Mitigação do efeito das não linearidades em sistemas de comunicações ópticas coerentes digitais com multiplexação de polarização utilizando redes neurais artificiais - Cossa, Grazielle Caroline Sebastião [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023)
Os sistemas coerentes digitais revolucionaram as redes de comunicações ópticas, aumentando drasticamente a eficiência espectral. No entanto, sua capacidade máxima ainda é limitada pela combinação de ruído e distorção não linear. Para aumentar ainda mais a capacidade do sistema, o impacto da distorção não linear pode ser mitigado empregando inteligência artificial. Neste trabalho, foram aplicados perceptrons multicamadas (Multilayer perceptron, MLPs) para reduzir a razão de erro de bit (Bit error rate, BER) em um sistema de comunicação óptica coerente digital não repetido que utiliza polarização dupla e modulação de amplitude em quadratura de 16 níveis (DP-16QAM). Foram consideradas duas abordagens diferentes: um MLP opera sobre cada polarização independentemente (Single polarization, SP) e um MLP que processa as duas polarizações simultaneamente (Dual polarization, DP). Foi possível notar que a BER reduziu de 0, 8 × 10−4 para 0, 4 × 10−4 para o caso de SP e de 0, 8 × 10−4 para 0, 2 × 10−4 para o caso de DP. Ou seja, os resultados numéricos revelam que o processamento de ambas as polarizações resulta em um melhor desempenho de compensação, uma vez que a interferência não linear entre polarizações é parcialmente mitigada. Em termos de complexidade, no entanto, o processamento de uma única polarização requer um número significativamente menor de operações.

Coherent digital systems have revolutionized optical communication networks, significantly enhancing spectral efficiency. However, their maximum capacity is still constrained by a combination of noise and nonlinear distortion. To further increase system capacity, the impact of nonlinear distortion can be mitigated using artificial intelligence. In this study, we employ Multilayer Perceptrons (MLPs) to reduce the Bit Error Rate (BER) in an unrepeated coherent digital system utilizing dual-polarization and 16-level Quadrature Amplitude Modulation (QAM). Two distinct approaches were considered: one MLP operates on each polarization independently (Single Polarization - SP), and another MLP processes both polarizations simultaneously (Dual Polarization - DP). It was observed that the BER decreased from 0.8 × 10−4 to 0.4 × 10−4 for the SP case and from 0.8 × 10−4 to 0.2 × 10−4 for the DP case. These numerical results reveal that processing both polarizations leads to better compensation performance, as nonlinear interference between polarizations is partially mitigated. However, in terms of complexity, processing a single polarization requires a significantly smaller number of operations.
Mitigation of the effect of nonlinearities in coherent digital optical communication systems with polarization multiplexing using artificial neural networks
Keywords: Comunicações ópticas; Perceptrons; Kerr, Efeito de; Telecomunicações