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Dec 15, 2023

1,53 Petabit pro Sekunde Übertragung im Jahr 55

10. November 2022 vom National Institute of Information and Communications Technology (NICT) Die weltweit erste 55-Mode-Übertragung mit einer Rekorddatenrate von 1,53 Petabits pro Sekunde in jedem Standard

10. November 2022

vom National Institute of Information and Communications Technology (NICT)

Es wurde die weltweit erste 55-Moden-Übertragung mit einer Rekorddatenrate von 1,53 Petabits pro Sekunde in einer Glasfaser mit Standardmanteldurchmesser demonstriert. Diese neuartige 55-Moden-Faser ermöglicht eine ultrahohe spektrale Effizienz mit hoher Datenrate, die nur unter Verwendung des gängigsten optischen Kommunikationsbands (C-) erreicht wird. Diese Demonstration zeigt das Potenzial der Multimode-Übertragung für zukünftige Backbone-Netzwerke mit hoher Kapazität

Eine Gruppe von Forschern des Network Research Institute des National Institute of Information and Communications Technology (NICT, Japan) unter der Leitung von Georg Rademacher in Zusammenarbeit mit Nokia Bell Labs (USA), Prysmian Group (Prysmian, Frankreich und Niederlande) und Der University of Queensland (Australien) gelang das weltweit erste Experiment zur Übertragung großer Kapazitäten mit Large-Mode-Multiplexing-Technologie unter Verwendung von 55 Modi.

Das Experiment meldet auch eine Datenrate von 1,53 Petabits pro Sekunde, ein Rekord für alle bisherigen Glasfasern mit Standardmanteldurchmesser (0,125 mm). 55 Modi wurden erfolgreich über das kommerziell genutzte Glasfaser-Übertragungsfenster (C-Band) gemultiplext, mit einer dramatischen Steigerung der spektralen Effizienz im Vergleich zu herkömmlichen Fasern und früherer Multimode-Übertragung. Durch die Kombination dieser Technologie mit der Multiband-Wellenlängenmultiplex-Technologie ist ein weiterer Ausbau der Übertragungskapazität zu erwarten.

Diese Demonstration ist ein wichtiger Schritt in der Reife der Multimode-Übertragungstechnologie mit hoher Modenzahl und der Entwicklung von Beyond 5G und der darauffolgenden Informations- und Kommunikationsinfrastrukturtechnologie.

In den letzten Jahren wurden Übertragungssysteme untersucht, die fortschrittliche optische Fasern mit demselben Manteldurchmesser wie Standard-Singlemode-Fasern verwenden, aber mehrere Ausbreitungswege unterstützen können. NICT konstruierte Übertragungssysteme unter Verwendung einer 4-adrigen Glasfaser mit Standardmanteldurchmesser und einer einadrigen 15-Moden-Glasfaser und führte mit beiden Fasern erfolgreiche Übertragungsexperimente mit 1 Petabit pro Sekunde durch.

Die Anzahl der Kerne in Mehrkernfasern mit Standardmanteldurchmesser ist durch Übersprechen zwischen den Kernen begrenzt, eine weitere Erhöhung der Anzahl räumlicher Kanäle in Lichtwellenleitern mit Standarddurchmesser ist jedoch immer noch möglich, indem der Kern einer Multimode-Faser vergrößert wird. Allerdings können die Ausbreitungseigenschaften für jeden Modus etwas variieren, was zu einer Verschlechterung der Signalqualität und einer Erhöhung der Komplexität der Signalverarbeitung führt. Daher erfordert die Erhöhung der Modenzahl präzise konstruierte Komponenten wie Multiplexer und Fasern sowie komplexe Verarbeitungstechniken, um die Signale nach der Modenmischung wiederherzustellen und eine Übertragung mit großer Kapazität über die bereits demonstrierten 15 Moden hinaus zu ermöglichen.

NICT hat ein Übertragungssystem aufgebaut, das die Single-Core-55-Mode-Glasfaser von Prysmian und einen Mode-Multiplexer/Demultiplexer verwendet, der von Nokia Bell Labs und der University of Queensland entwickelt und hergestellt wurde. Mit diesen Komponenten ist es der Gruppe gelungen, insgesamt 1,53 Petabits pro Sekunde über 25,9 km zu übertragen.

Um das 55-Moden-Signal auszuwerten, haben wir ein parallelisiertes Hochgeschwindigkeitsempfängersystem aufgebaut. Die 55 unabhängigen Signalströme könnten dann durch 110 x 110 MIMO-Verarbeitung getrennt werden, um die übertragenen Daten wiederherzustellen. Wir konnten erfolgreich polarisationsmultiplexte 16-QAM-Signale bei 184 Wellenlängen im C-Wellenlängenband empfangen. Im Vergleich zur vorherigen 15-Modus-Multiplexübertragung hat sich die spektrale Effizienz mit der Erhöhung der Anzahl der Modi um mehr als das Dreifache (332 Bit/s/Hz) verbessert.

Diese Demonstration zeigte, dass bei einer derart hohen spektralen Effizienz nur die Nutzung des C-Bandes erforderlich war, um mehr als 1,5 Pb/s zu übertragen, und dass daher mit einer weiteren Erweiterung durch die Einführung von Multiband-Wellenlängenmultiplex in der Zukunft zu rechnen ist.

Derzeit wird weltweit die Informations- und Kommunikationsgesellschaft Beyond 5G (6G) vorangetrieben. Da die Menge an Netzwerkgeräten und der Datenverkehr weiter zunimmt, muss auch die Untersuchung der Informations- und Kommunikationsinfrastrukturtechnologie für die Zeit nach 5G untersucht werden. Diese Errungenschaft ist ein wichtiger technologischer Schritt in Richtung dieses Ziels.

In Zukunft werden wir weitere Übertragungskapazitäten durch die Erweiterung des Frequenzbands sowie grundlegende Technologien erkunden, die für die Übertragung über große Entfernungen und den Netzwerkausbau erforderlich sind.

Die Ergebnisse dieses Experiments wurden als Post-Deadline-Paper-Präsentation auf der 48. European Conference on Optical Communication (ECOC 2022) angenommen und am Donnerstag, 22. September 2022, präsentiert.