Ein Forschungsteam des Netzwerkforschungsinstituts des japanischen Nationalen Instituts für Informations- und Kommunikationstechnologie (NICT) hat einen neuen Weltrekord für Bandbreite von 1,53 Pbit/s auf einer Glasfaser mit Standarddurchmesser erzielt. Das bedeutet, dass der gesamte globale Internetverkehr in diese Glasfaser passen würde.
Ein ähnlicher Durchbruch wurde vor zwei Wochen erzielt: Mit einem einzelnen Laser und einem einzelnen optischen Chip wurde eine Bandbreite von 1,84 Pbit/s erreicht – ein Wert, der höher ist als der von ICTs. Allerdings befindet sich diese Technologie noch im experimentellen Stadium. Photonische Chips sind noch in der Entwicklungsphase; daher könnte diese ICT-Forschung früher umgesetzt werden.
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Multiplexing-Technologie: Erreichen einer Rekordbandbreite von 1,53 Pbit/s
Die Forscher erreichten eine Bandbreite von etwa 1,53 Pbit/s, indem sie die Informationen über 55 verschiedene optische Frequenzen kodierten (ein Verfahren namens Multiplexing). Diese Bandbreite reicht aus, um den gesamten weltweiten Internetverkehr (geschätzt auf weniger als 1 Pbit/s) über ein einziges Glasfaserkabel zu übertragen – eine Million Mal effizienter als die Gigabit-Verbindung, die der Durchschnittsnutzer (im besten Fall) besitzt.
Die Technologie nutzt verschiedene Lichtfrequenzen des gesamten Spektrums. Da jede „Farbe“ im Spektrum (sichtbar und unsichtbar) im Gegensatz zu allen anderen Frequenzen ihre eigene Frequenz besitzt, kann sie einen unabhängigen Informationsstrom übertragen. Die Forscher erreichten eine spektrale Effizienz von 332 Bit/s/Hz (Bits pro Sekunde pro Hertz), das Dreifache ihres bisherigen Bestwerts aus dem Jahr 2019 mit 105 Bit/s/Hz.
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Experimenteller Aufbau: Informationsübertragung im C-Band bei 184 verschiedenen Wellenlängen
Den Forschern gelang die erfolgreiche Übertragung von C-Band-Informationen über 184 verschiedene Wellenlängen: Diese unabhängigen, sich nicht überlappenden Frequenzen werden genutzt, um Informationen gleichzeitig in einem Glasfaserkabel zu übertragen. Das Licht wird moduliert, um 55 separate Datenströme (Muster) zu übertragen, bevor es durch das Glasfaserkabel gesendet wird. Nach der Modulation benötigt es (wie die meisten derzeit eingesetzten Glasfaserkabel) einen Glasfaserkern zur Datenübertragung. Während die Daten (über 184 Wellenlängen und 55 Moden) gesendet werden, dekodiert der Empfänger die verschiedenen Wellenlängen und Moden, um die Daten zu erfassen. Im Experiment betrug die Entfernung zwischen Sender und Empfänger konstant 25,9 km.
① Optische Kammquelle: In einer optischen Kammquelle werden 184 Träger erzeugt. ② Signalmodulation: Der Träger wird mit 16-QAM-Signalen und gemultiplexter Polarisation moduliert. ③ Parallele Signalerzeugung: Die Signale für jeden Modus werden aufgeteilt und Laufzeitverzögerungen angewendet, um unabhängige Datenströme zu simulieren. ④ Modenmultiplexer: Jedes Signal wird in einen anderen Raummodus umgewandelt und an eine 55-Moden-Faser gesendet. ⑤ 55-Moden-Faser: Das Signal breitet sich in einer 25,9 Kilometer langen 55-Moden-Faser aus. ⑥ Modendemultiplexer: Am Empfänger wird das Signal in die einzelnen Raummodi zerlegt und in den Grundmodus umgewandelt. ⑦ Hochgeschwindigkeits-Parallelempfänger: Das modendemultiplexte Signal wird mittels eines Filters wellenlängendemultiplext und von einem parallelen Kohärenzempfänger in ein elektrisches Signal umgewandelt. ⑧ Offline-Signalverarbeitung: MIMO-Verarbeitung zur Eliminierung von Signalinterferenzen während der Faserausbreitung.
Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass die Datenrate zwar am langwelligen Ende des C-Bandes (um 1565 nm) leicht abfällt, in anderen Wellenlängenbereichen jedoch eine stabile und nahezu gleichmäßige Datenrate erreicht wird, die nach Fehlerkorrektur insgesamt 1,53 Pbit/s beträgt.
Veröffentlichungsdatum: 18. November 2022
