Modellierung, Simulation und Analyse Optischer Zeitbereichs-Multiplexender Übertragungssysteme

In this work OTDM components and ultra-high bitrate transmission at 160 Gbit/s are modelled investigated numerically and analytically. In cooperation with Lucent Technologies and the Fraunhofer Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut experimental investigations were performed. This work is part of the "OPTALL" project which was sponsored by Lucent Technologies and the Bayrische Staatskanzlei. The structure and content of this work is outlined below: In a first step simulative models for OTDM systems were developed according to experimental conditions and requirements as described in chapter 3. The focus was set on time domain multiplexers and demultiplexers representing the key components of OTDM systems. Due to an universal modelling approach the developed models are capable of emulating a great variety of different experimental conditions and setups.Then the properties of the demultiplexer are characterized for the back to back case in chapter 4.1. Relevant parameters influencing the penalty caused by the component are identified and investigated. A comparison of numerical results with experimental results is described in chapter 4.2, after a detailed description of the adoption of the model parameters to experimental conditions was given. In chapter 5 the main focus is set on the investigation of linear and nonlinear fibre effects and the resulting signal distortions for different system conditions. OTDM specific signal characteristics are identified and investigated in this context. The applicability of different link designs on the system performance is evaluated and compared to experimental results in chapter 5.3. The single channel analysis is extended into the WDM case in chapter 6. An optimization of the settings of WDM filter, demultiplexer filters as well as the pulse width is done independently with respect to the channel spacing. Finally a 160 Gbit/s system is compared to a 40 Gbit/s transmission system for different link designs. The chapter reveals the advantages and disadvantages of 160 Gbit/s compared to lower bitrates. In dieser Arbeit wird eine Übertragungsbitrate von 160 Gbit/s untersucht. Die OTDM-Technologie reduziert zwar die Zahl der Sender, erhöht jedoch signifikant deren Komplexität. Für jeden OTDM-Subkanal ist ein separater Modulator erforderlich. Empfängerseitig ist keine Einsparung gegenüber dem WDM Fall vorhanden. Durch die Demultiplexer wird die Komplexität sogar erhöht. Da die Anzahl der Komponenten sich praktisch nicht reduziert, ist das Potential einer Reduktion der Kosten pro Bit für diese Technologie limitiert. Dennoch ist die OTDM-Technologie ein wichtiges Hilfsmittel um ultra-hochbitratige Systeme zu untersuchen bis elektronische Komponenten diese Aufgebe erfüllen können. Im Rahmen dieser Arbeit wurden OTDMKomponenten und ultra-hochbitratige Übertragungsstrecken modelliert und numerisch sowie analytisch untersucht. In Kooperation mit Lucent Technologies und dem Fraunhofer Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz- Institut wurden experimentelle Untersuchungen durchgeführt. Die Arbeit war Teil des von Lucent Technologies und der Bayrischen Staatskanzlei geförderten Projektes "OPTALL". Struktur und Inhalt der Arbeit werden im Folgenden erläutert: In einem ersten Schritt wurden numerische Modelle für die wichtigsten Komponenten eines OTDM-Systems entwickelt. Diese orientieren sich an experimentellen Gegebenheiten und Anforderungen. Der Schwerpunkt lag auf der Entwicklung von Zeitbereichs-Multiplexer und Demultiplexer, welche die Kernkomponenten eines OTDM-Systems darstellen. Durch einen universellen Ansatz bei der Modellierung der Komponenten ist es möglich mit diesen Modellen einen sehr grossen Bereich an experimentellen Realisierungen nachzubilden. Die Eigenschaften des Demultiplexers werden dann in Kapitel 4.1 für den Back to Back Fall charakterisiert. Relevante Parameter welche die Penalty der Komponente beeinflussen werden identifiziert und untersucht. Nach einer detaillierten Beschreibung des Anpassungsprozesses von Modellparametern auf die experimentellen Gegebenheiten werden in Kapitel 4.2 simulative Ergebnisse mit experimentellen Daten verglichen. In Kapitel 5 liegt der Schwerpunkt auf der Untersuchung linearer und nichtlinearer Effekte bei der Übertragung sowie die daraus resultierenden Signalverzerrungen für verschiedene Systemparameter. In diesem Zusammenhang wird insbesondere auf OTDM spezifische Effekte eingegangen. Der Nutzen und die Anwendbarkeit von unterschiedlichen Streckendimensionierungs-Konzepten werden in Hinblick auf die System-Leistungsfähigkeit untersucht und in Kapitel 5.3 mit experimentellen Ergebnissen verglichen. In Kapitel 6 wird schliesslich die Einkanal-Analyse auf den WDM Fall erweitert. Die Einstellungen für die Filterbandbreiten des WDM-Multiplexers und Demultiplexers sowie die Pulsbreite werden in Bezug auf den Kanalabstand unabhängig voneinander optimiert. Ein 160 Gbit/s System wird im folgenden für verschiedene Streckenauslegungen mit einem 40 Gbit/s System für die selbe Gesamtdatenrate verglichen. Das Kapitel untersucht somit Vor- und Nachteile von 160 Gbit/s Systemen im Vergleich mit Systemen niedrigerer Bitrate.