3 Fortgeschrittene Aspekte der optischen Modulationen zum Erzielen einer hohen Übertragungsrate und Beständigkeit gegen Signalverschlechterung
3.1 Polarisationsmultiplex bei QPSK-Modulation für Übertragungsraten in der Größenordnung von einigen Terabits

Multiplex von Modulationszuständen der Polarisation

Der Polarisationsmultiplex (engl. Polarization Division Multiplexing, PDM) ist in der englischen Literatur auch als duale Polarisation (dual polarization) oder orthogonale Polarisation (orthogonal polarization) bekannt. Unter orthogonalen Polarisationskomponenten versteht man unabhängige, sich nicht beeinflussende, idealerweise aufeinander senkrechte Komponenten der Polarisation. PDM-QPSK wurde primär für Hochgeschwindigkeitssysteme mit einer Rate von 100 Gbit/s pro Kanal entworfen.

PDM-QPSK wird oft in der Kombination mit einer kohärenten Detektion (Decodierung) angewendet. Die kohärente Demodulation wird zur Demodulation einer Phase und Frequenz synchron mit dem Träger eingesetzt. Bei einer nicht kohärenten Detektion wird das Problem dieser Synchronisierung nicht gelöst. Ein kohärentes Licht ist ein Licht, dessen Phase vorhergesagt und dessen Phasenverlauf in jeder Periode der elektromagnetischen Welle aufrechterhalten werden kann. Man spricht auch über Korrelation der Phase der gegebenen Quelle gegenüber der kohärenten Referenzquelle der Strahlung. Sonst wird die Phase zufällig geändert.

Vorteile

Vorteile:

  • Hohe spektrale Effizienz hinsichtlich Verzögerung der Symbolrate gegenüber der Bitrate
  • PDM-QPSK ist der wichtigste Kandidat für Transponder mit 100 Gbit/s wegen einer hohen Toleranz der Signalverzerrung.
  • PDM-QPSK ist besser als DPQSK auf Kosten der Implementierungskomplexität.
  • Diese Modulation ist auch sehr effizient bei Systemen mit 100 Gbit/s pro Kanal und mit Kanalabstand von 50 GHz, bei denen eine Übertragung auf einige hundert Kilometer möglich ist, unter Zugrundelegung des Einsatzes eines geeigneten Verfahrens zur Dispersionskompensation, Linienverstärkern usw.

Nachteile

Nachteile und Grenzen:

  • Kosten der Implementierungskomplexität
  • Hoher Verbrauch der elektrischen Energie
  • Bedarf an schnellere Signalprozessoren
  • Notwendigkeit des Einsatzes von A/D-Wandlern

Sende-Empfangsgeräte

Konstruktion des Sende-Empfangsgerätes:

  • Der PDM-QPSK-Sender muss vier Signalkomponenten verarbeiten: Phasen- und Quadraturkomponente, je zwei Polarisationszustände.
  • Zur Umwandelung des binären Signals in ein elektrisches Signal muss ein Tiefpass – Bessel-Filter eingesetzt werden. (Der Bessel-Filter ist ein Filter, in dem die Phasenverschiebung zur Frequenz proportional ist.)
  • Vier elektrische Signale werden dann in zwei QPSK-Modulatoren eingeführt (zwei je Modulator).
  • Das modulierte PDM-QPSK-Signal wird so erzeugt, dass das Ausgangssignal aus einem Modulator durch Polarisator durchgeht und mit dem Signal des anderen QPSK-Modulators kombiniert wird.
  • Der PDM-QPSK-Empfänger schließt viele Elemente ein, z. B. einen unsymmetrischen hybriden 90°-Oszillator, vier PIN-Photodioden für kohärente Detektion, einen Transimpedanzverstärker (Wandler des Stroms in Spannung, der als Operationsverstärker arbeitet), elektronische Filter, einen elektronischen Dispersionskompensator und einen „blinden“ Empfänger ohne Speicher zur Trennung der Phasen- und Quadraturkomponenten und orthogonalen Polarisationen.
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Übertragung mit 40 Gbit/s durch Monomode-Lichtwellenleiter mit Kanalabstand von 100 GHz und einer Entfernung von 12 km. Die besten Ergebnisse werden beim PDM-QPSK-Format erzielt [2].
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Übertragung mit 40 Gbit/s durch Monomode-Lichtwellenleiter mit Kanalabstand von 50 GHz und einer Entfernung von 12 km. Die besten Ergebnisse werden wieder beim PDM-QPSK-Format erzielt [2].