von Dr.-Ing. Ernst-Jürgen Bachus
Folien der Vorlesung an der Technischen Universität Berlin aus dem
Wintersemester 2004/2005
Von 1998/1999 bis 2004/2005 hatte ich diese 32stündige Ergänzungsvorlesung als Mitarbeiter
des Heinrich-Hertz-Institus (seit 2003 Fraunhofer Institut Nachrichtentechnik,
Heinrich-Hertz-Institut) in den Wintersemestern an der TU-Berlin gehalten.
Zwei Dinge waren mir bei der Vorbereitung für die Vorlesungsreihe wichtig:
1. Als Ergänzungsvorlesung für Studenten der Nachrichtentechnik in höheren
Semestern sollte sie auch für Studenten aus verwandten Fachgebieten
verständlich sein.
2. Der System- und Netzgedanke stand im Vordergrund. "Netze" sind ein
sprödes Thema, unbeliebt bei Studenten. Daher war ich um eine spannende
Präsentation bemüht, die ich von Semester zu Semester abgeändert und ergänzt
hatte. Deshalb auch enthält die vorliegende Folienserie viele thematische
Sprüngen.
Im Vortrag hatte ich natürlich zu jedem Kapitel Erläuterungen gebracht und
Fragen beantwortet, vor allem dort, wo die Folien nicht selbsterklärend sind.
Da ich diese hier aber (noch) unverändert präsentiere, habe ich wenigstens
jeweils eine Seite mit der Überschrift „Lernziel“ eingefügt, um so etwas wie
einen roten Faden sichtbar zu machen.
Kommentare sind mir willkommen, hier ist meine Adresse:
e.j.bachus(at)t-online.de
Ernst-Jürgen Bachus
Einige Worte zum Thema:
Ob es so etwas wie „Photonische Kommunikationsnetze“ überhaupt gibt oder geben
wird, weiß ich nicht. Dass aber die Photonik immer weiter in die
Nachrichtentechnik vordringt, weiß jeder. Hunderte von Kupferadern in
tonnenschweren Kabeln und riesige Schaltschränke werden ersetzt – mit
tausendfacher Leistung - durch wenige haarfeine Glasfasern, schnelle Rechner
und elegante opto-elektronische Bauteile. So beschreibt der Titel
"Photonische Kommunikationsnetze" mehr ein diffuses Ziel mit
ungewissem Ende, aber großem Anreiz für Forscher und Entwickler. Viele Ideen
sind entstanden (25 Jahre lang war ich dabei) und auch schnell veraltet: eine
Zusammenstellung „30 Jahre Photonik-Irrwege“ würde Bände füllen! Daher mein Rat
an alle Studierenden: seinen Sie kritisch und suchen Sie sich das heraus, was
Ihnen nützt.
So auch hier.
Hier folgen die Links zu den einzelnen Kapiteln (die Seiten befinden sich
noch im Aufbau):
0.
Einleitung
Zum Begriff "Netz"
1. Glasfasern
Glasfasertypen, Intermodendispersion der MMF, Dämpfung der SMF, Chromatische
Dispersion der SMF und der DCF
2. Systemgrenzen infolge von Dispersion
Transformationsbegrenzte Gauß-Impulse, Modell einer Digitalsignal-Übertragung,
Systemgrenzen infolge chromatischer Dispersion, Dispersionskompensation,
Polarisationsmodendispersion, Systemgrenzen infolge PMD, Polarisationszustände,
Poincare-Kugel
3. Einfache Komponenten (Leistungsbetrachtung)
Stecker, Spleiße, Koppler, WDM-Koppler, Beschreibung von Komponenten mit
Leistungs-Transfer-Matrix, Insertion-Loss und Excess-Loss, Betriebsarten von
Kopplern, Sternkoppler
4. Einfache Netze mit Leistungsaufteilung
Einsatz von Kopplern im Sternnetz und Liniennetz, Strukturierte Verkabelung mit
Stern/Linie
5. Zusammengesetzte Komponenten mit komplexer Beschreibung
Charakterisierung optischer Signale, Modulationsarten, Detektion, Rechenregeln
zur Addition optischer Signale, Streumatrix eines Kopplers,
Interferometer-Schaltungen (Mach-Zehnder, Michelson, Sagnac, Fabry-Perot,
Ring), Fibre-Bragg-Gratings (FBG)
6. Komponenten mit Freistrahl- Optik
Linsen-Stecker, Faserschalter, Polarisationsweiche, Polarisator, Kompensator,
Faraday-Dreher, Zirkulator, Isolator
7. Planare Komponenten
Arrayed Waveguide Grating (AWG), Multiplexer/Demultiplexer, Halbleiter-Laser,
Lithium-Niobat-Phasenmodulator
8a.Übertragungssysteme, Teil A
Multiplexverfahren, Signalparameter, Transmitter-Augendiagramm, Signal-Regeneration,
Erbium-Doped-Fibre-Amplifier (EDFA), Optical Transmission Section (OTS),
Optical Signal-to-Noise-Ratio (OSNR)
8b. Übertragungssysteme, Teil B
Receiver, Q-Faktor und Bit-Error-Ratio (BER), Signal und Rauschen allgemein,
Signal-ASE-beat-noise, Receiver-Tiefpass, Zusammenhang: OSNR, Extinktion und Q-Faktor
8c. Übertragungssysteme, Teil C
Faser-Nichtlinearitäten (nur Übersicht), maximale Entfernungen in Weitverkehrsnetzen,
Pegel-Reserven (Margin) in Metro-Netzen
9. Allgemeine Netzaspekte
Trends, Betriebsarten, Netztopologien,
Nomenklatur, Schichten, Management, Protection
10. WDM-Ringnetze
Unidirektionale Ringe, Unidirektionale Ringe mit Hub, Kombination von
Topologien, Ersatzschalten im unidirektionalen Ring, Bidirektionaler Ring durch
Doppelung eines unidirektionalen Rings, “Echter” bidirektionaler Ring,
Ersatzschalten bei Knotenausfall, Vergleich von Ringnetzen
11. Bandbreite/Laufzeit- Problem
Begriff der “Response Time”, Wartezeit, Bedienzeit, Netzauslastung, Beispiel:
File-Transfer im Europa-Netz, Latency, Laufzeit/Bandbreite-Grenzkurven für
verschiedene Netze
12. Synchrone Digitale Hierarchie (SDH)
Aufbau des STM-1, Aufbau STM-N, Synchronisation, Payload, Container, Tributaries,
SDH-Netzelemente, SDH Overhead Funktionen, Optical Interface Parameter für
STM-16, SDH Netzschichten (Layer) und Netz-Sektionen, Section Overhead,
SDH-Ringe mit Protection, Fehler und Alarme, SDH und WDM, Vergleich SDH und
SONET
13. WDM-agile Netze
Wellenlängen-abstimmbare Transmitter und Receiver, Einsatz im Bus- und
Sternnetz, Wellenlängen- Vielfach, Protocol-Timing-Diagramm, Verkehrsanalyse,
Blockierung im Sternnetz
14. Schaltknoten-Netz
Circuit Switching, Burst Switching, Packet Switching, Schaltmatrizen
Grundstrukturen, Spiegel-Matrizen, Wellenlängen-Konverter, WDM-Crossconnects,
Verkehrstheoretische Aspekte zukünftiger „circuit switched“ WDM-Netze
15. Ergänzungskapitel: Einführung zur System-Messtechnik
Eye-Closure-Penalty, Receiver-Sensitivity-Penalty, "Ringtestbett" im
Heinrich-Hertz-Institut