Die Gruppe Optische Technologien für Satellitenlinks befasst sich mit der Forschung auf dem Gebiet der Schnittstellen für optische Hochgeschwindigkeits-Satellitenverbindungen. Dies umfasst Themen, die von der Untersuchung der atmosphärischen Turbulenzen und der Techniken zur Bekämpfung ihrer Auswirkungen bis hin zur Entwicklung von Hochgeschwindigkeits-kommunikationstechnologien und -systemen reichen. Der Schwerpunkt der Gruppe liegt auf der experimentellen Validierung der theoretischen Modelle.
Anwendungsbereiche & Forschungsthemen
Feeder-links für geostationäre Satelliten
Industrie 4.0 und "Internet of Things" sind zwei wesentliche Bestandteile der neuen Ära der Digitalisierung. Beide erfordern eine globale Konnektivität, d. h. einen weltweit verfügbaren Breitband-Internetzugang. Bereits drei geostationäre Satelliten können eine globale Abdeckung bieten, wodurch die Beschränkung der Verfügbarkeit der Bodeninfrastruktur aufgehoben wird. Der Einsatz optischer Technologien für die Verbindung zwischen dem Satelliten und dem Bodennetz (Feeder-Link) löst den Engpass bei den Funkfrequenzen: optische Frequenzen sind sehr leistungseffizient und bieten eine verfügbare Bandbreite in der Größenordnung von THz ohne Regularien und Frequenzlizensierung.
Zukünftige Satellitennavigationssysteme
Optische Technologien werden eine zentrale Rolle in zukünftigen Satellitennavigationssystemen spielen. Das Institut für Kommunikation und Navigation präsentiert mit dem Kepler System ein neues Konzept, welches Satelliten in den selben MEO (Medium Earth Orbit) Positionen wie Galileo nutzt. Ergänzt werden diese durch eine Konstellation aus 6 Satelliten im LEO (Low Earth Orbit). Es verwendet bidirektionale, optische Intersatellitenlinks zwischen benachbarten Satelliten in jeder MEO Orbitebene sowie zwischen ausgewählten MEO und den LEO Satelliten. Über die Intersatellitenlinks werden die Referenzoszillatoren der Satelliten in Zeit und Frequenz synchronisiert um Distanzen und Geschwindigkeiten zu messen. Außerdem werden mit einer Datenrate von 50 Mbps Informationen in der Satellitenkonstellation übertragen.
Kohärente Modulation und Empfang für Kommunikation und Ranging:
Ein kohärenter Link, basierend auf einer OPLL (Optical Phase-Locked-Loop), kann im Intersatelliten-ranging eine Genauigkeit im Submillimeterbereich liefern. In Kommunikationssystemen bietet der kohärente Empfang Vorteile in Bezug auf Empfindlichkeit und spektrale Effizienz. Insbesondere ein digital-homodynes System ist robust gegen Signalintensitätsschwankungen, da es keine OPLL und somit keine Einrastzeit benötigt. Die Forschungsgruppe hat zwei optische Kommunikationssysteme für Turbulenzcharakterisierung und die Untersuchung des atmosphärischen Kanals bei starken Turbulenzbedingungen entwickelt:
40 Gbit/s BPSK wurden in 2016 gezeigt [5]
80 Gbit/s QPSK wurden in 2017 gezeigt
Weltrekorde in der optischen Freiraumkommunikation
Das THRUST (Terabit Throughput Satellite System Technologies) Projekt, finanziert durch das Institut für Kommunikation und Navigation, hat die Machbarkeit von optischen Technologien für Satelliten-Feeder-Links in turbulenten Bedingungen äquivalent zu einem Boden-zu-GEO Link demonstriert. In diesem Projekt wurden zwei Weltrekorde in der optischen Freistrahlkommunikation aufgestellt:
Die Gruppe ist an zahlreichen ESA-Projekten beteiligt, insbesondere an der von der ESA finanzierten HydRON-Initiative. Die Beteiligung umfasst hauptsächlich die Technologieentwicklung für Systemdemonstratoren, einschließlich, aber nicht beschränkt auf
Entwurf des Bodensegments mit optischer Bodenstation einschließlich der Dimensionierung des adaptiven Optiksystems
Überlegungen zum optischen Feeder-Link, wie z. B. MODCOD-Schnittstellendesign, sowie
Weltraumsegment mit der Entwicklung der optischen Kommunikationsnutzlast, einschließlich der digitalen Signalverarbeitungsstufe, des Entwurfs der integrierten photonischen Schaltung und der optischen und elektrischen Schalter an Bord
2018 - Das optische "Satellitenterminal" im Einsatz am Hohenpeißenberg - Weltrekord
Das optische Terminal wurdeim THRUST-Projekt entwickelt zur Demonstration von Technologien für GEO Feeder-Links unter atmosphärischen worst-case Turbulenzbedingungen.
Der Effekt der Satellitenbewegung wird durch eine seitlich Verschiebung der Senderlaser (auf die Schiene) nachgebildet. So können die Kanalbedingungen untersucht werden.
Technische Eigenschaften: bi-direktionale Kommunikation, single-mode Fasereinkopplung, adaptive Optik für Up- und Downlink und Emulation des Vorhaltewinkels.
2016 - Im Tal: Vorbereitung der Laserübertragung - Weltrekord
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
[1] DLR, World record in free-space optical communications, press-release [2] Poliak, J.; Mata Calvo, R.; & Rein, F., Demonstration of 1.72 Tbit/s optical data transmission under worst-case turbulence conditions for ground-to-geostationary satellite communications, IEEE COMMUNICATIONS LETTERS, VOL. 22, NO. 9, 1818-1821, 2018 [3] DLR, DLR and ADVA set a new world record in optical free-space data transmission, press-release [4] Mata Calvo, R.; Becker, P.; Giggenbach, D.; Moll, F.; Schwarzer, M.; Hinz, M. & Sodnik, Z., Transmitter diversity verification on ARTEMIS geostationary satellite, Proc. SPIE, 2014, 8971, 897104-897104-14 [5] Conroy, P.; Surof, J.; Poliak, J. & Mata Calvo, R., Demonstration of 40GBaud intradyne transmission through worst-case atmospheric turbulence conditions for geostationary satellite uplink, Appl. Opt., OSA, 2018, 57, 5095-5101
