15.10.2013, 11:54 Uhr | 0 |

Weltrekord bei Richtfunkstrecken Daten gehen mit 100 Gigabits pro Sekunde durch die Luft

Beim Ausbau der kabelgebundenen Telekommunikationsnetze gibt es Problemstellen, die hohe Investitionskosten verursachen – sowohl in Ballungsräumen als auch im ländlichen Bereich. Das sind strategische Knotenpunkte wie zu überbrückende oder untertunnelnde Flüsse, Autobahnen oder Naturschutzgebiete. Hier kann ein neues, leistungsfähiges Datenfunkverfahren die Kosten im Griff halten, an dem im Projekt „Millilink“ gearbeitet wird.

Weltrekordaufbau mit 100 Gigabit pro Sekunde
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Weltrekordaufbau mit 100 Gigabit pro Sekunde: Die Empfängereinheit (li.) nimmt das Funksignal auf, das vom Oszillsokop (re.) aufgezeichnet wird. 

Foto: KIT

Schon im Mai hatten Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF im Rahmen des vom Bundesforschungsministeriums (BMBF) geförderten Projekts „Millilink“ eine Datenrate von 40 GBit/s über eine Entfernung von über einem Kilometer im Freien erreicht.  Für die meisten Brücken, Autobahnen und ähnliches reicht diese Entfernung schon vollkommen.

Jetzt ist es den Forschern in einem Laborversuch sogar gelungen, die Transferrate drastisch zu erhöhen. Dabei haben sie nach eigenen Angaben einen neuen Weltrekord aufgestellt: Sie schafften es, die Daten bei einer Frequenz von 237,5 GHz mit einer Transferrate von 100 GBit/s über 20 Meter zu übertragen. Der Versuch wurde jetzt  in der Fachzeitschrift Nature Photonics publiziert.

Die höhere Übertragungsleistung wurde durch technische Verbesserungen sowohl beim Senden als auch beim Empfang erreicht: Die Forscher verwendeten ein  photonisches Verfahren, um die Funksignale auf der Senderseite zu erzeugen und setzten vollintegrierte elektronische Schaltungen auf der Empfängerseite ein. Dadurch konnten doppelt so viele Daten übermittelt werden und damit ein neuer Weltrekord bei Richtfunkstrecken erreicht werden.

Direkt vom Photon zur elektromagnetischen Welle

Der Sender arbeitet rein optisch. Durch Überlagerung zweier Lasersignale an einer Photodiode, die als Mischer benutzt wird, entsteht das Differenzsignal der beiden Laserinputs von 237,5 Gigahertz, was einer Wellenlänge von 1,26 Millimeter entspricht – daher der Name „Milli-Link“ für das Projekt.

Das in einem ultra-breitbandigen Photonenmischer der japanischen Firma NTT-NEL erzeugte elektrische Signal auf 237,5 Gigahertz wird dabei per Richtantenne zur Gegenstelle abgestrahlt.

Das Verfahren ist einfach, direkt und braucht keinen elektronischen Ballast für die Modulation der in Form von Licht aus dem Kabel kommenden Daten auf eine elektronisch erzeugte hochfrequente Trägerwelle.

„Ein großer Vorteil des photonischen Verfahrens ist, dass damit Datenströme aus faseroptischen Systemen direkt in hochfrequente Funksignale umgewandelt werden können“, erläutert Professor Jürg Leuthold, seinen hier realisierten Erweiterungsvorschlag. Der frühere Leiter des Instituts für Photonik und Quantenelektronik IPQ am KIT ist inzwischen an der ETH Zürich tätig. „Dieser Vorteil macht die Einbindung von hochbitratigen Funkstrecken in Glasfasernetze noch einfacher und flexibler.“

Im Gegensatz zu einem rein elektronischen Sender entfällt der Umweg über eine elektronische Schaltung zur Erzeugung einer Trägerwelle und zu deren Modulation.

„Aufgrund der großen Bandbreite und der guten Linearitätseigenschaften des Photomischers eignet sich das Verfahren zudem hervorragend, um höherwertige Modulationsformate mit mehreren Amplitudenzuständen zu übertragen. Das ist ein Muss in zukünftigen faseroptischen Systemen“, ergänzt Leuthold noch.

Projektkoordinator Professor Ingmar Kallfass sieht auch Anwendungen für zu Hause: „Mit einer Datenrate von 100 Gigabit pro Sekunde könnte man in nur zwei Sekunden den gesamten Inhalt einer Blue-ray Disc oder von fünf DVDs per Funk zwischen zwei Geräten übertragen.“

Der Empfänger erlaubt die bit-transparente Einbindung in Kabelstrecken

Beim Empfangsteil kamen die Forscher an einer elektronischen Lösung nicht vorbei. Das Herz des vom Fraunhofer-Institut IAF hergestellten Empfangschips sind Transistoren mit extrem hoher Ladungsträgerbeweglichkeit (High Electron Mobility Transistor), die den Aufbau eines Empfängers für den Millimeterwellenbereich oberhalb von 200 Gigahertz auf einer nur wenige Quadratmillimeter großen Chipfläche erlauben.

Weil dieser Empfänger auch höherwertige Modulationsformate sauber verarbeitet, ermöglicht er eine bit-transparente Einbindung der Funkstrecke in Glasfasernetze der aktuellen Technologie.

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Von Klaus Ahrens
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