Untersuchung und Optimierung der Reichweite von WDM-Übertragungssystemen unter Berücksichtigung stochastischer Schwankungen von Faserparametern

Inhalt:
Die Eigenschaften vermeintlich gleichartiger Komponenten in optischen Übertragungssystemen unterliegen von Exemplar zu Exemplar stochastischen Streuungen. Diese entstehen beispielsweise durch Toleranzen im Herstellungsprozess. Neben den Exemplarstreuungen führen Alterungsprozesse zu einer Veränderung der Eigenschaften von Bauteilen während des Einsatzes. Diese verursachen weitere Unsicherheiten bei der Festlegung auf den genauen Wert eines Komponentenparameters. Um sicherzustellen, dass ein Übertragungssystem trotz dieser Parameterstreuungen und zeitlichen Parameterschwankungen zuverlässig funktioniert, werden bei der Auslegung des Systems Reserven des optischen Signal-zu-Rauschabstands (OSNR) eingeplant. Dazu kann auf eine Betrachtung des schlimmstmöglichen Falls zurückgegriffen werden. Für diese wird das System so ausgelegt, dass es auch im Falle der ungünstigsten Kombination von Parameterwerten fehlerfrei arbeitet, die gemäß der Spezifikationen der einzelnen Komponenten auftreten kann. Diese Betrachtung erweist sich für Bauteile als sinnvoll, die im Übertragungspfad nur in geringer Anzahl verwendet werden, wie beispielsweise Modulatoren oder Photodioden. Bei Komponenten, die innerhalb eines Übertragungspfades häufig eingesetzt werden, kommt es hingegen zu einem Mittelungsprozess der stochastischen Eigenschaften über viele Exemplare. Dies bedeutet, dass der schlimmste Fall nur mit einer extrem geringen Wahrscheinlichkeit auftritt. Damit das System auch mit dieser sehr unwahrscheinlichen Kombination korrekt arbeitet, müssen die Anforderungen an die Komponenten in aller Regel sehr strikt definiert werden, was deren Herstellung sehr teuer macht. Wenn hingegen ein geringer Anteil von Systemen akzeptiert wird, die nach der Installation ohne zusätzliche Maßnahmen nicht gleich funktionieren, dann können durch eine statistische Betrachtung der Parameterstreuungen die Anforderungen an die Komponenten spürbar abgeschwächt werden. Insbesondere Übertragungsfasern werden entlang eines Übertragungspfades in hoher Anzahl verwendet. Daher wurden für diesen Beitrag deren stochastische Eigenschaften untersucht - Dämpfung, Dispersion und Nichtlinearität. Mit Hilfe von Monte-Carlo-Simulationen werden die Wahrscheinlichkeitsverteilungen der Übertragungsreichweiten von WDM-Systemen bestimmt. Es wird analysiert, welche Parameterschwankungen sich als besonders kritisch für die Systemzuverlässigkeit erweisen. Außerdem werden Methoden vorgestellt, mit denen die Auswirkungen stochastischer Unsicherheiten reduziert werden können.