement in system performance for all scenarios. In graphical terms, this performance improvement would be represented by the translation of curves towards the left margin of the graph. In practical terms, this improvement means a decrease in bit error rate for a given OSNR value, or a smaller OSNR requirement to operate at the same bit error rate. Finally, Scenario 39, the most complex of all operating very close to the frequency and phase mismatch correction limits (M = 1.5 GHz and 3.5 MHz Phase Shift), was subjected to time analysis. of convergence.

[72] A Figura 12 exibe a evolução temporal de uma das componentes da constelação, enquanto a Figura 13apresenta as quatro componentes, ambas para OSNR de 30 dB. Analisando-se a evolução das constelações, especialmente a apresentada na Figura 12, percebe-se que, de fato, sua convergência é a mais lenta de todas, necessitando de, aproximadamente, 8.000 símbolos para atingir um nível adequado de convergência. De fato, este número inicialmente pode parecer bastante significativo. No entanto, é bastante pertinente ressaltar que para todas as simulações realizadas até então, sempre, os passos de adaptação μ dos equalizadores da estrutura butterfly empregados foram de ΙχΙΟ"3. O valor de μ, principalmente utilizado durante o segmento de preâmbulo, é relacionado diretamente ao tempo de convergência, bem como à própria convergência em si.[72] Figure 12 shows the time evolution of one of the constellation components, while Figure 13 shows the four components, both for 30 dB OSNR. Analyzing the evolution of the constellations, especially the one presented in Figure 12, one can see that, in fact, their convergence is the slowest of all, requiring approximately 8,000 symbols to reach an appropriate level of convergence. In fact, this number may initially seem quite significant. However, it is quite pertinent to point out that for all simulations performed so far, always, the adaptation steps μ of the butterfly structure equalizers employed were ΙχΙΟ "3. The value of μ, mainly used during the preamble segment, is related directly to the time of convergence, as well as to the convergence itself.

[73] Como enunciado, o valor de μ utilizado, tanto para o segmento de preâmbulo (μ supervisionado) quanto para o segmento de dados (μ cego), para obtenção das Figuras 12 e 13 foi de ΙχΙΟ'3. No cenário dessas figuras (OSNR de 30 dB) , a taxa de erro de bit atingida foi de 1,53χ10~4. As Figuras 14 e 15 mostram resultados semelhantes aos das Figuras 12 e 13, quando o valor de μ é alterado de 1x10 3 para 3χ10~3 no segmento de preâmbulo e 1,5χ10'3 no segmento de dados.[73] As stated, the μ value used for both the preamble segment (supervised μ) and the data segment (μ blind) to obtain Figures 12 and 13 was ΙχΙΟ'3. In the scenario of these figures (30 dB OSNR), the bit error rate reached was 1.53χ10 ~ 4. Figures 14 and 15 show similar results to those of Figures 12 and 13, when the value of μ is changed from 1x10 3 to 3χ10 ~ 3 in the preamble segment and 1,5χ10'3 in the data segment.

[74] Com esta alteração nos valores dos passos de adaptação μ, a taxa de erro foi mantida na mesma ordem, atingindo (para este cenário de OSNR de 30 dB) o valor de 1,15x10 '. No entanto, como oode ser Dercebido nas Fiauras 14e 15. o temDo de convergência foi reduzido para, aproximadamente, 4.000 símbolos, o que representa uma redução significativa. Logo, percebe-se que mesmo para um cenário complexo como o Cenário 39, é possível de se realizar uma otimização nos parâmetros visando reduzir o tempo de convergência do sistema.[74] With this change in adaptation step values μ, the error rate was kept in the same order, reaching (for this 30 dB OSNR scenario) the value of 1.15x10 '. However, as may be Derived from Fiaures 14 and 15. the convergence time has been reduced to approximately 4,000 symbols, which represents a significant reduction. Thus, it is clear that even for a complex scenario such as Scenario 39, it is possible to perform an optimization of the parameters to reduce the system convergence time.

[75] Deste modo, os resultados obtidos apresentaram capacidade de correção de desvios de frequência superiores a 1,5 GHz e operação com faixas de ruído de fase da ordem de 3,5 MHz (Av*TS=2. δχΙΟ"1) , quando operando na taxa de 14 GBaud e em ambientes bastante degradados. Acerca do preâmbulo, os resultados confirmaram que o comprimento do segmento de preâmbulo a ser empregado pode ser relativamente curto, pois a convergência do sistema foi eficiente e relativamente rápida. Analogamente, foi comprovado que o emprego da modulação 4-PSK no segmento de preâmbulo aumentou a robustez do sistema, tornando-o convergente em cenários em que, com preâmbulo modulado em 16-QAM, era não-convergente.[75] Thus, the results obtained have been able to correct frequency deviations greater than 1.5 GHz and operate with phase noise bands of the order of 3.5 MHz (Av * TS = 2. ΔχΙΟ "1), when operating at a rate of 14 GBaud and in very degraded environments. About the preamble, the results confirmed that the length of the preamble segment to be employed can be relatively short as the convergence of the system was efficient and relatively fast. The use of 4-PSK modulation in the preamble segment increased the robustness of the system, making it convergent in scenarios where, with 16-QAM modulated preamble, it was non-convergent.

[76] No que se refere à equalização e à amostragem, os resultados mostraram que, quando a equalização fracionária é empregada, o sistema é mais robusto frente aos problemas de sincronismo. Em alguns cenários, o sistema mostrou-se capaz de operar com equalização não-fracionária, mas sob a penalidade de exigir um perfeito sincronismo no que tange aos instantes de amostragem. Embora o método desenvolvido tenha sido implementado e validado para a taxa de 112Gb/s, o mesmo pode ser aplicado a taxas mais elevadas. Mais do que isso, o método pode ser aplicado a outros tipos de sistemas, inclusive não-ópticos.[76] With regard to equalization and sampling, the results showed that when fractional equalization is employed, the system is more robust to timing problems. In some scenarios, the system proved to be capable of operating with non-fractional equalization, but under the penalty of requiring perfect synchronization with respect to sampling times. Although the developed method has been implemented and validated at a rate of 112Gb / s, it can be applied at higher rates. More than that, the method can be applied to other types of systems, including non-optical ones.

Referências: - T. F. Portela, B.-E. Olsson, C. Larsson, and D. Mello, "Experimental Demonstration of Joint-Polarization Phase Recovery Algoritnms for Dual-Polarization 16-QAM Transmission," National Fiber Optic Engineers Conference, p. JW2A.60, 2012. [Online]. Available: http://www.opticsinfobase.org/abstract.cfm?URI=NFOEC-2012-JW2A.60 - J. H. Ke, K. P. Zhong, Y. Gao, J. C. Cartledge, A. S. Karar, and Μ. A. Rezania, "Linewidth-Tolerant and Low-Complexity Two-Stage Carrier Phase Estimation for Dual-Polarization 16-QAM Coherent Optical Fiber Communications," Journal of Lightwave Technology, vol. 30, no. 24, pp. 3987-3992, Dec. 2012. [Online]. Available: http://ieeexplore.ieee.org/lpdocs/epic03/wrapper.htm?arnumb er=6238293 - I. Fatadin, D. Ives, and S. J. Savory, "Laser Linewidth Tolerance for 16-QAM Coherent Optical Systems Using QPSK Partitioning," IEEE Photonics Technology Letters, vol. 22, no. 9, pp. 6317633, May 2010.References: - T. F. Portela, B.-E. Olsson, C. Larsson, and D. Mello, "Experimental Demonstration of Joint-Polarization Phase Recovery Algorithms for Dual-Polarization 16-QAM Transmission," National Fiber Optic Engineers Conference, p. JW2A.60, 2012. [Online]. Available: http://www.opticsinfobase.org/abstract.cfm?URI=NFOEC-2012-JW2A.60 - J. H. Ke, K. P. Zhong, Y. Gao, J. C. Cartledge, A. S. Karar, and Μ. A. Rezania, "Linewidth-Tolerant and Low-Complexity Two-Stage Carrier Phase Estimation for Dual-Polarization 16-QAM Coherent Optical Fiber Communications," Journal of Lightwave Technology, Vol. 30, no. 24, pp. 3987-3992, Dec. 2012. [Online]. Available: http://ieeexplore.ieee.org/lpdocs/epic03/wrapper.htm?arnumb er = 6238293 - I. Fatadin, D. Ives, and SJ Savory, "Laser Linewidth Tolerance for 16-QAM Coherent Optical Systems Using QPSK Partitioning, "IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 22, no. 9, pp. 6,317,633, May 2010.

REIVINDICAÇÕES

Claims (11)

1. Método de estimação de desvios de frequência e/ou de fase em sistemas de comunicação digital coerente caracterizado por compreender as etapas de: a) Receber os sinais conjugados do preâmbulo Rimpar e Rpar ! b) Operação de Alinhamento no preâmbulo; bl) Somar Rimpar e Rpar/ resultando em Yi; b2) Subtrair Rpar de Rimpar, resultando em Y2; b3) Elevar Yi e Y2 ao quadrado, resultando em Zi e Z2, respectivamente; b4) Subtrair Z2 de Zi, resultando em Z; c) Cálculo do mismatch de frequência; cl) Repetir as etapas a) e b), de modo a obter um símbolo Zi processado e seu antecessor Zi-i; c2) Calcular a diferença de fase entre Z; e Zi-i (acréscimos de fase); c3) Calcular o desvio de frequência proporcional ao acréscimo de fase calculado em (c2); c4) Repetir sub-etapas (c2) e (c3) para um conjunto de símbolos de Zi e Zi-n, e armazenar os desvios de frequência em um vetor. c5) Calcular um desvio de frequência médio a partir dos valores calculados em (c4) para um determinado período de tempo. c6) Calcular a média entre os desvios de frequência calculados em (c5) de cada polarização, resultando no desvio de freauência. d) Receber os sinais aleatórios do segmento de dados Rimpar £ Rpatí e) Operação da estrutura do conjugado virtual no segmento de dados; el) Quantizar o símbolo Rimpar, resultando em Rlquant; e2) Mapear o símbolo impar recebido para o simbolo mais externo de seu quadrante, dada sua constelação, Siexterno, obtendo-se o simbolo ímpar mapeado, Rimap; e3) Quantizar o símbolo Rp, resultando em Rpquant; e4) Mapear o símbolo par recebido para o símbolo mais externo de seu quadrante, Spexterno, obtendo-se o símbolo par mapeado, Rpnap; e5) Mapear novamente o símbolo par recebido mapeado, Rpmap, até o conjugado do símbolo ímpar mapeado, obtendo-se um novo ponto, Rp; f) Operação de Alinhamento no segmento de dados; fl) Somar Rimap e R2, resultando em Yi; f2) Subtrair R2 de Rimap, resultando em Yp; f3) Elevar Yi e Y2 ao quadrado, resultando em Zi e Z2, respectivamente; f4) Subtrair Z2 de Zl, resultando em Z; g) Cálculo do mismatch de fase; gl) Repetir as etapas d), e) e f) novamente, de modo a obter um símbolo Zi processado e seu antecessor Zi-i; g2) Calcular a diferença entre ZL e Zi-i (acréscimos de fase) e armazenar num vetor. g3) Calcular o acréscimo de fase acumulado entre um conjunto de símbolos Zi e Zi-n, resultando no desvio de fase para cada polarização do sistema em questão.1. Method for estimating frequency and / or phase deviations in coherent digital communication systems, comprising the steps of: a) Receiving the combined Preamble and Rpar Preamble signals! (b) Preamble Alignment Operation; bl) Sum Rimpar and Rpar / resulting in Yi; b2) Subtract Rpar from Rimp, resulting in Y2; b3) Square Yi and Y2, resulting in Zi and Z2, respectively; b4) Subtract Z2 from Zi, resulting in Z; c) Calculation of frequency mismatch; (cl) Repeat steps (a) and (b) to obtain a processed Zi symbol and its predecessor Zi-i; c2) Calculate the phase difference between Z; and Zi-i (phase increments); c3) Calculate the frequency deviation proportional to the phase increase calculated in (c2); c4) Repeat sub steps (c2) and (c3) for a set of Zi and Zi-n symbols, and store the frequency deviations in a vector. c5) Calculate an average frequency deviation from the values calculated in (c4) for a given time period. c6) Calculate the average between the frequency deviations calculated in (c5) of each polarization, resulting in the deviation of freeau. d) Receiving the random signals from the data segment Rimpar Rpati e) Operation of the virtual conjugate structure in the data segment; el) Quantize the Rimpar symbol, resulting in Rlquant; e2) Map the odd symbol received to the outermost symbol of its quadrant, given its constellation, Siextern, obtaining the odd mapped symbol, Rimap; e3) Quantize the symbol Rp, resulting in Rpquant; e4) Map the received pair symbol to the outermost symbol of its quadrant, Spexterno, obtaining the mapped pair symbol, Rpnap; e5) Re-map the mapped received even symbol, Rpmap, to the mapped odd symbol conjugate, obtaining a new point, Rp; f) Alignment operation on the data segment; f) Sum Rimap and R2, resulting in Yi; f2) Subtracting R2 from Rimap, resulting in Yp; f3) Square Yi and Y2, resulting in Zi and Z2, respectively; f4) Subtract Z2 from Z1, resulting in Z; g) Calculation of phase mismatch; gl) Repeat steps d), e) and f) again to obtain a processed Zi symbol and its predecessor Zi-i; g2) Calculate the difference between ZL and Zi-i (phase increments) and store in a vector. g3) Calculate the accumulated phase increase between a set of symbols Zi and Zi-n, resulting in the phase shift for each polarization of the system in question. 2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os símbolos de Z obtidos na sub-etapa (b4) girarem em uma circunferência com velocidade angular proporcional ao desvio de frequência, conforme equações de 5a 9 e 13.Method according to claim 1, characterized in that the Z symbols obtained in sub-step (b4) rotate in a circumference with angular velocity proportional to the frequency deviation, according to equations 5a9 and 13. 3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os desvios de fase calculados na sub-etapa (c2) sofrerem a ação de um desembaraçador de fase e ter seus pontos críticos corrigidos.Method according to Claim 1, characterized in that the phase shifts calculated in sub-step (c2) are acted upon by a phase detangler and have their critical points corrected. 4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a diferença calculada na sub-etapa (c2) ser a rotação em um período de símbolo, possibilitando a construção de vetor e estimação do mismatch de frequência calculado em (c3).Method according to claim 1, characterized in that the calculated difference in the sub-step (c2) is the rotation in a symbol period, enabling the vector construction and estimation of the calculated frequency mismatch in (c3). 5. Método,de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o mapeamento da sub-etapa (e2) ser realizado conforme a equação 17.Method according to claim 1, characterized in that the mapping of sub-step (e2) is performed according to equation 17. 6. Método,de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o mapeamento da sub-etapa (e4) ser realizado conforme a equação 18.Method according to claim 1, characterized in that the mapping of sub-step (e4) is performed according to equation 18. 7. Método,de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o mapeamento da sub-etapa (e5) consistir em rotacionar Ypmai* de 0o, 90°, 180° ou 270° (multiplicar respectivamente por "l","j","-l" ou "-j")·Method according to claim 1, characterized in that the mapping of sub-step (e5) is to rotate Ypmai * from 0 °, 90 °, 180 ° or 270 ° (multiply by "1", "j", respectively). "-l" or "-j") · 8. Método,de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o preâmbulo da etapa (a) ser composto de pares conjugados adjacentes transmitidos de maneira independente em cada polarização.Method according to claim 1, characterized in that the preamble of step (a) is composed of adjacent conjugated pairs independently transmitted at each polarization. 9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo desvio de frequência calculado como o valor médio de φ estimado durante o segmento de preâmbulo ao final da etapa (c) .Method according to claim 1, characterized in that the frequency shift calculated as the mean value of φ estimated during the preamble segment at the end of step (c). 10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo desvio de fase ser calculado após a correção do desvio de frequência durante o segmento de dados.Method according to claim 1, characterized in that the phase shift is calculated after the correction of the frequency shift during the data segment. 11. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela estimação do desvio de frequência ser dada de forma conjunta entre as polarizações e a estimação dos desvios de fase ser dada de forma independente para cada polarização.Method according to Claim 1, characterized in that the frequency shift estimation is given together between the biases and the phase shift estimation is given independently for each polarization.