Forschung Agil - Raummultiplexing in faseroptischen Netzen

Der Datenverkehr im Internet steigt seit Jahren an. Um die Bedarfe zu decken, ist ein leistungsfähiges Glasfasernetz erforderlich. Die nächste Generation von glasfaserbasierten Übertragungssystemen sollte mit erheblichen Entwicklungssprüngen einhergehen. Gegenstand der Förderung ist die Erforschung und Entwicklung von Raummultiplexverfahren in faseroptischen Kommunikationssystemen und -netzen.

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Gegenstand der Förderung

Der Datenverkehr im Internet steigt seit Jahren exponentiell an und vieles deutet darauf hin, dass sich dieser Trend ungebrochen fortsetzen wird. Schätzungen prognostizieren jährliche Steigerungsraten von über 25 %. Das bedeutet, dass alle fünf Jahre die dreifache und alle 20 Jahre die hundertfache Menge an Daten von der digitalen Infrastruktur bewältigt werden muss. Diese Anforderungen erwachsen in der modernen digitalen Gesellschaft aus neuen datenintensiven Anwendungen, wie dem automatisierten Fahren und vernetzter Mobilität, dem Zugriff auf hochaufgelöste Videos auch von unterwegs, Fernsehen in ultrahoher Auflösung, der zunehmenden industriellen Vernetzung und Erweiterte-Realität-Applikationen, Smart Cities sowie aus Diensten des Internets der Dinge.

Um die großen Bedarfe an Bandbreite zu decken, ist ein sehr leistungsfähiges Glasfasernetz erforderlich. Dieses ist das Rückgrat der digitalen Infrastruktur. Die vorhandene Glasfasertechnologie, die die Datenübertragung im letzten Jahrhundert nachhaltig revolutioniert hat, wird jedoch bald ihre Grenzen erreicht haben. So werden beispielsweise die anstehende 5G-Einführung und die sich damit eröffnenden Möglichkeiten noch intensiverer Nutzung mobiler Datendienste dazu beitragen, die vorhandenen Kapazitätsreserven auszuschöpfen. Die Bedarfe sind jetzt schon immens. Vielerorts in der EU drohen Engpässe, falls die Netze intensiv durch die Bürgerinnen und Bürger für Videokonferenzen beim flexiblen Arbeiten von zuhause aus genutzt werden. Die EU-Kommission hat beispielsweise während der Corona- Pandemie Streaming-Dienste, Betreiber und Nutzer aufgefordert, Netzüberlastungen zu verhindern, um in der COVID- 19-Krise Überlastungen des Internets zu vermeiden und ein offenes Internet zu gewährleisten.

Der Glasfasernetzausbau ist mit sehr hohen Investitionskosten verbunden, die sich nur langfristig amortisieren. Nicht nur zur Anbindung künftiger 5G-Basisstationen, sondern auch, um die Rentabilität dieser Investitionen zu sichern, muss die Leistungsfähigkeit faseroptischer Netze massiv gesteigert werden. Die nächste Generation von glasfaserbasierten Übertragungssystemen sollte daher mit erheblichen Entwicklungssprüngen einhergehen. Vor diesem Hintergrund sind Lösungen erforderlich, die perspektivisch gut skalieren.

Vorhandene Glasfasernetze nutzen faseroptische Systeme, in denen über verschiedene Frequenzen (Wellenlängen) mehrere parallele Kommunikationskanäle realisiert werden können. Dieses sogenannte Wellenlängenmultiplexverfahren kann nur in einem begrenzten Frequenzspektrum eingesetzt werden. Hinzu kommt, dass auch innerhalb dieses Spektrums die Dämpfung der verschiedenen Wellenlängen unterschiedlich groß ist. Verminderte Energieeffizienz ist die Folge, da höhere Signalleistungspegel pro Kanal am Sender eingespeist werden, die wiederum Signalverzerrungen bei der Übertragung zur Folge haben. Um künftigen Anforderungen an die Glasfaserübertragung gerecht zu werden, ist ein Paradigmenwechsel erforderlich. Eine weitere Parallelisierungsdimension in der optischen Datenübertragung kann dazu dienen, die Kapazität optischer Netze deutlich zu erhöhen. Neue Glasfasertypen gestatten die simultane Ausbreitung von Wellen derselben Wellenlänge (Frequenz) in mehreren räumlichen Übertragungspfaden. Diese Eigenschaft ermöglicht die Erweiterung des bekannten Wellenlängenmultiplex- zu einem Raummultiplexverfahren, mit dem in faseroptischen Übertragungssystemen ein erheblicher Kapazitätssprung erzielt werden kann.

Die Entwicklung solcher Systeme ist jedoch mit großen Herausforderungen verbunden. So führen beispielsweise die ungleichmäßigen Verluste und das Übersprechen zwischen Kanälen der räumlichen Übertragung zu Problemen, die gelöst werden müssen. Gegenstand der Förderung ist deshalb die Erforschung und Entwicklung von Raummultiplexverfahren in faseroptischen Kommunikationssystemen und -netzen. Zentrale Forschungsfragen ergeben sich insbesondere in den Bereichen:

  • Subsysteme für den Raummultiplex
  • Übertragungssysteme zur Realisierung von optischem Raummultiplex
  • Integration von Raummultiplex in Bestandssysteme und Netze
  • Digitale Signalverarbeitung, Kodierungsverfahren und Algorithmen

Die Leistungsfähigkeit der entwickelten Lösungen muss demonstriert werden. Im Rahmen der Bekanntmachung werden vorzugsweise Verbünde, in begründeten Ausnahmefällen auch wissenschaftliche Einzelvorhaben in der Regel für bis zu drei Jahre gefördert.

VERFAHREN

Eine Förderung erfolgt im Rahmen der Richtlinie zur Förderung der Maßnahme „Forschung Agil“ vom 4. Juni 2019 (BAnz AT 19.06.2019 B3).

KOMPLETTE BEKANNTMACHUNG

Komplette Bekanntmachung des BMBF

 

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