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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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