Anwendung der Nichtlinearen Fouriertransformation in der optischen Kommunikation

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Schäffer
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 432471840

Optische Übertragungssysteme werden durch eine stetig wachsende Kapazitätsnachfrage vor große Herausforderungen gestellt. Ein begrenzender Faktor für spektrale Effizienz und Reichweite sind die nichtlinearen Effekte des Übertragungsmediums Glasfaser, deren Kom-pensation ein zentrales Forschungsthema ist. Die Übertragung von Signalen in der Glasfaser wird durch das Modell der nichtlinearen Schrödingergleichung (NLSE) beschrieben. Diese ist integrabel, wenn das System rausch- und verlustfrei ist. Damit wird die Nutzung komplexer Eigenwerte bzw. der Streukoeffizienten als Informationsträger ermöglicht. Die Eigenwerte sind invariant bezüglich der Ausbreitung. Mit der NFT werden so für den nichtlinearen Kanal optimierte Signale erzeugt. Die Ausbreitung im Kanal bewirkt eine lineare Phasenrotation und Betragsskalierung. Im Empfänger muss dann zur Rückgewinnung der Information nur die Phase entsprechend zurück gedreht werden. Die theoretische Voraussetzung der Ver-lustfreiheit wird bei jeder realen Übertragung verletzt, daher soll der Einfluss realer Bedin-gungen wie begrenzte Bandbreite, Dämpfung und Verstärkung sowie Rauschen auf das Verhalten der Lösungsfunktion untersucht werden. Bei Verwendung von mehreren Eigenwer-ten werden diese durch das Rauschen verkoppelt. Dies wird theoretisch und experimentell untersucht und ein entsprechendes Kanalmodell entwickelt. Die Signalerzeugung, -übertragung und- detektion wird durch die technische Realisierung beeinflusst und in ihrer Leistungsfähigkeit begrenzt wird. Ziel ist die Bestimmung der Verän-derung der komplexen Eigenwerte bzw. Streukoeffizienten während der Ausbreitung durch die technische Realisierung, um so ein Mass für die Robustheit des nichtlinearen Spektrums bei der Übertragung zu bekommen.Im nichtlinearen Frequenzbereich gilt das Superpositionsprinzip nicht. Das führt zu komplexen ortsabhängigen Zeitfunktionen, insbesondere wenn mehrere Eigenwerte beteiligt sind. Mit einer Methode zur Raumfrequenzanalyse sollen die Beiträge verschiedener Eigenwerte zum Gesamtsignal entlang der Faser berechnet werden. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen die Auswahl optimierter Sendesignale unterstützen.In den bisherigen Experimenten wird ein Laser für Sender und Empfänger genutzt. Im Emp-fänger soll erstmalig ein freilaufender Lokallaser als Phasenreferenz genutzt werden. Daher wird ein neuartiges Empfängerkonzept basierend auf Verfahren des Maschinellen Lernens, zur Phasenschätzung, zur Reduktion des Einflusses der Linienbreite sowie zur Optimierung der Entscheidungsschwelle bei der Detektion entwickelt. Da die konventionelle Methode zur Bestimmung der Verteilung der Leistung entlang der Strecke ungenau ist, wird zur Optimie-rung die NLSE um einen Störungsterm erweitert und iterativ gelöst. Eine Steigerung der spektralen Effizienz NFT-basierter Systeme soll durch Nutzung beider Polarisationen und der Verwendung von bis zu 10 Eigenwerten erreicht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen