Research

In Zugangsnetzen mit weiter steigenden Datenraten ist optische Nachrichtentechnik die einzige wirklich zukunftssichere Option. Da der Kostendruck im Zugangsnetz allerdings größer ist als im Weitverkehrsnetz, werden hier eher einfachere optische Komponenten wie direkt modulierte Laser(DML) und einfache Fotodioden verwendet und auf optische Dispersionskompensation weitgehend verzichtet. Um trotz dieser Limitierungen hohe Datenraten zu erreichen, können im Sender und/oder Empfänger signalverarbeitende Strukturen aufgebaut werden, die das Signal an den Kanal anpassen. So können mit Kenntniss des Übertragungskanals der Modulationsstrom des direkt modulierten Lasers so gesteuert werden, dass am Empfänger eine fehlerfreie Detektion möglich ist.

Optische Übertragungstrecke mit elektr. Vorverzerrung

Auf der anderen Seite ist es auch möglich die Daten ohne Vorverzerrung mit der Laser zu modulieren und aus dem empfangenen Signal, mithilfe einer Empfängerstruktur, die gesendeten Daten zurückzugewinnen.

Optische Übertragungstrecke mit elektr. Entzerrung im Empfänger

Bearbeitung durch: Johannes von Hoyningen-Huene

Optisches Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) eignet sich auf Grund seiner Eigenschaften vorzüglich für den Mehrfachzugriff. Ein OFDMA-PON vereint die Vorzüge des kostengünstigen passiven optischen Netzes (PON) mit der Bandbreiteneffizienz von OFDM. Im Downlink sendet eine Quelle (Optical Line Terminal, OLT) an mehrere Senken (Optical Network Unit, ONU, Optical Network Termination, ONT) in einem "Broadcast-System" in dem alle Teilnehmer das gesamte Signal empfangen. Im Uplink verhält es sich entgegengesetzt, es gibt mehrere Quellen und nur eine Senke, was zu erheblichen Problem im Bereich der Zeit- und Frequenzsynchronität führen kann.

OFDMA-PON: Downlink

Ziel ist es ein möglichst kostengünstiges OFDM-Konzept bei Geschwindigkeiten von 40G für den Zugangsbereich zu finden. Daher ergeben sich besondere Randbedingung für die Übertragung. Es wird als sinnvoll erachtet einen Teil des Aufwands in den elektrischen Bereich zu transferieren und dort elektronische Signalverarbeitung einzusetzen, um Aufwand in der optischen Verarbeitung zu sparen.

Diese Forschungsarbeit wird im Rahmen des folgenden BMBF-Programms bearbeitet:
Breitband-Zugangsnetze der nächsten Generation - BMBF-Verbundvorhaben: ATOB (Architekturen, Technologien, offene Netzinfrastrukturen für das optische Zugangsnetz) - Teilvorhaben: OFDM-Konzepte für das optische Zugangsnetz

Bearbeitung durch: Christian Ruprecht

Polarization multiplexing (Polmux), which transmits two channels of an identical wavelength in orthogonal states of polarization, can double the spectral efficiency of fiber-optic communication systems. This technology uses often for high-speed optical fiber transmission systems. However, some impairments may happen during polarization multiplexing transmission, which limit the performance of optical communication. One of the critical challenges is polarization mod dispersion (PMD), which causes random pulse spreading and signal distortions as the signal propagates through the fiber. Therefore, in order to overcome these challenges, we need a digital-signal-processing (DSP) at the receiver side to overcome the channel impairments, so that later on data can be reconstructed properly.

Coherent detection combined with the DSP allows polarization demultiplexing, impairment compensation and carrier phase estimation in the electrical domain.

investigated by: Jiani Zhao

The vision of providing ubiquitous high-speed access to information has led to extensive research in advanced modulation formats. Exhibiting the advantage of scalability to higher level modulation formats and well defined spectrum useful for realizing next generation agile optical networks, orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) is emerging as a promising modulation technique.

Today, with the rekindled interest in coherent receivers, much of the effort has been focused on the digital signal processing (DSP) which is a key technology for realizing 400 Gb/s and beyond optical transmission system. Recently, 101.7 Tb/s conventional coherent optical OFDM (CCO-OFDM) transmission with a spectral efficiency of 11 b/s/Hz has been demonstrated that employs coherent detection and DSP. Though coherent detection offers a reception sensitivity that is higher than the direct detection (DD) receiver, it is eminently prone to laser phase noise. Scaling to higher quadratic-amplitude modulation (QAM) constellations makes the signal more sensitive to laser phase noise raising stringent requirements on the laser linewidth. The compensation for the phase noise can be done in optical domain as demonstrated by our experiment with self-coherent detection. To make things simpler, the compensation can be done in DSP as well with the implementation of a well know technique called RF-phase noise compensation.

investigated by: Susmita Adhikari

MOVE-IT (=Modular Versatile Evaluating and Interactive Simulation Tool)

is a simulation environment based on MATLAB. For the conception the following aspects were taken into account:

• The simulation model is editable both by schematic entry and by direct access to the simulation code. Due to this versatility regarding the user interface the simulation tool is suitable for both scientists and network engineers. By creating the model using the graphical user interface (GUI), the simulation code is generated automatically. On the other hand, the code may be manipulated directly by the user with the GUI detecting the changes.
• Modular structure yielding an expandable simulation environment. Therefore, a large variety of communication networks can be modeled. For easy inclusion of new modules a number of pre-defined functions and options are available like routines for interface handling, error detection, parameter examination, etc. In addition, the testing of modules as a part of an existing model is supported, since the model can be updated to any changes of modules instantaneously without having to do any compilation.
• Both common and user-definable interface structures between the different modules enable convenient and adaptable simulation procedures.
• Comfortable and clear edit boxes for simulation parameters (example: electrical filter)
• A large variety concerning interdependencies of parameters. Any number of global parameters may be defined. The assignment of local parameters to these global parameters can be any valid mathematical expression, which can reduce the number of required global parameters significantly.
• Parametric simulation runs of any dimension offer optimization procedures of any complexity that is desired.

investigated by: Jochen Leibrich