Optimization of optical transmission systems

Abstract

This doctoral thesis deals with the design and optimization of optical networks. The two main research areas are optimization of network capacity and transmission rate. The primary goal of the research in network capacity is to investigate all possibilities of utilizing in the most efficient way the available bandwidth without any major network hardware upgrade and to propose new solutions that significantly increase the potential number of subscribers in a given transmission system. The goal of the second part of this thesis is to achieve the highest possible transmission rates. Research in optical transceiver design was done primarily in terms of modulation formats, which play the most significant role in signal transmission over optical media and have a direct impact on transmission rates. Both topics are closely related to each other and they represent the key components of optimizing optical networks. In particular, the main contributions of the doctoral thesis are as follows:  Optimization of the existing solutions in DWDM systems in terms of their transmission rate, network capacity and physical reach.  Investigation of the most promising modulation formats for transponders operating at 100 Gbps and beyond.  Design of dynamic solutions which are capable of supporting different bit rates and channel upgrades from a long-term perspective.  Shrink of the gap between revenues and implementation cost. Maximal utilization of the fiber capacity while minimizing the cost per transmitted data.  Research on network transparency and potential convergence of networks at the physical layer.  Optimization of passive optical network component, such as splitters.  Systematic design of optical networks based on the topology, number of channels, most effective modulation and highest possible throughput. Keywords:

Tato disertační práce se zabývá návrhem a optimalizací optických přenosových sítí. Dvě hlavní oblasti výzkumu jsou optimalizace kapacity sítě a přenosové rychlosti. Primárním cílem výzkumu síťové kapacity je prozkoumat všechny možnosti využití dostupné šířky pásma co nejefektivnějším způsobem bez velkých síťových změn a navrhnout nová řešení, která výrazně zvyšují počet účastníků v daném přenosovém systému. Cílem druhé části práce je dosáhnout co nejvyšší možnou přenosovou rychlost. Výzkum v oblasti konstrukce optických přijímačů a vysílačů byl proveden především z hlediska modulačních formátů, které hrají nejvýznamnější roli v přenosu signálu v optických médiích a mají přímý vliv na přenosové rychlosti. Obě témata úzce navazují a představují klíčové prvky optimalizace optických sítí. Hlavní přínosy disertační práce jsou:  Optimalizace stávajících řešení v DWDM systémech z hlediska jejich přenosové rychlosti, kapacity sítě a fyzického dosahu.  Výzkum modulačních formátů pro transpondery pracující na rychlosti 100 Gbps a výšší.  Návrh dynamických řešení, která jsou schopna podporovat různé přenosové rychlosti a optické kanály z dlouhodobého hlediska.  Snižování rozdílu mezi příjmy a náklady implementace. Maximální využití kapacity vlákna při současné minimalizaci nákladů ve vztahu k objemu přenášených dat.  Výzkum v oblasti transparentnosti sítě a potenciální konvergence sítí na fyzické vrstvě.  Optimalizace pasivních komponent optické sítě, jako jsou rozbočovače.  Systematický návrh optických sítí založených na topologii, počtu kanálů, nejefektivnější modulaci a nejvyšší možnou průchodnost. Klíčová slova: