Google+ Facebook Twitter XING LinkedIn GoogleCurrents YouTube
Netzwerke

Polymere optische Kabel ermöglichen hohe Übertragungsraten in Netzwerken

04.12.2007 | Autor / Redakteur: Hertha Kerz / Ulrike Gloger

Prof. Dr.-Ing. Ulrich Fischer-Hirchert von der Hochschule Harz in Wernigerode nutzt in seinem Projekt die Standardpolymerfaser: „Wir könnten bis zu acht Farben über diese Faser schicken und mit 120 Megabit für eine Farbe dann auch 1 Gigabit erreichen. Wir denken mit unserer Technologie allerdings an den Bereich von 10 Gigabit.“ Bild: Fischer-Hirchert

Polymere optische Kabel, kurz POF, könnten in der Netzwerktechnik dem traditionellen Kupferkabel künftig Konkurrenz machen. Grund: Sie ermöglichen neue Rekorde in der Datenübertragung, sind unempfindlich gegen elektromagnetische Strahlung und vergleichsweise einfach zu installieren. Nachteil: Noch haben nicht alle Projekte Marktreife und es ist noch keineswegs sicher, welches sich durchsetzen wird. Hier der aktuelle Stand.

Innerhalb eines EU-Projektes mit dem Namen „POF-All“ (Paving the Optical Future with Affordable Lightning-Fast Links – POF: Polymer Optical Fibre), ist es Forschern bei Siemens Technology in einem Laborversuch gelungen, Daten mit einer Geschwindigkeit von einem Gigabit pro Sekunde über eine Strecke von 100 m zu übertragen. Das Besondere: Die Übertragung gelang mit einer handelsüblichen 1 mm Stufenindexpolymerfaser aus PMMA (Polymethylmethacrylat – synthetischer, glasähnlicher thermoplastischer Kunststoff; Acrylglas).

Dabei wurde zunächst ein optisches Analoginterface eingesetzt: „Wir nehmen eine rote Laserdiode, wie sie auch in DVD-Spielern eingesetzt wird und in der Massenfertigung verfügbar ist. Im Empfänger haben wir eine Photodiode mit 1 mm Durchmesser verwendet. Außerdem setzen wir digitale Signalverarbeitung ein“, erklärt Projektleiter Dr. Sebastian Randel. „In herkömmlichen Systemen liegen die Informationen zunächst elektrisch im Null- und Einsen-Level binär in einer Spannung vor. Die überträgt der Laser direkt. Das Licht wird entsprechend dieser Bitfolge an und aus geschaltet. Wir dagegen nehmen die Bitfolge, führen eine digitale Signalformung durch und formen das Signal im Digitalen schon so, dass es für den Übertragungskanal optimal angepasst ist. Unser Verfahren ist dem DSL-Verfahren sehr ähnlich. Um unser System kostengünstig einzusetzen, mussten wir für die digitale Modulation einen so genannten Asic (Aplikation specific integratet cercid) entwickeln.“

Doch das Problem: Es handelt sich um einen Versuchsaufbau, bei dem ein Elektronikaufwand betrieben werden muss, der in näherer Zeit noch nicht marktfähig sein wird. Auch der Energieaufwand ist enorm. So kann es als übernächste Generation von Übertragungssystemen angesehen werden.

Beim Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen dagegen wird ein Gigabit über 50 m übertragen. Dabei ist zwar der elektronische Aufwand geringer, jedoch muss eine Spezialfaser eingesetzt werden, die aus dem asiatischen Raum importiert wird. In der Verarbeitung unterscheidet sie sich allerdings nicht von der Standardpolymerfaser. Allerdings ist die Übertragungsstrecke geringer. „Wir schalten den Laser mit hoher Geschwindigkeit an und aus. Die Lichtleistung wird geringer, aber die Frequenz, mit der das Licht an und aus geschaltet wird, bleibt unverändert“, erklärt Dr. Stephan Junger sein Projekt. „Die Faser, die wir verwenden, bringt von Haus aus eine hohe Datenrate mit, so dass wir uns diese ganze komplizierte elektronische Aufbereitung sparen können. Wir haben jetzt Prototypen fertig, die mehr oder weniger serienreif sind und legen in Eigenregie eine Kleinserie von ein paar tausend Stück auf, die wir dann kurzfristig auf den Markt bringen könnten.

Hochschule Harz arbeitet an Übertragung mit mehreren Farben

Auch Prof. Dr.-Ing. Ulrich Fischer-Hirchert von der Hochschule Harz in Wernigerode, nutzt in seinem Projekt die Standardpolymerfaser. Doch sind die Zielvorgaben andere. Dort wurde der Trick entwickelt mit mehreren Farben zu arbeiten. „Wir könnten bis zu acht Farben über diese Faser schicken und mit 120 Megabit für eine Farbe dann auch 1 Gigabit erreichen. Wir denken mit unserer Technologie allerdings an den Bereich von 10 Gigabit,“ beschreibt der Professor seinen Ansatz. Auch hier liegt das Problem in der fehlenden Marktreife und der elektronische Aufwand ist etwas größer: „Wir setzten eine Linse mit einer entsprechenden Blende davor, damit nicht so viel Licht in die äußeren Randstrahlen ausbricht. Wir fokussieren auf die Mitte der Faser und können dadurch die Ausbreitung unterschiedlicher Randmoden verringern,“ erläutert Fischer-Hirchert weiter.

Der Charme von POF liegt in der „Primitivität“

Doch warum so viel Aufwand für die Polymerfaser, wenn mit Glasfaser schon ein Laborexperiment den Rekord von 25 Terrabit Datenübertragungsrate pro Sekunde erbracht hat? Der Charme der POF ist ihre Primitivität. Sie ist leicht, flexibel, platzsparend und kostengünstig. Jeder Laie kann sie in seinem Haus verlegen, so dass sie beim Einsatz im Home- Inhouse, Hous-to-Hous-Bereich oder in der Industrie keiner umfangreichen Installationsvorbereitungen bedarf.

Und weil sie elektromagnetisch unempfindlich ist, kann sie selbst in den sensibelsten Industriebereichen ohne Abschirmung eingesetzt werden. Weiterhin ist sie kurzschluss- und weitestgehend abhörsicher. Ihre Übertragung liegt im digitalen Bereich bei 155 Mbits in der Sekunde. Der Übertragungsweg beschränkt sich allerdings momentan auf 100 bis 120 m. Doch diese Parameter sind für die Einsatzgebiete in der Industrie vollkommen ausreichend. Da die maximale Einsatztemperatur noch zwischen 75 und 85 °C liegt, werden POF gerade für einen höheren Temperaturbereich entwickelt.

Weil sie so unauffällig ist, werden ihre Einsatzgebiete oft nicht wahrgenommen. So hat sie sich ihren Platz schon lange in der Medizintechnik, in Beleuchtungs- und Sicherheitssystemen aber auch in der Konsumelektronik erobert. Gleichermaßen wird sie im Optical Ethernet, dem Automotivebereich (MOST) und nicht zu vergessen in industriellen Anwendungen eingesetzt. Gerade MOST (Media Oriented Systems Transport) ist ein interessantes Beispiel für den Einsatz in der Industrie: Es wurde von der Automobilindustrie entwickelt und verbindet Systeme innerhalb und außerhalb des Automobils. „Es ist die umfangreichste industrielle Polymerfaseranwendung, die es auf dem europäischen Markt gibt“, ist sich Christian Reinboth von der Harz Optics GmbH sicher. „MOST ist ein gutes Beispiel, dass die POF sich im industriellen Bereich durchsetzt. Innerhalb des Autos sind Daten zu transportieren. Ansteuerungssysteme, Innenraumbeleuchtung, Sicherheitssysteme, In-Car-WLAN-Connection, In-Car-Entertainment wie CD-Player, MP3-Player oder einfach nur das Radio. Alles wird durch die POF verbunden,“ schwärmt Reinboth.

Aber auch für die Hallenbeleuchtung im Industriebereich wird die POF aus Kostengründen mehr und mehr eingesetzt. „Es ist so einfach, dass es im Industriebereich selbst gemacht wird. Es werden Konverter bestellt und dann verlegen sie die Faser selbst. Dafür ist kein Dienstleister notwendig, weil es so simpel ist,“ erklärt Reinboth weiter. „Es wird festgestellt: ‚wir brauchen in der Halle eine optische Übertragung, weil das EM-Feld stört’, und dann wird die Faser verlegt.“

Doch auch die Vernetzung von Computern untereinander oder von Computern mit Produktionsmaschinen ist keine Seltenheit. Hier sei nur das Stichwort Industrial Ethernet genannt. Industrial Ehternet ist eine zukunftssichere Technologie mit geringen Nachfolgekosten, bei der eine Ferndiagnose über das Internet oder Intranet möglich ist. Dies ist besonders wichtig, weil im industriellen Alltag Netze unter extremen Bedingungen, wie elektromagnetischen Störfeldern, hohen Betriebstemperaturen und mechanischen Beanspruchungen, zuverlässig arbeiten müssen.

Hohe Geschwindigkeit hat im Industriebereich nur untergeordnete Priorität

Allerdings stößt die Frage der Geschwindigkeit auf geteilte Meinungen. Während die einen große Datenraten favorisieren und überzeugt sind, dass sich die POF nur behaupten kann, wenn die Übertragungsraten kontinuierlich steigen, glauben andere, dass dies vorläufig überhaupt keinen Einfluss auf die Entscheidung des Einsatzes hat. „Im Industriebereich geht es um Maschinensteuerungen und dazu braucht man diese Größen nicht,“ befindet Rainer Noichl, Vertriebsingenieur der Hamamatsu Photonics Deutschland GmbH.

„Es werden Antriebe gesteuert. Deshalb setzen sich selbst die 100 Megabit nur zögernd durch. Das meiste, was im Industriebereich für solche Steuerungen verwendet wird, sind 4 oder 16 Megabit. Hier ist in erster Linie nicht die Geschwindigkeit oder die Menge der Daten maßgebend, sondern eine sichere Übertragung und da wird die Glasfaser verwendet. Natürlich ist die optische Datenübertragung einer elektrischen Übertragung überlegen, weil das absolut störungsfrei funktioniert. Also zum Beispiel in einer Umgebung, wo viele Störungen durch Maschinen auftreten können, die durch Starkstrom betrieben werden. Da setzt die Industrie eine POF ein, aber dort ist es nicht maßgebend, dass die Datenrate enorm hoch ist. Maßgebend ist die Störsicherheit,“ erklärt Noichl.

Das POF-All-Projekt läuft im Juni 2008 aus. Es wird sich zeigen, welches System sich durchsetzt, ob die POF weiterhin neben dem Glas- und Kupferkabel bestehen kann, und ob Datenraten von Terrabit und mehr nötig sein werden. Fakt ist jedoch, wenn Datenträger eine bestimmte Speicherkapazität erreicht hatten, dauerte es niemals lange, bis diese Kapazitäten auch ausgeschöpft worden sind. Ob dies bei den Übertragungssystemen auch der Fall sein wird, wird sich zeigen.

Hertha Kerz ist Wissenschaftsjournalistin in Hamburg.

Kommentare werden geladen....

Kommentar zu diesem Artikel abgeben
  1. Avatar
    Avatar
    Bearbeitet von am
    Bearbeitet von am
    1. Avatar
      Avatar
      Bearbeitet von am
      Bearbeitet von am

Kommentare werden geladen....

Kommentar melden

Melden Sie diesen Kommentar, wenn dieser nicht den Richtlinien entspricht.

Kommentar Freigeben

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

Freigabe entfernen

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 235494 / Gebäudemanagement)