Das neue Verfahren hat das Potenzial, die Kosten der Glasfaserkommunikation über große Entfernungen zu senken, da die Signale auf ihrem Weg nicht mehr elektronisch verstärkt werden müssten. Dies ist besonders wichtig, wenn die Kabel unterirdisch oder auf dem Meeresboden verlegt sind.
Da das Verfahren übertragene Daten korrigieren kann, falls diese während der Übertragung beschädigt oder verzerrt werden, trägt es auch zur Erhöhung der nutzbaren Kapazität der Glasfasern bei. Dies geschieht direkt am Ende der Verbindung, beim Empfänger, ohne dass neue Komponenten in die Verbindung selbst integriert werden müssen. Die Kapazitätserhöhung auf diese Weise ist wichtig, da Glasfasern 99 % aller Daten übertragen und der Bedarf mit zunehmender Internetnutzung steigt. Dieser Bedarf kann mit der aktuellen Kapazität der Glasfasern nicht gedeckt werden, und der Austausch von Empfängern ist deutlich kostengünstiger und einfacher als die Umverlegung der Kabel.
Um dieser gestiegenen Nachfrage gerecht zu werden, werden über die bestehende Glasfaserinfrastruktur vermehrt Informationen mit unterschiedlichen Lichtfrequenzen übertragen, wodurch Datensignale entstehen. Die große Anzahl gesendeter Lichtsignale kann miteinander interagieren und sich verzerren, was zu Fehlern in den empfangenen Daten führt.
Die in Scientific Reports veröffentlichte und vom EPSRC geförderte Studie beschreibt eine neue Methode zur Verbesserung der Übertragungsdistanz, indem Wechselwirkungen zwischen verschiedenen optischen Kanälen reduziert werden, die nebeneinander über ein optisches Kabel übertragen werden.
Eine der größten globalen Herausforderungen, vor denen wir stehen, ist die Aufrechterhaltung der Kommunikation angesichts der rasant steigenden Nachfrage nach dem Internet – die Überwindung der Kapazitätsgrenzen von Glasfaserkabeln ist ein wichtiger Teil der Lösung für dieses Problem.
Professor Polina Bayvel
Der Studienautor, Dr. Robert Maher (UCL Electronic & Electrical Engineering), erklärte: „Durch die Eliminierung von Wechselwirkungen zwischen optischen Kanälen können wir die Reichweite fehlerfrei übertragbarer Signale verdoppeln – von 3.190 Kilometern auf 5.890 Kilometer. Dies ist die größte bisher für diese Systemarchitektur erzielte Steigerung. Die Herausforderung besteht darin, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem sich mehrere optische Kanäle, sogenannte Superkanäle, gleichzeitig mit einem einzigen Empfänger erfassen lassen. Dadurch können wir Verzerrungen eliminieren, indem wir die Datenkanäle gleichzeitig über einen virtuellen digitalen Pfad zurücksenden.“.
Die Forscher nutzten einen 16QAM-Superkanal, der aus einer Reihe von Frequenzen besteht, die mittels Amplitude, Phase und Frequenz codiert werden können, um ein optisches Signal mit hoher Kapazität zu erzeugen. Der Superkanal wurde anschließend mit einem Hochgeschwindigkeits-Superempfänger und neuartigen, vom Team entwickelten Signalverarbeitungsverfahren detektiert, wodurch der gleichzeitige und fehlerfreie Empfang aller Kanäle ermöglicht wurde. Die Forscher werden ihre neue Methode an dichteren Superkanälen testen, wie sie üblicherweise im digitalen Kabelfernsehen (64QAM), bei Kabelmodems (256QAM) und Ethernet-Verbindungen (1024QAM) verwendet werden.
