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Schlüsselkomponenten für die optische Datenübertragung
EU-Projekt synQPSK

Projekt synQPSK erfolgreich beendet

Am 25. und 26. September 2008 wurden die finalen Forschungsergebnisse durch das synQPSK-Konsortiums vorgestellt. Die Gutachter bescheinigten den erfolgreichen Projektabschluss und gaben zu Protokoll:

"... the project achieved its essential objective, which was to prove and test the operation at 40 Gbit/s of all components designed and developed within the project."

"The consortium appears well aware of research, industry and standardization activities ongoing in the coherent transmission arena, and the outcomes of the project, and the related skills and expertise gained, have allowed and allow the partners to participate in national and international initiatives, the majority of which are further looking in the future, aiming at 100 Gbit/s."

Die Mitglieder des synQPSK-Konsortiums führen ihre Forschung im Bereich der Kohärenten Datenübertragung und der Entwicklung benötigter Komponenten fort.

Motivation

Durch den Einsatz optischer Medien in Datenübertragungssystemen konnte der Datendurchsatz in den letzten Jahren drastisch erhöht werden. Das ungebremste Wachstum des Internets erfordert aber auch in diesem Bereich eine weitere Erhöhung der Effizienz und den Einsatz kostengünster Bauelemente.

Die Verwendung Quadratur-Phasenumtastung (quaterny phase shift keying, QPSK) mit Synchrondemodulation erlaubt eine Verdoppelung der Faserkapazität gegenüber herkömmlichen Techniken. Die Verwendung zweier orthogonaler Polarisationsrichtungen in der Glasfaser führt zu einer weiteren Verdoppelung der Faserkapazität. Somit ist eine Datenrate von 40 GBit/s auf bereits vorhandenen 10 GBaud-Systemen möglich.

In Kooperation mit dem Fachgebiet Optische Nachrichtentechnik und Hochfrequenztechnik (Professor Noé) arbeitet das Fachgebiet Schaltungstechnik an neuen Techniken, die beschriebenen Verfahren für die optische Datenübertragung nutzbar zu machen und in mikroelektronische Bausteine zu integrieren. Die Forschungsarbeiten werden im Rahmen des Projektes synQPSK (Key Components For Synchronous Optical Quadrature Phase Shift Keying Transmission) gefördert. Die Zusammenarbeit mit Industrieunternehmen wie CeLight Israel Ltd. und PHOTLINE Technologies SA garantieren eine praxisnahe Durchführung des Forschungsvorhabens.

Systembeschreibung

Layout des an der Universität Paderborn entwickelten ASICs für Datenübertragung mit 40 GBit/s

Die Fachgruppe Schaltungstechnik ist zuständig für die Entwicklung eines anwendungsspezifischen mikroelektronischen Bausteins (ASIC) in CMOS-Technologie, der die digitale Signalverarbeitung des synchronen QPSK-Empfängers enthält. Die Eingangsdaten werden mit 10 GBaud angeliefert und zunächst in einem von Hand optimierten Schaltungsteil so weit parallelisiert, dass die weitere Verarbeitung auf Basis einer Standardzellentechnologie möglich ist.

Der Baustein enthält neben der digitalen Phasenrückgewinnung und der Signaldekodierung auch eine automatische digitale Polarisationsregelung. Der Empfänger arbeitet somit nach der Wandlung von der optischen in die elektrische Domäne und anschließender Analog-Digital-Umsetzung vollständig digital. Die Entwicklung der digitalen Schaltungsteile erfolgt in der Hardwarebeschreibungssprache VHDL. Die Spezifikation der Schaltung in VHDL – unabhängig von der verwendeten Zieltechnologie – ermöglicht es, die entwickelten Beschreibungen neben ausführlichen Simulationen auch auf programmierbaren Logikbausteinen prototypisch zu implementieren.

Im Rahmen des Projekts synQPSK wurden bereits zwei ASICs entwickelt und gefertigt, die Teilfunktionen des Empfängers enthalten. Ein dritter ASIC, der die komplette Empfängerfunktionalität umsetzt, steht kurz vor der Fertigstellung.
Die ASICs werden in einer eigens für dieses Projekt aufgebauten Testumgebung verifiziert. Diese besteht aus einem Sender, einer Übertragungsstrecke und einem Empfänger. Zum Testen der im Projekt entwickelten Komponenten werden zunächst aktuell verfügbare Komponenten geringerer Leistungsklasse eingesetzt, die nach und nach durch die entwickelten Prototypen ersetzt werden. So wird auch die VHDL-Implementierung zunächst bei langsamen Übertragungsraten im FPGA getestet, bevor die Herstellung der ASICs veranlasst wird.

Chipfoto des ersten im synQPSK-Projekt gefertigten Bausteins für die optische Datenübertragung

Kontakt

Dipl.-Wirt Ing. Ralf Peveling
E-Mail:  ralf.peveling(at)hni.uni-paderborn.de

Dipl.-Ing. Christian Wördehoff
E-Mail:  christian.woerdehoff(at)hni.uni-paderborn.de



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