Untersuchung und Kompensation linearer Störeffekte in stochastischen optischen Übertragungssystemen

Abstract

Die Dissertation mit dem Titel „Untersuchung und Kompensation linearer Störeffekte in stochastischen optischen Übertragungssystemen“ beschäftigt sich mit der Analyse der Auswirkung und Kompensation von linearen Störeffekten in optischen, glasfaserbasierten Übertragungssystemen. Mit Hilfe von numerischen Simulationen wird untersucht, inwieweit die linearen Störeffekte der chromatischen Dispersion (CD), Polarisationsmodendispersion (PMD), polarisationsabhängigen Dämpfung (PDL) und von durch Faser-Bragg-Gittern induzierten Gruppenlaufzeitschwankungen (GDR) die Signalqualität in optischen Metro- und Weitverkehrsübertragungssystemen beeinflussen. Die stochastischen Eigenschaften der Effekte PMD, PDL und GDR werden mit Hilfe von Monte Carlo-Simulationen (MC) und Multikanonischen Monte Carlo-Simulationen (MMC) untersucht. Zusätzlich wird der Einfluss eines kohärenten Übersprechens zwischen Kernen einer Mehrkernfaser (MCF) auf die Signalqualität untersucht. Alle angeführten linearen Störeffekte können den optischen Signal-zu-Rauschabstand (OSNR) für typische Systemkonfigurationen um mehrere Dezibel reduzieren und somit zu einer Beeinträchtigung der Signalqualität des Übertragungssystems führen. Im zweiten Teil der Dissertation wird gezeigt, dass sich die auftretenden OSNR-Einbußen mit Hilfe optischer, adaptiver Filterstrukturen mit endlicher und unendlicher Impulsantwort (FIR, IIR) reduzieren lassen. Mehrere numerische Optimierungsmethoden wie das Least-Mean-Squares-Verfahren (LMS), Recursive Least Squares (RLS), Partikelschwarmoptimierung (PSO), Trust-Region (TR) und die Matrixinversion, mit deren Hilfe sich die a priori unbekannten komplexen Koeffizienten der Filterstruktur bestimmen lassen, werden vorgestellt und miteinander verglichen.

The Ph.D. thesis with the title „Untersuchung und Kompensation linearer Störeffekte in stochastischen optischen Übertragungssystemen“ is composed of an analysis of the influence and compensation of linear distortion effects in optical, fiber-based transmission systems. Numerical simulations are used to investigate and quantify how linear distortion effects like chromatic dispersion (CD), polarization mode dispersion (PMD), polarization-dependent loss (PDL) and fiber Bragg grating-induced group delay ripples (GDR) influence the signal quality in optical metro- and long-haul transmission systems. The stochastic quantities of PMD, PDL and GDR are investigated by using Monte Carlo (MC) and Multicanonical Monte Carlo (MMC) simulations. Additionally, the influence of coherent crosstalk between cores of a multi core fiber (MCF) is investigated. All of the listed linear distortion effects can reduce the optical signal-to-noise-ratio (OSNR) by several decibel and can thus result in a reduction of the signal quality of the optical transmission system. In the second part of the thesis it is shown that the induced OSNR penalties can be reduced by using optical, adaptive equalizer structures with finite and infinite impulse responses (FIR, IIR). Several numerical optimization routines like Least-Mean-Squares (LMS), Recursive Least Squares (RLS), Particle Swarm Optimization (PSO), Trust-Regin (TR) and Matrix-Inversion which can be used to determine the a priori unknown complex coefficients of the filters structure are described and compared.