Optisch kohärente Übertragung mit spektral effizienter Modulation und Detektion basierend auf der nicht-linearen Fourier-Transformation

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Stephan ten Brink
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 334668839

In diesem Projekt soll die optische Datenübertragung durch Solitonen basierend auf der Nichtlinearen Fourier-Transformation (NFT) untersucht werden. Diese Methode ist ein grundlegend neuer Ansatz, der die Kerr-Nichtlinearität der Faser implizit bei der Modulation berücksichtigt und ausnutzt. Im Gegensatz dazu ist es bisher üblich, Nichtlinearitäten als zu eliminierende Störung zu betrachten. Konventionelle lineare Verfahren sind hauptsächlich durch diese Nichtlinearität der optischen Faser in ihrer Leistungsfähigkeit begrenzt. Bei hohen optischen Leistungen der Sendesignale beginnt die spektrale Effizienz der Übertragung trotz eines gegebenenfalls steigenden Signal-zu-Rauschabstands wieder abzunehmen. Daher scheint es vielversprechend und intuitiv, durch Berücksichtigung der Kerr-Nichtlinearität beim Systemdesign eine bessere Übertragungsqualität auch bei steigenden optischen Leistungen zu erreichen.Dieses Projekt konzentriert sich folglich auf die erzielbare Kapazität (bzw. wechselseitige Information) NFT-basierter Übertragungsverfahren. Die theoretische Kanalkapazität der nichtlinearen optischen Faser wird hier nicht untersucht. Die Verbesserung der Übertragungsqualität soll durch eine spektral effiziente Modulation des diskreten nichtlinearen Spektrums, bestehend aus Eigenwerten und zugehörigen spektralen Amplituden, erreicht werden. Das kontinuierliche Spektrum wird hier nicht betrachtet und daher zu Null gesetzt. Es werden also reine Solitonenimpulse verwendet. Obwohl Solitonen als solche bereits seit langem bekannt sind, steckt die Forschung zur Ausnutzung von Solitonen für die spektral effiziente Datenübertragung noch in den Anfängen.Um spektral effiziente Modulation zu ermöglichen müssen unterschiedliche Eigenwertkonstellationen und Konstellationen der spektralen Amplitude untersucht werden. Dabei ist insbesondere der Einfluss der Freiheitsgrade auf das Zeit-Bandbreite-Produkt des Signals entlang der Faser entscheidend. Freiheitsgrade sind hier Real- und Imaginärteil der Eigenwerte einer Konstellation, Anzahl und Anordnung der Eigenwerte der Konstellation und Anzahl der gleichzeitig übertragenen Eigenwerte. Außerdem kann auch die Größe der Konstellation für die jeweilige spektrale Amplitude und die Anordnung der entsprechenden Konstellationspunkte moduliert werden. Inwieweit die Optimierung der Konstellationen und Impulsfolgen durch Rauschen, nichtlineare Solitoneninteraktion sowie in der Praxis auftretende Imperfektionen limitiert ist muss untersucht werden. Desweiteren sollen die Eigenschaften eines solchen NFT-basierten Übertragungsverfahrens in einem optischen Kommunikationssystem mit Wellenlängenmultiplex betrachtet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen