Optische Datenübertragung Weltrekord: 22,9 Petabit pro Sekunde über eine Glasfaser

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Forschern ist es gelungen, die Übertragungskapazität von Glasfasern auf 22,9 Petabit pro Sekunde zu verdoppeln – ein neuer Weltrekord!

Forscher des japanischen National Institute of Information and Communications Technology (NICT) haben in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Eindhoven und der Universität L'Aquila eine rekordverdächtige Datenrate von 22,9 Petabit pro Sekunde (Pb/s) mit nur einer einzigen Glasfaser erreicht, was mehr als das Doppelte des bisherigen Weltrekords von 10,66 Pb/s ist.

Den Forschern gelang es dabei, die neuesten Forschungstechnologien wie Space Division Multiplexing (SDM) im großen Maßstab und Wavelength Division Multiplexing (WDM) in mehreren Bändern zu kombinieren, um einen Weg zu künftigen optischen Kommunikationsnetzen mit extrem hoher Kapazität aufzuzeigen.

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Die Ergebnisse dieses Experiments wurden als Vortrag auf der 49. Europäischen Konferenz für Optische Kommunikation (ECOC 2023) angenommen und von Ben Puttnam am Donnerstag, den 5. Oktober 2023, vorgestellt.

Optische Glasfaserkommunikation mit hoher Datenrate

Um den ständig steigenden Anforderungen des Datenverkehrs gerecht zu werden, wurden Multiplexing-Technologien mit Raum- und Wellenlängennutzung für die optische Glasfaserkommunikation mit hoher Datenrate untersucht. Erstere nutzt fortschrittliche Glasfasern mit mehreren optischen Pfaden (Kanälen) innerhalb eines gemeinsamen Mantels, während letztere die Gesamtübertragungskapazität durch Erhöhung der Übertragungsbandbreite erhöht, um viele unabhängige WDM-Datenkanäle (Wavelength Division Multiplexed) unterzubringen.

Multicore- und Multimode-Faser-Übertragungstechnologien sowie Multiband-WDM kombiniert

Bis heute hat NICT Space Division Multiplexing (SDM) mit über 100 räumlichen Kanälen durch die Kombination von Multicore-Faser (MCF) und Multimode-Faser-Übertragungstechnologien sowie Multiband-WDM mit einer Gesamtbandbreite von 20 THz unter Verwendung des S-, C- und L-Bandes realisiert (Tabelle 1). Mit Ausnahme von sehr kurzen Entfernungen (1 km) wurde die kombinierte Nutzung von Multiband-WDM und SDM jedoch nur für ungekoppelte Vier-Kern-MCFs demonstriert. Für die Kombination von Multiband-WDM und SDM mit Fasern mit großer räumlicher Kanalzahl (z. B. 114 Kanäle mit einer 38-adrigen 3-Mode-Faser) ist ein multibandfähiger MIMO-Empfänger erforderlich.

Erstmals erfolgreich Multiband-WDM und Multi-Core-SDM kombiniert

NICT demonstrierte die Möglichkeit der Datenübertragung über Glasfaser mit 22,9 Pb/s, was mehr als das Doppelte des bisherigen Rekords von 10,66 Pb/s ist. Mit Hilfe eines Multiband-kompatiblen MIMO-Empfängers haben die Forscher erstmals erfolgreich Multiband-WDM und Multi-Core-SDM kombiniert. Die Details des experimentellen Systems sind in Bild 5 im Anhang dargestellt. Es wurden 293 Wellenlängenkanäle im S-Band und 457 in den C- und L-Bändern verwendet, was insgesamt 750 WDM-Kanäle ergibt, die eine Frequenzbandbreite von 18,8 THz abdecken. Für die Signalmodulation wurde das Polarisationsmultiplexverfahren 256 QAM verwendet. Wie aus Tabelle 1 und Bild 2 hervorgeht, erhöhte sich die Anzahl der räumlichen Kanäle bei der Multiband-WDM-Übertragungsdemonstration um den Faktor 28,5.

Bis zu 24,7 Pb/s sind möglich

Die gemessene Übertragungskapazität für jeden Kern reichte von etwa 0,3 bis 0,7 Pb/s, was zu einer Gesamtübertragungskapazität von 22,9 Pb/s führte. Die erreichte Datenrate beinhaltet einen Overhead für einen implementierten Vorwärtsfehlerkorrekturcode, wobei die Demonstration zeigt, dass mit einer besser optimierten Kodierung bis zu 24,7 Pb/s erreicht werden können. Das ist mehr als das 1.000-fache der Datenrate der derzeit eingesetzten Glasfaserkommunikationssysteme.

Während sich die ungekoppelte Vierkern-MCF für eine frühzeitige Anpassung eignet, wird in Zukunft eine weitere Verbesserung der Telekommunikationsinfrastruktur unter Verwendung von Glasfasern mit extrem hoher Kapazität erforderlich sein, da der Datenverkehr voraussichtlich um drei Größenordnungen (das 1.000-fache) zunehmen wird. Diese Studie demonstriert die erste erfolgreiche Kombination von Multiband-WDM und SDM unter Verwendung einer Multicore-Multimode-Faser, die für die Realisierung zukünftiger Glasfaser-Kommunikationsnetze mit sehr großer Kapazität von entscheidender Bedeutung ist.

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