In dieser Arbeit werden verschiedene Methoden zur Erhöhung der Systemtoleranz optischer Übertragungssysteme theoretisch analysiert, durch numerische Simulationen untersucht und in Experimenten und Feldversuchen praktisch überprüft. Der Schwerpunkt lag dabei auf empfängerseitigen elektronischen sowie optischen Entzerrern. Diese Entzerrer verbessern die Signalübertragung, in dem sie die Augenöffnung des Signals am Empfänger vergrößern oder in dem sie durch digitale Logikschaltungen das gesendete Signal aus einem gestörten Signal rekonstruieren. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt jedoch auf der Untersuchung der Entzerrer auf Systemebene, d.h. es wird das Verhalten in einem kompletten optischen Übertragungssystem bestehend aus Sender, Glasfaserstrecke und Empfänger bewertet. Zur Untersuchung wurde eine Simulationsumgebung in der Programmiersprache FORTRAN erstellt, in der die unterschiedlichen Entzerrer in verschiedenen Netz-Szenarien untersucht wurden. Zur praktischen Untersuchung wurde außerdem eine Testumgebung im verlegten Glasfasernetz aufgebaut und eine Realisierung eines Entzerrers experimentell untersucht. / In this thesis, several methods for the enhancement of the tolerance of optical transmission systems are analyzed theoretically, investigated in numerical simulations and evaluated in experiments and field trials. The investigations were thereby focused on receiver sided electronic and optical equalizers. Those devices improve the signal transmission by increasing the eye-opening at the receiver or by reconstructing the original signal from the distorted received signal by the use of digital signal processing. However, this thesis is focused on the investigation of different equalizers on a system level where the performance of a complete transmission system consisting of a transmitter, transmission fiber and receiver is evaluated. For those studies a simulation environment was created using the programming language FORTRAN where the different equalizers were evaluated in different network scenarios. For practical investigations, a test environment was created using the deployed fiber infrastructure and specific equalizer realization were evaluated experimentally.

In dieser Arbeit werden verschiedene Methoden zur Erhöhung der Systemtoleranz optischer Übertragungssysteme theoretisch analysiert, durch numerische Simulationen untersucht und in Experimenten und Feldversuchen praktisch überprüft. Der Schwerpunkt lag dabei auf empfängerseitigen elektronischen sowie optischen Entzerrern. Diese Entzerrer verbessern die Signalübertragung, in dem sie die Augenöffnung des Signals am Empfänger vergrößern oder in dem sie durch digitale Logikschaltungen das gesendete Signal aus einem gestörten Signal rekonstruieren. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt jedoch auf der Untersuchung der Entzerrer auf Systemebene, d.h. es wird das Verhalten in einem kompletten optischen Übertragungssystem bestehend aus Sender, Glasfaserstrecke und Empfänger bewertet. Zur Untersuchung wurde eine Simulationsumgebung in der Programmiersprache FORTRAN erstellt, in der die unterschiedlichen Entzerrer in verschiedenen Netz-Szenarien untersucht wurden. Zur praktischen Untersuchung wurde außerdem eine Testumgebung im verlegten Glasfasernetz aufgebaut und eine Realisierung eines Entzerrers experimentell untersucht.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Grundaufbau und Komponenten optischer Übertragungssysteme 3 2.1 Optische Sender 4 2.2 Das Übertragungsmedium Glasfaser 9 2.3 Optische Faserverstärker 22 2.4 Optische Empfänger und Signalauswertung 24 3 Filterstrukturen und Polynomsysteme 29 3.1 Digitalfilter 29 3.2 Optische Filter 30 3.3 Volterra-Systeme 33 4 Elektronische Entzerrung zur Erhöhung der Systemtoleranz 35 4.1 Klassische Entzerrer 35 4.2 Nichtlineare Entzerrer basierend auf Volterra-Systemen 41 4.3 Maximum Likelihood Sequence Estimation 45 5 Optische Entzerrung und Kompensation 49 5.1 Dispersionskompensationsfasern 49 5.2 Optische FIR-Filter 50 6 Entzerrung in unkompensierten Übertragungssystemen 61 6.1 Prinzipieller Vergleich der Entzerrer bei linearer Übertragung 61 6.2 Entzerrung unter Berücksichtigung nichtlinearer Fasereffekte 78 7 Entzerrung in dispersionskompensierten Übertragungssystemen 87 7.1 Ausgleich einer DCF-Fehlanpassung 87 7.2 Entzerrung von Restdispersion 93 8 Gleichzeitige Entzerrung mehrerer Fasereffekte 97 8.1 Simulation der Entzerrung durch MLSE-Entzerrer 97 8.2 Experimentelle Untersuchung von MLSE-Entzerrern im Feldversuch 99 9 Alternative Verfahren zur Erhöhung der Systemtoleranz 113 9.1 Optisches Subcarrier-Multiplexing 113 9.2 Gezielter Austausch von Glasfasern mit hoher PMD 117 10 Zusammenfassung und Schlussfolgerung 121 Literaturverzeichnis 123 Verzeichnis der im Rahmen dieser Arbeit entstandenen Veröffentlichungen 133 Anhang A 137 Anhang B 138 / In this thesis, several methods for the enhancement of the tolerance of optical transmission systems are analyzed theoretically, investigated in numerical simulations and evaluated in experiments and field trials. The investigations were thereby focused on receiver sided electronic and optical equalizers. Those devices improve the signal transmission by increasing the eye-opening at the receiver or by reconstructing the original signal from the distorted received signal by the use of digital signal processing. However, this thesis is focused on the investigation of different equalizers on a system level where the performance of a complete transmission system consisting of a transmitter, transmission fiber and receiver is evaluated. For those studies a simulation environment was created using the programming language FORTRAN where the different equalizers were evaluated in different network scenarios. For practical investigations, a test environment was created using the deployed fiber infrastructure and specific equalizer realization were evaluated experimentally.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Grundaufbau und Komponenten optischer Übertragungssysteme 3 2.1 Optische Sender 4 2.2 Das Übertragungsmedium Glasfaser 9 2.3 Optische Faserverstärker 22 2.4 Optische Empfänger und Signalauswertung 24 3 Filterstrukturen und Polynomsysteme 29 3.1 Digitalfilter 29 3.2 Optische Filter 30 3.3 Volterra-Systeme 33 4 Elektronische Entzerrung zur Erhöhung der Systemtoleranz 35 4.1 Klassische Entzerrer 35 4.2 Nichtlineare Entzerrer basierend auf Volterra-Systemen 41 4.3 Maximum Likelihood Sequence Estimation 45 5 Optische Entzerrung und Kompensation 49 5.1 Dispersionskompensationsfasern 49 5.2 Optische FIR-Filter 50 6 Entzerrung in unkompensierten Übertragungssystemen 61 6.1 Prinzipieller Vergleich der Entzerrer bei linearer Übertragung 61 6.2 Entzerrung unter Berücksichtigung nichtlinearer Fasereffekte 78 7 Entzerrung in dispersionskompensierten Übertragungssystemen 87 7.1 Ausgleich einer DCF-Fehlanpassung 87 7.2 Entzerrung von Restdispersion 93 8 Gleichzeitige Entzerrung mehrerer Fasereffekte 97 8.1 Simulation der Entzerrung durch MLSE-Entzerrer 97 8.2 Experimentelle Untersuchung von MLSE-Entzerrern im Feldversuch 99 9 Alternative Verfahren zur Erhöhung der Systemtoleranz 113 9.1 Optisches Subcarrier-Multiplexing 113 9.2 Gezielter Austausch von Glasfasern mit hoher PMD 117 10 Zusammenfassung und Schlussfolgerung 121 Literaturverzeichnis 123 Verzeichnis der im Rahmen dieser Arbeit entstandenen Veröffentlichungen 133 Anhang A 137 Anhang B 138