Neuer Weltrekord: Drahtlose Datenübertragung mit 100 Gbit/s

Hochfrequenz-Chip
© Foto Fraunhofer IAF

Der Hochfrequenz-Chip ist nur 4 x 1.5 mm2 groß, da elektronische Bauteile mit der Frequenz bzw. Wellenlänge skalieren.

In ihrem Rekordversuch haben Wissenschaftler Daten mit einer Geschwindigkeit von 100 Gbit/s bei einer Frequenz von 237,5 GHz über eine Entfernung von 20 Metern im Labor übertragen. Bereits im Mai gelang es 40 Gbit/s bei 240 GHz zu übertragen und eine Entfernung von einem Kilometer per Funk zu überbrücken. Nun nutzten die Wissenschaftler ein photonisches Verfahren zur Erzeugung der Funksignale am Sender.

Forschern des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik IAF und des Karlsruher Instituts für Technologie KIT hatten bereits im Mai einen Weltrekord erzielt: mit einem rein elektronischen System war den Wissenschaftlern die erfolgreiche Langstreckendemonstration einer Datenrate von 40 Gbit/s im Labor und eine Übertragung von Hochhaus zu Hochhaus in der Karlsruher Innenstadt über einen Kilometer Entfernung gelungen. Damit knüpften sie erstmals nahtlos an die Kapazität von Glasfaser an.

Nun nutzten Wissenschaftler am Karlsruher Institut für Technologie KIT ein photonisches Verfahren zur Erzeugung der Funksignale am Sender. In ihrem Rekordversuch haben die Forscher Daten mit einer Geschwindigkeit von 100 Gbit/s bei einer Frequenz von 237,5 GHz über eine Entfernung von 20 Metern im Labor übertragen. Für den Empfang der Funksignale ist man weiter auf elektronische Schaltungen angewiesen. In dem Experiment kam ein Halbleiter-Chip zum Einsatz, der am Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF im Rahmen des Projekts »Millilink« hergestellt wurde.

»Im Projekt stand die nahtlose Einbindung einer breitbandigen Richtfunkstrecke in faseroptische Systeme im Mittelpunkt«, erklärt Prof. Ingmar Kallfass. Er koordinierte das Projekt »Millilink« im Rahmen einer Shared-Professorship getragen vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF sowie dem KIT und forscht seit Anfang 2013 an der Universität Stuttgart. »Besonders für den ländlichen Raum bietet diese Technologie eine kostengünstige und flexible Alternative zu Glasfasernetzen, deren Ausbau dort oft nicht ökonomisch ist«. Darüber hinaus sieht Kallfass auch Anwendungen für zu Hause: »Mit einer Datenrate von 100 Gigabit pro Sekunde könnte man in nur zwei Sekunden den gesamten Inhalt einer Blue-ray Disc oder von fünf DVDs per Funk zwischen zwei Geräten übertragen«.

In der aktuellen Ausgabe des Magazins nature photonics stellen die Forscher des KIT das Verfahren vor, das eine drahtlose Weltrekord-Datenübertragung mit einer Geschwindigkeit von 100 Gbit/s ermöglicht (http://dx.doi.org/10.1038/nphoton.2013.275).

Das Projekt »Millilink« (März 2010 bis Mai 2013) wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF im Rahmen der Fördermaßnahme »Breitband-Zugangsnetze der nächsten Generation« mit insgesamt zwei Millionen Euro unterstützt. Neben den beiden Forschungseinrichtungen Fraunhofer IAF und KIT waren an dem Projekt die Industriepartner Siemens AG, Kathrein KG und Radiometer Physics GmbH beteiligt. Ziel des Projekts war die Einbindung von drahtlosen Links bzw. Funkstrecken in breitbandige optische Kommunikationsnetze, um insbesondere den ländlichen Raum mit schnellem Internetzugang zu versorgen. Weitere mögliche Anwendungen sind Indoor Wireless Local Area Networks (WLAN), Wireless Personal Area Networks (WPAN), sowie die Intra-Maschinen- und Board-to-Board-Kommunikation.

Das aktuelle Experiment erweitert das ursprünglich rein elektronische »Millilink«-Systemkonzept durch einen photonischen Sender. Die Arbeiten werden am KIT im Rahmen der Helmholtz International Research School of Teratronics (HIRST) weitergeführt, einer Graduiertenschule, die sich insbesondere mit der Fusion photonischer und elektronischer Verfahren zur Signalverarbeitung bei höchsten Frequenzen befasst.