I n d on e s i an   Jo u r n al   o El e c t r i c al   En gi n e e r i n g   an d   C o m p u te r   S c i e n c e   V o l .   20 ,   N o .   3 D e c e m b e r   20 20 ,   pp .   1325 ~ 1331   IS S N :   2502 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 20 .i 3 . pp132 5 - 1331             1325       Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / i j e e c s . i a e s c or e . c om   Hy b r i d   c o m p e n sa t i o n   o f   p o l a r i z a t i o n - m u l t i p l e x e d   Q PSK     o p t i c a l   f o r m a t   f o r   h i g h   b i t   r a t e   n e t w o r k s         O m ar   Y .   S h ab aan O m ar   A .   A th ab   D e pa r t m e n t   o f   I n f o r m a t i o n   a nd   C o m m uni c a t i o ns ,   C o l l e g e   o f   A l - K hw a r i z m i   E ng i n e e r i ng ,   U n i v e r s i t y   o f   B a g hda d ,   I r a q       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T     Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e M a r   1 ,   20 20   R e v i s e M a y   19 ,   20 20   A c c e pt e J un   2 2 ,   2020       T r a n s m i t t i ng   t he   hi g he s t   c a pa c i t y   t hr o ug hput   o v e r   t he   l o ng e s t   po s s i b l e   di s t a nc e   w i t ho ut   a ny   r e g e ne r a t i o s t a g e   i s   a i m po r t a n t   g o a l   o f   a n y   l o ng - ha ul   o pt i c a l   n e t w o r k   s y s t e m .   A c c o r di ng l y ,   P o l a r i z a t i o n - M u l t i p l e x e Q ua dr a t u r e   P ha s e - S hi f t - K e y i ng   ( P M - Q P S K )   w a s   i n t r o duc e l a t e l y   t o   a c hi e v e   hi g   bi t - r a t e   w i t r e l a t i v e l y   hi g s p e c t r a l   e f f i c i e nc y .   U nf o r t una t e l y ,   t h e   r e qu i r e d   br o a ba ndw i dt o f   P M - Q P S K   i nc r e a s e s   t he   l i ne a r   a nd   no nl i n e a r   i m pa i r m e nt s   i t he   phy s i c a l   l a y e r   o f   t he   o pt i c a l   f i be r   n e t w o r k .   I n c r e a s e d   a t t e n t i o h a s   be e s pe nt   t o   c o m pe ns a t e   f o r   t he s e   i m p a i r m e n t s   i t he   l a s t   y e a r s .   I t hi s   pa p e r ,   S i ng l e   M o de   F i be r   ( S M F ) ,   s i ng l e   c ha nn e l ,   P M - Q P S K   t r a ns c e i v e r   w a s   s i m ul a t e d,   w i t a   m i o f   o pt i c a l   a nd  e l e c t r i c a l   ( D i g i t a l   S i g na l   P r o c e s s i ng   ( D S P ) )   c o m pe ns a t i o s t a g e s   t o   m i ni m i z e   t he   i m pa i r m e n t s   T he   be ha v i o ur   o f   t he   p r o po s e s y s t e m   w a s   i nv e s t i g a t e u nde r   f o ur   c o ndi t i o ns :   w i t ho ut   c o m pe ns a t i o n,   w i t o nl y   o pt i c a l   c o m pe ns a t o r ,   w i t o nl y   D S P   c om pe ns a t o r   a nd  f i n a l l y   w i t bo t c o m pe ns a t o r s .   A e v i de nc e   i m pr o v e m e nt   w a s   no t i c e i t h e   c a s e   o f   h y br i c o m pe ns a t i o n;     w he r e   t h e   t r a ns m i s s i o di s t a nc e   w a s   m ul t i pl i e f r o m   ( 720  km )   t o   m o r e   t ha ( 300 km )   a t   40   G b / s .     Ke y w or d s :   Co m put e n e t w o r ks     L o n g - ha ul   f i b e r   O pt i c a l   c o m pe n s a t i o n   P h y s i c a l   l a y e r     PM - QPSK     C opy r i gh t   ©   20 20   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e .     A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   O m a Y .   S h a b a a n   D e pa rt m e n t   o f   In f o r m a t i o n   a n d   Co m m u n i c a t i o n s   E ngi n e e ri ng,   Co l l e ge   of   A l - K h w a r i z m i   E n g i n e e ri n g ,   U ni v e r s i t y   of   B a gh da d ,   Al - J a d r i y a h,   B a g h da d ,   I r a q.   E m a i l :   o m a r. y o us i f @ ke c b u. uo b a gh da d . e du. i q       1.   I N TR O D U C TI O N     T h e   e n o r m o us   b a n dw i dt h   de m a n d   f o r   c o m m u n i c a t i o s y s t e m s   h a s   p r o c l a i m e f i b e r - o pt i c a l   l i g ht w a v e   n e t w o r ks   a s   t h e   s a v i n s o l ut i o n,   f unda m e nt a l l y   i n   v i e w   o f   t h e   i n c r e di b l y   w i de   b a n dw i dt h   r e l a t e w i t h   a n   o pt i c a l   c a rri e r   [1 2 ] ,   w h i c h   c a n   a t t a i n   ( 10 14   H z t ha t   i s   m o r e   t h a 10, 000  t i m e s   m o r e   t ha   t h e   f r e que n c y   of   a   m i c r o w a ve   c a rr i e (a r o u n d   10 10   H z [3 ] .   T h e   m i x   o f   P o l a r i z a t i o n - M ul t i pl e x i n w i t h   Q P S K   w h i c h   r e s ul t   i PM - QPSK    i s   de v e l o pi n a s   o n e   t h e   m o s t   e nc o ur a gi n g   a n s w e r s   f o r   a c hi e v i n b i t   r a t e s   of   100  G b ps   (a nd  hi g h e r a n d   i n c r e m e n t i n g   t h e   l i m i t   o f   l i g ht w a v e   ne t w o r ks   [4 - 6 ] .     T h e r e   a r e   m a n y   r e a s o n s   f o r   t h e   po pul a ri t y   of   P M - Q P S K   a s   a   m o dul a t i o n   f o rm a t   i t h e   p h y s i c a l   l a y e r   of   o pt i c a l   c o h e r e nt   s y s t e m s ;   o n e   of   t h e m   i s   t h e   s i m pl i c i t y   of   t h e   t r a n s m i t t e r ,   s i n c e   i t   c a b e   i m pl e m e n t e w i t h   b i n a r y   dr i v i n s i g na l s .   M o r e ov e r ,   t h e   D S P   c a l c ul a t i o n s ,   p a rt i c ul a r l y   ph a s e   t r a c ki n c a n   b e   pe r f o r m e w i t h   s e n s i b l e   s o ph i s t i c a t i o n.   I n   a d di t i o n,   t h e   a f f e c t a b i l i t y   of   Q P S K   i s   r e a s o n a b l e   fo r   l o n g - ha u l   n e t w o r ks ,     fo r   e xa m pl e ,   t r a n s o c e a n i c   c o nn e c t i o n s .   F u r t h e rm o r e ,   b e c a us e   bo t h   i n - p ha s e   a n qua d ra t u r e - p h a s e   c o m po n e n t s   a r e     i nde pe n de n t l y     m o dul a t e w h e n   G r a y   c o di n i s   u t i l i z e   t h e n   P M - Q P S K   c a n   b e   c o n s i de r e a s   1 - D   m o dul a t i o n ,   w hi c i m pl i e s   l e s s   s y n c hr o ni z a t i o n   t r o ubl e s   i n   de t e c t i o n   w i t m o r e   n o i s e   t o l e ra n c e   [7 - 9 ].   In   s uc h   hi g h - s pe e s y s t e m s ,   l i n e a r   a n n o nl i n e a r   i n f l ue n c e s   b e c o m e   s e v e r e s t .   P o l a ri z a t i o n   M o de   D i s pe r s i o (P M D a nd  C hr o m a t i c   D i s pe r s i o n   (CD i n c o rpo ra t e   l i n e a r   de f i c i e n c i e s   [10 11 ];   w hi l e   S e l f - P h a s e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   20 ,   N o .   3 D e c e m be r   2 020   :     13 25   -   13 31   1326   M o dul a t i o n   (S P M ),   C r o s s - P ha s e   M o dul a t i o n   (X P M a nd   F o ur - W a v e   M i xi n g   (F W M a r e   t h e   n o n l i n e a r   i m p a i rm e n t s .   M o r e o ve r   ,   a n o t h e r   f a c t o r   t ha t   i n f l ue n c e s   t h e   pe r f o r m a n c e   o f     l o n g - ha ul   n e t w o r ks ,   i s   a d de b y   t h e   e r b i um - do pe f i b e r   a m p l i f i e r s   ( E D F A s a s   a   t y pe   of   n o i s e   c a l l e A m pl i f i e S po n t a n e o us   E m i s s i o n   (A S E n o i s e   [12 ] .   D i f fe r e n t   c o m pe n s a t i o n   t e c hni que s   h a v e   b e e n   p r o po s e a n d   i n v e s t i ga t e t o   r e duc e   t h e   i n f l ue n c e   of  t h e   l i n e a a nd  t h e   n o n l i n e a r   de f i c i e n c i e s   o v e r   t h e   p h y s i c a l   l a y e r   of   t h e   o pt i c a l   p a t h.   A m o n g   t h e m ,     S .   J .   S a v o r y ,   e t   a l .   [ 13 w h o   pr e s e nt e o ut c o m e s   o a   42. 8   G b / s   b i t - ra t e   p r a c t i c a l   t r a n s m i s s i o n ,   us i ng  P M - Q P S K .   T h e   m a xi m u m   a t t a i n e c o m pe n s a t i o n   f o r   c hr o m a t i c   di s pe r s i o n   o b t a i n e a f t e r   us i n a   D S P   s t a ge   w i t c o h e r e nt   r e c e i ve r   r e a c h e 107, 424  ps / nm   o v e r   6400  km   o f   s t a n da rd  S M F   (S S M F ).   M a r c o   a n M us s o l i n   [14 ] ,   t e s t e a   di gi t a l   b a c k - pr o pa g a t i o n   (D B P m e t h o f o r   f i xi ng  t h e   n o nl i n e a ri t i e s   of   a   P M - Q P S K   112  G b / s   c o m m uni c a t i o n   a c r o s s   a   20  m ul t i - s po o l   l i nk  (e a c h   o f   80  km w i t h o ut   c o m pe n s a t i o n.   A   s e r i o us   r e duc t i o n   o a pp r o xi m a t e l y   80%  w a s   r e po r t e d ,   w h e c o m pa r e t o   t h e   s t a n da rd  B P   pr o c e s s   i n   o r de r   t o   a c hi e v e   n o n l i n e a r   c o m pe n s a t i o n .   I n   2012 ,   Z h a ng,   X u,   e t   a l .   [ 15 ]   c o m b i n e d   a   D S P   c ha nn e l   e s t i m a t i o n   a d a pt i v e l y   w i t a e qua l i z e r.   T h e i r   e xpe ri m e n t a l   w o r i l l us t ra t e a   112 - G b / s   P M - Q P S K   h i g h   s pe c t r u m   na rr o w i n t o l e ra n c e .   T h e y   r e c o m m e n de a   t e c hn i q ue   c a pa b l e   t o   di s t i n gu i s h   s t r i c t   na rr o w - b a n s i g n a l   f o r   b a n dw i dt h s   a pp r o a c hi n g   20  G H z   S .   G upt a ,   e t .   a l .   [ 16 ],   us e a n   o pt i c a l   D CF   s t a ge     t o   c o m pe n s a t e   n o n l i n e a ri t i e s   i n   b o t h     a n   R Z   a nd  N R Z   m o dul a t i o n   t hr o ug h   a n   S M F .   T h e   i n - l i n e   a m p l i f i c a t i o n   s e pa ra t i o n   w a s   i m p r o v e up  t o   140  km   i n   R Z   us i n du t y   c y c l e   c a l i b r a t i o n,   w hi l e   f o r   N R Z ,   t h e y   c a nn o t   e xc e e 80  km .   R .   S .   A s h a   [17 i m p r o v e t h e   Q   f a c t o r ,   R F   o ut put   po w e r ,   a n e xt i n c t i o n   r a t i o   by   21  dB ,   3. 5   dB ,   a n 2 dB   r e s pe c t i v e l y   us i n c h i rpe f i b e r   B r a gg  g ra t i n (CF B G ),   w i t h o ut   a   D CF ;   a s   c o m pa r e t o   t he   s a m e   s y s t e m   w h e n   b o t h   D CF   a n F B G   w e r e   i m p l e m e nt e d.   T h e   m o dul a t i o n   f o r m a t   w a s   s e t   t a n   o pt i c a l   s i ngl e   s i de b a n w i t h   10  G b / s   t hr o ug h     t h e   c o m pa r i s i o n .   N .   K a t hpa l   a n A .   K .   G a r [18 p r o po s e a   n o v e l   r e pa ra t i o n   t e c hni que   t o   m i t i g a t e   di s pe r s i o n   de g r a da t i o n   i n   R a di o   o v e r   F i b e r   (R oF s y s t e m   na m e A l t e rn a t e   M a r I n v e r s i o n S y m m e t ri c a l S y m m e t ri c a l - P o s t   (A M I S S P ).   I t   w a s   t e s t e a t   1 00  G b / s   f o r   700  k m   o pt i c a l   l i nk  a c h i e v i n a   11. 93  Q - f a c t o r   w i t h   v e r y   l ow   B E R   of   a ppr o xi m a t e l y   3. 46*10 - 33 .   A .   S h a rm a ,   e t   a l   [19 ] ,   c o m pa r e di s pe r s i o n   c o m pe n s a t o r   c o m pos e o f   D CF   a n F B G   fo r   a   120  k m   o pt i c a l   l i n k     a t   100  G b / s .   R e s ul t s   i n di c a t e s   t h a t   o pt i c a l     pr e - c o m pe n s a t i o n   s c h e m e   us i n o n l y   D CF   h a s   b i gge r   Q - f a c t o r   c o rr e s po n di n t o   t h e   D CF   a n F B G   c o m b i na t i o n .   A s   l i s t e a b ov e ,   s o m e   r e s e a r c h e r s   us e v a r i o us   D S P   t e c hn i que s   t o   c o m pe n s a t e   fo r   t h e   i m pa i r m e n t s   w h e r e a s   o t h e r s   ut i l i z e t h e   pa s s i v e   o pt i c a l   c o m po n e n t s   t o   a c h i e v e   t h e   s a m e   go a l   [20 - 22 ].   Co n s e que n t l y ,   i t h i s   w o r k,   a   c o m b i n a t i o n   o o pt i c a l   &   e l e c t r i c a l   c o m pe n s a t i o n   s t a ge s   w a s   pr o po s e d   a n a d de t o   t h e   ph y s i c a l   l a y e r   o f   t h e   P M - QP S K   s y s t e m   t o   m i ni m i z e   t h e   u n w a n t e i m pa i rm e n t s .       2.   ELEC TR I C A A N D   O P TI C A C O M P EN S A TI O N   C O N S I D ER A TI O N S   T h e   m a i go a l   o f   a   w i de b a n o pt i c a l   f i b e r   s y s t e m   i s   t o   a v oi s i g na l   r e ge n e r a t i o n   f o r   t h e   l e n g t hi e s t   a t t a i na b l e   di s t a n c e   w i t h   up pe rm o s t   po s s i b l e   da t a   t hr o ug h p ut .   T o   a t t a i n   t h i s   c h a ra c t e ri s t i c ,   t w o   c o m pe n s a t i o t e c hn i q ue s   m a y   b e   us e d;   e l e c t r i c a l ,   us i n g   D S P   m e t h o d,   o r   o p t i c a l ,   us i n g   pa s s i v e   f i b e r   de v i c e s .     2 . 1 .      O p ti c al   C o m p e n s ati o n   M a i n   di s pe r s i o c o m pe n s a t i o t e c hni que s   t ha t   a r e   us e t o da y   i o pt i c a l   f i b e r   c o m m u n i c a t i o n   s y s t e m s   a r e   F B G   a n D CF ,   pl a na r   w a v e gui de   t e c hn o l o g y   a n d   i m a ge p ha s e a rra y   [8].   D CF   b a s e o n   F B G   i s   w i de l y   us e i n   t h e   di s pe r s i o c o m pe n s a t i o s c h e m e .   T h e   po s i t i v e   di s pe r s i o n   o f   t r a n s m i s s i o f i b e r   c a n   b e   c o m pe n s a t e by   t h e   n e ga t i v e   di s pe r s i o n   o D CF s   ( - 70  t o   - 9 ps / nm . km ) .   P r e ,   po s t   a n s y m m e t r i c a l   s c h e m e s   a r e   b a s i c a l l y   t h e   t hr e e   di s pe r s i o n   c o m pe n s a t i n s c h e m e s   t ha t   us e   D CF .   T h e   n e t   di s pe r s i o n   a f t e r   us i n D CF   i s   de s i gn e t o   b e   z e r o   us i ng  [2 3 ]:     D SMF *L SMF   - D D CF *L D CF                                                                                                                                                                                                                          (1)                                                                                          D   i s   d i s pe r s i o pa ra m e t e a nd  L   i s   t h e   f i b e r   l e n gt h.     W o r ki n a s   a   r e f l e c t i v e   de v i c e ,   t h e   F B G   r e f l e c t s   l i g h t   p r o pa ga t i n t hr o ug h   a t   a   s pe c i f i c   w a v e l e n gt c o r r e s po n di ng  t o   t h e   g r a t i n m o dul a t i o n   pe r i o di c i t y .   T h e   m a t h e m a t i c a l   r e l a t i o n s hi t ha t   r e p r e s e n t s     t h e   f i ni s h i ng  a ppe a ra n c e   o f   t h e   o pt i c a l   s i g n a l   t o   b e   r e f l e c t e t hr o ug a   F i b e r   B r a gg   G ra t i ng  [16 ] ,   i s   g i v e n   by :     =2                                                                                                                                                                                                    (2     w h e r e     re p r e s e n t s   t h e   r e f l e c t e w a v e l e n gt h   a nd  n ef f   i s   t h e   e ff e c t i v e   r e f r a c t i v e   i n de t ha t   ha s   t h e   i n f l ue n c e   of  t h e   di r e c t e m o de   i n   t h e   c o r e ’s   f i b e r ,   a n d   Ʌ   i s   t h e   g r a t i ng  l e ngt h   a r e a .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       H y br i d   c om p e ns at i on   of   po l ar i z at i on - m u l t i pl e x e d   Q P SK  op t i c al   f or m a t   f or   h i gh   bi t   . . . .   ( O m ar   Y .   Shab aan)   1327   2 . 2 .      E l e c t r i c al   C o m p e n s ati o n     A f t e r   de m o dul a t i o n ,   a   di g i t i z a t i o n   a nd  d i s t o r t i o n   c o m pe ns a t i o a r e   c a rri e o ut   f o r   t h e   r e c e i ve d   s i g n a l s .   T h e   pe r f o r m a n c e   a m e l i o ra t i o n   a n de s i g n   c o n s t ra i nt s   r e duc t i o n   pr o v i de by   D S P   s t a ge   c e r t i f i e s   a a t t ra c t i v e   p r o po s i t i o n   f o r   o pt i c a l   c o m m u ni c a t i o n s .   F o r   s o m e   m o dul a t i o n   f o r m a t s ,   t h e   D S P   f o l l ow s   t h e   b l o c ks   i n   F i gu r e   1 .   D e pe n di ng  o a   c e rt a i n   f o r m a t   d i f fe r e nt   a l go r i t h m s   a r e   i m pl e m e nt e t o   t h e   di f f e r e n t   b l o c ks   [24 ].             F i gu r e   1 .   D S P   s t a ge   p r o c e s s e s       3.   S I M U LA TI O N   M O D EL   A n   o pt i c a l   P M - Q P S K   t ra n s m i t t e r/ r e c e i ve r   s t r uc t u r e   s e pa r a t e by   t h e   o pt i c a l   f i b e r   c h a nn e l ,   i s   s h o w n   i n   F i g u r e   2.   T h e   b i t   ra t e   w a s   s e t   t o   40   G b / s .   T h e   t ra n s m i s s i o n   w i ndo w   w a s   s i m ul a t e us i n a   l a s e r   w i t   1550  nm   a n 0 . M H z   l i n e - w i dt h.   T h e   IQ   m o dul a t o r   i s   p r e c e de by   a   p o l a ri z a t i o n   b e a m   s pl i t t e r   (P B S ).     T h e   o pt i c a l   b e a m   i s   s pl i t t e a nd  s e n t   i n t o   f o ur   s e pa ra t e   M a c Z e h n de r   m o dul a t o r s   (M Z M s ).   E a c h   t w o   M Z M s   a r e   a rra n ge t o ge t h e r   t o   p r o c e s s   o n e   po l a r i z a t i o c o m po n e nt ,   e a c o n e   i s   d r i v e by   a   P S K   s e que n c e   ge n e r a t o w i t h   2   b i t s / s y m .   A i de a l   po l a ri z a t i o n   b e a m   c o m b i n e (P B C)  i s   t h e us e t o   c o m b i n e   t h e   t w o   po l a ri z a t i o n   c o m po n e n t s   r e s ul t i ng  i n   a   40  G b / s   P M - Q P S K   t h a t   i s   s e n t   o v e r   t h e   t r a n s m i s s i o n   l i nk.   T h e   l i n i s   c o m po s e o f i be r   s pa n ’s   l o o (n um b e r   o s pa n s   t o   be   de t e r m i n e du r i ng  t h e   s i m ul a t i o n c o m pri s i n o f   a   s t a n da rd  S M F   (S S M F f o l l ow e by   a n   E D F A .   T h e   a t t e n u a t i o n   f a c t o r   (α)  c orr e s po n d i n t o   t h e   ut i l i z e w i n do w   i s   0. dB / km .   T h e   o t h e r   l i nk  p a r a m e t e r s   a r e   l i s t e i n   T a b l e   1.   T h e   E D F A s   ga i a n d   n o i s e   f i gur e   w e r e   s e t   t o   14  dB   a n 4   dB ,   r e s pe c t i v e l y .           F i gu r e   2 .   S i ngl e   c a rri e r   P M - Q P S K   c o m m u ni c a t i o s y s t e m       T a b l e   1 .   S i m u l a t i o p a r a m e t e r s   f o r   o pt i c a l   c o m pe n s a t i o n   s t a ge   Co m p o n e n t   P a ra m e t e r   V a l u e   S M F   L e n g t h   1 0 0   k m   D i s p e r s i o n   1 6   p s / n m . k m   D CF   L e n g t h   2 1   k m   D i s p e r s i o n   - 8 0   p s / n m . k m   F BG   L e n g t h   2   m m   Bra g g   w a v e l e n g t h   ( B )   1 5 5 2   n m   e ffe c t i v e   r e f ra c t i v e   i n d e x   ( n e ff )   1 . 4 5   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   20 ,   N o .   3 D e c e m be r   2 020   :     13 25   -   13 31   1328   T h e   S S M F   i s   fo l l ow e by   a n   o pt i c a l   c o m pe n s a t i o n   s t a ge   c om po s e of   a   D CF   w i t h   a t t e n u a t i o n   ( α)  o 0. dB / km ,   a nd  a n   E D F A   w i t h   12. dB   g a i a n d   4   dB   n o i s e   f i gur e .   A F B G   i s   p r e s e nt   a f t e r   t h e   l a s t   D CF   s e c t i o n .   T h e   o t h e r   s i m u l a t i o n   p a r a m e t e r s   o f   t h e   o pt i c a l   c o m pe n s a t i o n   s t a ge   a r e   m e nt i o n e i n   T a b l e   1.   A   1s t   o r de r,   50  G H z   G a us s i a n   o pt i c a l   b a n d - p a s s   f i l t e r   w a s   us e d   t o   f i l t e r   t h e   r e c e i v e d   s i gn a l .   A   c o h e r e n t   de t e c t i o n   w a s   de s i gn e t o   de t e c t   t h e   r e c e i v e o pt i c a l   i n f o r m a t i o n.   T h i s   w a s   pe r f o r m e by   a   h e t e r o d y n e   r e c e i ve r   fo l l ow e by   a   l ow   pa s s   f i l t e r .   T h e   c o m po n e nt s   (i n p ha s e / qua dra t u r e o f   e a c h   po l a r i z a t i o n   a r e   us e t o   r e b ui l t h e   di g i t a l   f i e l d .   A f t e t ha t ,   a n   e l e c t r i c a l   d i gi t a l   p r o c e s s i n w a s   a p pl i e d .   T h e n,   a   D B P   a l go ri t hm   i s   c a rr i e d   o ut   t o   m i t i g a t e   t h e   s y s t e m   n o n l i n e a ri t i e s   a s   de s c r i b e i n   [14 ] .   T h e   s y s t e m   a n a l y s i s   w a s   a c c o m pl i s h e un de r   O pt i s y s t e m   13  e n v i r o nm e n t .       4.   R ES U LTS   A N D   A N A L Y S I S     T h e   s i m ul a t i o n   pa ra m e t e r s   f o r   t h e   S M F   a n t h e   o pt i c a l   c o m pe n s a t i o n   s t a ge   a r e   i l l us t ra t e i n   T a b l e   1.   T h e   a n a l y s i s   w a s   pe r fo r m e f o r   di f fe r e n t   c a s e s   t o   c o m pa re   t h e   e ff e c t   of   di ffe r e n t   c o m pe n s a t i o n   s c e n a ri o s .   D uri n a l l   s i m ul a t i o n s   t h e   b i t   ra t e   w a s   f i xe t 40  G b / s .   T h e   m a i m e a s u r e m e nt   t e s t   w a s   t h e   c o n s t e l l a t i o di a g ra m   c a pt u r e a t   s e l e c t e f i b e r   pr o pa g a t i o n   l e n gt h s .   T h e   ob j e c t i ve   di r e c t i o n   o f   t h e   a na l y s i s   w a s   t c o m pa r e   t h e   i n d i v i dua l   e f fe c t   of   e a c h   c o m pe n s a t i o n   t e c hni q ue   (o pt i c a l ,   e l e c t ri c a l )   w i t h   t h e   f r e e   t r a n s m i s s i o n   s t a t e ,   t h e n   t e s t i ng  o ur  p r o po s e c o m b i n a t i o n   o f   t h e   t w o   t y pe s   t o   di s t i n g ui s h   t h e   i m p r o v e m e n t   a m o un t   t ha t   i s   ob t a i n e d.                                                                 T h e   f i r s t   c a s e   s h o w n   i n   F i g u r e   3,   i s   t h e   f r e e   t ra n s m i s s i o n   (w i t h o ut   a n y   c o m pe n s a t i o n ) .     Th e   m a x i m u m   l e n g t h   b e fo r e   s e r i o us   de gr a d a t i o n   w a s   km .   T h i s   i s   t h e   e xpe c t e r e s ul t   b e c a us e   t h e   c hr o m a t i c   di s pe r s i o n   i s   d i r e c t l y   pr o po r t i o na l   t o   t h e   t ra n s m i s s i o n   l e ngt h   o f   t h e   f i b e r   [25 ],   w hi c h   i s   m u l t i pl i e b y     t h e   di s pe r s i o p a r a m e t e o f   t h e   S M F   gi v e ( T a b l e   1) .   A l t h o u gh  t h e   l a s e l i n e w i dt w a s   f i xe t o   0. M H z .     T h e   s e c o n c a s e   i s   i l l us t r a t e i n   F i gu r e   4.   A f t e r   a ddi ng  t h e   D S P   c o m po n e n t   (i . e .   o nl y   e l e c t r i c a l   c o m pe n s a t i o n   s t a ge ),   a a m e l i o ra t i o n   o f   (5km   -   6 00km w a s   o b t a i n e d.   A l t h o ug h,   a   p r o pa ga t i o o f   720  km   w a s   a t t a i n e b ut   w i t h   a   r e m a r k a b l e   e rr o r   i n   t h e   c o n s t e l l a t i o n   po i n t s .   T h e   r e m a r ka b l e   i m p r o v e m e n t   i s   o b t a i n e due   t o   di s pe r s i o n   c o m pe n s a t i o n   pa rt   i t h e   D S P   s t a ge   w hi c us e s   a   d i gi t a l   b a c k - p r o pa ga t i o n   a l go ri t hm   [24 w h i c h   e s t i m a t e s   t h e   t o t a l   di s pe r s i o n   a c c um u l a t e t hr o ug h o ut   t h e   p r o pa ga t e pa t h ,   t h e n   r e v e r s e   i t   e f fe c t   a f t e r   t h e   o pt i c a l   de t e c t i o o f   t h e   s i g n a l .      T h i rd  s i m u l a t i o n   c a s e   s h o w n   i n   F i gu r e   w a s   pe r fo r m e a f t e r   a dd i n a   s ui t a b l e   c o m b i n a t i o n   o o pt i c a l   c o m pe n s a t i o n   s t a ge s   o n l y .   T h i s   D CF   s t a ge   c o m pe n s a t e s   o n l y   t h e   r e s ul t i ng  i m pa i r m e n t   f r o m     t h e   c hr o m a t i c   di s pe r s i o n   (CD e ff e c t ,   a n i m po s e s   a   h i g h   n e ga t i v e   di s pe r s i o n   a m o u n t   (T a b l e   1)  o pp o s i n g     t h e   c um ul a t e di s pe r s i o n   p r e s e n t   f r o m   s i g na l   p r o pa ga t i o n   t hr o ug h   S M F .   T h us   t h e   o b t a i n e c o n s t e l l a t i o n   w a s   a pp r o xi m a t e l y   s i m i l a r   t o   t h e   o n e   o b t a i n e i t h e   s e c o n c a s e .   I n c r e a s i n t h e   p r o pa g a t i o n   l e n g t h   t o   m o r e   t h a (1000  km )   di s t o r t e d   s e ri o us l y   t h e   r e c e i ve s i g n a l .      F i gur e   s h o w s   t h e   s i m u l a t i o r e s ul t s   o f   o ur   p r o po s e fourt h   s c e na r i o   w h e r e   b o t h   e l e c t ri c a l   a nd  o pt i c a l   c o m pe n s a t i o n   s t a ge s   w e r e   c o nn e c t e t o ge t h e r.   In   t hi s   dua l   c o m pe n s a t i o n   t e c hn i q ue ,   t h e   m a i n   go a l   w a s   t o   s pl i t   t h e   i m p a i rm e nt   c o rr e c t i o n   f u n c t i o n   s uc h   t ha t   t h e   D CF   c o m pe n s a t e   f o r   t h e   CD   m a i n l y ,   w h i l e   D S P   c o m po n e n t   (i . e .   e l e c t r i c a l   c o m pe n s a t i o n   s t a ge de a l s   w i t h   o t h e r   c o r r e c t i o n   f un c t i o n s   w h i l s t   t h e   CD   c o m pe n s a t i o n   w a s   di s a b l e h e r e .   T hi s   l a s t   s c e n a ri o   i m po r t e t h e   b e s t   i m p r o v e m e n t   t o   t h e   s y s t e m .     W h e n   a pp l y i n t h e   p r o po s e t e c h ni que ,   t h e   t r a n s m i s s i o n   l e n g t h   w a s   a ugm e n t e d ra m a t i c a l l y   t o   r e a c h     ( 3570  K m w i t h   a a c c e pt a b l e   c o n s t e l l a t i o n   d i a g ra m .   T h e   m a i n   f un c t i o n   o f   t h e   D S P   s t a ge   w a s   s e t   t o   s o l ve   pr o b l e m s   i m po s e by   f r e que n c y   a n p ha s e   di s o rde r s   a nd  c l o c r e c ov e r y   (F i gur e   1) .   I t   i s   c l e a r   f r o m     t h e   a n a l y s i s   t h a t   t h e   m a x i m u m   a t t a i na b l e   r o o f   of   a n   o pt i c a l   o r   a n   e l e c t r i c a l   c o m pe n s a t i o n   s t a ge   a pa rt   c a nn o t   e xc e e t h e   ( 10 00 k m t r a n s m i s s i o n   l e n g t h .   W hi l e ,   i n   a   d ua l   m i xi n g   o f   t h e   t w o   t e c h n i que s ,   a   t hr e e f o l d   pr o pa g a t i o l e n gt w a s   r e a c h e a nd  a a c c e pt a b l e   c o n s t e l l a t i o n   d i a g ra m   w a s   r e m a r ke d.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       H y br i d   c om p e ns at i on   of   po l ar i z at i on - m u l t i pl e x e d   Q P SK  op t i c al   f or m a t   f or   h i gh   bi t   . . . .   ( O m ar   Y .   Shab aan)   13 29       F i gu r e   3 .   Co n s t e l a t i o n   o f   P M - Q P S K   w i t h o ut   c o m pe n s a t i o n   (4 G B / s )       F i gu r e   4 .   Co n s t e l a t i o n   o f   P M - Q S K   w i t D S P   c o m pe n s a t i o n   (4 G B / s )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   20 ,   N o .   3 D e c e m be r   2 020   :     13 25   -   13 31   1330       F i gu r e   5 .   Co n s t e l a t i o n   o f   P M - Q S K   w i t h   D CF ,   F B G   (40  G B / s )       F i gu r e   6 .   Co n s t e l a t i o n   o f   P M - Q S K   w i t h   D S P   a nd  D CF ,   F B G   (40   G B / s )       5.   C O N C LU S I O N     T h e   c o r r e c t i o n   o b t a i n e a f t e r   a ddi ng  o pt i c a l   o r   e l e c t r i c a l   c om pe n s a t i o n   s t a ge s   e a c h   o n e   a pa rt   ga v e   c l o s e   r e s ul t s   ( 700  k m   o f   a c c e pt a b l e   pr o pa ga t i o n   l e n gt h).   O ur   p r o po s e t e c h n i que   s ugge s t   t o   b e n e f i t   f r o m     t h e   a ddi t i o n a l   c o r r e c t i o n   f un c t i o n s   p r e s e n t   i n   t h e   D S P   s t a ge   a n a ddi ng  i t   t o   t h e   CD   c o m pe n s a t i o n   o   t h e   o pt i c a l   s t a ge .   T hi s   dua l   c o m b i n a t i o n   s h o w s   a   ve r y   b i i m p r o v e m e n t   t o   t h e   t ra n s m i s s i o n   l e n gt h   f o r   a     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       H y br i d   c om p e ns at i on   of   po l ar i z at i on - m u l t i pl e x e d   Q P SK  op t i c al   f or m a t   f or   h i gh   bi t   . . . .   ( O m ar   Y .   Shab aan)   1331   PM - Q P S K   s y s t e m   up  t o   ( 3570  K m ),   w h i c h   w a s   m o r e   t ha n   t hr e e   t i m e s   h i g h e r   t ha n   e a c h   s t a ge   a p a r t .     T h e   t e s t e b i t   r a t e   i n   t h i s   w o r w a s   40  G b / s ,   w h i c h   i s   c o m pa t i b l e   w i t h   t h e   n e w e s t   o pt i c a l   t ra n s m i s s i o n   s y s t e m s   us e t o da y .   T hi s   r e s ul t   o pe n s   t h e   s c o pe   t o   i n v e s t i ga t e   t h e   h i g h e b i t   r a t e s   w i t t hi s   n e w   t e c hni que .       R EF ER EN C ES     [ 1]   H .   H a i l D . e t   a l . ,   I nt e g r a t e H y br i O pt i c a l   N e t w o r ki ng   ( I H O N ) / F u s i o f o r   5G   A c c e s s   N e t w o r ks ,”   I nd one s i an   J our nal   o f   E l e c t r i c a l   E ng i ne e r i ng   and   C om p ut er   Sc i e nc e ,   v o l .   17 ,   n o .   3 2 020   [ 2]   A l i   A H . e t   a l . ,   D e s i g a na l y s i s   a nd  p e r f o r m a nc e   e v a l ua t i o o f   t h e   W D M   i n t e g r a t i o w i t C O - O F D M   s y s t e m   f o r   r a d i o   ov e r   f i be r   s y s t e m ,”   I n done s i an   J o ur na l   o f   E l e c t r i c a l   E ng i ne e r i ng  and   C om put er   S c i e nc e ,   v o l .   15 ,   no .   2 ,   pp .   870 - 87 8 ,   2019   [ 3]   L i a o   Z M. ,   D e s i g n   o f   hi g h - c a pa c i t y   f i be r - o pt i c   t r a ns po r t   s y s t e m s ,”   P hD   t h e s i s ,   U ni v e r s i t y   o f   R o c he s t e r ;   2001 .     [ 4]   W i nz e r   P J .   a nd   E s s i a m br e   R J. ,   A dv a nc e o pt i c a l   m o dul a t i o f o r m a t s ,”   i O p t i c a l   F i b e r   T e l e c o m m uni c a t i o ns   V 1B ,   E l s e v i e r   I nc . ,   p p.   23 - 93 ,   20 08 .   [ 5]   X C . e t   a l . ,   U l t r a - l o ng   ha ul   D W D M   t r a ns m i s s i o w i t di f f e r e n t i a l   p ha s e   s h i f t   k e y i ng   di s pe r s i o m a n a g e s o l i t o n ,”   i E u r ope an   C on f e r e nc e   on   O pt i c al   C om m un i c at i on   ( E C O C ),   p p .   1 - 2 ,   20 02 .   [ 6]   G r i ng e r i   S . e t   a l . ,   T e c hn i c a l   c o ns i de r a t i o ns   f o r   s uppo r t i ng   da t a   r a t e s   b e y o nd  100  G b/ s ,”   I E E E   C om m un i c a t i o n   M ag az i ne ,   v o l .   50 ,   no .   2 ,   pp .   s 21 - 30 ,   201 2   [ 7]   N a ka z a w a   M . e t   a l . ,   E x t r e m e l y   hi g he r - o r de r   m o dul a t i o f o r m a t s ,”   i n   O pt i c a l   F i be r   T e l e c o m m uni c a t i o ns ,   E l s e v i e r   I n c . ,   p p.   29 7 - 336 ,   2 013 .   [ 8]   B i r M . ,   e t   a l . ,   R e a l - t i m e   s i ng l e - c a r r i e r   c o he r e nt   100  G b / s   P M - Q P S K   f i e l t r i a l ,”   J o ur na l   of   L i gh t   T e c hnol ,   v o l .   2 9 ,   no .   4 ,   p p.   41 7 - 4 25 ,   2 011   [ 9]   Y a L S . e t   a l . ,   T o w a r t h e   S ha n n o l i m i t   o f   s pe c t r a l   e f f i c i e nc y ,”   I E E E   P hot oni c s   J o ur na l ,   v o l .   3 ,   no .   2   pp.   32 5 - 3 30 ,   2 011   [ 10]   S unne r ud  H . e t   a l . ,   C ha r a c t e r i z a t i o o f   c o m pl e o pt i c a l   m o dul a t i o f o r m a t s   a t   10 G b/ s   a nd  be y o n b y   c o he r e n t   o pt i c a l   s a m p l i ng ,”   J o ur n al   o f   L i gh t   T e c hno l ,   v o l   30 ,   no .   2 4,   p p.   37 4 7 - 37 59 ,   2 012   [ 11]   N .   M o ha m e d ,   e t   a l . ,   A l l   o pt i c a l   m i l l i m e t e r - w a v e   s i g na l   g e n e r a t i o a nd  t r a ns m i s s i o f o r   r a d i o   o v e r   f i be r   ( R o F )   l i n k ,”   I nd one s i a n   J ou r na l   of   E l e c t r i c a l   E ng i ne e r i ng   an d   C om put er   Sc i e nc e ,   v o l .   15 ,   no .   3 ,   p p.   14 28 - 14 35 .   [ 12]   P J .   W i nz e r ,   H i g h - s pe c t r a l - e f f i c i e nc y   o pt i c a l   m o dul a t i o f o r m a t s ,”   J o ur n al   of   L i gh t   T e c hn ol ,   v o l .   30 ,   no .   24   pp.   38 24 - 38 35 ,   201 2 .   [ 13]   S a v o r y   S . e t   a l . ,   E l e c t r o ni c   c om pe ns a t i o o f   c hr o m a t i c   di s pe r s i o us i ng   a   di g i t a l   c o he r e n t   r e c e i v e r ,”   O pt   E x pr e s s ,   v o l .   15 ,   no .   5 ,   pp.   2 120 - 212 6 ,   20 07 .   [ 14]   C hug t a i   M N . e t   a l . ,   C o m pe n s a t i o o f   i nt r a - c ha nne l   no nl i ne a r   f i br e   i m pa i r m e nt s   us i ng   s i m p l i f i e di g i t a l   ba c k - pr o pa g a t i o n   a l g o r i t hm ,”   O pt   E x p r e s s ,   v o l .   19 ,   no .   10 ,   p .   9453 ,   201 1   [ 15]   Y o unc e   R C . e t   a l . ,   H i g S pe c t r um   N a r r o w i ng   T o l e r a n t   112  G b / s   D ua l   P o l a r i z a t i o Q P S K   O p t i c a l   C o m m uni c a t i o S y s t e m s   us i ng   D i g i t a l   A da pt i v e   C ha nne l   E s t i m a t i o n ,”   i n   O F C / N F O E C   T e c hni c a l   D i g e s t ,   O p t i c a l   S o c i e t y   o f   A m e r i c a ,   p p .   49 - 55 ,   2012   [ 16]   G upt a   S . e t   a l . ,   E f f i c i e n t   m o dul a t i o f o r m a t s   f o r   h i g h e r   bi t   r a t e s   f i be r   t r a ns m i s s i o n ,”   i 20 10  I nt e r n at i on al   C onf e r e nc e   on   C om p ut e r   and   C om m u ni c at i on   T e c hn ol ogy   ( I C C C T ) ,   p p.   1 03 - 10 7 ,   2010   [ 17]   A s ha   R S . e t   a l . ,   F i b e r   d i s p e r s i o c o m pe ns a t i o i s i ng l e   s i de   ba nd  o pt i c a l   c o m m uni c a t i o s y s t e m   us i ng   i de a l   f i be r   B r a g g   g r a t i ng   a nd   c hi r pe d   f i b e r   B r a g g   g r a t i ng   w i t ho ut   D C F ,”   J   O p t ,   v o l .   47 ,   no .   2 ,   pp.   1 48 - 1 53 ,   2018   [ 18]   K a t hp a l   N .   a nd   G a r g   A K. ,   A e f f i c i e nt   di s pe r s i o c o m pe ns a t i n g   A M I S S P   t e c hn i que   ut i l i z i ng   D C F   s u ppo r t i ng   100  G bps   R a d i o   o v e r   F i be r   s y s t e m ,”   I nt   J   I nf   T e c hno l ,   pp.   10 - 17 ,   2 018 .   [ 19]   S ha r m a   A .   a nd   S i ng I . ,   P e r f o r m a nc e   C o m pa r i s o o f   D C F   a nd  F B G   a s   D i s p e r s i o C o m pe ns a t i o T e c hni q ue s   a t   100  G bps   O v e r   120   km   U s i ng   S M F ,”   N a noe l e c t r on   C i r c u i t s   C om m un  S y s t ,   pp .   43 5 - 4 49 ,   2 019 .   [ 20]   G na na g ur u na t ha G .   a nd   R a hm a F A. ,   C o m pa r i ng   F B G   a nd  D C F   a s   di s pe r s i o i t h e   l o ng   ha ul   na r r o w ba nd   W D M   s y s t e m s ,”   i 2006   I F I P   I nt e r na t i ona l   C o nf e r e nc e   on  W i r e l e s s   and  O p t i c a l   C om m un i c a t i ons   N e t w or k s ,     p p.   4 - 9 ,   2 006   [ 21]   B o br o v s   V . e t   a l . ,   C o m pa r i s o o f   c hr o m a t i c   di s pe r s i o c o m pe ns a t i o t e c hni que s   f o r   W D M - P O N   s o l u t i o n ,”   i 2012   2nd   B a l t i c   C o ngr e s s   o F ut u r e   I nt e r ne t   C om m un i c at i on s ,   p p .   64 - 6 7 ,   20 12   [ 22]   Al - N oo r   M . e t   a l . ,   W i M A X   54M bi t / s   o v e r   r a d i o   o v e r   f i br e   us i ng   D C F ,   S M F   f i b r e   a nd  F G B   f o r   f i br e   o v e r   410km ,”   i n:   201 7 t h   I nt e r na t i ona l   Sy m p os i um   on   W i r e l e s s   C om m u ni c a t i on   Sy s t e m s ,   p p.   8 29 - 8 33 ,   2010   [ 23]   A .   J .   A g a r w a l ,   e t   a l . ,   C o m pa r i s o o f   di f f e r e nt   t e c hni que s   o f   di s pe r s i o c om pe ns a t i o n ,”   I n t   J   E l e c t r on  C om pu t   S c i   E ng ,   v o l .   2 ,   no .   3 ,   p p .   543 - 6 00 ,   2 013   [ 24]   E .   A .   E r i ks s o T . M u l t i d i m e ns i o na l   m o dul a t i o f o r m a t s   f o r   c o he r e n t   o pt i c a l   c o m m uni c a t i o n s ,   N e x t - G e ne r at i on   O pt   C om m un   C om po ne nt s ,   Sub - Sy s t e m s ,   S y s t ,   2 016 .   [ 25]   R a m a s w a m i   R . e t   a l . ,   O p t i c a l   n e t w o r k s :   a   p r a c t i c a l   pe r s p e c t i v e ,”   3 r e d i t i o n M o r g a K a uf m a nn   P r e s s ,   20 09 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.