Optisches Kommunikationssystem basierend auf einer nichtlinearen Fouriertransformation
Übertragungskapazität in Abhängigkeit des Vergleich Übertragung im linearisierten / nichtlinearen optischen Kanal
Signal-Rausch-Abstands / der Signalleistung
Einleitung
Optische Übertragungssysteme werden durch eine wachsende Kapazitätsnachfrage vor große Herausforderungen gestellt. Die Kompensation nichtlinearer Effekte als limitierender Faktor für spektrale Effizienz und Reichweite ist ein zentrales Forschungsthema. Mit der Nichtlinearen Fourier Transformation (NFT) steht ein neues mathematisches Werkzeug zum Einsatz von für den nichtlinearen Kanal optimierten Signalen bereit. Das Modell der nichtlinearen Schrödingergleichung (NLSE) beschreibt die Übertragung in der Glasfaser, während die NFT ein Lösungsverfahren für die NLSE darstellt. Dabei werden nichtlineare und dispersive Einflüsse in ein nichtlineares Spektrum mit komplexwertiger Frequenz umgesetzt und ermöglichen so die Nutzung komplexer Eigenwerte als Informationsträger. Die Ausbreitung im Kanal erfolgt als lineare Phasenrotation und Betragsskalierung. Die theoretische Voraussetzung der Verlustfreiheit wird bei jeder realen Übertragung verletzt, daher soll der Einfluss realer Bedingungen wie begrenzte Bandbreite, Dämpfung und Verstärkung sowie Rauschen auf das Verhalten der Lösungsfunktion untersucht werden. Aufgrund der Neuheit und mathematischen Komplexität gibt es verschiedene Realisierungsvorschläge, jedoch noch ohne ganzheitlichen, praktikablen Ansatz zur Implementierung NFT-basierter Systeme.
Da das Superpositionsprinzip im nichtlinearen Frequenzbereich nicht gilt, soll eine Raumfrequenzanalysemethode zur Darstellung der Beiträge verschiedener Eigenwerte entlang der Faser entwickelt werden. Die gewonnenen Erkenntnisse zur Ausbreitung komplexer, nichtlinearer Signale sowie die Untersuchung der Einflüsse der Variation der vom Signal induzierten Phase auf die Eigenwerte soll die Generation optimierter Sendesignale ermöglichen.
Die Vorteile der NFT werden bei Nutzung großer Bandbreiten erzielt. Daher werden die Einflüsse linearer und nichtlinearer Eigenschaften, der Wandlerauflösung sowie des Phasenrauschens der Transceiver auf die Übertragung untersucht. Diese sollen modelliert und kompensiert werden, da die theoretischen Zeitfunktionen mit variierender Bandbreite und teils hoher Spitzenleistung empfindlich für Verzerrungen sind. Bisherige Experimente nutzen einen Laser für Sender und Empfänger. Unser Empfänger soll erstmalig mir einem freilaufenden Lokallaser betrieben werden. Daher werden neue Verfahren zur Phasenschätzung und der Einfluss der Linienbreite untersucht. Experimentell werden Verluste meist durch diskrete Verstärker kompensiert, doch scheinen bei Nutzung der NFT bekannte Aussteuerungsverfahren ungeeignet. Daher ist mittels Erweiterung der NLSE um die Dämpfung und der Störungsrechnung um einen weiteren Term ein optimierter Pegelplan zu entwerfen und zu verifizieren.
Eine Steigerung der spektralen Effizienz NFT-basierter Systeme soll durch Nutzung beider Polarisationen bei Modellierung durch die Manakov-Gleichungen erfolgen. Insgesamt wird eine Kapazitätssteigerung um den Faktor 3-5 erwartet.
Übertragung des diskreten NFT Spektrums mittels NFT / INFT
M. I. Yousefi and F. R. Kschischang,
Information Transmission using the Nonlinear Fourier Transform, Part I-III: Spectrum Modulation
IEEE Transaction of Information Theory, vol. 60, no. 7, pp. 4312-4368, 2014
Auf dem workshop „Modellierung und Modellierung und Simulation photonischer Komponenten und Systeme“ der ITG Fachgruppe 5.3.1 wurden die neuesten Ergebnisse zur Übertragung eines diskreten Spektrums über grosse Distanzen vorgestellt.
Die Folien des Vortrages finden Sie hier:
Literatur zum Thema:
Letzte Änderung: 26. April 2018