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Kohärenter Terabit-Empfänger für optische Datenübertragung im Weitverkehrsnetz der Zukunft (TEO)

Abschlussbericht. Laufzeit des Vorhabens: 01.01.2009 bis 31.12.2010. Förderkennzeichen BMBF 13 N 9356
 
: Schmidt-Langhorst, C.

:
Volltext (PDF; )

Berlin: Fraunhofer HHI, 2011, 22 S.
Deutsch
Bericht, Elektronische Publikation
Fraunhofer HHI ()

Abstract
Das Ziel des Projektes bestand in der Demonstration eines neuartigen Empfängerkonzeptes für ein glasfaserbasiertes optisches Datenübertragungssystem mit hohen Datenraten im Bereich einiger Terabit pro Sekunde im einzelnen Wellenlängenkanal. Das zu diesem Zweck entwickelte skalierbare Konzept des kohärenten Terabit-Empfängers" ermöglicht durch kohärentes optisches Sampling in einer parallelen Anordnung mit nachfolgender digitaler elektrischer Signalverarbeitung sowohl den Einsatz bei sehr hohen Symbolraten (>40 GBd) als auch die Entzerrung von Übertragungsstörungen wie chromatischer Dispersion und Polarisationsmodendispersion. Im Rahmen dieses Vorprojektes wurden die Anwendbarkeit des Empfängerkonzeptes auf hochratige optische Datensignale sowie die Machbarkeit von elektronischer Entzerrung im Rahmen des Empfängerkonzeptes mittels proof-of-concept"- Experimenten demonstriert. Insbesondere wurden folgende Ergebnisse erzielt: Es wurde ein optisches Front-End mit vier parallelen optischen Samplern realisiert. Es wurde ein vollständig parallelisierbarer Satz von Algorithmen zur digitalen Signalverarbeitung inkl. Dispersionskompensation für einen kohärenten Terabit- Empfänger mit parallelen optischen Samplern entwickelt und in Form eines MatLAB Skriptes implementiert. Es wurden zwei Testplattformen für hochratige quadraturmodulierte Datensignale aufgebaut: Die synchrone Testplattform erlaubte die Erzeugung von RZDatensignalen von 10 GBd bis 1.28 TBd Symbolrate (300 fs Pulsbreite) bei 2-PSK, 4- PSK, 8-PSK oder 16-QAM Modulation. Dies ermöglichte Systemexperimente mit dem kohärenten Terabit-Empfänger mit optischem Einzelsampler bis zu einer Datenrate von 10.2 Tb/s. Die asynchrone Testplattform erlaubte die Erzeugung von RZ-Datensignalen von bis zu 64 GBd Symbolrate (10 ps Pulsbreite) bei 4-PSK Modulation. Dies ermöglichte Systemexperimente mit dem kohärenten Terabit- Empfänger mit optischem Vierfachsampier bis zu einer Datenrate von 128 Gb/s.

 

The goal of the project was the demonstration of a novel receiver concept for a fiber-optic communication system operating at high data rates of some Terabit per second in each wavelength channel. The scalable concept of a "coherent Terabit-receiver", which was developed for this purpose, exploits coherent optical sampling in a parallel architecture with subsequent digital electronic signal processing and allows for the application to very high symbol rates (>40 GBd) as well as for compensation of transmission impairments like chromatic dispersion and polarization mode dispersion. In the course of this project the applicability of the receiver concept to high-speed optical data signals as well as the feasibility of electronic compensation within the receiver concept were demonstrated in "proof-of-concept" experiments. In particular, the following results were obtained: - An optical font-end comprising four parallel optical samplers was realized. - A fully parallelizeable set of algorithms for digital signal processing incl. dispersion compensation for a coherent terabit receiver with parallel optical samplers was developed and implemented a MatLAB script. - Two test beds for high-rate quadrature-modulated data signals was set up: The synchronous test bed allowed for generation of RZ-data signals having 10 GBd to 1.28 TBd symbol rate (300 fs pulse width) and 2-PSK, 4-PSK, 8-PSK or 16-QAM modulation. This enabled system experiments using the coherent Terabitreceiver with a single optical sampler up to data rates of 10.2 Tb/s. The asynchronous test bed allowed for generation of RZ-data signals having up to 64 TBd symbol rate (10 ps pulse width) and 4-PSK modulation. This enabled system experiments using the coherent Terabit-receiver with four-fold optical sampling up to a data rate of 128 Gb/s. - By using the coherent Terabit-receiver with a single optical sampler the error-free reception of high-rate optical data signals was demonstrated in back-to-back experiments, namely 3.8 Tb/s as 640 GBd 8-PSK polmux and 2.6 Tb/s as 640 GBd Star-16-QAM polmux. - Furthermore, the coherent Terabit-receiver with a single optical sampler was successfully applied in various transmission experiments, namely 320 Gb/s (160 GBd 4-PSK) over 1040 km, 0.96 Tb/s (160 GBd 8-PSK polmux) over 480 km, 5.1 Tb/s (640 GBd 16-QAM polmux) over 80 km, and 10.2 Tb/s (1.28 TBd 16-QAM polmux) over 29 km. By means of the last mentioned experiment a new world record for serial data transmission with highest capacity in a single wavelength channel was set. - By using the coherent Terabit-receiver with four-fold optical sampling an effective sampling rate of 56 GSa/s and 64 GSa/s was demonstrated, which enabled transmission and error-free reception of 56 Gb/s (28 GBd 4-PSK single polarization) and 64 Gb/s (32 GBd 4-PSK single polarization) data signals over 610 km standard fiber, respectively. Herein, the total chromatic dispersion of the link of acbout 10400 ps/nm was compensated for by means of digital signal processing in the coherent Terabit-receiver. - Finally, using the four-fold sampler an effective sampling rate of 128 GSa/s was demonstrated, which enables error-free reception of a 128 Gb/s (64 GBd 4-PSK single polarization) data signal. This set a new world record for the highest symbol rate which has been received with a digital coherent receiver. The results were published in 14 scientific papers at conferences, meetings, workshops as well as in journals, including three post-deadline papers at the Optical Fiber Communications Conference (OFC) in the years 2009- 2011.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-202042.html