Grenzen der spektralen Effizienz und Übertragungsreichweite in DWDM Netzen

Abstract:
Das ungebrochene Wachstum der Transportkapazität optischer Übertragungssysteme erfordert eine effizientere Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Bandbreite der optischen Übertragungsfaser. Zusätzlich sollen zukünftige Transportnetze eine erhöhte Flexibilität und mehr optische Transparenz aufweisen. Die Datenübertragung mittels O-OFDM (optical orthogonal frequency division multiplexing) hat sich als flexible und hoch effiziente Technik für die physikalische Ebene herausgestellt, da die Daten über eine variable Anzahl von Unterträgern parallel übertragen werden. Die digitale Signalprozessierung im Sender und Empfänger erlaubt dabei eine sehr einfache programmierbare Anpassung der Übertragungstechnik an Randbedingungen wie Reichweite, OSNR oder Verkehrsanforderungen im optischen Netz, es können das Modulationsformat, die Datenrate oder die Anzahl der Subträger und damit die spektrale Breite in den Sendern und Empfängern angepasst werden. In dieser Veröffentlichung untersuchen wir die Grenzen der spektralen Effizienz und der Reichweite mit der Standard SMF als Übertragungsmedium. Dazu wählen wir ein kohärentes optischen OFDM System mit Bitraten von 10 Gb/s bis 600 Gb/s für spektrale Effizienzen bis 12 bit/s/Hz mit QPSK und n-QAM Modulation. Die Reichweiten werden unter Berücksichtigung des zur Verfügung stehenden OSNRs, des benötigten OSNRs und der Fasernichtlinearitäten im DWDM-Fall (SPM, XPM und FWM) einschließlich einer Systemreserve von etwa 3 dB bestimmt. Dabei wird neben dem klassischen Fall der Übertragung auf dem ITU 50 GHz Raster auch die Übertragung von OFDM-Superchannels (kein festes Frequenzraster für die einzelnen DWDM-Kanäle) mit unterschiedlichen Datenraten bzw. Modulationen der Nachbarkanäle untersucht. Es zeigt sich, dass insbesondere bei niederen Bitraten (<60 GHz) der Kanäle die Einfügung eines Schutzbereichs sinnvoll ist, um die maximale, transparente Übertragungslänge zu erhöhen. Basierend auf dem vorgeschlagenen Konzept lassen sich Übertragungsreichweiten von 300 km bis 3700 km bei spektralen Effizienzen von 11.8 bit/s/Hz bis 1.33 bit/s/Hz erzielen, womit eine Annäherung an ein "realistisches" theoretisches Limit bis auf etwa 15 % erreicht wird.