31/05/2016
Door Ad Spijkers
Een in de handel verkrijgbare DVD in 10 s overstralen is onvoorstelbaar snel. Met een datasnelheid van 6 Gbit/s over een afstand van 36,7 km hebben onderzoekers de stand der techniek met een factor tien overtroffen.
Het onderzoeksproces ACCESS (Advanced E-Band Satellite Link Studies) werd uitgevoerd door wetenschappers van de Universität Stuttgart, het Karlsruher Institut für Technologie, Radiometer Physics GmbH en het Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik (IAF).
Het team realiseerde de recorddata-overdracht op een traject tussen Keulen en Wachtberg. Het ene station stond op het 45 verdiepingen hoge Uni-Center in Keulen, het andere op het Ruimtewaarnemingsradarstation TIRA op het Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik (FHR) in Wachtberg.
Nieuwste technologie
De onderzoekers realiseerden de extreem hoge datasnelheid dankzij krachtige zenders en ontvangers. Dit gebeurde bij een frequentie van 71–76 GHz in de voor aardse en satellietradio vrijgegeven E-Band. Alleen in dit frequentiebereik met millimetergolven zijn de vereiste hoge nuttige bandbreedten beschikbaar en zijn de hoge datasnelheden te realiseren.
Om het verzwakken van signalen over grotere afstanden te compenseren, moest een krachtige zender worden gebruikt en aan de ontvangende kant een krachtige versterker. Dit werd gerealiseerd met een zender en ontvanger in de vorm van volledig monolitisch geïntegreerde millimetergolf-schakelingen (MMIC’s).
Aan deze schakelingen liggen twee innovatieve transistortechnologieën ten grondslag. In de zender worden de breedbandsignalen met behulp van vermogensversterkers op basis van galliumnitride (GaN) tot een naar verhouding hoog zendvermogen tot 1 W versterkt. Een nauwkeurig gerichte paraboolantenne straalt de signalen uit.
In de ontvanger zijn ruisarme ontvangversterkers op basis van hogesnelheidstransistoren met indium-gallium-arsenide (InGaAs) halfgeleiderlagen ingebouwd. Deze zorgen voor de detectie van de door de afstand sterk verzwakte signalen.
Toepassingen
De overdracht van grote hoeveelheden data per radio over grote afstanden kent een aantal belangrijke toepassingsgebieden. De volgende generatie satellietcommunicatie vereist een steeds grotere datastroom van aardwaarnemingssatellieten naar de aarde. Ook kunnen landelijke en afgelegen gebieden worden voorzien van snel internet met een hoge datasnelheid.
Bij de tijdens de test realiseerde datastromen zijn 250 internetaansluitingen met 24 Mbit/s ADSL mogelijk. Radioverbindingen op aarde in de E-Band zijn geschikt als economisch alternatief voor het leggen van glasvezels of als ad-hoc netwerk tijdens crises en rampen, tot en met het koppelen van basisstations aan de backbone van mobiele communicatie.
De immer toenemende behoeft aan steeds hogere datastromen in bekabelde en draadloze communicatienetten kan alleen worden opgevangen door technologische innovaties in de netwerk instrastructuur. Daarbij komt dat moderne ontwikkelingen zoals het Internet der Dingen en Industrie nog in de kinderschoenen staan. Deze vragen om tot nu toe ongekende geaggregeerde datahoeveelheden.
De verwerking en overdracht in op de cloud gebaseerde diensten bereiken de communicatie-grenzen nu al hun grenzen. Ook in de satellietcommunicatie zorgen aardwaarneming en ruimteonderzoek plus een wereldomspannend satellietnetwerk voor nog niet opgeloste uitdagingen voor de communicatie-infrastructuur. (foto: Jörg Eisenbeis, KIT)