Optischer Übertragungsmessplatz für räumliche Multiplexverfahren

• Fachliche Zuordnung: Elektrotechnik und Informationstechnik
• Förderung: Förderung in 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 540872185

Optische Kommunikationssysteme bilden das Rückgrat der globalen Informations-infrastruktur. Seit vielen Jahren steigen die Datenraten in optischen Netzen exponentiell an. Zuletzt hat die von der COVID-19-Krise abrupt beschleunigte Digitalisierung von Arbeit, Bildung und Freizeit für einen weiteren, sprunghaften Bandbreitenbedarf gesorgt. Zusätzlich werden Technologien wie Edge Computing, vernetzte Mobilitätskonzepte sowie der derzeit in der Definition befindliche Mobilfunkstandard der sechsten Generation (6G) die Nachfrage nach glasfaseroptischen Übertragungsstrecken mit ultrahoher Kapazität noch drastisch verstärken. Um dieser gerecht zu werden, braucht es neuartige Multiplexverfahren, die durch hochdimensionale Parallelisierung der Übertragungspfade ein nachhaltiges Wachstum der Datenraten ermöglichen. Die Verwendung räumlicher Multiplexverfahren (engl. Space-Division Multiplex, SDM) ist dabei eine der erfolgversprechendsten Techniken, um die Datenraten in Glasfasern um mehrere Größenordnungen gegenüber der maximalen Datenrate in aktuellen Standardglasfasern zu erhöhen. Solche Glasfasern können beispielsweise Multikern- oder Multimode-Fasern sein. Für die Erforschung von SDM Übertragungssystemen werden spektral hocheffiziente Signale erzeugt, übertragen und anschließend empfangen. Für die Erzeugung kohärenter optischer Signale mit hohen Symbolraten und Polarisationsmultiplex wird ein Arbitrary Waveform Generator (AWG) mit Abtastraten von mehr als 100 GS/s und vier unabhängigen Datenkanälen benötigt. Weiterhin werden Laserquellen mit geringer Linienbreite (<100 kHz) sowie optische Modulatoren mit angemessener elektrischer Bandbreite benötigt, um die Signale von der elektrischen in die optische Domäne zu überführen. Pseudo-dekorrelierte Signale für mehrere räumliche Kanäle werden über Leistungsteiler und Delay-Glasfasern generiert. Da Signale in verschiedenen räumlichen Pfaden bei der Übertragung stark miteinander koppeln können, ist es notwendig, diese synchron zu empfangen und für die anschließende digitale Signalverarbeitung mittels Multiple-Input / Multiple-Output (MIMO) Algorithmen zu speichern. Daher werden mehrere kohärente Empfänger in Kombination mit einem Echtzeitoszilloskop benötigt. Beispielsweise werden für den Empfang der Signale einer stark gekoppelten Glasfaser mit fünf Kernen fünf kohärente Empfänger, eine weitere abstimmbare Laserquelle als Lokaloszillator, sowie ein 20-Kanal Oszilloskop benötigt. Eine elektrische Bandbreite von mehr als 30 GHz sowie Abtastraten von mindestens 80 GS/s sichern dabei ab, dass die Geräte für hohe Symbolraten geeignet sind. Der hier beantragte SDM-Messplatz soll außerdem portable Komponenten besitzen. Es ist z.B. geplant, dass der Empfänger in einem transportablen Rack installiert wird und dadurch auch für Feldtests genutzt werden kann. Der geplante SDM-Messplatz ist deutschlandweit einzigartig und trägt zur Profilbildung der Universität Stuttgart als eine führende Forschungsuniversität bei.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Optischer Übertragungsmessplatz für räumliche Multiplexverfahren
• Gerätegruppe: 6380 Frequenzanalysatoren, Schwingungsanalysatoren
• Antragstellende Institution: Universität Stuttgart
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Georg Rademacher