Wissenschaftler haben einen Durchbruch in der optischen Nachrichtentechnik erreicht: die weltweit erste optische Echtzeit- Datenübertragung durch eine so genannte "synchrone Quadratur- Phasenumtastung mit Standardlasern". Bei diesem innovativen Verfahren werden bis zu vier Informationseinheiten (Bits) gleichzeitig in ein Lichtsignal umgewandelt, das dann über Glasfaserkabel übertragen und in Echtzeit vom Empfänger verarbeitet wird.
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Immer mehr und immer umfangreichere Informationen werden über Datennetze ausgetauscht. Dauerte es vor einigen Jahren noch recht lange, einzelne Bilder über das Internet zu übertragen, können heute ganze Filme in kurzer Zeit herunter geladen werden. Dies sorgt aber auch dafür, dass der Bedarf an schnelleren Datenleitungen immer größer wird. Ziel ds jetzt neu entwickelten Übertragungsverfahrens ist es, auf jeder optischen Wellenlänge Datenrate von 40.000.000.000 Bits pro Sekunde zu übertragen. Das entspricht gegenüber einer herkömmlichen DSL-Internetverbindung einer etwa zehntausendmal schnelleren Übertragungsrate
Einsatzgebiet der von der Forschungsgruppe um Prof. Dr.-Ing. Reinhold Noé am Institut für Elektrotechnik und Informationstechnik der Universität Paderborn entwickelten Methode ist dabei nicht die private Telefonleitung, sondern die nächste Stufe. Über diesen "Backbone", also den zentralen Bereich der Telefon- und Datennetze, sollen künftig bis zu viermal schneller Daten übertragen werden.
Schon bei einem ähnlichen Verfahren halten die Paderborner Ingenieure den gegenwärtigen Kapazitätsweltrekord (insgesamt 5.940.000.000.000 Bits pro Sekunde). Die nun realisierte synchrone Variante kommt jedoch mit geringeren Lichtleistungen aus, was die Übertragungsreichweite verbessert. Außerdem konnte ein weiteres Übertragungsproblem überwunden werden: optische Verzerrungen können nun vollständig mit preisgünstigen mikroelektronischen Schaltkreisen kompensiert werden.
Allerdings müssen dafür komplexe Berechnungen im Empfänger durchgeführt werden. Wissenschaftlern war es deshalb bisher nur möglich, das Empfangssignal für winzige Sekundenbruchteile aufzuzeichnen und anschließend minutenlang mit einem Computer zu analysieren und zu dekodieren. In dieser Zeit gesendete Informationen konnten dann nicht verarbeitet werden und gingen verloren.
Phasenrauschen reduziert
Im von der Europäischen Kommission geförderten Forschungsprojekt "Key Components for Synchronous Optical Quadrature Phase Shift Keying Transmission" ist es der Arbeitsgruppe um Noé gelungen, den Algorithmus der Datenrückgewinnung entscheidend zu verbessern und zu beschleunigen. Wichtigstes Ziel dabei war die Korrektur des störenden Phasenrauschens. Die erzielte Fehlerrate ist gering genug, um mit einer Korrekturelektronik eine vollständig fehlerfreie Übertragung zu erreichen. Die Resultate wurden gerade in insgesamt drei Beiträgen bei der Tagung "Coherent Optical Technologies and Applications" der "Optical Society of America" vorstellt.
Mit ihren bisherigen Erfolgen zufrieden geben wollen sich die Paderborner Elektrotechniker aber noch lange nicht. "Unser Ziel ist es, auf jeder optischen Wellenlänge eine Datenrate von 40.000.000.000 Bits pro Sekunde zu übertragen. Das entspricht gegenüber einer herkömmlichen DSL-Internetverbindung einer etwa zehntausendmal schnelleren Übertragungsrate", erläutert Dipl.-Ing. Timo Pfau von der Forschungsgruppe.
Bis zu 40 Laser können dann auf unterschiedlichen Frequenzen Informationen über die gleiche Glasfaser senden. Die erwartete und beobachtete Verkleinerung der Bitfehlerrate bei steigender Datenrate stimmt die Forscher zuversichtlich, dass dieses Ziel erreicht werden kann. Die entwickelte Technologie soll damit ein evolutionäres Wachstum der optischen Übertragungskapazität in einem kostenbewussten wirtschaftlichen Umfeld erlauben.
(Universität Paderborn, 03.07.2006 – NPO)
