Nichtlineares Frequenzmultiplex für Faseroptische Kommunikationssysteme

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Norbert Hanik
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 438827315

• Erstellungsjahr: 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Obwohl Datenraten in faseroptischen Systemen zuerst stark anstiegen, stagniert das Wachstum bezüglich erreichbarer Datenraten in den letzten Jahren. Im Gegensatz dazu, liegt die Vorhersage für das Wachstum des Bedarf an verfügbarer Bandbreite bei 60%-80% pro Jahr. Um diese Lücke zu schließen wurden in den letzten Jahren diverse Ansätze zur Verbesserung des aktuell vorherrschenden Übertragungsparadigmas erforscht und vorgestellt. Ein inzwischen viel erforschter Ansatz ist die Verwendung der nichtlinearen Fourier-Transformation (NFT), um entkoppelte Übertragungsmodi in einer nichtlinearen Fourier-Domäne modulieren zu können. Dieser Ansatz unterscheidet sich von der Modulation im linearen Frequenzbereich in dem die verschiedenen Frequenzen aufgrund von Faser-Nichtlinearitäten miteinander interagieren. NFT-basierte Modulations- und Detektionsverfahren können in bestehenden Netzwerk-Strukturen oft schon realisiert werden, indem die digitale Signal-Prozessierung am Sender und Empfänger auf das entsprechende Verfahren umgestellt wird. In diesem Projekt, wurden verschiedenste Aspekte aus dem Bereich der NFT-basierten Übertragung untersucht. Unter anderem wurde eine Übersicht und Evaluation gängiger Algorithmen für die benötigten Transformationen durchgeführt, die Anwendbarkeit von NFT-basierten Übertragungsformaten unter Berücksichtigung realistischer Störgrößen betrachtet, der Einfluss von (residuellen) Faserverlusten auf NFT- Systeme für zwei weit verbreitete Verstärker-Schemata untersucht und Ansätze zur Kompensation dieser Störungen getestet. Desweiteren wurden empfängerseitige Algorithmen für maschinelles Lernen zur Verbesserung der Übertragungsqualität getestet, eine heuristische Analyse von Bit-Labeling-Schemata für Soliton-basierte Systeme durchgeführt und ein Algorithmus zur verbesserten Detektion in solitonischen Systemen so erweitert, dass er auch für die Detektion von Signalen die sich aus allen Teilen des nichtlinearen Spektrum zusammensetzen, verwendet werden kann. Es wurde auch der Einfluss von Störungen durch herstellungsbedingte Mängel in Transceiver-Komponenten, sowie der Einfluss von Polarisationsmoden Dispersion untersucht. Zuletzt wurde die NFT noch auf ihren Nutzen bei der Bestimmung von unbekannten Faser-Parametern getestet, eine theoretische Betrachtung vereinfachter solitonischer Systeme durchgeführt und die Theorie zu NFT sowie einige Algorithmen für den stark koppelnden Multimoden-Fall erweitert.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Soliton Transmission with 5 Eigenvalues over 2000km of Raman-Amplified Fiber. 2018 20th International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON). IEEE.
  Leible, Benedikt; Chen, Yingkan; Yousefi, Mansoor I. & Hanik, Norbert
  
• Clustering algorithm for detection in the discrete nonlinear Fourier spectrum. 45th European Conference on Optical Communication (ECOC 2019), 209 (4 pp.)-209 (4 pp.). Institution of Engineering and Technology.
  Leible, B.; García-Gómez, F.J. & Hanik, N.
  
• Eigenvalue Trajectories in Multispan Soliton Transmission Systems under Lumped and Distributed Amplification. 2019 21st International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON), 1-4. IEEE.
  Leible, Benedikt & Hanik, Norbert
  
• Approaches to Bit-Labeling for Eigenvalue On-Off-Keying Systems. 2020 22nd International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON), 1-4. IEEE.
  Leible, Benedikt; Gottsberger, Thomas & Hanik, Norbert
  
• Back-to-Back Performance of the Full Spectrum Nonlinear Fourier Transform and Its Inverse. Entropy, 22(10), 1131.
  Leible, Benedikt; Plabst, Daniel & Hanik, Norbert
  
• Stability of the Full Spectrum Nonlinear Fourier Transform. 2020 22nd International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON), 1-4. IEEE.
  Leible, Benedikt; Plabst, Daniel & Hanik, Norbert
  
• Algorithms for the Nonlinear Fourier Transform in the Strong Coupling Multi-Mode Case. 2023 23rd International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON), 1-4. IEEE.
  Leible, Benedikt & Hanik, Norbert
  
• The Nonlinear Fourier Transform and its Extension to the Strong Coupling Multi-Mode Case. 2023 23rd International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON), 1-4. IEEE.
  Leible, Benedikt & Hanik, Norbert