Soll die Entwicklung der Kommunikation und vor allem des Internets weiter so voranschreiten wie bisher, dann muss auch die Bandbreite weiter vergrößert werden. Ein Problem dabei ist auch die Versorgung von schlecht zugänglichen oder ländlichen Gebieten. Angesichts der Kosten weigern sich die Netzbetreiber bislang, etwa aufwändige Kabelnetze zu verlegen oder DSL anzubieten. Einzige Alternative ist dann der schnelle Internet-Zugang via Satellit - und der kommt die Benutzer teuer zu stehen. Das Dilemma könnte eine Armada kleiner, unbemannter Luftschiffe lösen. Das von der Europäischen Union geförderte Projekt "Capanina" erforscht neue Möglichkeiten zum Aufbau von leistungsstarken Breitband-Kommunikationsverbindungen über quasi in der Luft verankerte Relaisstationen. Der Clou dabei kommt aus Oberpfaffenhofen: Ingenieure des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt entwickeln eine Laserübertragungstechnik, mit der einerseits enorme Datenmengen sehr schnell vermittelt, andererseits die Zeppeline untereinander, mit Bodenstationen und selbst mit Satelliten vernetzt werden sollen. Der bisher übliche Richtfunk dürfte damit der antiquierten Vergangenheit angehören.
Allerdings hat die neue Methode auch ihre Tücken, berichtet Joachim Horwath, Leiter des Capanina-Projektes beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Oberpfaffenhofen: "Man muss mit dem Bodenterminal und auch mit dem Sendeterminal auf ungefähr Fünftausendstel Grad genau die Gegenterminals verfolgen. Und es ist auch eine große Herausforderung bei der optischen Datenübertragung. Unser Demonstrator war aber sehr erfolgreich, wir haben ein Video übertragen und somit die Funktionalität unserer Bodenstation demonstriert." Dass der Aufwand lohnt, davon sind die Oberpfaffenhofener überzeugt. Schließlich hängt die Laseroptik andere Übertragungswege in Sachen Geschwindigkeit und Datenmenge ab: "Bei einer Mikrowelle ist man derzeit bei 300 Megabit pro Sekunde im X-Band, und bei der Optik kann man bei 1064 Nanometer Wellenlänge 5,5 Gigabit pro Sekunde bieten - und das ist schon das Zehnfache." Damit nicht genug, denn die Sende- und Empfangsmodule des neuen Lasersystems fallen nicht nur wesentlich leichter aus als ihre mit Funk arbeitenden Vorläufer, sondern sie geben sich auch mit erheblich weniger Energie zufrieden. All dies prädestiniert die neue Technik zum Einsatz auf fliegenden Relaisstationen in der Stratosphäre. Solche Höhenflüge stellen die Capanina-Entwickler indes erneut vor Probleme. Denn über größere Distanzen hinweg wird das Spektrum des Laserstrahls in der Stratosphäre verfälscht. Schuld daran sind Cluster aus Luftmolekülen von unterschiedlicher Dichte - sie brechen Laserlicht auf verschiedene Weise.
"Das ist der gleiche Effekt, der auch die Sterne am Himmel funkeln lässt. Der Grund: Luftmassen heizen sich durch die Sonne auf, und es entstehen dabei so genannte Turbulenzzellen mit unterschiedlichem Volumen", so Horwath. Damit entstehen aber auch verschiedene Brechungsindizes auf dem Reiseweg des Laserstrahls und es kommt es zu einer räumlichen Umverteilung der Energie entlang dieses Pfades. "Wir haben dann beim Empfänger ein so genanntes Speckelmuster - das heißt, wenn wir mit einem schönen Strahlprofil am Sender losgehen, dann haben wir am Empfänger immer dieses Speckelmuster." Schlecht für die Benutzer, denn damit werden die mit dem Lasersignal transportierten Informationen verfälscht. Mit besonderen Tricks soll solcher Datensalat verhindert werden, berichtet Joachim Horwath: "Eine Methode ist etwa die Transmitter-Diversity. Dabei verwenden wir einfach zwei Sendelaser, die im Abstand von 30 Zentimetern das gleiche Signal abstrahlen. Es reicht schon aus, dass diese zwei Laserstrahlen unterschiedliche Speckelmuster am Empfänger hervorrufen, weil sie sich durch unterschiedliche Turbulenzen ausbreiten. So können Einbrüche der Leistung am Empfänger schon deutlich verringert werden." Zusätzlich schützt die so genannte "Wellenlängendiversität" vor Informationsverlust. Dabei arbeiten die beiden Laserstrahlen bei unterschiedlichen Wellenlängen. Auch hier lässt sich durch die Kombination beider Datenstränge die Gesamtinformation wieder vollständig erzeugen.
[Quelle: Thomas Wagner]
Allerdings hat die neue Methode auch ihre Tücken, berichtet Joachim Horwath, Leiter des Capanina-Projektes beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Oberpfaffenhofen: "Man muss mit dem Bodenterminal und auch mit dem Sendeterminal auf ungefähr Fünftausendstel Grad genau die Gegenterminals verfolgen. Und es ist auch eine große Herausforderung bei der optischen Datenübertragung. Unser Demonstrator war aber sehr erfolgreich, wir haben ein Video übertragen und somit die Funktionalität unserer Bodenstation demonstriert." Dass der Aufwand lohnt, davon sind die Oberpfaffenhofener überzeugt. Schließlich hängt die Laseroptik andere Übertragungswege in Sachen Geschwindigkeit und Datenmenge ab: "Bei einer Mikrowelle ist man derzeit bei 300 Megabit pro Sekunde im X-Band, und bei der Optik kann man bei 1064 Nanometer Wellenlänge 5,5 Gigabit pro Sekunde bieten - und das ist schon das Zehnfache." Damit nicht genug, denn die Sende- und Empfangsmodule des neuen Lasersystems fallen nicht nur wesentlich leichter aus als ihre mit Funk arbeitenden Vorläufer, sondern sie geben sich auch mit erheblich weniger Energie zufrieden. All dies prädestiniert die neue Technik zum Einsatz auf fliegenden Relaisstationen in der Stratosphäre. Solche Höhenflüge stellen die Capanina-Entwickler indes erneut vor Probleme. Denn über größere Distanzen hinweg wird das Spektrum des Laserstrahls in der Stratosphäre verfälscht. Schuld daran sind Cluster aus Luftmolekülen von unterschiedlicher Dichte - sie brechen Laserlicht auf verschiedene Weise.
"Das ist der gleiche Effekt, der auch die Sterne am Himmel funkeln lässt. Der Grund: Luftmassen heizen sich durch die Sonne auf, und es entstehen dabei so genannte Turbulenzzellen mit unterschiedlichem Volumen", so Horwath. Damit entstehen aber auch verschiedene Brechungsindizes auf dem Reiseweg des Laserstrahls und es kommt es zu einer räumlichen Umverteilung der Energie entlang dieses Pfades. "Wir haben dann beim Empfänger ein so genanntes Speckelmuster - das heißt, wenn wir mit einem schönen Strahlprofil am Sender losgehen, dann haben wir am Empfänger immer dieses Speckelmuster." Schlecht für die Benutzer, denn damit werden die mit dem Lasersignal transportierten Informationen verfälscht. Mit besonderen Tricks soll solcher Datensalat verhindert werden, berichtet Joachim Horwath: "Eine Methode ist etwa die Transmitter-Diversity. Dabei verwenden wir einfach zwei Sendelaser, die im Abstand von 30 Zentimetern das gleiche Signal abstrahlen. Es reicht schon aus, dass diese zwei Laserstrahlen unterschiedliche Speckelmuster am Empfänger hervorrufen, weil sie sich durch unterschiedliche Turbulenzen ausbreiten. So können Einbrüche der Leistung am Empfänger schon deutlich verringert werden." Zusätzlich schützt die so genannte "Wellenlängendiversität" vor Informationsverlust. Dabei arbeiten die beiden Laserstrahlen bei unterschiedlichen Wellenlängen. Auch hier lässt sich durch die Kombination beider Datenstränge die Gesamtinformation wieder vollständig erzeugen.
[Quelle: Thomas Wagner]