Establishing the basis of optical coherent transmission and detection which exploit digital signal processing (DSP) to optimize the performance of optical communication systems.

[ANGLÈS] In this project we analyze the theoretical models of optical coherent communication systems as well as the front-end arquitectures used to implement them. Key concepts as balanced photo detection and quantum limit are explained and studied. Complex modulation schemes maximize spectral efficiency and power efficiency by encoding information in two degrees of freedom. Homodyne and heterodyne downconvertion are shown to be linear processes that can fully recover the received signal field. When optical downconverted signals are sampled, compensation of transmission impairments can be performed using digital signal processing (DSP). Clock recovery, frequency offset compensation and phase offset compensation algorithms are studied and their performance is shown. Based on the theory analyzed, an optical coherent transceiver is designed using commercially available devices. A system and device characterization is performed. Implementation effects as bandwidth limitations, laser source deviation and different noise sources are studied. Modulation and demodulation impairments introduced by real devices are analyzed in order to evaluate their penalization over the signal quality at the receiver. The experimental set-up is then implemented and parameterized. The system performance is validated and the receiver robustness is tested under the presence of additive white gaussian noise (AWGN).

[CASTELLÀ] En este proyecto se analizan los modelos teóricos de los sistemas de comunicación ópticos coherentes, así como las arquitecturas front-end utilizadas para ponerlas en práctica. Se explican los conceptos clave como la foto detección balanceada y el ruido shot. Esquemas complejos de modulación son introducidos con el objetivo de maximizar la eficiencia espectral y la eficiencia energética mediante la codificación de la información en dos grados de libertad. La detección homodina y heterodina demuestran ser procesos lineales que pueden recuperar completamente el campo de la señal recibida. Cuando las señales ópticas subconvertidas se muestrean, la compensación de las deficiencias de transmisión se puede realizar mediante procesamiento de señal digital (DSP). Los algoritmos de recuperación del reloj, compensacion en frecuencia y compensacion de fase son analizados y su rendimiento es estudiado. Basándose en la teoría analizada, un transceptor óptico coherente es diseñado utilizando dispositivos comercialmente disponibles. La caracterización de los dispositivo involucrados es realizada, así como los efectos introducidos por no idealidades. Las penalizaciones en modulación y demodulación introducidas por los dispositivos reales se analizan con el fin de evaluar la calidad de la señal en el receptor. El montaje experimental es implementado y parametrizado. El rendimiento del sistema se valida y la robustez del receptor es testeada bajo la presencia de diferentes ratios de señal-ruido.

[CATALÀ] En aquest projecte s'analitzen els models teòrics dels sistemes de comunicació òptics coherents, així com les arquitectures front-end utilitzades per posar-les en pràctica. S'expliquen els conceptes clau com la foto detecció balancejada i el soroll shot. Esquemes complexos de modulació són introduïts amb l'objectiu de maximitzar l'eficiència espectral i l'eficiència energètica mitjançant la codificació de la informació en dos graus de llibertat. La detecció homodina i heterodina demostren ser processos lineals que poden recuperar completament el camp del senyal rebut. Quan els senyals òptiques subconvertidas es mostregen, la compensació de les deficiències de transmissió es pot realitzar mitjançant processament de senyal digital (DSP). Els algorismes de recuperació del rellotge, compensació en freqüència i compensació de fase són analitzats i el seu rendiment és estudiat. Basant-se en la teoria analitzada, un transceptor òptic coherent és dissenyat utilitzant dispositius comercialment disponibles. La caracterització dels dispositiu involucrats és realitzada, així com els efectes introduïts per no idealitats. Les penalitzacions en modulació i demodulació introduïdes pels dispositius reals s'analitzen per tal d'avaluar la qualitat del senyal en el receptor. El muntatge experimental és implementat i parametritzat. El rendiment del sistema es valida i la robustesa del receptor és testada sota la presència de diferents ràtios de senyal-soroll.