Einsatz von Wellenlängen-Diversität (WLD) in langen horizontalen optischen Kommunikationsstrecken

Transkript

1 Stichworte: Beginn: Dauer: Einsatz von Wellenlängen-Diversität (WLD) in langen horizontalen optischen Kommunikationsstrecken Szintillationseffekte bei der atmosphärisch-optischen Freiraumkommunikation führen zu extremen Fades aufgrund von Interferenzen des gestörten Signalfeldes. Diesen könnte in langen Übertragungsszenarien mittels Wellenlängendiversität begegnet werden. Dazu werden die Informationen auf zwei oder mehr stark unterschiedlichen optischen Wellenlängen übertragen, welche aufgrund des wellenlängenabhängigen Brechungsindex unterschiedlich gestört werden. Beim Empfänger werden die beiden Signal dann in einem Diversitätsempfänger vorteilhaft kombiniert. Insbesondere für aeronautische Anwendungen verspricht diese Technik eine erhebliche Verbesserung der Übertragungsqualität Aufgabe in dieser Diplomarbeit ist es, den Effekt für verschiedene Szenarien, Wellenlängen und Empfängertypen zu simulieren und die Ergebnisse mittels eines Testaufbaus zu verifizieren. Es kann hierbei auf erfolgreich Vorarbeiten aufgebaut werden Brechungsindexturbulenz, atmosphärisch-optischer Fadingkanal, Diversitätsempfänger ab sofort ca. 6-8 Monate Master- oder Diplomstudiengang Elektrotechnik / Informationstechnik oder Photonik / Optoelektronik Hardware-Erfahrung mit Laboraufbauten, Erfahrung mit MatLab Master- / Diplomarbeit [C]

2 Stichworte: Beginn / Dauer: Auswirkung der Strömungsturbulenzen um Luftfahrzeuge auf die optische Freiraumdatenübertragung Die atmosphärische Turbulenz beeinflusst die optische Freiraumdatenübertragung. Viele technische Fragestellungen speziell im Bereich der starken Fluktuation können nur mit Hilfe der Numerischen Simulation beantwortet werden. Zu diesem Zweck wurde das Simulationwerkzeug PiLab (Propagation and Imaging Laboratory) vom DLR entwickelt. Dazu muss das Turbulenzprofil entlang der Kommunikationsverbindung bekannt sein. Als Simulationsergebnis erhält man die räumliche Feldverteilung am Empfänger (Phase und Amplitude), somit kann die Auswirkung der Turbulenz auf verschiedene Modulationsverfahren untersucht werden. Beim zukünftigen Einsatz der Optischen Freiraumkommunikation in der Aeronautik spielt zusätzlich die Strömungsturbulenz um den Flugträger eine große Rolle. Auf der Basis von Simulationsdaten oder Luftkanalmessungen der Druckturbulenz soll die Brechungsindexverteilung um das Flugzeug berechnet werden und das Ergebnis zur weiteren Simulation in PiLab einfliesen. Druckturbulenz, Brechungsindexturbulenz, numerische optische Propagationssimulation ab sofort, 6-8 Monate Physik, Elektrotechnik, Maschinenbau Student(in) mit Kenntnissen auf dem Gebiet Luftfahrttechnik oder der technischen Physik, Matlab Diplomarbeit / Master Thesis [A]

3 Stichworte: Evaluierung des Einflusses der Himmelsstrahlung auf Optische Freistrahlempfänger Die Streuung der Sonnenstrahlung in der Erdatmosphäre führt zu einem unvermeidlichen Hintergrundlichtanteil bei optischen Empfängern. Dadurch wird zusätzliches Rauschen erzeugt, welches jje nach Szenario und Übertragungsformat die Empfindlichkeit des Empfängers erheblich reduzieren kann. Dies ist besonders bei hochempfindlichen und niedrig ratigen Systemen gegeben, wie sie zukünftig für die Kommunikation von Raumsonden eingesetzt werden sollen. In dieser Arbeit soll daher die Intensität des Hintergrundlichtes bei verschiedenen typischen Kommunikationslaser-Wellenlängen, Sonnenabständen und Höhenlagen gemessen und der Einfluss auf die Empfängerperformance evaluiert werden. Die Aufgabe besteht unter anderem im Design und Aufbau eines entsprechenden Messgerätes. Hintergrundstrahlung, Sonnenspektrum, Schrotrauschen Beginn: Ende 2006 Dauer: 3-6 Monate Elektrotechnik, Technische Physik Hardware-Erfahrung Diplomarbeit, ggf. Praktikum

4 Beginn / Dauer Protokoll-Konzepte für die zuverlässige bidirektionale optische Kommunikation Der Einsatz von Verfahren wie FEC, halfduplex / fullduplex, TDMA, Acknowledge - wie sie für die mobilen RF- Kanäle (z.b. Mobilfunk, digitale Satellitenkommunikation) angewendet werden - ist im Bereich der optischen Freiraumkommunikation noch wenig etabliert. Doch aufgrund des unsicheren Kanals (Fading, Tracking- Verluste) ist der Einsatz entsprechender Techniken langfristig zwingend erforderlich. Daher soll in dieser Arbeit der Einsatz dieser Verfahren theoretisch und per Simulation untersucht werden. ab sofort / 6-8 Monate, bei entsprechender Eignung besteht die Möglichkeit der anschließenden Promotion bei Fortführung des Themas mit praktischer Verifikation der optimalen Konzepte Elektrotechnik / Nachrichtentechnik, Informatik Kenntnisse im Bereich Kommunikationsprotokolle und Übertragungsverfahren Diplomarbeit

5 Beginn / Dauer Fadingkanal-Simulator Die Optische Freiraumübertragung durch die Atmosphäre wird durch Signalschwankungen aufgrund von Brechungsindexturbulenz beeinträchtigt. Je nach Kommunikationsszenario ergeben sich stark unterschiedliche Schwankungsamplituden und Zeitverhalten. Standardkomponenten der Empfängerelektronik wie Limiter und Taktrückgewinnung - welche nicht für einen derartigen Fadingkanal ausgelegt sind - können derartige Störungen oft nicht ausregeln und erzeugen daher zusätzliche Fehler. In dieser Arbeit soll daher ein Kanalsimulator aufgebaut werden, welcher das optische Empfangssignal im Laboraufbau nach vorgegebener Statistik stört. Damit wird es möglich sein, die Empfängerkomponenten im Labor zu testen und ggf. zu optimieren bzw. zu selektieren. ab sofort / 4-8 Monate Elektrotechnik / Nachrichtentechnik Erfahrung mit Simulations- und Steuer-Software wie Matlab und LabView Master / Diplomarbeit, evtl. Praktikum in reduzierter Form

6 Beginn / Dauer Optischer Limiter für Empfänger zur optischen Freiraumdatenübertragung Entwicklung und Test eines Stellgliedes (geregeltes optisches Dämpfungsglied oder optischer Verstärker), der die durch Brechungsindexturbulenzen in der Atmosphäre verursachten Signalschwankungen rein optisch (vor der Photodiode des Frontends) begrenzt. Anhand vorhandener Messergebnisse des atmosphärischen Fadingkanals sollen die Regelparameter optimiert werden. ab sofort / 4-8 Monate Elektrotechnik / Nachrichtentechnik Erfahrung mit Hardware- und Programmiererfahrung Kenntnis von Steuer/Simulations-Software wie Matlab und LabView von Vorteil. Master / Diplomarbeit, evtl. Praktikum in reduzierter Form