Die Datenübertragung in modernen optischen Nachrichtensystemen mit Kanaldatenraten von 10 bis 40 GBit/s wird von Intersymbolinterferenz (ISI) und Signalverzerrungen beeinträchtigt, die durch lineare Effekte wie chromatische Dispersion und Polarisationsmodendispersion (PMD) sowie durch nichtlineare Phänomene wie Selbstphasenmodulation (SPM) entstehen. Darüber hinaus erzeugen die verwendeten optischen Faserverstärker Rauschen durch spontane Emission, welche gerade bei Weitverkehrsnetzen die zu erzielenden Datenraten reduzieren. Um die Übertragung von Datenraten zwischen 10 und 40 GBit/s bei niedrigen Bitfehlerraten zu ermöglichen, kommen elektrische Entzerrungsverfahren und fehlerkorrigierende Codes (FEC) zum Einsatz. Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung der Turboentzerrung bei optischen Systemen. Im Gegensatz zur isolierten Betrachtung von Entzerrer und Decoder bilden diese hierbei ein zusammenhängendes System, in welchem sie iterativ Informationen austauschen. Der dadurch zu erzielende Gewinn soll untersucht werden. Dabei ist es nicht das Ziel, aussagekräftige Bitfehlerraten zu bestimmen. Vielmehr soll ein Vergleich zwischen herkömmlichen und iterativen Systemen bei hohen Bitfehlerraten erfolgen, welcher Aufschluss über das Potential der iterativen Entzerrung bei optischen Nachrichtensystemen liefert. Zu diesem Zweck wird ein optisches leitungsgebundenes Übertragungssystem in Matlab simuliert. Dabei geht es um eine möglichst realitätsnahe Betrachtung, welche sämtliche oben beschriebenen Einflüsse berücksichtigt. Als Kanalcode kommt der Low Density Parity Check Code (LDPC) zum Einsatz.
Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- Grundlagen der optischen Nachrichtentechnik
- Licht als Träger von Information
- Einmodenfaser
- Lineare Übertragungsfunktion der SMF
- Lineare Störungen
- Polarisationsmodendispersion
- Faserverstärker
- Nichtlineare Störungen
- Systemkomponenten
- Sender
- Empfänger
- Das System im Überblick
- Turboentzerrung
- Grundlagen der Kanalcodierung
- Blockcode, Coderate, binäre Operationen
- Paritätsprüf-Code
- Systematischer Coder
- Blockcodes in Matrixschreibweise
- Log-Likelihood Algebra
- Ansatz der Soft-In/Soft-Out Decodierung
- Low Density Parity Check Codes
- Codierung
- Decodierung
- Belief Propagation
- Schleifen
- BCJR-Equalizer zur Enzerrung von Intersymbolinterferenzen
- ISI-Kanalmodell
- Trellis-Diagramm
- Funktionsweise
- Iterative Enzerrung
- Grundlagen der Kanalcodierung
- Systemrealisierung
- Sender
- Quelle
- Coder
- Interleaver, Deinterleaver
- Signalformer
- Kanal
- Ausbreitungsgleichung
- Split-Step-Fourier-Verfahren
- Simulation der Polarisationsmodendispersion
- Faserverstärker
- Empfänger
- pin-Diode
- Sampler
- Entzerrer
- Decoder
- Sender
- Simulationsauswertung
- Systemsspezifikationen
- Bitfehlerratenmessung
- Augendiagramme
- Rauschverteilungen
- Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Arbeit befasst sich mit der Untersuchung der Turboentzerrung in optischen Übertragungssystemen. Ziel ist es, den Gewinn zu analysieren, der durch eine iterative Zusammenarbeit von Entzerrer und Decoder erzielt werden kann, im Gegensatz zu einer isolierten Betrachtung beider Komponenten. Im Fokus steht ein Vergleich zwischen herkömmlichen und iterativen Systemen bei hohen Bitfehlerraten, um das Potential der Turboentzerrung in diesem Kontext zu beleuchten. Dabei werden realitätsnahe Simulationen eines optischen Übertragungssystems unter Berücksichtigung von verschiedenen linearen und nichtlinearen Störungen durchgeführt. Die Arbeit befasst sich mit der Implementierung und Analyse der Turboentzerrung in einem optischen System.
- Intersymbolinterferenz (ISI) und Signalverzerrung in optischen Übertragungssystemen
- Turboentzerrung als iterativer Ansatz zur Verbesserung der Signalqualität
- Vergleich zwischen herkömmlichen und iterativen Verfahren bei hohen Bitfehlerraten
- Einfluss von linearen und nichtlinearen Störungen auf die Übertragung
- Simulation eines optischen Übertragungssystems mit verschiedenen Komponenten
Zusammenfassung der Kapitel
- Einleitung: Einleitung des Themas der Turboentzerrung in optischen Übertragungssystemen und Motivation der Forschungsarbeit.
- Grundlagen der optischen Nachrichtentechnik: Einführung in die Grundlagen der optischen Nachrichtentechnik, einschließlich der Funktionsweise von Lichtwellenleitern, der verschiedenen Arten von Störungen und den relevanten Systemkomponenten.
- Turboentzerrung: Detaillierte Darstellung der Turboentzerrung als iterative Methode zur Verbesserung der Signalqualität. Erläuterung der Funktionsweise von Kanalcodierung, insbesondere Low Density Parity Check Codes (LDPC), und des BCJR-Equalizers.
- Systemrealisierung: Beschreibung der Implementierung des optischen Übertragungssystems in Matlab. Dies beinhaltet die Modellierung des Senders, des Kanals, des Empfängers und des Decoders unter Berücksichtigung der relevanten Störungen und Systemparameter.
- Simulationsauswertung: Analyse der Ergebnisse der Simulationen, einschließlich der Bitfehlerraten, Augendiagramme und Rauschverteilungen. Diskussion der Leistung des Systems und der Auswirkungen verschiedener Parameter auf die Übertragung.
Schlüsselwörter
Die Arbeit beschäftigt sich mit den Schlüsselbegriffen der Turboentzerrung, optischen Übertragungssystemen, Intersymbolinterferenz (ISI), Signalverzerrung, Low Density Parity Check Codes (LDPC), BCJR-Equalizer, lineare Störungen, nichtlineare Störungen, und Simulation. Sie untersucht das Potential der Turboentzerrung für die Verbesserung der Übertragung von Datenraten zwischen 10 und 40 GBit/s bei niedrigen Bitfehlerraten.
- Quote paper
- Daniel Rogusch (Author), 2006, Untersuchungen zur iterativen Entzerrung und Decodierung hochbitratiger optischer Übertragungssysteme, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/71776
