Internet-Backbone: Mit Laserstrahlen 1 Terabit pro Sekunde übertragen
Derzeit soll es 530 aktive Unterseekabel zur Datenübertragung geben, Tendenz steigend. Die Verlegung eines einzelnen Kabels durch den Atlantik kostet Millionengelder, aber wie sonst soll der Backbone, das Rückgrat des Internets, weltweit garantiert werden? Ein Forschungsteam aus der Schweiz(öffnet im neuen Fenster) hat sich dafür den Internet-Backbone mittels Laserübertragung per Satellit genauer angesehen.
Bei dem europäischen Horizont-2020-Projekt hat ein Forschungsteam der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich gemeinsam mit seinen europäischen Partnern eine optische Terabit-Datenübertragung durch die Luft demonstriert. Der Testlauf fand aber nicht im Weltraum statt.
Auf der Erde getestet
Das Lasersystem wurde über eine Strecke von 53 Kilometern vom Jungfraujoch nach Bern übertragen. "Unsere Versuchsstrecke zwischen der Hochalpinen Forschungsstation auf dem Jungfraujoch und dem Zimmerwald Observatorium der Universität Bern ist aus Sicht einer optischen Datenübertragung wesentlich anspruchsvoller als zwischen einem Satelliten und einer Bodenstation" , erklärte Yannik Horst. Er ist der leitende Autor der kürzlich erschienenen Studie.
Vorteile gegenüber klassischer (drahtloser) Datenübertragung
Zwar sind Internetverbindungen über Satelliten nichts Neues, wie beispielsweise Starlink von dem privaten Raumfahrtunternehmen SpaceX zeigt. Jedoch müssen die Daten zwischen den Satelliten und der Bodenstation mittels Funktechnologie übertragen werden.
Optische Lasersysteme arbeiten dagegen im Infrarotlichtbereich. Deren Wellenlängen sind nur wenige Mikrometer lang – anders als bei Mikrowellen (Mobilfunk) oder WLAN-Übertragungen, deren Wellenlängen einige Zentimeter lang sind. Je kürzer die Wellenlänge, desto mehr Informationen pro Zeiteinheit können transportiert werden.
Damit möglichst hohe Datenraten erreicht werden, wird die Lichtwelle des Lasers moduliert. Der Empfänger soll dann pro Schwingung mehrere unterscheidbare Zustände detektieren können. Das ermöglicht die Übertragung von jeweils mehr als einem Informations-Bit pro Schwingung. Mit einem 4x4-Schema ließen sich vier Bit pro Schwingung übertragen, mit einem 8x8-Schema acht Bit, erklärte das Forschungsteam.
Fehlerherde behoben, große Bandbreite erreicht
"Bisher gelang es nur, entweder große Distanzen mit kleinen Bandbreiten von wenigen Gigabit oder kurze Distanzen von wenigen Metern mit großen Bandbreiten per Freilandlaser zu verbinden" , erklärte Jürg Leuthold in einer Pressemitteilung(öffnet im neuen Fenster) . Die Übertragung durch die Luft und die wechselnden Turbulenzen der Luftteilchen führten dazu, "dass die Lichtwellen im Inneren und an den Rändern des Lichtkegels unterschiedlich schnell wandern" .
Das führt bei der Empfangsstation zu falschen Werten, weswegen ein MEMS-Chip (Mikro-Elektro-Mechanisches System) mit einer Matrix aus 97 beweglichen Spiegeln verbaut wurde. Damit konnte das Team die Probleme beheben und eine Bandbreite von 1 Terabit pro Sekunde über eine Distanz von 53 Kilometern erreichen.
Zur Studie
Die Studie wurde am 20. Juni 2023 im Fachmagazin Light Science & Applications veröffentlicht und heißt Tbit/s line-rate satellite feeder links enabled by coherent modulation and full-adaptive optics(öffnet im neuen Fenster) (Satelliten-Zubringerverbindungen mit Leitungsraten im Tbit/s-Bereich, die durch kohärente Modulation und volladaptive Optik ermöglicht werden).
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