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Imec: Radio-over-Fiber

5G beflügelt die optische Übertragung

7. Juni 2018, 16:23 Uhr | Heinz Arnold

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Radio-over-Fiber stößt ganze neue Entwicklungen an

Radio-over-Fiber (RoF) ist der neueste Zweig auf der Forschungsagenda des IDLab und wird im Verlauf des Jahres 2018 zunehmend an Bedeutung gewinnen. Denn laut Demeester entwickelt sich RoF zu einem wesentlichen Treiber der neuen Mobilfunk-Technologie mit kleinen Zellen. Sie bedingen eine große Anzahl von Antennen, die jeweils nur eine kleine Servicefläche abdecken und damit eine sehr schnelle und breitbandige Versorgung ermöglichen. Dabei gilt: Je kleiner die Zelle, desto höher die erzielbare Bitrate.

Der Trend in Richtung immer kleinerer Zellen ist an sich nichts Neues. Doch die angestrebte Aggregation von mehr und mehr Funktionalität und deren Verlagerung aus den Basisstationen der kleineren Zellen in ein als Cloud Radio Access Network (Cloud RAN) bezeichnetes Funknetz mit Cloud-Zugriff, oft auch Centralized RAN genannt, setzt eine neue Entwicklung in Gang.

Traditionelle Mobilfunknetze sind mit einer Vielzahl von selbstständigen Basisstationen konfiguriert. Jede dieser Basisstationen empfängt und verarbeitet ihre eigenen Signale von den mobilen Terminals, sendet sie zurück und vermittelt das Datenaufkommen der mobilen Terminals an das Netzwerk. Jede Basisstation hat dazu ihre eigenen Kühleinrichtungen, Backup-Batterien, und Monitorsysteme.
Das Cloud Radio Access Network und die Folgen

In zukünftigen Systemen, die mit einer wachsenden Anzahl kleiner Zellen betrieben werden, ist die Wertschöpfung mit zentralisiertem RAN offensichtlich: Die Aufteilung der Funktionalität und gemeinsame Nutzung der Hardware-Installationen im Netz senken die Kosten, und RoF wird zu einer fundamentalen Voraussetzung zur möglichst einfachen und kosteneffektiven Kommunikation zwischen einem Cloud-RAN und seinen entfernten Antennen.

Diese Zusammenhänge sind von den internationalen Forschungseinrichtungen bis heute nicht in allen Details untersucht worden. Die IDLabs seien deshalb laut Demeester gut aufgestellt, um einen substanziellen Fortschritt auf diesem Gebiet anzustoßen: »Ein gutes Beispiel dafür ist die von uns entwickelte so genannte Opto-Antenne. Das ist eine passive Antenne, die direkt mit einem Lichtwellenleiter verbunden ist und keinen (elektrischen) Verstärker mehr benötigt, um ein HF-Signal zu erzeugen.«

Weil alle aktiven Funktionalitäten im Cloud RAN residieren, können die Opto-Antennen auf einfache Weise in eine Vielzahl von Baumaterialien (Bodenfliesen, Tapeten, etc.) integriert werden, um eine sehr schnelle drahtlose Konnektivität über kurze Strecken zu erzielen. In ersten Tests hat das IDLab damit Bitraten von 0,5 Gb/s bei Entfernungen von bis zu 20 cm realisiert.

In den nächsten Jahren steht die kontinuierliche Verbesserung und Verfeinerung der optischen Technologien sehr weit oben auf der Agenda der Forscher. Denn die optische Technik ist die am besten geeignete Methode, um große Datenmengen über längere Entfernungen zu übertragen – nicht nur für den Einsatz im Festnetz, sondern auch im drahtlosen Bereich.

»Auch unsere Forschungsarbeiten auf dem Gebiet von RoF werden grundlegend dazu beitragen, diese Konzepte in die Realität umzusetzen«, erklärt Demeester. Weil das verfügbare Spektrum der mobilen Kommunikation und deren spektrale Effizienz die Grenzen ihrer Skalierbarkeit erreichen, sei die Einrichtung immer kleinerer Funkzellen der Schlüssel zur weiteren Erhöhung der Bitraten in der drahtlosen Kommunikation. Dazu seien besonders kosteneffiziente Technologien wie RoF gefordert.

Prof. Piet Demeester, Universität Gent und Leiter des IDLab: »Im Bereich der Datenzentren sind unsere Demonstratoren in Bezug auf die erzielten breitbandigen Datenraten den Ethernet Alliance Standards um fünf bis zehn Jahre voraus. Dasselbe gilt für unsere Forschungsarbeiten an PON-Netzwerken, bei denen wir derzeit die fünffache Bitrate gegenüber den heutigen kommerziellen Systemen erreichen.«