Journal of Optical Communications 14 (1993) 5 183 J. Opt. Commun. 14(1993) 5, 183-188 è Journal of Optical Communications © by Fachverlag Schiele & Schon 1993 Optical Code Division Multiple Access Techniques based on Polarization Modulated Coherent Systems S. Betti, G. De Marchis, E. lannone, M. Marcelli, F. Matera Summary Two possible configurations of CDMA optical coherent systems are presented that are based on polarization modulation and differential Stokes parameters detec- tion. Such schemes offer very good performance with respect to immunity to laser phase-noise and polariza- tion fluctuations. The performances have been evaluated hi terms of signal-to-noise ratio assuming a Gaussian approximation for interfering signal effect, reasonable condition if the number of interferers is sufficiently high. The performances of the proposed schemes are finally compared with those of CDMA systems adopting DPSK modulation format or ASK modulation with envelope detection. 1 Introduction Access techniques based on spread spectrum seem well suited to be applied to high capacity optical networks since they can effectively exploit the huge bandwidth of the single-mode optical fibers («20THz) [1]. Code Division Multiple Access (CDMA) optical techniques have been proposed for Local Area Network (LAN) using optical fibers delay-line processing and direct detection: both asynchronous [2] and synchronous [3] access schemes have been experienced and the per- formances compared by assuming a Gaussian approxi- mation for the random variable representing the inter- fering signal effect. An accurate theoretical modelling has been provided for an optical, noncoherent, asyn- chronous CDMA system, which does not depend on approximations of large number of users and chip synchronism [4]. A different approach is based on optical coherent transmission techniques that allow the huge bandwidth of single-mode optical fibers to be exploited through multichannel frameworks either by Frequency Division Multiple Access (FDMA) or/and CDMA techniques. In such a context FDMA-CDMA hybrid access techniques might be adopted with the aim of overcoming carrier frequency stabilization and crosstalk problems to be. faced in a purely FDMA system. Because of drift effects, shifting the frequency of the desidered channel with re- spect to its prefixed value, suitable algorithms could be onset allowing the channel to be selected by estimating the correlation degree between the received signal and the code word known by the receiver end [5]. As soon as the channel frequency has been rightly tracked such correlation degree could be assumed as reference for frequency locking. Such approach would permit to dynamically compensate possible frequency drift with- out interrupting transmission. A spread-spectrum technique in conjuction with coher- ent transmission schemes has been proposed for an optical network supporting tens of thousands of simul- taneous users everyone of which operates at a 10 Mbit/s data rate: Random Carrier CDMA techniques has been adopted allowing the carriers to be randomly placed hi the available optical band and the performance has been approximately estimated for OOK modulation format [6]. From previous considerations it can be drawn that evaluating the impact of CDMA techniques on coher- ent system performance is of primary importance. The performance of an optical coherent CDMA net- work employing Gold sequences [7] has been exactly evaluated for binary PSK and OOK modulation formats taking into account both detection noise and interfering signals [8]. In this paper a CDMA optical coherent system is pre- sented that is based on polarization modulation and differential Stokes parameters detection (DSPSK, Dif- ferential Stokes Parameters Shift Keying), which offers Very good performance with respect to immunity to laser phase-noise and to polarization fluctuations [9]. The performance has been evaluated in terms of the signal-to-noise ratio (SNR) assuming a Gaussian ap- proximation for interfering signals effect, which can be Address of authors: Fondazione Ugo Bordoni viale Europa, 190 1-00144 Rome Italy Received 23 May 1992 Brought to you by | University of Arizona Authenticated Download Date | 7/28/15 10:08 AM