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Effiziente echtzeitfähige Algorithmen zur Implementierung kohärenter optischer Empfänger

Jonas Christian Geyer

Published by Shaker Verlag Apr 2011, 2011
ISBN 10: 3832299793 / ISBN 13: 9783832299798
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Title: Effiziente echtzeitfähige Algorithmen zur ...

Publisher: Shaker Verlag Apr 2011

Publication Date: 2011

Binding: Buch

Book Condition: Neu

Description:

Neuware - Optische Übertragung mit Quaternary Phase Shift Keying Modulation im Polarisationsmultiplex ermöglicht, in Kombination mit kohärentem Empfang und digitaler Signalverarbeitung, die Kompensation linearer Fasereffekte. Die Übertragung auf zwei orthogonalen Polarisationen und Phasenmodulation mit vier Zuständen reduziert dabei die Symbolrate, verglichen mit On-Off-Keying bei gleicher Datenrate, auf ein Viertel. Das Schlüsselelement eines Empfängers für dieses Modulationsformat ist ein integrierter Schaltkreis, der die Entzerrung der Signale mit digitalen Algorithmen durchführt. Um die Leistungsaufnahme und Herstellungskosten des Chips gering zu halten, muss bei der Implementierung dieser Algorithmen die zur Verfügung stehende Technologie effizient ausgenutzt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zunächst die Grundlagen, die zum Verständnis des kohärenten Empfängers nötig sind, zusammengefasst. Neben dem Aufbau des Senders und den Komponenten des Empfängers wurden alle wesentlichen Elemente der digitalen Signalverarbeitung erläutert. Die digitale Kompensation der chromatischen Dispersion ist für einen großen Anteil der Leistungsaufnahme des Chips zur Signalverarbeitung verantwortlich. Daher wurde besonders die effiziente Ausnutzung der limitierten Filterressourcen untersucht. Es wurde erstmalig gezeigt, dass der tolerierbare Bereich chromatischer Dispersion, bei der Kompensation mit einem digitalen Filter endlicher Länge, durch Optimierung der Koeffizienten mit dem Least-Mean-Squares-Algorithmus deutlich gesteigert werden kann: Bei einem 10,7GBaud-System mit 15 Filter-Koeffizienten lässt sich der Toleranzbereich bei 1dB Penalty des optischen Signal-Rausch-Verhältnisses und einem Bitfehlerverhältnis von 10^{-3} um ca. 60% gegenüber einer einfachen analytischen Koeffizientensynthese erweitern. Für höhere Filterordnungen, die zur Toleranz gegen höhere chromatische Dispersion und/oder bei höherer Symbolrate nötig sind, ist hingegen eine Implementierung im Frequenzbereich deutlich effizienter. Auch hier ist eine Optimierung der Parameter wichtig für die effiziente Implementierung: Die optimale Wahl der Blockgröße reduziert die Implementierungskomplexität um ca. ein Viertel. Zudem kann mit modifizierten Filtereinstellungen der Bereich tolerierter chromatischer Dispersion um ca. die Hälfte erweitert werden. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in die Entwicklung eines kohärenten 43Gb/s-Transpondermoduls der Firma CoreOptics GmbH (inzwischen Teil von Cisco Systems) eingeflossen und ermöglichen die Kompensation von bis zu 34.000ps/nm chromatischer Dispersion. Die Toleranz des Empfängers gegenüber nichtlinearer Phasenmodulation durch Nachbarkanäle im Wellenlängenmultiplexbetrieb wird im Wesentlichen durch den Trägerrückgewinnungsalgorithmus definiert. In dieser Arbeit wurden verschiedene Varianten und Modifikationen des Viterbi & Viterbi Phasenschätzers verglichen, wobei die Leistungsfähigkeit mit Simulationen mit einem 10Gb/s On-Off-Keying Nachbarkanal ermittelt wurde. Durch Parameteroptimierung und Berücksichtigung beider Polarisationsteilsignale kann das benötigte Signal-Rausch-Verhältnis um ca. 1,4dB gesenkt werden, ohne die Implementierungskomplexität der Trägerrückgewinnung signifikant zu erhöhen. Diese gewonnene Rauschtoleranz kann im Streckendesign z.B. zur Steigerung der Reichweite genutzt werden. Die digitale Signalverarbeitung ermöglicht auch die Kompensation nichtlinearer Polmux-Intrakanal Fasereffekte. In dieser Arbeit wurde eine Nichtlinearitätskompensation mit reduzierter Komplexität untersucht, die sich automatisch an die Streckeneigenschaften adaptiert. Die damit erzielbare Verbesserung der Nichtlinearitätstoleranz führt, abhängig von der Konfiguration der Übertragungsstrecke, zu einer Reduktion des benötigten Signal-Rausch-Verhältnisses um bis zu 1dB im optimalen Betriebspunkt. Die Verwendung des kohärenten Empfängers als Performance Monitor zur Schätzung physikalischer Faserparameter wurde ebenfalls untersu. Bookseller Inventory # 9783832299798

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