Weltrekord: Karlsruher Forscher übertragen 26 Terabit/s per Laserstrahl

Dazu nutzen sie ein neu entwickeltes Dekodierverfahren. Es kombiniert optische und elektrische Berechnungsprozesse. Das Verfahren soll zugleich sehr energieeffizient sein.

von Björn Greif und Lutz Pößneck am 23. Mai 2011 , 16:06 Uhr

Wissenschaftlern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben einen Rekord in der Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung aufgestellt. Ihnen ist es gelungen, kodierte Daten mit 26 Terabit pro Sekunde (TBit/s) auf einem Laserstrahl 50 Kilometer weit zu übertragen und wieder zu dekodieren. Nach Angaben des KIT ist dies die größte Datenmenge, die bislang auf einem Laserstrahl transportiert wurde.

Team um Prof. Leuthold (ganz rechts): Prof. Christian Koos, Prof. Wolfgang Freude, René Schmogrow, David Hillerkuß (von links nach rechts, Bild: Gabi Zachmann).

Die KIT-Wissenschaftler um Professor Jürg Leuthold schlagen mit dem Experiment ihren eigenen Rekord aus dem Jahr 2010, in dem sie bereits die Grenze von 10 TBit/s durchbrochen haben – das entspricht einer Datenrate von 10.000 Milliarden Bit pro Sekunde. Der Erfolg gelang der Gruppe dank eines von ihr entwickelten Verfahrens zur Datendekodierung.

Das neue Dekodierverfahren beruht darauf, dass zu Beginn bei höchsten Datenraten zunächst rein optisch gerechnet wird, um die große Datenrate auf kleinere Bitraten hinunter zu brechen, die anschließend elektrisch weiterprozessiert werden können. Die optische Reduzierung der Bitraten ist notwendig, da es bei einer Datenrate von 26 TBit/s keine elektronischen Verarbeitungsprozesse gibt. Für die Rekord-Datenkodierung verwendet das Team das Orthogonale Frequenz-Division Multiplexing (OFDM). Dieses Verfahren wird seit Jahren in der Mobilkommunikation eingesetzt und greift auf mathematische Routinen (Fast Fourier Transformation) zurück.

„Die Kunst bestand darin, das Verfahren nicht nur tausendmal, sondern fast eine Million Mal schneller zu machen“, erklärt Leuthold, der die Institute für Photonik und Quantenelektronik sowie Mikrostrukturtechnik am KIT leitet. „Die bahnbrechende Idee war letztendlich die optische Umsetzung der mathematischen Routine.“ Dabei habe sich gezeigt, dass das Rechnen im optischen Bereich nicht nur schnell, sondern auch energieeffizient sei, da Energie nur für den Laser und für wenige Prozessschritte benötigt werde.

„Unser Ergebnis führt vor Augen, dass selbst bei extrem hohen Datenraten noch keine physikalischen Grenzen überschritten sind“, sagte Leuthold mit Blick auf das stetig wachsende Datenaufkommen im Internet. Die Übertragung von 26 TBit/s zeige, dass selbst hohe Datengeschwindigkeiten heute handhabbar seien – und das bei sparsamem Umgang mit der wertvollen Ressource Energie.

Datenraten von 26 TBit/s galten noch bis vor wenigen Jahren selbst für Systeme mit vielen Lasern als utopisch. „Man hätte auch gar keine Anwendungen dafür gehabt“, so Leuthold. „Mit 26 TBit/s hätte man bis zu 400 Millionen Telefongespräche gleichzeitig übertragen können. Niemand hätte das damals benötigt.“

Heute sei das anders. Videoübertragungen dominierten das Internet, verlangten extrem hohe Bitraten und der Bedarf wachse ständig. In den Kommunikationsnetzen würden heute erste Strecken mit Kanaldatenraten von 100 GBit/s (entspricht 0,1 TBit/s) in Betrieb genommen. Die Forschung konzentriere sich nun darauf, Systeme für Übertragungsstrecken mit 400 GBit/s bis zu 1 TBit/s zu entwickeln.

Bei der experimentellen Umsetzung der ultraschnellen Datenübertragung am KIT haben Unternehmen und Forscher aus ganz Europa mitgewirkt. So waren Mitarbeiter von Agilent und Micram Deutschland, Time-Bandwidth Schweiz, Finisar Israel und der Universität Southampton in Großbritannien beteiligt. Die Fachzeitschrift Nature Photonics berichtet in ihrer neuesten Ausgabe über den Forschungserfolg (DOI: 10.1038/NPHOTON.2011.74).