Evaluierung und Optimierung ausgewählter Modulationsverfahren mit Direktempfang für optische Netze bis 100 Gb/s

Stetig steigender Bedarf an Übertragungskapazität bei sich wenig ändernder Glasfaserinfrastruktur erfordert den Einsatz fortschrittlicher mehrstufiger Modulationsformate. Im Metronetz mit einer Übertragungsreichweite von bis zu 500-700 km ist dabei Kosteneffizienz die stärkste Prämisse bei der Auswahl des speziellen Formats. Da das zur Verfügung stehende OSNR bei diesen Strecken größer ist als in der Langstreckenübertragung, bieten sich vor allem Formate mit Direktempfang an. In dieser Arbeit werden verschiedene 2- bis 16-stufige Modulationsformate mit Direktempfang vorgestellt und eingehend hinsichtlich Ihrer Eignung für die 100-Gb/s-Übertragung untersucht. Dabei gliedert sich die Arbeit in drei Hauptblöcke: Zunächst wird auf das Thema Dispersionskompensation mithilfe von Faser-Bragg-Gittern (FBGs) eingegangen. Aufgrund ihrer kostengünstigen Herstellung und ihrer geringen Übertragungslatenzzeit eigenen sie sich in besonderer Weise für den Einsatz in der Mittelstreckenübertragung. Bedingt durch den Herstellungsprozess besitzen sie eine Störung im Phasengang, sogenannte Phasenrippel, die sich je nach Modulationsformat unterschiedlich auf die Qualität der Signale auswirken. Diese Auswirkungen werden für eine Vielzahl von Formaten und unterschiedliche FBG-Typen theoretisch, simulativ und messtechnisch untersucht. Es zeigt sich, dass die Rippel, insbesondere breitbandiger FBGs, für Metronetze wenig ins Gewicht fallen. Im zweiten Abschnitt werden mehrstufige, amplitudenmodulierte Formate in unipolarer und bipolarer Form hinsichtlich ihrer Toleranz gegenüber typischen Übertragungseinflüssen in Metronetzen evaluiert. Dabei wird auf schmalbandige Filterung, chromatische Dispersion, Polarisationsmodendispersion und Kerr-Nichtlinearität eingegangen. Es zeigt sich, dass durch eine Anpassung der Amplitudenstufen die Toleranz, insbesondere hinsichtlich chromatischer Dispersion, erhöht werden kann. Gerade bipolare Formate zeigen eine vielversprechende Leistungsfähigkeit. Im letzten Teil der Arbeit wird eine 100-Gb/s-Übertragung mit 33%-RZ-DQPSK bei 56 GBaud mit Direktdetektion messtechnisch realisiert und die Leistungsfähigkeit des Modulationsformats hinsichtlich der Anforderungen des Metronetzes charakterisiert. Es zeigt sich gegenüber optischer Filterung, die beim Durchlaufen von Add-Drop-Multiplexern im Netz geschieht, gewachsen. Die Toleranz gegenüber chromatischer Dispersion kann durch schmalbandige Filterung sogar gesteigert werden. Auch unter dem Einfluss von Polarisationsmodendispersion und in der WDM- Übertragung zeigt sich 33%-RZ-DQPSK für das 100-Gb/s-Metronetz geeignet.