Superschneller Datenfunk

Forscher an der Uni Duisburg-Essen wollen den Datenaustausch zwischen Flugzeug und Gate in Gigabit-Geschwindigkeit abwickeln.

Am Zentrum für Halbleitertechnik und Optoelektronik (ZHO) arbeiten Wissenschaftler der Universität Duisburg-Essen zusammen mit Kollegen an weiteren Hochschulen an einem System, mit dem Flugzeug am Gate mit bis zu 30 Gigabit pro Sekunde Daten "tanken" können – von aktualisierten Routen und Plänen für den Flugcomputer über neueste Wetter- und Windinfos bis hin zur Bibliothek mit den jeweils frischesten Filmen und Musikstücken, die den Passagieren dann während des Fluges über das Bordinformationssystem zugänglich gemacht werden kann.

Das im Rahmen des europäischen Funktechnikprojektes iPHOS ("Integrated photonic transceivers at sub-terahertz wave range") laufende Forschungsvorhaben arbeitet mit einer 70-Gigahertz-Funkstrecke, die superschnelle Glasfaserverbindungen vom Serversystem der Airline auf den letzten Metern zur Maschine überbrückt. Strippenziehen und Kabelverbindungen sind nicht mehr notwendig. Die sogenannten Turnaround-Zeiten sind im Luftverkehr enorm wichtig – je länger eine Maschine am Boden ist, desto weniger Geld verdient sie über ihre Lebensdauer. Entsprechend hilfreich ist es, wenn neben dem Betanken, der Reinigung der Maschine, dem Beladen und dem technischen Check nicht auch noch die Datenübertragung den Abflug aufhält.

An iPHOS beteiligt sind auch die TU Einhoven, die Universidad Carlos III de Madrid und die Hochschulen Cambridge, University College London, TU Berlin sowie drei Industriepartner aus Deutschland und Frankreich, darunter Alcatel-Thales.

Hauptziel ist die marktreife Entwicklung von kompakten und stromsparenden Sende- und Empfangseinheiten, die Daten auf Trägerfrequenzen unterhalb des Terahertz-Bereiches mit hoher Geschwindigkeit übertragen können. iPHOS setzt dabei auf praktische Anwendungen im Luftfahrtbereich. Neben der Versorgung von Flugzeugen mit Daten am Gate könnte auch die Vorfeldvernetzung über das System abgewickelt werden, die derzeit noch hauptsächlich per Kabel läuft.

Mit dem Verfahren, das auf optische Chips wie beschleunigte Photodioden und hocheffiziente Verstärkerbauelemente setzt, könnten in einige Jahren bis zu 100.000 Megabit pro Sekunde auf kurze Strecken übertragen werden, das wären satte 100 Gigabit – ein weiteres Forschungsprojekt der Deutschen Forschungsgesellschaft läuft. 2009 gelang es im Test erstmals, 30 Gigabit pro Sekunde zu übertragen. "Das war damals Weltrekord", Projektleiter Dr. Andreas Stöhr. Jetzt forsche man gemeinsam mit drei weiteren Fachgebieten der Universität an Funksendern mit noch mehr Durchsatz.

Bei dem System wird eine komplexe Amplitudenmodulation des Lichtes mit einer Phasenmodulation kombiniert, was höhere Datenraten bei gleicher Kanalbandbreite erlaubt. Das per Glasfaser ankommende Signal wird optisch von einer Hochgeschwindigkeitsphotodiode auf Basis eines Indium-Phosphid-Substrats in Millimeter-Funkwellen gewandelt. Auf der Empfängerseite kommt eine eigens entwickelte Schottky-Diode zum Einsatz. Bei ihrem System für den Flughafenbetrieb gelang es den Forschern, die Hardware produktnah zu miniaturisieren.

Die Technik könnte sich in einigen Jahren, falls die 100 Gigabit erreicht werden, auch für die Versorgung von mehreren Tausend Kunden mit jeweils 100 Megabit schnellen Internet-Anschlüssen eignen – so schnell, wie heute Kabel-TV-Internet ist. "Und das ohne die sehr teure Verlegung von Glasfasern zu den Endkunden", so Forscher Stöhr.

An alternativen Funktechniken arbeiten nicht nur die Europäer. In New York testete etwa der koreanische Elektronikriese Samsung ein "5G"-Netz. Ein passender Transceiver soll Daten mit einer Geschwindigkeit von mehr als einem Gigabit pro Sekunde über eine Distanz von bis zu zwei Kilometern senden und empfangen können – auf kürzeren Strecken ist gar das Zehnfache drin.

Ganz so hoch wie iPHOS und seine Nachfolgesysteme funkt Samsung bei "5G" nicht. 28 Gigahertz gilt hier als interessantestes Spektrum. Die deutlich höhere Frequenz im Vergleich zu GSM, UMTS und LTE sorgt aber auch für Probleme: Gebäude, Menschen, Blattwerk und sogar Regen können die Funkwellen ausbremsen. (bsc)