Hartung-Gorre Verlag
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Renate Gorre D-78465
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Series in
Broadband Communications
VOLUME 5
Lutz Rapp
Kapazitätsbegrenzende Effekte in
Wellenlängenmultiplexsystemen
1. edition 1999;
VIII, 220 pages/Seiten, € 50,00. ISBN 3-89649-488-0
In
der vorliegenden Arbeit werden physikalische Effekte untersucht, die einen
wesentlichen Einfluss auf die Übertragungsqualität in
Wellenlängenmultiplexsystemen (WDM-Systeme) und in volloptischen Netzen
ausüben. Dabei wird Intensitätsmodulation in Verbindung mit Direktempfang
vorausgesetzt. Ein Hauptanliegen ist es, die Verzahnung verschiedener Effekte
verständlich zu machen. Dazu wurden neue Modelle entwickelt, deren Gültigkeit
mit Hilfe von Simulationen und Experimenten nachgewiesen wird.
Die
Frage nach der maximalen Anzahl der Wellenlängen, die innerhalb eines durch die
optischen Verstärker vorgegebenen Wellenlängenbereichs untergebracht werden
können, führt zum Problem des optimalen Demultiplexers. Für zwei verschiedene
Regelungsmethoden wird die optimale Bandbreite der Transmissionsbereiche
bestimmt. Neben Signalverzerrungen, die eine Folge der Bandbreitenbegrenzung
sind, und der verstärkten spontanen Emission werden auch Filterverstimmungen
und die Selbstphasenmodulation berücksichtigt. Die Erweiterung dieser Analyse
auf mehrere kaskadierte Filter ist für volloptische Netze von Bedeutung und
zeigt, daß Signalverzerrungen in der Regel nur von den
Beträgen, nicht aber von den Vorzeichen der einzelnen Filterverstimmungen abhängen.
Weitere
Einschränkungen bringen nichtlineare Effekte in der Faser mit sich. In den auch
in Zukunft noch überwiegend eingesetzten Standard-Einmodenfasern stören besonders
die Kreuzphasenmodulation (XPM) und die stimulierte Raman-Streuung (SRS), die
beide stark von den Dispersionseigenschaften der verwendeten Fasern abhängen. Durch
die SRS kommt es zu einem Leistungsaustausch zwischen den WDM-Kanälen. Die
ausgetauschte Leistung ist zwar im zeitlichen Mittel von den
Dispersionseigenschaften der Fasern unabhängig, sie unterliegt aber zeitlichen Schwankungen,
die stark vom Fasertyp abhängen, was in der vorliegenden Arbeit theoretisch und
numerisch untersucht wird. Als Folge hiervon stört dieser nichtlineare Effekt
den Detektionsprozess um so mehr, je geringer die
Dispersion im Bereich der Kanalwellenlängen ist.
Vielschichtiger
ist die Abhängigkeit des Nebensprechens von der chromatischen Dispersion, wenn
XPM die Ursache ist. Ausgehend von einem experimentellen Aufbau, mit dem
Signalverzerrungen direkt gemessen werden können und der sehr geeignet zur
Verifizierung von Simulationsergebnissen ist, wird ein Verfahren vorgestellt,
das numerische Berechnungen wesentlich vereinfacht. Auf dieser Basis werden
verschiedene Faseranordnungen miteinander verglichen. Durch die Einführung
eines äquivalenten Chirps, der eine analytische
Beschreibung des durch XPM verursachten Nebensprechens ermöglicht, kann ein
neues Verfahren erklärt werden, das durch geeignete Synchronisation von
Taktsignalen den Einfluss der XPM bei der Übertragung von Digitalsignalen
vermindert. Ebenfalls untersucht werden Verzerrungen, die ein analoges Signal
aufgrund von XPM erfährt.
Zwei
durchgeführte Übertragungsexperimente, die ausführlich beschrieben und
analysiert werden, demonstrieren, dass acht Signale bei einer Datenrate von je
10 Gbit/s mit relativ einfachen Mitteln über
Entfernungen von 360 km bzw. 412 km übertragen werden können, die für
europäische Verhältnisse typisch sind. Insbesondere bestätigen sie theoretische
Untersuchungen zur Form der Bitfehlerkurven, die Rückschlüsse auf die
Rauschquellen zulassen.
Aus
den gewonnenen Erkenntnissen geht hervor, dass Methoden, die in herkömmlichen
Netzen zur Feststellung der Signalqualität herangezogen werden, diese Aufgabe
in volloptischen Netzen nicht mehr erfüllen können, was anhand eines Beispiels
illustriert wird. Abhilfe schafft ein neuartiges Messverfahren, das in die
Beurteilung der Signalqualität auch den zeitlichen Verlauf der Phase einbezieht
und dadurch Netzbetreiber in die Lage versetzt, eine vollständige und
zuverlässige Prüfung von optischen Signalen durchzuführen
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