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Main Title: Top-Down Analysis of High-Capacity Fiber-OpticTransmission
Translated Title: Top-Down Analysis of High-Capacity Fiber-OpticTransmission
Author(s): Louchet, Hadrien
Advisor(s): Petermann, Klaus
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät IV - Elektrotechnik und Informatik
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Der Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit liegt auf der Analyse des nichtlinearen Kerr-Effekts, der das Design faseroptischer Kommunikationssysteme mit hoher Kapazität stark beeinflusst. Sowohl das Signal als auch das Design der Übertragungsstrecke (Dispersions- und Verlustkompensationsmanagement) bestimmen, wie stark sich der Kerr-Effekt auf die Leistung des Systems auswirkt. Da die mathematische Darstellung der nichtlinearen Übertragung darüber hinaus sehr komplex ist, lässt sich die Leistung eines Systems nur mithilfe numerischer Simulationen präzise vorhersagen. Da die durch die numerische Simulation erhaltene Optimierung nur für das jeweilige System gilt, lassen sich daraus keine allgemeinen Designregeln ableiten. Ziel dieser Doktorarbeit war es, mithilfe eines universellen analytischen Ansatzes allgemeingültige Aussagen zu treffen, die als Designregeln benutzt werden können. Dafür wird in dieser Doktorarbeit das Konzept der nichtlinearen Übertragungsfunktion (eng. nonlinear transfer function) eingeführt. Im ersten Kapitel werden die linearen und nichtlinearen Eigenschaften optischer Fasern vorgestellt. Im zweiten Kapitel wird die Übertragung eines optischen Signals mithilfe der neu eingeführten nichtlinearen Übertragungsfunktion dargestellt. Dabei wird die nichtlineare Diffusionsbandbreite als neue Eigenschaft dieser Übertragungsfunktion definiert. Damit können allgemeine Aussagen über die Signalausbreitung getroffen werden. Im dritten Teil werden verschiedene Strategien für die Reduzierung der nichtlinearen Störungen für Einkanal- und Wellenlängenmultiplexsysteme vorgeschlagen und verifiziert. Schließlich wird die maximal erreichbare Kapazität von faseroptischen Übertragungen unter Berücksichtigung des Kerr-Effekts hergeleitet. Es wird diskutiert, mit welchen Technologien man sich dieser theoretischen Grenze annähern kann.
The purpose of the present work is to provide a comprehensive understanding of fiber nonlinearities in dispersion-managed WDM transmission systems. The goal is to derive universal design rules and to determine the ultimate capacity of fiber-optic transmission systems. The theoretical framework required for this top-down analysis is briefly reviewed in chapter 2. A generic approach for the characterization of fiber nonlinearities in dispersion-managed transmission systems as well as an analytical model for the assessment of nonlinearly- induced impairments in WDM systems are presented in chapter 3. Some design guidelines for the reduction of nonlinear impairments are proposed in chapter 4. Not only the transmission link design, but also the impact of information distribution in frequency and of fiber birefringence are investigated. In chapter 5, the issue of fiber nonlinearities is tackled from an "information theory" point of view: The maximal achievable capacity of fiber-optic transmission systems in presence of linear noise and fiber nonlinearities is derived and spectral efficiencies achievable with current technologies are discussed. Finally, some conclusions regarding the design of future high-capacity transmission systems are drawn in chapter 6.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-13656
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/1742
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1445
Exam Date: 22-May-2006
Issue Date: 12-Oct-2006
Date Available: 12-Oct-2006
DDC Class: 600 Technik, Technologie
Subject(s): Faser
Kapazität
Kerr-Effekt
Nichtlinearitäten
Capacity
Fiber
Kerr-effect
Nonlinearity
Usage rights: Terms of German Copyright Law
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