Glasfaser überwindet die 10-Billionen-Bit-Barriere

Französische und japanische Ingenieure haben mehr als 10 Billionen Bits pro Sekunde durch einzelne Glasfasern gequetscht. Diese Aufnahmekapazität entspricht etwa 150 Millionen gleichzeitigen Telefongesprächen.

Gibt es menschliche Hybriden?

Konzerne des französischen Telekommunikationsriesen Alcatel und des japanischen Herstellers NEC erzielten die Rekordergebnisse getrennt voneinander und gaben diese am 22. März auf der Optical Fiber Communications Conference in Anaheim, CA, bekannt.

Entwickler berichten traditionell von rekordverdächtigen Heldenexperimenten auf der jährlichen Show. Typischerweise hinkt die maximale Kapazität kommerzieller Systeme dem Rekordtempo nur um wenige Jahre hinterher. Am 13. März gab die deutsche Siemens AG bekannt, dass sie während eines einmonatigen Versuchs, der einen Rekord außerhalb des Labors darstellte, 3,2 Billionen Bits pro Sekunde durch Teile des Glasfasernetzes von WorldCom im Raum Dallas übertragen hatte.



Teile und erobere

Um Rekorde bei der Datenübertragungsgeschwindigkeit aufzustellen, müssen Ingenieure Signale so effizient wie möglich in eine Glasfaser packen. Dazu quetschen sie viele einzelne Sendesignale in das zur Verfügung stehende optische Spektrum, so wie Radio- oder Fernsehsender in den Rundfunkbändern zusammengepackt werden. Die Gesamtkapazität hängt sowohl von der Anzahl der einzelnen Kanäle als auch von der Geschwindigkeit ab, mit der jeder Kanal überträgt.

Optische Systeme übertragen jeden Kanal bei einer separaten Wellenlänge, wobei eine Technik verwendet wird, die als Wellenlängen-Multiplexing bezeichnet wird. Alle Kanäle müssen in einen Bereich passen, der durch die Signaldämpfung innerhalb der Faser und durch die optischen Verstärker, die zum Überbrücken großer Entfernungen benötigt werden, begrenzt ist. Das Verringern des Abstands zwischen den Kanälen erhöht die Anzahl, die Daten übertragen kann, erhöht aber auch das Risiko von Störungen zwischen benachbarten Kanälen.

erstes Bild eines Schwarzen Lochs

Die französische und die japanische Gruppe haben unterschiedliche Bilanzen gezogen, um die 10-Billionen-Bit-Barriere zu knacken. Beide Teams verwendeten einzelne Kanäle, die mit 40 Milliarden Bits pro Sekunde übertragen wurden, die gleiche Datenrate, die in der WorldCom-Demonstration verwendet wurde. Alcatel konzentrierte sich jedoch darauf, Signale im begrenzten Wellenlängenbereich der erbiumdotierten Faserverstärker, die für die Übertragung über große Entfernungen benötigt werden, eng zu packen. NEC hat stattdessen einen neuen Verstärkertyp hinzugefügt, um den verfügbaren Wellenlängenbereich zu erweitern.

Alcatel packt ‘Em In’ ein

Sebastien Bigo von Alcatel Research and Innovation in Marcoussis, Frankreich, und 14 weitere Alcatel-Ingenieure arbeiteten in den konventionellen und langwelligen Bändern von Standard-Erbium-dotierten Faserverstärkern. Sie beabstandeten Kanäle in abwechselnden Abständen von 50 und 75 Gigahertz, was Wellenlängenverschiebungen von etwa 0,4 und 0,6 Nanometer im 1550-Nanometer-Bereich von Erbium-Verstärkern entspricht. Der ungleichmäßige Abstand ermöglichte es ihnen, spezielle optische Filter hinzuzufügen, die einen Teil jedes Kanals abrasierten, damit benachbarte Kanäle sich nicht gegenseitig störten. Das packte 32 Kanäle in jeden von zwei Erbium-Faserverstärkern, die in unterschiedlichen Wellenlängenbändern arbeiten.

Das Alcatel-Team verdoppelte dann die Übertragungskapazität, indem es einen Satz von Signalen in einer Polarisation und einen zweiten Satz in der entgegengesetzten Polarisation sendete, wodurch die Gesamtzahl der Kanäle auf 256 und die Gesamtgeschwindigkeit auf 10,2 Billionen Bits pro Sekunde erhöht wurden. Sie zeigten, dass das Signal 100 Kilometer Glasfaser durchlaufen kann.

NEC-Stecker in einen Verstärker

Kiyoshi Fukuchi von NEC Computer and Communication Media Research in Kawasaki, Japan, und sieben NEC-Mitarbeiter fügten einen dritten Verstärker hinzu, der bei etwas kürzeren Wellenlängen arbeitete, und dehnte die beiden Erbium-Faserbänder. Dieser neue Verstärker, der auf optischen Fasern basiert, die mit dem Seltenerd-Thulium anstelle von Erbium dotiert sind, gab ihnen einen viel größeren Wellenlängenbereich als die Alcatel-Gruppe.

NEC-Forscher nutzten dieses breitere Spektrum, um die Kanäle weniger dicht zu packen. Anstatt Signale unterschiedlicher Polarität bei derselben Wellenlänge zu überlagern, wurden die Wellenlängen versetzt. In dieser Anordnung betrug jeder Kanal 50 Gigahertz von zwei Kanälen mit unterschiedlicher Polarisation und 100 Gigahertz von identisch polarisierten Kanälen, wodurch Interferenzen minimiert wurden. Mit diesem Ansatz überträgt NEC insgesamt 273 Kanäle mit jeweils 40 Gigahertz und stellt damit einen Rekord von 10,9 Billionen Bits pro Sekunde über 117 Kilometer Glasfaser auf.

Beide Systeme liegen deutlich über den schnellsten kommerziellen Systemen, die bis zu 160 Kanäle mit jeweils 10 Milliarden Bit übertragen. Telefongesellschaften müssen noch Sender in all diesen Steckplätzen installieren, und die meisten Systeme arbeiten mit viel geringeren Geschwindigkeiten.

Seit mehr als zwei Jahrzehnten halten sich die Geschwindigkeitsrekorde von Glasfaser-Langstrecken ungefähr mit dem Mooreschen Gesetz (der Verdoppelung der Anzahl der auf einem Chip gepackten Transistoren alle 18 Monate). Dieses stetige Wachstum der Glasfaserkapazität hat die Preise für Ferngespräche gesenkt und eine Reihe von Informationspipelines geöffnet, die den Internetverkehr übertragen.

Ursprung des Asteroidengürtels

Dennoch lässt das unaufhaltsame Wachstum des Internetverkehrs noch größere Glasfaser-Pipelines sehr attraktiv erscheinen.

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