Moderne Übertragungssysteme werden häufig in Lichtwellenleitertechnik aufgebaut, um möglichst große Datenraten übertragen zu können. Vor wenigen Jahren schien diese Technik nahezu grenzenloses Kapazitätsvolumen bereit zu stellen. Doch im Zuge des explosionsartig steigenden Bandbreitenbedarfs stoßen in neuerer Zeit auch optische Übertragungssysteme immer häufiger an ihre Übertragungsgrenzen. Der Bandbreitenbedarf machte es notwendig, auch in optischen Systemen nach neuen bandbreiteneffizienten Übertragungsverfahren zu suchen, was letztlich zu zwei wichtigen technologischen Entwicklungen führte: • Erstens ermöglichte der technologische Fortschritt die Herstellung von stabilen Halbleiterlasern mit hoher spektraler Reinheit. Damit wurde es möglich, Signale parallel auf mehreren dicht nebeneinander liegenden Wellenlängen in sogenannten DWDM-Systemen zu übertragen. • Zweitens wird zunehmend über die Verwendung von bandbreiteneffizienten Modulationsverfahren diskutiert. Dieses sogenannte Partial-Response-Signalling ermöglicht, die einzelnen Kanäle der DWDM-Systeme noch dichter nebeneinander zu betreiben. Als nützlicher Nebeneffekt wird sinkt mit abnehmender Bandbreite die chromatische Dispersion in der Faser, wodurch letztlich größere Übertragungslängen ermöglicht werden. DWDM-Systeme erfordern besonders präzise Messtechniken, um die benachbarten Kanäle getrennt erfassen zu können. Unter Umständen muss die spektrale Auflösung dieser Anordnungen so hoch sein, dass die Spektren der modulierten optischen Signale detailliert untersucht werden können. Dies erfordert dann optische Auflösungsbandbreiten bis hinunter zu einigen MHz. In dieser Arbeit werden verschiedene Modulationsverfahren hinsichtlich ihrer typischen spektralen Eigenschaften verglichen. Anhand exemplarischer Messungen wird die Eignung verschiedener Messverfahren für WDM-Systeme untersucht, gleichzeitig sollen Grenzen für den Einsatz üblicher Laborgeräte in diesen Systemen aufgezeigt werden.
Inhaltsverzeichnis
1 ZUSAMMENFASSUNG
1.1 Abkürzungen
1.2 Inhaltsverzeichnis
2 EINLEITUNG
2.1 WDM-Technik in LWL-Systemen
2.2 Datenübertragung mit spektraleffizienten Signalen
2.2.1 Datenübertragung im NRZ-Format
2.2.1.1 Spektrale Eigenschaften des NRZ-Signals
2.2.2 Duobinärer Code
2.2.2.1 Struktur
2.2.2.2 Erzeugung
2.2.2.3 Spektrale Eigenschaften
2.2.3 Modifizierter duobinärer Code
2.2.3.1 Struktur
2.2.3.2 Erzeugung
2.2.3.3 Spektrale Eigenschaften
2.3 Spektraleffiziente Modulation in LWL-Systemen
2.3.1 Modulation
2.3.2 Demodulation
3 MESSTECHNIK IN DWDM-SYSTEMEN
3.1 Messungen mit optischen Spektrumanalysatoren
3.1.1 prinzipieller Versuchsaufbau
3.1.2 tatsächlicher Versuchsaufbau
3.1.3 Versuchsdurchführung
3.1.4 Messungen
3.2 Messungen mit Fabry-Perot-Resonator
3.2.1 prinzipieller Versuchsaufbau
3.2.2 tatsächlicher Versuchsaufbau
3.2.3 Versuchsdurchführung
3.2.4 Messungen
3.2.5 Besonderheiten
3.2.5.1 Einfluss des Logarithmierers
3.2.5.2 Einfluss der Kanalbandbreite
3.2.5.3 Einfluss des optischen Empfängers
3.3 Messungen nach dem Überlagerungsprinzip
3.3.1 prinzipieller Versuchsaufbau
3.3.2 tatsächlicher Versuchsaufbau
3.3.3 Versuchsdurchführung
3.3.4 Messungen
3.3.5 Besonderheiten
3.4 Abschließende Beurteilung
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht messtechnische Verfahren zur Analyse spektraleffizienter Signale in breitbandigen optischen Übertragungssystemen für WDM-Betrieb, um Kapazitätsgrenzen bestehender Systeme zu überwinden und geeignete Messmethoden für hohe Anforderungen zu evaluieren.
- Analyse und Vergleich spektraleffizienter Modulationsverfahren wie NRZ, Duobinär und modifiziertes Duobinär-Signalling.
- Untersuchung von Messaufbauten unter Verwendung optischer Spektrumanalysatoren, Fabry-Perot-Resonatoren und Überlagerungsprinzipien.
- Konstruktion und Charakterisierung eines spezialisierten Logarithmierers für messtechnische Anforderungen im Labor.
- Kritische Bewertung der experimentellen Messungen und Aufzeigung technischer Limitationen üblicher Laborgeräte in DWDM-Umgebungen.
Auszug aus dem Buch
2.2.2.3 Spektrale Eigenschaften
Das duobinäre Signal besitzt im Allgemeinen kein Linienspektrum, sondern ein kontinuierliches Spektrum. Genau wie das NRZ-Signal finden wir auch hier ein Spektrum, das den DC-Anteil des Signals deutlich widerspiegelt. Auch finden sich in einem duobinären Datenstrom die typischen Oberwellenanteile, die auf den steilflankigen Signalverlauf zurück zu führen sind.
Ein deutlicher Unterschied, verglichen mit dem NRZ-Signal, betrifft jedoch die Minima des Spektrums. Abbildung 2-12 zeigt einen Vergleich der Spektren. Die Datenrate beträgt bei beiden Signalen 100Bit/s. Auch hier wurde das Simulationsprogramm nach [57] verwendet.
Deutlich zu erkennen ist, dass das erste Minimum des NRZ-Signals erwartungsgemäß bei f=1/T liegt. Beim duobinären Signal ist das jedoch anders: Hier liegt das erste Minimum bei f = ½ ⋅1/T. Überträgt man nun die Erkenntnis, dass Signalanteile jenseits dieses ersten Minimums keine zusätzlichen Informationen enthalten, auf das duobinäre Signal, so stellt man fest, dass diese Modulationsart nur die halbe Übertragungsbandbreite benötigt. Diese Eigenschaft lässt sich auf die Zusammensetzung eines duobinären Signals zurückführen. In Abbildung 2-13 ist verdeutlicht, wie aus zwei periodischen Rechtecksignalen ein ebenfalls periodisches Duobinärsignal entstehen kann. Auffallend ist, dass das Duobinärsignal genau dann entsteht, wenn die Rechtecksignale die Periodendauer 2T aufweisen. Signalanteile mit Periodendauer T löschen sich dagegen aus.
Zusammenfassung der Kapitel
ZUSAMMENFASSUNG: Die Arbeit beleuchtet die Notwendigkeit bandbreiteneffizienter Übertragungsverfahren in modernen DWDM-Systemen und skizziert das Ziel, verschiedene Messmethoden auf ihre Eignung hin zu untersuchen.
EINLEITUNG: Es wird die rasante Expansion der Telekommunikationsbranche beschrieben und aufgezeigt, dass physikalische Grenzen des Übertragungskanals oft den limitierenden Faktor der Gesamtsystemleistung darstellen.
MESSTECHNIK IN DWDM-SYSTEMEN: Dieser Hauptteil analysiert verschiedene Messverfahren, darunter optische Spektrumanalysatoren, Fabry-Perot-Resonatoren und das Überlagerungsprinzip, und bewertet deren Praxistauglichkeit zur Analyse spektraleffizienter Signale.
Schlüsselwörter
DWDM, WDM-Betrieb, Spektraleffizienz, Lichtwellenleiter, Duobinäre Übertragung, Partial-Response-Signalling, optischer Spektrumanalysator, Fabry-Perot-Resonator, Überlagerungsprinzip, Logarithmierer, Signalübertragung, Datenrate, Modulationsverfahren, Nachrichtentechnik, Messtechnik.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?
Die Diplomarbeit befasst sich mit der messtechnischen Untersuchung von spektraleffizienten Signalen in breitbandigen optischen Übertragungssystemen, die für den WDM-Betrieb eingesetzt werden.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Zentrale Themen sind die Modulationstechnik (insbesondere duobinäre Verfahren), verschiedene optische Messmethoden zur Signalanalyse sowie der Entwurf notwendiger Hardwarekomponenten für diese Messungen.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Ziel ist der Vergleich verschiedener Modulationsverfahren hinsichtlich ihrer spektralen Eigenschaften und die Evaluation der Eignung spezifischer Messverfahren für DWDM-Systeme im Laboralltag.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es werden theoretische Analysen der Modulationsformate mit experimentellen Messreihen verknüpft, wobei der Fokus auf dem Vergleich von Simulationsergebnissen und praktischen Messungen unter Nutzung unterschiedlicher optischer Filter- und Analyseaufbauten liegt.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretischen Grundlagen der spektraleffizienten Modulation (wie NRZ, duobinär, modifiziert duobinär) und die detaillierte messtechnische Untersuchung, inklusive der Schaltungstechnik für einen notwendigen Logarithmierer.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit lässt sich durch Begriffe wie DWDM, Spektraleffizienz, Duobinäre Übertragung, optische Messtechnik und Logarithmierer beschreiben.
Warum ist der Entwurf eines Logarithmierers für die Messungen relevant?
Da der Dynamikbereich der zu beobachtenden Spektralanteile zu groß für eine lineare Darstellung auf einem Standard-Oszilloskop war, musste ein Gerät entwickelt werden, das die Ordinateneinteilung in einen logarithmischen Maßstab konvertiert.
Was ist der wesentliche Vorteil der duobinären Modulation laut Arbeit?
Die duobinäre Modulation ermöglicht es, bei gleicher Datenrate die benötigte Übertragungsbandbreite im Vergleich zur herkömmlichen NRZ-Codierung zu halbieren.
- Quote paper
- Viktor Peter Jagst (Author), 2002, Messtechnische Untersuchungen spektraleffizienter Signale in einem breitbandigen optischen Übertragungssystem für WDM-Betrieb, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/38759
