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Performance of CAZAC training sequences in data-aided singlecarrier optical transmission systems

Untersuchung von CAZAC Trainingssequenzen für die datengestützte Kanalentzerrung optischer Einträger-Übertragungssysteme
 
: Noelle, M.; Elschner, R.; Frey, F.; Schmidt-Langhorst, C.; Fischer, J.K.; Schubert, C.

Kirstädter, A. (Hrsg.) ; Informationstechnische Gesellschaft -ITG-:
Photonische Netze. Tagungsband CD-ROM : Beiträge der 16. ITG-Fachtagung. 7. - 8. Mai 2015, Hochschule für Telekommunikation Leipzig
Berlin: VDE-Verlag, 2015 (ITG-Fachbericht 257)
ISBN: 978-3-8007-3938-7
S.99-104
Fachtagung Photonische Netze <16, 2015, Leipzig>
Englisch
Konferenzbeitrag
Fraunhofer HHI ()

Abstract
The ability to adaptively change the employed modulation format in order to realize transmission with flexible bit rate and spectral efficiency depending on the actual requirements of the network is a key feature for future optical networks. Data-aided channel estimation and equalization methods were shown to enable modulation format transparent digital signal processing and are therefore essential building blocks in future optical transponders. In this contribution, we investigate a popular set of training sequences, namely constant amplitude and zero autocorrelation (CAZAC) sequences, for channel estimation in nonlinear optical transmission systems. These sequences are widely used in wireless communication systems and have recently been adopted for optical systems as well. CAZAC sequences are similar to linearly chirped signals and thus can be generated with either positive or negative chirp. We show both numerically as well as experimentally that CAZAC sequences with positive and negative chirp exhibit similar performance in the case of a linear channel while their performance strongly differs in the case of nonlinear transmission. We find that the interplay of chromatic dispersion and fiber nonlinearities during transmission can cause large performance differences between two CAZAC sequences having opposite signs of the chirp. A difference in Q-factor of up to 2 dB between the two CAZAC sequences is experimentally observed for an EDFA amplified standard single-mode fiber link with 80 km spans. Hence, the sign of the frequency chirp of the CAZAC sequence has to be carefully chosen depending on the actual dispersion map of the link and the signal parameters.

 

Eine wichtige Eigenschaft zukünftiger, flexibler optischer Netze ist die adaptive Änderung des benutzten Modulationsverfahrens, um sowohl die Bitrate als auch die spektrale Effizienz an die jeweiligen Bedingungen des Netzes anpassen zu können. Es wurde gezeigt, dass eine modulationsformatunabhängige Kanalschätzung und -entzerrung in optischen Netzen mittels datengestützter Methoden möglich ist. Daher ist diese Art der digitalen Signalverarbeitung ein essentieller Bestandteil zukünftiger optischer Transponder. In diesem Beitrag untersuchen wir eine weit verbreitete Art von Trainingssequenzen, sogenannte "constant amplitude zero autocorrelation" (CAZAC) Sequenzen. Diese werden schon seit langem in vielen Bereichen der drahtlosen Kommunikation verwendet und sind seit kurzem auch für den Einsatz in optischen Systemen im Gespräch. Sie ähneln Chirp- Signalen und können sowohl mit positivem als auch mit negativem Chirp erzeugt werden. Wir zeigen sowohl mit Hilfe von numerischen Simulationen als auch mit einer experimentellen Untersuchung, dass diese beiden Varianten unter Berücksichtigung eines linearen Kanals zu einer gleichen Bitfehlerrate des Systems führen. Werden allerdings die nichtlinearen Effekte der optischen Faserübertragung berücksichtigt, führt das Zusammenspiel des Vorzeichens des Chirps der CAZAC-Sequenz, der chromatischen Dispersion und den Fasernichtlinearitäten zu einem erheblichen Unterschied in der resultierenden Bitfehlerrate des Systems. Ein Unterschied von bis zu 2 dB im Q-Faktor zwischen den beiden CAZAC Sequenzen konnte bei einer mit EDFA Verstärkern ausgestatteten Übertragungsstrecke mit 80 km langen Sektionen aus Standard-Einmodenfasern experimentell nachgewiesen werden. Die Ergebnisse legen nahe, dass das Vorzeichen des Chirps der Trainingssequenzen ein wichtiger Parameter für die Bitfehlerrate eines Systems ist und dementsprechend abhängig von den Signalparametern und des Dispersionsprofils der Strecke gewählt werden muss.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-375228.html