Emulation of polarization mode dispersion: Discrete-time models and random parameter sampling

Abstract

Optik tek kipli fiberler üzerindeki polarizasyon kipi saçılımı (PMD) öykünücülerinde kullanılmak üzere, zamanda devamlı ve ayrık modeller ve bu modeller için rassal parametre örnekleme düzenekleri sunmaktayız. Zamanda devamlı PMD öykünmesi üzerine tartışmamızı, model indirgeme teknikleri ve Markov zinciri Monte Carlo (MCMC) yöntemleri kullanan geçmiş bir çalışmanın üzerine inşaa etmekte ve bizim önerdiğimiz dengelenmiş MCMC yöntemini kullanarak devamlı zamanlı, indirgenmiş karmaşıklıkta modeller yaratmak için iyileştirilmiş bir rassal parametre örnekleme yordamı geliştirmekteyiz.Bu tezin ana katkısı olarak, yeni ortaya çıkmakta olan sayısal işaret işleme algoritmaları tabanlı faz uyumlu alıcı yöntemleriyle aynı düzlemde yer alan, zamanda ayrık bir PMD öykünmesi yordamı da tanıtmaktayız. Bu yordam, kayıpsız ve bu nedenle PMD'den etkilenen kanallar için mükemmel adaylar olan çok-girişli çok-çıkışlı (MIMO) FIR filtreler kullanmaktadır. Bu filtreler, PMD kanallarının zamanda devamlı toplu modeli ile benzeşen art arda bağlı bir biçime sahiptirler ve gerçek zamanlı DSP uygulamalarında ana darboğazı oluşturan hesaplama karmaşılığı açısından esnek bir öykünücü yapısı sunmaktadırlar. Arzu edilen istatistiksel özellikleri göz önünde bulundurarak hassas bir PMD öykünücüsü için parametre örnekleme sorunu, üç farklı yöntem kullanarak çözülmüştür. Bu yöntemler azalan istatistiksel sapma ve artan hesaplama karmaşıklığı sırasıyla sunulmaktadırlar.

We present continuous and discrete-time models of polarization mode dispersion (PMD) in single-mode optical fibers and random parameter sampling schemes for these models for accurate and low-complexity PMD emulation.Our discussion on continuous-time PMD emulation builds upon an earlier work, which uses model reduction techniques and Markov chain Monte Carlo (MCMC) methods. Here we develop an improved model parameter sampling procedure to generate continuous-time reduced complexity models making use of the proposed compensated MCMC method.As the main contribution of this thesis, we present a discrete time PMD emulation scheme that is on a par with the emerging coherent receiver techniques based on digital signal processing algorithms.This scheme uses multiple-input multiple-output (MIMO) FIR filters that are lossless and therefore lend themselves as perfect candidates for emulation of fiber channels suffering from PMD.The concatenated composition of these filters resembles the continuous time lumped model of PMD channels and offers a flexible emulator structure in terms of computational complexity which constitutes the main bottleneck for real-time DSP applications.The parameter sampling problem for accurate PMD emulation considering the required statistical behavior of a PMD emulator is tackled using three different approaches, which are introduced in order of decreasing deviation from the desired statistics and increasing computational complexity.