09.03.2021 • Photonik

KI macht Glasfasern Beine

Erstmals mithilfe künstlicher Intelligenz für kohärente optische Übertragung einsetzbare Signalformen generiert.

In der Nachrichten­technik erfordern hohe Daten­über­tragungs­raten hohe Leistungen beziehungs­weise sehr viel Energie. Anders als zum Beispiel in der Funk­technik vergrößert sich in der optischen Über­tragungs­technik aller­dings bei hohen Leistungen die Signal­band­breite während der Aus­breitung. Das führt zu Informations­verlusten beim Empfänger. Aus diesem Grund bleibt man in der Praxis heute weit unter­halb der theoretisch möglichen Daten­über­tragungs­rate. Um das zu ändern, werden Signal­formen gesucht, die sich möglichst robust und ohne Band­breiten­auf­weitung auf der Faser aus­breiten. Ein bereits bekannter Ansatz hierfür ist die optische Über­tragung über die Solitonen-Impuls­formung. Da sich mit dieser bisher jedoch nur geringe spektrale Effizienzen erreichen ließen, blieben die erziel­baren Daten­raten gemessen an der möglichen Kanal-Kapazität dennoch gering.

Abb.: Visuali­sie­rung des kom­pak­teren Spek­trums durch den Ein­satz...
Abb.: Visuali­sie­rung des kom­pak­teren Spek­trums durch den Ein­satz künst­licher Intel­li­genz. (U. Stutt­gart)

Um Daten nicht nur robust, sondern auch mit hoher spektraler Effizienz über die Glasfaser übertragen zu können, hat ein Team an der Uni Stuttgart Impuls­formen mit Hilfe von künst­licher Intelligenz über eine numerische Model­lierung der Glasfaser trainiert. Damit ist es das erste Team weltweit, das mithilfe von KI neue Signal­formen generieren konnte, die für die kohärente optische Über­tragung einsetzbar sind. Die erreichten spektralen Effizienzen über­steigen bei hohen Eingangs­leistungen und gleich­zeitig verringerter Rechen­komplexität diejenigen herkömm­licher Verfahren bei weitem und ebnen den Weg für eine weitere Erhöhung der über Glasfaser erziel­baren Daten­raten.

Großen Wert legte das Team auf die Inter­pretier­barkeit der Ergebnisse. Dabei zeigt sich, dass eine geschickt gewählte Prä- und Post-Kompen­sation der Störungen in Kombination mit einem nicht­linearen Empfänger zu dem ange­sprochenen Gewinn geführt hat. Darüber hinaus ist damit der Weg frei für neue Systeme mit sehr viel höheren Daten­raten bei gleich­zeitig längeren Über­tragungs­distanzen. Aktuell sind die Forscher auf der Suche nach einer inter­pretier­baren, nicht­linearen und dennoch trainier­baren Sender­struktur. Das soll der Schlüssel sein für eine noch weitere Erhöhung der spektralen Effizienz der Glasfaser.

U. Stuttgart / RK

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