Optische Übertragungstechnik - Cheatsheet

Grundlagen der Lichtwellenleiter

Definition:

Grundprinzip: Übertragung von Lichtsignalen durch flexible Glas- oder Kunststofffasern, basiert auf Totalreflexion.

Details:

• Brechungsindex: Wichtige Größen sind Kern (hoher Index) und Mantel (niedriger Index).
• Dämpfung: Verlust von Signalstärke über Entfernung, gemessen in dB/km.
• Moden: Singlemode (SM) und Multimode (MM) Fasern.
• Dispersion: Chromatische und Polarisationsmodendispersion (PMD) verringert Signalqualität.
• Kapazität: Hohe Bandbreite und Datenrate, geeignet für Fernübertragungen.
• Kopplung und Spleißen: Methoden zur Verbindung von Fasern.
• Lichtquellen: LED und Laser, je nach Anwendungsfall.

Einführung in optische Sender und Empfänger

Definition:

Optische Sender und Empfänger sind wesentliche Komponenten in der optischen Übertragungstechnik, die für die Umwandlung von elektrischen Signalen in optische Signale und umgekehrt verantwortlich sind.

Details:

• Sender wandeln elektrische Signale in optische Signale: z.B. Laser, LEDs.
• Empfänger wandeln optische Signale zurück in elektrische Signale: z.B. Photodioden.
• Wichtige Parameter der Sender: Wellenlänge, Ausgangsleistung
• Wichtige Parameter der Empfänger: Empfindlichkeit, Bandbreite
• Dämpfung und Verstärkung müssen berücksichtigt werden
• Analoge und digitale Modulationsverfahren: Amplitude, Frequenz, Phase

Modulationstechniken in der optischen Übertragung

Definition:

Verfahren zur Veränderung des Lichtsignals, um Daten zu übertragen.

Details:

• Amplitude Shift Keying (ASK): Veränderungen der Amplitude des optischen Signals.
• Frequency Shift Keying (FSK): Veränderungen der Frequenz des optischen Signals.
• Phase Shift Keying (PSK): Veränderung der Phase des optischen Signals.
• Quadrature Amplitude Modulation (QAM): Kombination von ASK und PSK zur Erhöhung der Datenrate.
• On-Off Keying (OOK): Basisform der Modulation mit An/Aus-Zuständen für binäre Datenübertragung.
• Optical OFDM: Verwendet Orthogonal Frequency Division Multiplexing zur Erhöhung der Spektraleffizienz.
• Puls Amplituden Modulation (PAM): Nutzt verschiedene Amplituden zur Darstellung von mehr als 2 Bit pro Symbol.

Multiplexverfahren: CWDM und DWDM

Definition:

Definition der Multiplexverfahren CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) und DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing)

Details:

• Beide Techniken erhöhen die Datenübertragungskapazität optischer Netzwerke durch Mehrfachübertragung verschiedener Wellenlängen auf einer einzigen Glasfaser
• CWDM: verwendet größere Kanalabstände (20 nm), geeignet für kürzere Distanzen (bis 70 km), geringere Kosten
• DWDM: verwendet kleinere Kanalabstände (0,8 nm bis 1,6 nm), geeignet für längere Distanzen (> 70 km), höhere Dichte an Kanälen
• Beide Systeme benötigen optische Filter und Multiplexer/Demultiplexer
• Wellenlängenbereich CWDM: 1270 nm - 1610 nm
• Wellenlängenbereich DWDM: C-Band (1525 nm - 1565 nm) und manchmal L-Band (1570 nm - 1610 nm)
• DWDM bietet höhere Skalierbarkeit und Bandbreite

Optische Verstärker und deren Funktionsweise

Definition:

Optische Verstärker verstärken Lichtsignale in Glasfasernetzen ohne Umwandlung in elektrische Signale.

Details:

• Drei Haupttypen: Erbium-dotierter Faserverstärker (EDFA), Halbleiteroptischer Verstärker (SOA), Raman-Verstärker.
• EDFA: Verstärkung durch stimulierte Emission in erbium-dotierten Fasern (häufig bei 1550 nm).
• SOA: Halbleitermaterial verstärkt Licht direkt (niedrige Verstärkung, hohe Rauschzahl).
• Raman-Verstärker: Pumplicht in Glasfaser erzeugt Verstärkung durch Raman-Streuung.
• Wichtige Kenngrößen: Verstärkung (\textit{gain}), Rauschzahl (\textit{noise figure}), Sättigungsleistung (\textit{saturation power}).

Netzwerkplanung und -design für optische Netzwerke

Definition:

Grundlagen der Planung und des Designs von optischen Netzwerken unter Berücksichtigung von Kapazität, Latenz, Verfügbarkeit und Redundanz; Fokus auf Topologie und Schnittstellen.

Details:

• Topologieauswahl: Stern, Ring, Mesh
• Kapazitätsplanung basierend auf Bandbreitenanforderungen
• Wellenlängenmultiplexing (WDM) zur Erhöhung der Übertragungsrate
• Verfügbarkeitsdesign: Redundante Pfade zur Erhöhung der Netzwerksicherheit
• Latenzoptimierung durch Minimierung der Signalwege
• Nutzung von Amplifiern und Repeatern zur Signalverstärkung
• Schnittstellen und Protokolle: SDH, Ethernet-over-Optical
• Berücksichtigung von Ausfallszenarien und Plannung von Schutzmechanismen

Fehlertoleranzmechanismen in optischen Systemen

Definition:

Mechanismen, um Fehler in optischen Übertragungssystemen zu erkennen und zu korrigieren.

Details:

• Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC): Erkennung und Korrektur von Bitfehlern durch Hinzufügen redundanter Daten
• Automatische Leistungsregelung (APC): Anpassung der Sendestärke zur Minimierung von Fehlerraten
• Optische Verstärker: Kompensation von Signalverlusten zur Erhöhung der Signalstärke
• Bitfehlerrate (BER): Messung der Fehlerhäufigkeit; niedrigere BER durch Fehlertoleranzmechanismen
• Proaktives Netzwerkmanagement: Überwachung und Fehlerdiagnose zur schnellen Fehlerbehebung
• Differenzielle Phasenumtastung (DPSK): Kodierungstechnik zur Erhöhung der Fehlertoleranz

Simulation und praktische Anwendungen in der Optischen Übertragungstechnik

Definition:

Simulation und praktische Anwendungen in der optischen Übertragungstechnik beinhalten die Nutzung von Software-Tools und technischen Geräten zur Modellierung, Analyse und Optimierung von optischen Kommunikationssystemen.

Details:

• Simulationstools: OptiSystem, VPI Transmission Maker, MATLAB
• Praktische Anwendungen: Netzplanung, Fehleranalyse, Systemoptimierung
• Wichtige Parameter: Bitfehlerrate (BER), Signal-Rausch-Verhältnis (SNR), Dispersion
• Relevante Techniken: Wellenlängenmultiplexverfahren (WDM), Verstärkertechnologien (EDFA), Modulationsformate (QAM, PSK)