Low-complexity adaptive digital equalizers for electronic dispersion compensation in optical fiber links

Abstract

This thesis addresses electronic equalization of intersymbol interference caused by chromatic and polarization mode dispersion in intensity-modulated optical communication links with direct detection. The simple and cost-efficient system setup is, even at high bit rates of 40 Gbit/s and beyond, of interest for short-haul optical links in metropolitan, aggregation or local area networks. Therefore, this thesis investigates preferably simple and low-complexity equalizer structures, which are able to compensate well for the nonlinear characteristics and influences of the intensity-modulated optical communication link with direct detection. Starting with system modeling and the introduction to different equalization methods, we identify low-complexity feed-forward and decision-feedback equalizers in the first part of this thesis. We further put their chromatic and polarization mode dispersion compensation performance to the broader context by comparison to maximum likelihood sequence estimation. Finally, we come to the investigation of adaptation algorithms for equalizer coefficient adjustment, which accounts for the time-variant nature of polarization mode dispersion, while still targeting preferably simple and efficient realization.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der elektronischen Entzerrung von Intersymbolinterferenzen, wie sie in einfachen intensitätsmodulierten optischen Übertragungssystemen mit direkter Detektion durch chromatische oder Polarisationsmodendispersion hervorgerufen werden. Aufgrund des einfachen und kostengünstigen Aufbaus sind solche Systeme auch bei hohen Bitraten von 40 Gbit/s und darüber hinaus vor allem für optische Kurzstreckenverbindungen in Metro-, Zugangs- oder lokalen Netzen von Interesse. Deshalb werden in dieser Arbeit möglichst einfache und aufwandsreduzierte Entzerrerstrukturen untersucht, die die nichtlinearen Eigenschaften und Einflüsse des intensitätsmodulierten optischen Übertragungskanals mit direkter Detektion trotzdem möglichst gut kompensieren. Ausgehend von der Modellbildung und Vorstellung verschiedener Entzerrungsverfahren wird in einem ersten Teil deshalb die aufwandsreduzierte Auslegung von vorwärts- und entscheidungsrückgekoppelten Entzerrerstrukturen bestimmt. Ihre Leistungsfähigkeit bzgl. der Kompensation von chromatischer und Polarisationsmodendispersion wird in einem weiteren Schritt durch Vergleich mit der Maximum-Likelihood Sequenzschätzung in einen größeren Kontext gesetzt. Abschließend widmet sich diese Arbeit der Untersuchung von Adaptionsalgorithmen, um dem zeitvarianten Verhalten der Polarisationsmodendispersion durch Nachführen der Entzerrerkoeffizienten begegnen zu können. Hierbei liegt ebenfalls ein wichtiger Aspekt auf der möglichst einfachen und aufwandsreduzierten Realisierung.