Raummultiplex über Multikernfasern für die Datenübertragung in optischen Zugangsnetzen
Innovative datengetriebene Anwendungen wie beispielsweise Industrie 4.0 oder hochaufgelöstes Videostreaming führen zu beträchtlichen Zuwachsraten des (Internet-)Datenverkehrs. Auch zusätzliche Datenströme, die aus der aufkommenden 5G-Mobilfunktechnologie resultieren, müssen über die nachgelagerte Glasfaserinfrastruktur geführt werden. Mit fortschreitender Digitalisierung von Gesellschaft und Wirtschaft stößt die jetzige Netzinfrastruktur jedoch bald an ihre Kapazitätsgrenzen. Zudem ist der Datenverkehr derzeitig mit einem hohen Energieverbrauch verbunden. Umso mehr besteht hier ein hoher Handlungsbedarf, eine skalierbare Netzinfrastruktur und dazugehörige Komponenten mit einer hohen Kosten- und Energieeffizienz zu entwickeln. Vorhandene Glasfasernetze nutzen faseroptische Systeme, in denen über verschiedene Wellenlängen mehrere parallele Kommunikationskanäle realisiert werden können. Dadurch können in einer Glasfaser mehrere Signale gleichzeitig übertragen und anhand der Wellenlänge, die der Lichtfarbe entspricht, zugeordnet werden. 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 ermöglichen die simultane Ausbreitung von Signalen derselben Wellenlänge in mehreren räumlichen Übertragungspfaden. Diese Eigenschaft erweitert das bekannte Wellenlängenmultiplex- um Raummultiplexverfahren, mit dem in faseroptischen Übertragungssystemen ein erheblicher Kapazitätssprung erzielt werden kann.
Im Vorhaben „Spatial Multiplexing in Optical Access Networks (SAMOA-NET)“ wird die Übertragung von Daten mit Hilfe von Raummultiplex über optische Multikernfasern in optischen Zugangsnetzen untersucht. Multikernfasern unterscheiden sich von heutigen Glasfasern dadurch, dass sie statt einem mehrere Kerne in einer Faser aufweisen. In jeden dieser Kerne kann ein separates Lichtsignal eingespeist werden, welches zu einer Vervielfachung der möglichen parallel übertragenen Lichtsignale führt. Ausgehend von einem gemeinsam entwickelten Systemkonzept werden die für die Datenübertragung wesentlichen Komponenten entwickelt. Dazu gehören innovative Lichtsensoren, die Multikernfaser selbst sowie eine flexible Ein- und die Auskopplung von Licht in die Multikernfaser. Ergänzt werden die Arbeiten durch einen Simulator, der alle Systemkomponenten für die Übertragung über Multikernfaser abbildet. Abschließend wird ein Systemdemonstrator die einzelnen Komponenten integrieren und die Realisierbarkeit verschiedener Netzarchitekturen für ein optisches Zugangsnetz zeigen. Weiterführende Systemsimulationen stellen die Skalierbarkeit des Systemansatzes auf reale Szenarien dar, d. h. es werden mögliche Konfigurationen der Multikernfasern oder der Einfluss verschiedener Charakteristiken von Systemkomponenten untersucht.
Die im Projekt entwickelten Komponenten, die auf einer Datenübertragung über Multikernfaser basieren, können mittel- bis langfristig eine wichtige Technologie für den Glasfaseranschluss bis zur eigenen Wohnung (Fiber to the Home) werden. Davon profitieren sowohl die Gesellschaft als auch die Wirtschaft. Außerdem leistet das Projekt damit einen Betrag zur technologischen Souveränität Deutschlands, da wesentliche Teile der Wertschöpfungskette für die multikernfaserbasierte Datenübertragung in Deutschland verortet sind.