Juraj Poliak mit dem Empfangsterminal der Datenübertragung. Quelle: DLR/Bernd Müller

Highspeed-Internet per Laser

Lasertechnik: Schnelles Internet ist trotz der Förderprogramme der Bundesregierung in vielen Gebieten Deutschlands Mangelware. Anfang November haben Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt einen Rekord in der Datenübertragung aufgestellt. Dabei wurden die Datenpakete nahezu ohne Verluste per Laser übertragen. Ein Konzept für die Zukunft? // Von Marius J. Franke

Es ist bereits der zweite Weltrekord im Jahr 2016 für die Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt im Bereich Datenübertragung. In dem noch vergleichsweise unerforschten Gebiet der Internet-Lasertechnik, gelang dem DLR bereits Ende Oktober ein Rekord. Damals wurden 1,72 Terabit pro Sekunde, also die Daten von etwa 45 DVDs, über eine Distanz von drei Kilometern im freien Raum übertragen. Stabil und sogar mit Reserven konnte die Datenübertragung durchgeführt werden - das ermutigte die Forscher schließlich, den nächsten Schritt zu wagen. Anfang November wurde es ernst. Bei der Datenübertragung zwischen dem Erdboden und einem geostationären Satelliten liegen knapp zehn Kilometer. Störungen in der Erdatmosphäre hätten zu einem Verbindungsabbruch führen können. Um die Störungen möglichst realitätsgetreu zu simulieren, wurde für den Test ein Gebiet zwischen Weilheim und Hohenpeißenberg in Oberbayern ausgewählt. Beide Orte weisen annähernd die gleichen Störungen auf, die zwischen Boden und Weltall herrschen. Über eine Freiraumdistanz von etwa zehn Kilometer übertrugen die Wissenschaftler um Juraj Poliak erneut 1,72 Terabit pro Sekunde.

Das Problem mit dem Internetausbau

50 Megabit pro Sekunde: Wer mit dieser Geschwindigkeit im Netz surft, gehört zu den 70 Prozent der Deutschen, die laut Bundesregierung über schnelles Internet verfügt. Was zunächst viel klingt, variiert jedoch von Bundesland zu Bundesland. Während in Sachsen-Anhalt nur 44 Prozent aller Haushalte mit mehr als 50 Megabit pro Sekunde surfen, sind es in Hamburg etwa 94 Prozent. Das geht aus dem Breitbandatlas des Bundesministeriums für Verkehr und Infrastruktur hervor. Förderpläne der Bundesregierung existieren, sind aber nur schwer realisierbar. In ihrem Koalitionsvertrag kündigte die Bundesregierung an, alle Haushalte der Bundesrepublik Deutschland bis 2018 mit schnellem Internet, also mindestens 50 Megabit pro Sekunde, zu versorgen. Die aktuellen Zahlen lassen jedoch darauf schließen, dass man davon noch weit entfernt ist.

Ramon Mata Calvo bei der Vorbereitung der Übertragung. Quelle Foto und Teaserbild: DLR/Bernd Müller

Für die Wissenschaftler des DLR Grund genug, um an einer Datenübertragung per Laser zu forschen. An der Freiraumübertragung für Anwendungen im Weltraum arbeiten die Wissenschaftler bereits seit Mitte der 1980er Jahre. "Da sich der Bedarf für sehr hohe Datenraten zur Anbindung von Satellitensystemen abzeichnet, haben wir das Projekt konkret im Jahr 2014 in Angriff genommen", erklärt Projektleiter Juraj Poliak. Das DLR-Projekt Thrust (Terabit-throughput optical satellite system technology) beschäftigt sich mit der Highspeed-Datenübertragung per Laser und ist eine neuartige Übertragungstechnologie für Kommunikation. Satelliten sollen das Highspeed-Internet über eine Laserverbindung an die erdgebundenen Verteiler bringen. Die Kommunikation erfolgt schließlich im Ka-Band, einer üblichen Funkfrequenz für Satelliten. Eine Breitband-Versorgung über geostationäre Satelliten bietet sich, vor allem für die Bevölkerung außerhalb von großen Städten, an: "Mit nur einem geostationären Satelliten könnte man schon weite Teile Europas versorgen und damit viele Millionen Nutzer anbinden", so Poliak. Aufgrund der vielen Nutzer, die durch einen Satelliten mit Internet versorgt werden würden, wären laut Poliak auch die Kosten für eine Einführung überschaubar.

Wetter schafft Probleme

Für die Freistrahlübertragung sind Wolken über einer Bodenstation das größte Problem. Für Telekommunikationsanwendungen ist eine sehr hohe Verfügbarkeit der Datenverbindung jedoch absolut notwendig. Da ein Laserstrahl die Wolken nicht durchdringen könne, sei ein Netzwerk mehrerer Bodenstationen notwendig, erklärt Poliak. Diese müssten außerdem weit genug voneinander entfernt liegen, sodass an den einzelnen Stationen verschiedene Wetterbedingungen herrschten. Die Wissenschaftler um Juraj Poliak haben sich mit diesem Problem bereits auseinandergesetzt: "In einer Studie haben wir ein solches Netzwerk von zwölf optischen Bodenstationen vorgeschlagen, um eine Verfügbarkeit von 99,9 Prozent zu erreichen, was in etwa den heutigen Telekom-Standards entspricht". Anders als bei der Freistrahlübertragung würde man, mit der herkömmlichen Funktechnologie, über 20 Bodenstationen benötigen, um vergleichbare Datenraten zu erreichen - sagt Poliak.

Wissenschaftler bei der Datenanalyse nach der Datenübertragung. Quelle: DLR/Bernd Müller

Facebook und Co. treiben den Markt voran

Auch das Social-Media Portal Facebook beschäftigt sich mit der Frage, wie man schnelles Internet am effektivsten in entlegene Regionen bringt. So testete das Unternehmen im Juli 2016 eine unbemannte Solardrohne mit dem Namen "Aquila". Die Drohne soll, laut Facebook, mithilfe von Solarzellen bis zu drei Monate in der Luft bleiben. Sie hat eine Spannweite von 40 Metern und besteht aus einem Kunststoff mit Kohlenstofffasern, dadurch ist sie im Vergleich zu herkömmlichen Flugzeugen und Drohnen leichter. Als eine Art fliegende Basisstation, soll die Drohne ein Gebiet mit einem Durchmesser von 100 Kilometern per Laser mit Internet versorgen - zumindest wenn es nach dem Unternehmen ginge. Bis die unbemannten Flugdrohnen am Horizont zu sehen sein werden, wird es jedoch noch eine Weile dauern. Für Poliak war diese Entwicklung absehbar: "Firmen wie Google, Amazon oder Facebook haben großes Interesse an eigenen Netzen, um die Reichweiten für ihre Angebote zu erhöhen. Sogar ein kostenfreier Netzzugang scheint vor diesem Hintergrund nicht undenkbar."

Die Zukunft ist Laser

Die optische Datenübertragung per Lichtwelle ist nicht mehr nur Wunschdenken. Eine etwa 100- bis 1000-fach größere Bandbreite als in der konventionellen Funktechnologie ist laut DLR möglich. Doch auch die Laserübertragung hat Grenzen. Für Juraj Poliak sind diese jedoch kein Thema: "Davon sind wir heute noch sehr weit entfernt." Mark Zuckerberg, CEO von Facebook, beschäftigt sich bereits seit geraumer Zeit mit der Datenübertragung per Laser und könnte Vorreiter in Sachen Internetausbau in ländlichen Regionen der Erde werden. In Deutschland sorgen vor allem die aufgestellten Rekorde des DLR für Aufmerksamkeit. Im Hinblick auf die derzeitige Situation und die bisherigen Tests von Wissenschaftlern ist es nicht unwahrscheinlich, dass diese Art der Datenübertragung bald erneut auf die Agenda kommen wird.

Fördergelder werden kaum abgerufen

Seit 1977 arbeitet Michael Drothler für die Telekom. Quelle: Marius Franke

Im Vergleich zu anderen Ländern wie Südkorea, Japan oder Finnland, kann Deutschland in Sachen Internetgeschwindigkeit nicht Schritt halten. Für Michael Drothler, Mitarbeiter im Bereich Technik der Deutschen Telekom AG, sind die Probleme bezüglich des schwerfälligen und langwierigen Internetausbaus in Deutschland mehr oder weniger klar. Technikjournal hat ihn befragt.

Warum verläuft der Internetausbau auf dem Land seit Jahren nur schleppend?

Michael Drothler: FTTH (Fiber To The Home), also Glasfaser bis ins Haus, ist flächendeckend im Bundesgebiet aufgrund der Tiefbaukosten nur sehr schwer zu realisieren. Es gibt zwar Fördergelder vom Bund, diese werden jedoch durch die Landkreise kaum abgerufen, da die Telekom und die Mitbewerber eine andere Lösung bevorzugen. Nämlich FTTC (Fiber to the curb), Glasfaser bis zur Bordsteinkante.

Was müsste Ihrer Meinung nach getan werden, um den Internetausbau zu beschleunigen?

Drothler: Die vereinzelten Länderregierungen müssten mehr Fördergelder abrufen, um FTTC zu ermöglichen, damit in ländlichen Gebieten das Netz schnell ausgebaut werden kann.

Was halten Sie persönlich von der Alternative, Daten per Lasertechnik zu übertragen?

Drothler: Wahrscheinlich eine gute Sache, die Frage ist nur: wie schnell ist es realisierbar um das Internet auf dem Land auszubauen? Ich denke, dass die Datenübertragung in den nächsten fünf Jahren keine Rolle spielen wird.

Für die Telekom kommt das Internet oft immer noch per Kupferkabel in die ländlichen Gebiete Deutschlands. Zur Verstärkung soll die umstrittene Vectoring Technologie genutzt werden. Wie das funktionieren soll, beschreibt Christine Siefer in ihrem Artikel auf Technikjournal.de.


Die Autoren

Marius J. Franke

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