Svjetski rekord - bežični prijenos podataka od 100 Gbit/s
Za proširenje kabelskih telekomunikacijskih mreža potrebne su velike investicije u gradskim i ruralnim područjima. Prijenos podataka putem radio veza bi mogao pomoći da se prijeđu rijeke, autoceste ili zaštićena prirodna područja na strateškim mjestima te da proširenje mreže bude ekonomski izvedivo. O najnovijem broju časopisa o prirodnim fotonima istraživači predstavljaju metodu bežičnog prijenosa podataka brzine od 100 Gbit/s koja je postavila svjetski rekord.
U njihovom eksperimentu 100 Gigabita podataka po sekundi je poslano na frekvenciji od 237.5 GHz preko 20 metara udaljenosti u laboratoriju. U prijašnjim terenskim eksperimentima u projektu „Milllilink“ kojeg je financirao BMBF, postignuto je 40 Gbit po sekundi i udaljenost prijenosa više od 1 km. Za svoj najnoviji svjetski rekord, znanstvenici su primijenili fotonsku metodu generiranja radio signala na odašiljaču. Nakon radio prijenosa korišteni su potpuno integrirani strujni krugovi u prijemniku.
„Naglasak našeg projekta je bio na integraciji radio veze u mrežno – optičke sustave,“ kaže prof. Ingmar Kallfass. On je bio koordinator „Millilink“ projekta kojeg je sponzorirao Fraunhofer Institut za Applied Solid State Physics (IAF) i Karlsruhe Institute of Technology (KIT). Od početka 2013. on je vodio istraživanje na Sveučilištu u Stuttgartu.
„Ova tehnologija, posebno u ruralnim područjima, predstavlja jeftinu i fleksibilnu alternativu optičkim mrežama čija proširenja se često ne mogu pravdati s ekonomskog stajališta.“ Kallfass također vidi njenu primjenu i u domovima: „Sa 100 Gbit po sekundi bilo bi moguće prenositi sadržaje s blue-ray diska ili pet DVD-ova između dva uređaja radio vezom za samo dvije sekunde.“
U eksperimentima kombinirale su se najnovije fotonske i elektroničke tehnologije: najprije, radio signali su se generirali uz pomoć optičke metode. Nekoliko bitova se kombiniralo uz pomoć tzv. simbola podataka i prenosili su se u isto vrijeme. Tijekom prijenosa primali su se radio signali iz aktivnih integriranih strujnih krugova.
Prijenosnik generira radio signale uz pomoć ultra- širokog tzv. mješača fotona kojeg je proizvela japanska kompanija NTT-NEL. Na fotodiodu su postavljena dva različita signala različitih frekvencija. Rezultat električnih signala je frekvencija koja je jednaka razlici frekvencija oba optička signala – 237.5 GHz. Električni signal milimetarskog vala je emitiran putem antene.
„Velika prednost fotonske metode jest ta što prijenos podataka iz optičkih sustava se može direktno pretvoriti u radio signale visoke frekvencije“ kaže prof. Jürg Leuthold. On je predložio fotonsko proširenje koje se realiziralo u ovom projektu. Bivši ravnatelj KIT Institutea of Photonics and Quantum Electronics (IPQ) se sada udružio s ETH-om iz Zuricha.
„Ova prednost olakšava i čini fleksibilnijom integraciju radio veza velikih bitova u optičke mreže“ za razliku od običnih električnih prijenosnika, nije potreban među-strujni krug. „Zbog velike širine i dobre linearnosti fotonskog mješača, ova je metoda prikladna za prijenos naprednih modulacijskih formata višestrukih amplituda i faznih stanja. Ona će biti potrebna u budućnosti optičkih sustava.“ kaže Leuthold.
Prijem radio signala se zasniva na strujnim krugovima. U eksperimentu je korišten poluvodički čip kojeg je proizveo Fraunhofer Institute of Applied Solid State Physics (IAF) u „Millilink“ projektu. Tehnologija poluvodiča se bazira na tranzistorima velike elektronske mobilnosti koji omogućuju proizvodnju aktivnih prijemnika za opseg frekvencije između 200 i 208 GHz.
Integrirani strujni krugovi su veliki samo nekoliko kvadratnih milimetara. Čip prijemnika se može nositi s naprednim modulacijskim formatima. Kao rezultat toga, radio veza se može integrirati u moderne optičke fiber mreže na transparentni način.
Već u svibnju ove godine, tim je uspio u prijenosu podataka od 40 Gbit po sekundi na velikoj udaljenosti u laboratoriju koristeći samo elektronički sustav. Podaci su se uspješno prenosili preko udaljenosti od jednog kilometra u Karlsruhe City centru. „Velike udaljenosti u „Millilinku“ su dosegnute s konvencionalnim antenama koje se mogu zamijeniti potpuno integriranim minijaturnim dizajnima antena u budućim kompaktnim sustavima za unutarnju uporabu.“ kaže prof. Thomas Zwick, ravnatelj Kit Institute of Hochfrequenztechnik und Elektronik.
Sadašnji opseg podataka se može još uvijek povećati. „Koristeći optičke i elektroničke tehnike višestrukosti i mnogostrukih antena za slanje i prijem, količina podataka bi se mogla povećati,“ kaže Swen Konig s KIT Institute of Photonics and Quantum Electronics (IPQ) koji je vodio ovaj eksperiment. „Stoga, radio sustavi koji imaju opseg podataka od 1 terabit po sekundi se čine mogućima.“
„Millilink“ projekt sponzorirao je, s totalnim iznosom od dva milijuna eura, Ministry of Education and Research (BMBF) pod programom „Broadband Access Networks of the Next Generation“. Partneri su bili i Siemens AG, Kathrein KG i Radiometer Physics GmbH. Projekt se fokusirao na integriranje bežičnih ili radio veza u široke optičke komunikacijske mreže za brzi Internet u ruralnim područjima. Druge moguće uporabe su unutrašnje bežične lokalne mreže (WLAN) i bežične osobne mreže. Rad sada nastavlja Helmholtz International School of Teratronics.
Izvor: KIT