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Optische Datenübertragung Standard-Multikernfaser überträgt 40,5 Petabit pro Sekunde

Von Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter 2 min Lesedauer

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Japanischen Forschern ist es gelungen, die Datenrate in optischen Fasern auf über 40 Petabit pro Sekunde zu steigern. Dabei spielt der Standard-Manteldurchmesser von 125 µm eine wichtige Rolle. Nur so ist die Kompatibilität mit bestehenden Fertigungsprozessen und Verbindungstechniken garantiert.

Immer mehr Daten müssen moduliert auf Lichtwellen durch das globale Glasfasernetz geschleust werden. Japanische Forscher reizen die Physik der Leitung nun weiter aus.(Bild: frei lizenziert / Pixabay)
Immer mehr Daten müssen moduliert auf Lichtwellen durch das globale Glasfasernetz geschleust werden. Japanische Forscher reizen die Physik der Leitung nun weiter aus.
(Bild: frei lizenziert / Pixabay)

Das National Institute of Information and Communications Technology (NICT) in Japan hat erneut die Messlatte für die spektrale Effizienz in der optischen Datenübertragung höher gelegt. Einem Forscherteam gelang die Übertragung von 40,5 Pbit/s über eine Distanz von 50 km.

Der entscheidende technische Aspekt dies Rekords liegt nicht allein in der absoluten Datenrate, sondern in der Kombination aus extremer spektraler Ausnutzung und einer industriekompatiblen Fasergeometrie. Die Forscher nutzten eine Multikernfaser (MCF) mit vier Kernen, behielten jedoch den Standard-Manteldurchmesser von 125 µm bei.

Massive Spektralerweiterung und Modulation

Prinzipaufbau des Übertragungssystems. Das Schema zeigt die Multiplexierung der S-, C- und L-Band-Signale auf die vier Kerne der MCF sowie die notwendige breitbandige Verstärkung und abschließende MIMO-DSP-Verarbeitung im Empfänger.(Bild: NICT)
Prinzipaufbau des Übertragungssystems. Das Schema zeigt die Multiplexierung der S-, C- und L-Band-Signale auf die vier Kerne der MCF sowie die notwendige breitbandige Verstärkung und abschließende MIMO-DSP-Verarbeitung im Empfänger.
(Bild: NICT)

Um die Kapazität in einer Standard-Durchmesser-Faser zu erreichen, mussten die Ingenieure das genutzte optische Spektrum weit über das übliche C- und L-Band hinaus erweitern. Die Übertragung erfolgte über eine kombinierte Bandbreite von rund 20 THz, verteilt auf das S-, C- und L-Band.

Technisch anspruchsvoll ist dabei vor allem die unterschiedliche Dämpfungs- und Dispersionscharakteristik der Bänder. Um die notwendige spektrale Effizienz zu erreichen, setzte das NICT auf hoch entwickelte Modulationsverfahren. Zum Einsatz kamen Signale mit probabilistischer Konstellationsformung (Probabilistic Constellation Shaping, PCS) hoher Ordnung, typischerweise im Bereich von 64 QAM bis 256 QAM, adaptiert an den jeweiligen Signal-Rausch-Abstand (SNR) der unterschiedlichen Spektralbereiche.

Photonische Schaltkreise

Die Beibehaltung des 125-µm-Standards bei vier Kernen erhöht das Übersprechen zwischen den Kernen. Die Kompensation des Übersprechens erfordert komplexe MIMO-Algorithmen (Multiple-Input Multiple-Output) im digitalen Signalprozessor (DSP) auf der Empfängerseite.

Für Hardware-Entwickler aus der optischen Kommunikationstechnik zeigt das Ergebnis zwei Trends: Erstens den vermehrten Einsatz von breitbandigen optischen Verstärkern (z.B. dotierte Faserverstärker für S-Band zusätzlich zu EDFA), die über das heute übliche C+L-Fenster hinausgehen.

Zweitens den steigenden Bedarf an sehr leistungsfähigen DSPs, die sowohl die chromatische Dispersion über eine Bandbreite von 20 THz als auch das Inter-Core-Crosstalk in Echtzeit bewältigen können. Das Experiment zeigt, dass eine Skalierung der Faserkapazität möglich ist, ohne die etablierte Infrastruktur für Spleißen und Verbindungstechnik grundlegend ändern zu müssen. (heh)

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