Innovativer Transceiver zur Kapazitätssteigerung in Glasfasernetzen durch Raummultiplexing
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 Verbundprojekt „Skalierbare TerminalARchitekturen und -subsysteme für FAseroptisches RaummuLtipLexing (STARFALL)“ werden neuartige, kosteneffiziente Architekturen von Transceivern zur simultanen Übertragung in mehreren Kanälen erforscht und in einen anwendungsnahen Demonstrator überführt. Im Mittelpunkt der Untersuchungen stehen dabei ein spezieller Laser, ein Kammlaser, und die digitale Signalverarbeitung. Der Kammlaser erzeugt für die Sende- und Empfangseinheiten spektrale Linien zur Signalgenerierung. Die Transceiver verarbeiten diese Signale für die entsprechenden Kanäle und ermöglichen zudem den Informationsaustausch zwischen den verschiedenen Programmsubsystemen. Die entwickelten Lösungen werden in einem Aufbau aus Lasersystem und optischer Mehrkernfaser bei der Signalprozessierung in Echtzeit demonstriert.
Die neuartigen Transceiver steigern die Kapazitäten in Metro- und Kernnetzen, wobei sich gleichzeitig Kosten und Leistungsaufnahme reduzieren. Auf der Sendeseite ist hierfür ein Kammlaser in den Transceiver integriert; auf der Empfangsseite ist das Empfangsschema auf Raummultiplexverfahren optimiert. Die entwickelte Architektur der Transceiver dient der kanalübergreifenden Signalübertragung in optischen Systemen mit der dazugehörigen digitalen Signalverarbeitung. Durch das Vorhaben wird ein entscheidender Meilenstein auf dem Weg zur breiten Anwendung von Übertragungssystemen gesetzt, die auf Raummultiplexverfahren fußen und so Kapazitätsengpässen und hohem Energieverbrauch bei künftigen datenintensiven Anwendungen vorbeugen.