Weltrekord in der optischen Freiraum-Datenübertragung
3. November 2016 | DLR-Technologie weist Weg zum globalen Highspeed-Internet
Weltrekord in der optischen Freiraum-Datenübertragung
Auf dem Berg: Vorbereitung des Datenempfangs
Der THRUST Projektleiter Dr. Juraj Poliak mit dem THRUST Empfangsterminal entwickelt vom Institut für Kommunikation und Navigation des DLR. Eingesetzt während des Langstreckenexperiments am Deutschen Wetterdienst am Hohenpeißenberg.
DLR-Wissenschaftler Dr. Ramon Mata Calvo mit dem THRUST Sendeterminal entwickelt vom Institut für Kommunikation und Navigation des DLR. Eingesetzt während des Langstreckenexperiments am DLR Standort Weilheim
Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) haben einen neuen Rekord in der Datenübertragung per Laser aufgestellt: 1,72 Terabit pro Sekunde über eine Freiraumdistanz von 10,45 Kilometer – dies entspricht einer Übertragung von 45 DVDs pro Sekunde. Damit könnten weite Teile der heute noch unterversorgten ländlichen Gebiete Westeuropas mit Breitbandinternet versorgt werden. "Wir haben uns zum Ziel gesetzt den Internetzugang mit hohen Datenraten auch außerhalb der Ballungsgebiete zu ermöglichen und wollen zeigen, wie dies mit Satelliten möglich ist", erklärt Prof. Christoph Günther, Direktor des DLR-Instituts für Kommunikation und Navigation.
Glasfaserverbindungen und andere terrestrische Systeme bieten hohe Übertragungsgeschwindigkeiten, sind jedoch vorwiegend in dicht besiedelten Regionen verfügbar. Außerhalb der Ballungszentren bietet sich eine breitbandige Versorgung über geostationäre Satelliten an. Hier setzen die Wissenschaftler an und entwickelten im Rahmen des DLR-Projekts THRUST (Terabit-throughput optical satellite system technology) eine neuartige Übertragungstechnologie für Kommunikationssatelliten der nächsten Generation. Die Idee von THRUST: Die Satelliten sollen über eine Laserverbindung an das terrestrische Internet angebunden werden. Dabei werden Datendurchsätze jenseits von ein Terabit pro Sekunde angestrebt. Die Kommunikation mit den Nutzern erfolgt dann im Ka-Band, einer üblichen Funkfrequenz der Satellitenkommunikation.
1,72 Terabit pro Sekunde – Weltrekorde über zwei Distanzen
Erste Übertragungsversuche mit solch hohen Datenraten fanden Ende Oktober in Oberbayern statt. Bereits im ersten Schritt konnten die DLR-Wissenschaftler einen Rekord aufstellen. Auf einer Strecke zwischen Oberpfaffenhofen und Hochstadt gelang ihnen weltweit zum ersten Mal die Übertragung von 1,72 Terabit pro Sekunde (Tbit/s) über eine Distanz von drei Kilometern im freien Raum. „Die hohe Stabilität des Empfangs und die Leistungsreserven, die wir bei drei Kilometern hatten, ermutigten uns dann den nächsten Schritt zu wagen“, berichtet Projektleiter Dr. Juraj Poliak vom DLR-Instituts für Kommunikation und Navigation.
Die Datenverbindung zwischen Boden und geostationärem Satelliten wird durch die Eigenschaften der Erdatmosphäre beeinträchtigt. Dr. Poliak und sein Team haben daher einen maximalen Belastungstest für ihr System entwickelt und in Simulationen festgestellt: Die Datenverbindung ins All weist im schlimmsten Fall in etwa die gleichen Störungen auf, die auch bei einer Übertragung über 10 Kilometern vom Boden zu einem Berg im Testgebiet zwischen Weilheim und dem Hohenpeißenberg auftreten. Auf dieser Strecke führte das Team die nächsten Versuche mit dem Laserkommunikationssystem durch – mit Erfolg.
Machbar – globales Highspeed Internet
Nach dem Nachweis der Machbarkeit im "Worst Case"-Szenario gilt das Hauptaugenmerk der DLR-Wissenschaftler nun der Stabilität der optischen Verbindung. In einer nächsten Phase werden die Wissenschaftler daher Messungen durchführen, um die Wirkung der Atmosphäre besser zu verstehen und langfristig eine stabile Laserkommunikation zum Satelliten zu ermöglichen. "Die Stabilität der Verbindung ist extrem wichtig, da selbst eine kurze Unterbrechung von lediglich zehn Millisekunden zum Verlust von mehreren Gigabit an Daten führt", erklärt Dr. Ramon Mata Calvo, Leiter der Gruppe "Optische Technologien" am DLR-Institut für Kommunikation und Navigation. Mit den neuen Rekorden konnten die Wissenschaftler erfolgreich zeigen, dass die Vision einer optischen drahtlosen Datenübertragung im Terabit-Bereich machbar ist. Im Rahmen der Versuche kam ein, für höchste Datenraten geeignetes, Glasfaserübertragungssystem des Fraunhofer Heinrich-Hertz-Instituts zum Einsatz, das bei Wellenlängen rund um 1550 Nanonmeter operiert. Dieses wurde in das am DLR neu entwickelte Freistrahlübertragungssystem integriert. Mitarbeiter des Heinrich-Hertz-Instituts haben die Versuche vor Ort erfolgreich unterstützt. Die vielversprechenden Untersuchungen werden am DLR in Oberpfaffenhofen nun mit Nachdruck fortgesetzt.
