ADVA und DLR melden Weltrekord bei Freistrahl-Datenübertragung

Laser soll Breitband-Satelliten speisen

| Autor / Redakteur: Dirk Srocke / Andreas Donner

Im Versuch trifft das Signal eine zwei Zentimeter große Empfangsapertur und wird in eine Glasfaser eingekoppelt.
Im Versuch trifft das Signal eine zwei Zentimeter große Empfangsapertur und wird in eine Glasfaser eingekoppelt. (Bild: / DLR / CC BY 3.0)

In einem gemeinsamen Test wollen ADVA und DLR jetzt einen neuen Weltrekord bei optischer Freistrahl-Datenübertragung aufgestellt haben: Über zehn Kilometer wurden Daten mit 13,16 Tbit/s verschickt. Das Verfahren taugt als Backhaul für leistungsfähiges Satelliten-Internet.

Mit ihrer Demo haben ADVA Optical Networking (ADVA) sowie das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt nicht nur einen neuen Weltrekord aufgestellt. Gleichzeitig haben die Partner auch eine leistungsfähige Technik erprobt, um Satelliten mit terrestrischen Breitbandnetzen zu verbinden. Die Motivation hierfür: Kommunikationssatelliten leuchten die Versorgungsgebiete mit zahlreichen Strahlen (Beams) aus und bieten damit in Summe eine enorme Kommunikationskapazität. Um diese auszuschöpfen braucht es einen entsprechend leistungsfähigen Backhaul. Hier kommt die Feinstrahl-Datenübertragung ins Spiel.

Bei der Testinstallation erreichte die Free-Space-Lasertechnologie einen Datendurchsatz von 13,16 Tbit/s. Überbrückt wurde eine Distanz von 10,45 Kilometern – nämlich die zwischen einer Bodenstation in Weilheim und einem virtuellen Satelliten auf dem Hohenpeißenberg. Bezüglich der auftretenden Turbulenzen entspreche diese Strecke laut DLR der schlechtesten denkbaren Verbindung zwischen einer Bodenstation und einem geostationären Satelliten.

Versuchsaufbau: DLR

Für das Projekt steuerte das DLR Konzept und optische Systeme zur atmosphärischen Übertragung bei. In der gemeinsamen Demonstration wurde der Einfallswinkel der auf den Empfänger auftreffenden Wellenfront korrigiert – derlei Wellenfrontverzerrungen (Phasenfluktuationen des Strahlprofils) entstehen dabei durch Temperaturunterschiede in der Atmosphäre (Turbulenzen). Aus dem Alltagserleben kennt man das Phänomen als Flimmern über einer heißen Straße.

Das empfangene Signal trifft im Versuch auf eine zwei Zentimeter große Empfangsapertur auf und muss am Empfänger in eine Glasfaser mit einigen Mikrometern Durchmesser eingekoppelt werden, um danach verstärkt und weiterverarbeitet werden zu können, wie es in der Faserkommunikation üblich ist. An dieser Stelle endet der Beitrag des DLR.

Versuchsaufbau: ADVA

Danach kamen das Faserkommunikationsequipment, beziehungsweise die Demultiplexer und Empfängerbänke von ADVA zum Einsatz, die bereits heute in Glasfasernetzen eingesetzt werden. Im Vergleich zu einem DLR-Rekord von 2016 sei das Datenvolumen in einem um 40 Prozent schmaleren Spektrum beinahe verachtfacht worden. Möglich geworden sei die Effizienzsteigerung durch ADVAs FSP 3000 CloudConnect.

Die Daten wurden mit 53 Lasern auf unterschiedlichen Frequenzen mit einem Abstand von 50 GHz (Wavelength Division Multiplex) übertragen. Dabei wurden die jeweiligen Laser mit Dual Polarization 16 QAM (Quadratur-Amplitude Modulation) moduliert und mit Soft-Decision Vorwärtsfehlerkorrektur auf einer Nutzdatenrate von 200 Gbit/s pro Kanal empfangen. Zusätzlich sei ein 100-Gigabit/s-System des DLR benutzt worden, um die Verzerrungen des Signals durch atmosphärische Turbulenzen zu analysieren.

Die Distanz, die bei den Versuchen überbrückt wurde, betrug 10,45 Kilometer und entspricht in Bezug auf das Turbulenzverhalten der schlechtesten denkbaren Verbindung von einer Bodenstation zu einem geostationären Satelliten.

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Ziel: Hohe Verfügbarkeit der Verbindung

Um die Verfügbarkeit der Verbindung zu steigern hat das DLR in einem weiteren Experiment höhere Ordnungen der Verzerrung in einer adaptiven Optik korrigiert. Die Ausfälle konnten dabei in Richtung Satellit zu Boden weiter reduziert werden.

Die dabei erfolgte Schätzung des Kanals wurde auch verwendet, um den Signalen in der Richtung Boden zu Satellit die inverse Verzerrung aufzuprägen, sodass sich am Hohenpeißenberg (virtueller Satellit) eine deutlich erhöhte Verfügbarkeit einstellte. Im Gegensatz zum Hohenpeißenberg bewege sich ein echter Satellit jedoch im Verhältnis zur Bodenstation. Auch die sich daraus ergebenden Veränderungen konnten hergestellt werden und auch hier bestätigten die Messungen die Erwartungen – so das DLR. Damit habe sich das Versuchsfeld als ideal für die Verifikation verschiedener Ansätze erwiesen. Solchen Ansätze seien notwendig, um die Stabilität der Übertragung weiter zu steigern und die Komplexität des Systems möglichst stark zu vereinfachen.

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