Untersuchungen zur iterativen Entzerrung und Decodierung hochbitratiger optischer Übertragungssysteme

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Grundlagen der optischen Nachrichtentechnik

2.1 Licht als Träger von Information

2.2 Einmodenfaser

2.2.1 Lineare Übertragungsfunktion der SMF

2.2.2 Lineare Störungen

2.2.3 Polarisationsmodendispersion

2.2.4 Nichtlineare Störungen

2.3 Systemkomponenten

2.3.1 Sender

2.3.2 Faserverstärker

2.3.3 Empfänger

2.4 Das System im Überblick

3 Turboentzerrung

3.1 Grundlagen der Kanalcodierung

3.1.1 Blockcode, Coderate, binäre Operationen

3.1.2 Paritätsprüf-Code

3.1.3 Systematischer Coder

3.1.4 Blockcodes in Matrixschreibweise

3.1.5 Log-Likelihood Algebra

3.1.6 Ansatz der Soft-In/Soft-Out Decodierung

3.2 Low Density Parity Check Codes

3.2.1 Codierung

3.2.2 Decodierung

3.2.3 Belief Propagation

3.2.4 Schleifen

3.3 BCJR-Equalizer zur Enzerrung von Intersymbolinterferenzen

3.3.1 ISI-Kanalmodell

3.3.2 Trellis-Diagramm

3.3.3 Funktionsweise

3.4 Iterative Enzerrung

4 Systemrealisierung

4.1 Sender

4.1.1 Quelle

4.1.2 Coder

4.1.3 Interleaver, Deinterleaver

4.1.4 Signalformer

4.2 Kanal

4.2.1 Ausbreitungsgleichung

4.2.2 Split-Step-Fourier-Verfahren

4.2.3 Simulation der Polarisationsmodendispersion

4.2.4 Faserverstärker

4.3 Empfänger

4.3.1 pin-Diode

4.3.2 Sampler

4.3.3 Entzerrer

4.4 Decoder

5 Simulationsauswertung

5.1 Systemspezifikationen

5.2 Bitfehlerratenmessung

5.3 Augendiagramme

5.4 Rauschverteilungen

6 Zusammenfassung und Ausblick

Zielsetzung & Themen

Die Arbeit untersucht das Potenzial der Turboentzerrung in hochbitratigen optischen Nachrichtensystemen mit Datenraten zwischen 10 und 40 GBit/s, um die Beeinträchtigungen durch Intersymbolinterferenz (ISI) und Rauschen zu reduzieren. Das primäre Ziel besteht darin, den Gewinn durch den iterativen Austausch zwischen Entzerrer und Decoder zu quantifizieren und herkömmliche Empfängerstrukturen bei hohen Bitfehlerraten zu vergleichen.

• Grundlagen optischer Übertragungssysteme und Glasfasereigenschaften
• Analyse von Störquellen wie Dispersion, PMD und nichtlinearen Effekten
• Kanalcodierung mittels Low Density Parity Check (LDPC) Codes
• Methodik der Turboentzerrung und des BCJR-Equalizers
• Systemrealisierung und Simulation in Matlab
• Auswertung der Bitfehlerraten und Augendiagramme

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einleitung: Beschreibt die steigende Bedeutung der optischen Datenübertragung, die auftretenden Störungen durch ISI und Rauschen sowie den grundlegenden Ansatz der Turboentzerrung.

2 Grundlagen der optischen Nachrichtentechnik: Erläutert physikalische Übertragungseigenschaften von Einmodenfasern, Störungsursachen wie Dämpfung und Dispersion sowie die Funktionsweise zentraler Systemkomponenten.

3 Turboentzerrung: Führt in die Kanalcodierung (LDPC-Codes) und die iterative Entzerrung mittels BCJR-Equalizer ein, um durch Informationsaustausch die Übertragungssicherheit zu erhöhen.

4 Systemrealisierung: Dokumentiert die Entwicklung der Matlab-basierten Simulation des gesamten optischen Übertragungssystems inklusive der Modellierung von Sender, Kanal und Empfänger.

5 Simulationsauswertung: Präsentiert die gewonnenen Ergebnisse anhand von Bitfehlerratenmessungen und Augendiagrammen für verschiedene Systemkonfigurationen unter Berücksichtigung von PMD.

6 Zusammenfassung und Ausblick: Fasst die Ergebnisse der Arbeit zusammen und bewertet den Erfolg der Turboentzerrung in Abhängigkeit von den Systemparametern.

Schlüsselwörter

Turboentzerrung, Optische Nachrichtentechnik, Intersymbolinterferenz, LDPC-Codes, BCJR-Equalizer, Glasfaser, PMD, Bitfehlerrate, Signalverarbeitung, Matlab-Simulation, Fehlerkorrektur, Übertragungssysteme, Rauschen, Augendiagramm, Kanalsimulation

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?

Die Arbeit untersucht das Verfahren der Turboentzerrung zur Verbesserung der Signalqualität in hochbitratigen optischen Glasfasersystemen.

Was sind die zentralen Themenfelder?

Die zentralen Themen sind optische Übertragungstechnik, Kanalcodierung mit LDPC-Codes, iterative Entzerrung und die Modellierung von Störungen wie Dispersion und Rauschen.

Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?

Ziel ist es, den Gewinn durch den iterativen Austausch zwischen Entzerrer und Decoder gegenüber konventionellen Empfängern bei hohen Bitfehlerraten zu bestimmen.

Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?

Es wird eine umfangreiche, realitätsnahe Simulation des gesamten optischen Kommunikationssystems in Matlab entwickelt und ausgewertet.

Was wird im Hauptteil behandelt?

Der Hauptteil behandelt die physikalischen Grundlagen, die theoretische Herleitung der Kanalcodierung und des BCJR-Algorithmus sowie die detaillierte Umsetzung dieser Komponenten in eine Simulationsumgebung.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Die wichtigsten Begriffe sind Turboentzerrung, LDPC, Optik, ISI, BCJR und Bitfehlerrate.

Warum ist Intersymbolinterferenz eine Voraussetzung für den Erfolg?

Ohne signifikante Intersymbolinterferenz existiert kein wirksamer "innerer Faltungscode" im Kanal, was den iterativen Gewinn der Turboentzerrung verhindert.

Was ist die Erkenntnis zur optimalen Coderate?

Es existiert eine systemabhängige optimale Coderate; wird diese zu niedrig gewählt, wird der Codegewinn durch die erhöhte Bruttodatenrate und die damit verbundenen Signalverzerrungen zunichtegemacht.