Das Fraunhofer HHI entwickelt ein Coherent Receiver Frontend (CRF-100G) mit 100 GHz Bandbreite und abgesetzten Messköpfen für eine hohe Signalintegrität

Das Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut HHI hat ein leistungsfähiges, kohärentes Empfänger-Frontend auf Basis von Hochgeschwindigkeits-Photodetektoren mit einer elektrischen 3-dB-Bandbreite von 100 GHz entwickelt. Es lässt sich eigenständig mit allen gängigen Echtzeit-Oszilloskopen betreiben und erreicht 100 GHz Bandbreite ohne Unterstützung durch digitale Signalverarbeitung. Eine Besonderheit des Frontend sind die abgesetzten Messköpfe, die eine hohe Signalintegrität bis 100 GHz gewährleisten. Es bietet hochmoderne Test- und Messmöglichkeiten und erlaubt den Überlagerungsempfang von polarisations- und phasendiversen optischen Hochgeschwindigkeitssignalen mit mehr als 1 Tbit/s pro Wellenlängenkanal.

Der rapide Anstieg der Bandbreitennachfrage, ausgelöst durch die immer größere Zahl an Teilnehmern / Endgeräten, in Verbindung mit neuen bandbreitenintensiven Anwendungen wie High-Definition-Video-on-Demand (NetFlix, YouTube, etc.), Cloud Computing / Speicherung (Big Data) und Maschinelles Lernen / Künstliche Intelligenz setzen die heutigen Kommunikationsnetze erheblich unter Druck. Um den Bandbreitenbedarf wirtschaftlich und energieeffizient decken zu können und damit auch zukünftig ausreichend Konnektivität zu gewährleisten, ist es notwendig, Komponenten und Subsysteme mit hoher Bandbreite zu entwickeln, die Ultra-Hochgeschwindigkeits-Übertragungssysteme ermöglichen.

Forschende des Fraunhofer HHI haben ein optisches Coherent Receiver Frontend (CRF 100G) mit 100 GHz Bandbreite entwickelt, das im C+L-Band der Telekommunikation arbeitet. Das Frontend wird in einem kompakten 19''-Gehäuse geliefert. Dank seiner anpassbaren vier abgesetzten Messköpfe bietet es eine direkte und herstellerunabhängige Verbindung zu Prüf- und Messgeräten von Drittanbietern, z.B. Echtzeit-Oszilloskopen mit hoher Bandbreite. Dr. Sezer Erkilinc, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer HHI in der Abteilung Photonische Netze und Systeme und verantwortlich für die kohärente Frontend-Entwicklung, erklärt: „Eine hohe Signalintegrität ist bei solch hohen elektrischen Bandbreiten unverzichtbar. Allerdings bewirken Hochfrequenzkabel, die normalerweise zum Anschluss eines kohärenten Frontend an ein Oszilloskop verwendet werden, eine signifikante Verzerrung und Dämpfung des Signals. Daher haben wir für das CRF-100G abgesetzte Messköpfe entwickelt, die eine direkte Verbindung zu breitbandigen Oszilloskopen ermöglichen, so dass die Signalqualität erhalten bleibt und die höchstmögliche Leistung erreicht wird.“ Der erfolgreiche Betrieb des CRF-100G wurde durch die Demonstration des gemeinsamen Empfangs eines 2,3 Tb/s Datenkanals (3 x 64 GBd 64-QAM) bestätigt.

Das CRF-100G ist das neueste einer Reihe von leistungsstarken Test- und Messprototypen für digitale kohärente Kommunikationssysteme, die von Forschenden des Fraunhofer HHI entwickelt wurden. Digitale kohärente Technologien haben in den letzten Jahren die Telekommunikationsverbindungen revolutioniert und sind zur etablierten Technik für optische Hochleistungsnetze geworden. „Unsere Prototypen unterstützen die Forschenden bei ihren hochinnovativen Aktivitäten in der Systemforschung und -Entwicklung, wie z.B. für zukünftige Rechenzentrumsapplikationen mit Geschwindigkeiten von 0,8 und 1,6 Tb/s.“, fügt Dr. Colja Schubert, Gruppenleiter der Gruppe Optische Untersee- und Kernnetze am Fraunhofer HHI, hinzu.

Details zum CRF-100G und anderen leistungsstarken Test- und Messprototypen werden auf dem „International Symposium on Ultrafast Photonic Technologies & Special Symposium on Silicon Photonics of the Future“ (ISUPT/SSPhF) in Napa, Kalifornien, im Juni 2019 und auf der Ausstellung der „45th European Conference on Optical Communication“ (ECOC) in Dublin, Irland, im September 2019 vorgestellt.