Digitale Modulationsverfahren und Signalverarbeitungsalgorithmen für flexible optische Datenübertragung

Hauptthema dieser Arbeit ist die Flexibilisierung der spektralen Effizienz in optischen Übertragungssystemen. Zentraler Ansatz ist dabei die systematische Behandlung digitaler Modulationsverfahren. Die Amplitudenumtastung wird um eine Variante erweitert, bei der die Bits auf eine Gruppe von Symbolen abgebildet werden. Die Konstellation ist bereits bei reeller Amplitudenumtastung mehrdimensional. Die erarbeitete Entwurfsmethodik liefert die Anzahl an Konstellationspunkten, ihre Positionierung im Raum und die Abbildung der zu übertragenden Bits. Durch Erweiterung der Entwurfsmethodik auf Phasenumtastung und Quadraturamplitudenmodulation entstehen einfache Ausdrücke für die Bitfehlerwahrscheinlichkeit mehrerer konkreter Modulationsformate mit einer hohen Dichte an Werten für die spektrale Effizienz. Diese Ausdrücke werden simulativ und messtechnisch überprüft. Hiernach erfolgt die Anwendung im optischen Übertragungskanal. Die Eigenschaften des optischen Kanals erfordern diverse Signalverarbeitungsverfahren zur Kompensation der eingebrachten Störgrößen. Bei kohärenter Detektion ist eine Trägersynchronisation erforderlich. Nach einer Übersicht über die verschiedenen Verfahren werden zwei Methoden im Detail betrachtet. Weiterhin ist die Entzerrung der Eigenschaften der optischen Faser erforderlich. Es wird ein entsprechender Überblick gegeben und die grundlegendsten Verfahren werden messtechnisch angewendet. Als Alternative zur digitalen Modulation im Zeitbereich wird OFDM diskutiert. In der Hauptsache wird die Intensitätsmodulation behandelt. Im optischen Kanal ist die Implementierung anspruchsvoll, weswegen eine detaillierte Modellierung stattfindet. Abschließend wird die WDM-Technologie als Mittel zur flexiblen Ausnutzung der Bandbreite des optischen Kanals behandelt.