Imec: Radio-over-Fiber 5G beflügelt die optische Übertragung

Die Opto-Antenne, die die Forscher vom IDLab entwickelt haben, ist direkt mit einem Lichtwellenleiter verbunden und benötigt keinen (elektrischen) Verstärker mehr, um ein HF-Signal zu erzeugen.
Die Opto-Antenne, die die Forscher vom IDLab entwickelt haben, ist direkt mit einem Lichtwellenleiter verbunden und benötigt keinen (elektrischen) Verstärker mehr, um ein HF-Signal zu erzeugen.

Nicht nur Datenzentren setzten auf Licht: Auch 5G kann nur über optische Technik die geforderten Datenraten erreichen. Das IDLab hat bereits LWL-Komponenten dafür entwickelt.

Cloud Computing ist aus der IT-Welt nicht mehr wegzudenken und sorgt für wachsenden Bedarf an breitbandiger High-Speed-Konnektivität. Analysten prognostizieren, dass sich der globale mobile Datenverkehr bis 2021 versiebenfacht.

Deshalb arbeitet die Forschungs-Community verstärkt daran, optische Kommunikationssysteme weiter zu entwickeln. Denn nur das Transportmedium Licht kann die riesigen Datenmengen von einem Ort zum anderen übermitteln.

Als Lichtleiter für die zu übertragenden Daten nutzen optische Kommunikationssysteme flexible transparente Fasern aus Glas oder Kunststoff, mit Durchmessern in der Größenordnung der Dicke eines menschlichen Haares. Im Vergleich zu traditionellen Kupferkabeln übertragen sie die Datenmengen sehr viel schneller über größere Entfernungen.  

Auf der ECOC (European Conference on Optical Communication) im September 2017 meldeten japanische Forscher einen grundlegenden Fortschritt in Bezug auf den Datendurchsatz, der sich mit einer einzigen optischen Faser bewältigen lässt: Sie erreichten Übertragungsgeschwindigkeiten von 10 Petabit (10 Millionen Gigabit) pro Sekunde. Das ist eine wesentliche Errungenschaft, die den Aufbau und den Betrieb von interkontinentalen faseroptischen Kommunikationsnetzen revolutionieren wird.

Die immer leistungsfähigeren optischen Kommunikationssystemen erfordern aber auch schnellere und effizientere optische Transmitter und Empfänger als bisher an beiden Enden des Übertragungswegs. Genau das ist der Ansatz und die Stärke des IDLab, einer Forschergruppe von Imec, die an der belgischen Universität Gent angesiedelt ist.

Die Forschungen des IDLab im Bereich der Kommunikation über Lichtwellenleiter zielen auf die Verbesserung der Performance in vier Bereichen:

•    Datenzentrum Interconnect über Kurzstrecken: der Einsatz von Lichtleitern zur Verbindung der Server eines Datenzentrums mit einem Ethernet Switch, um so auf Netzwerk-Ressourcen zugreifen zu können und die Server-zu-Server-Kommunikation zu ermöglichen.

•    Passive optische Netzwerke (PON): Netzwerk-Architekturen, in denen eine einzige optische Faser mehrere Endstellen (Wohnungen und Büros) in die High-Speed Konnektivität einbinden.

•    Kohärente Weitverkehrs-Technologie: Fernübertragung sehr großer Datenmengen per Lichtwellenleiter – unter Einsatz der Amplituden- und Phasenmodulation sowie der Übertragung mit zwei unterschiedlichen Polarisationen.

•    Radio-over-Fiber für 5G (und darüber hinaus): Weil 5G-Netze die Einrichtung einer Vielzahl von kleinen Zellen bedingen, erlaubt Radio-over-Fiber (Funkübertragung per Lichtleiter) die optische Verteilung von Mobilfunksignalen an diese Zellen mit hohen Frequenzen und ihre Umsetzung aus dem optischen in den elektrischen Domain. Das erübrigt die Auf/Abwärts-Frequenzumsetzung innerhalb der Zelle und führt zu weniger komplexen und weitaus kosteneffizienteren Implementierungen.

2017 haben Forscherteams des IDLab signifikant zur Entwicklung dieser Technologien in Richtung höherer Datenraten beigetragen. »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«, sagt Piet Demeester, Professor im Fachbereich Engineering and Architecture der Universität Gent und Leiter des IDLab.