알파인 적응광학 실험으로 테라비트 시대의 길을 열다

스위스의 연구원들은 알파인 봉우리와 베른 대학교 관측소 사이(53km 거리)에서 10Tbit/s 이상의 속도로 광학 데이터를 전송하고 수신했습니다. 이는 위성-지상 통신 링크를 설정하는 데 필요한 것보다 5배 이상 더 많은 것이며, 팀은 이 방법을 사용하여 지구 근처 궤도의 위성 집합에 대한 더 빠르고 비용 효율적인 인터넷 연결을 생성할 수 있다고 말합니다. .

SpaceX의 Starlink(지구 가까이 공전하는 2000개 이상의 위성 네트워크)와 같은 위성 별자리 시스템은 우주 기반 레이저 통신을 통해 전 세계에 인터넷 액세스를 제공할 것을 약속합니다. 원칙은 현대 인터넷의 중추를 구성하는 광섬유 케이블 기술에 접근할 수 없는 지역이 대신 위성을 통해 광 네트워크에 연결될 수 있다는 것입니다.

현재 위성과 지상국 간의 데이터 전송은 주로 전자기 스펙트럼의 마이크로파 범위에서 작동하고 센티미터의 파장을 갖는 무선 주파수 기술에 의존합니다. 이와 대조적으로 레이저 광학 시스템은 근적외선 범위에서 작동하며 마이크론 규모의 파장은 전파보다 약 10,000배 짧습니다. 이를 통해 동일한 시간에 더 많은 데이터를 전송할 수 있습니다. 실제로 이전의 여러 실험에서는 자유 공간 광통신 기술이 단일 채널에서 최대 10km 거리에서 100Gbits/s, 최대 3m 거리에서 1Tbits/s의 속도로 데이터를 전송할 수 있음을 보여주었습니다.

단점은 이러한 시스템이 고급 고차 변조 형식에 의존하므로 상대적으로 짧은 거리에서만 가능한 높은 신호 대 잡음비가 필요하다는 것입니다. 미래의 위성 링크에는 500Gbits/s 이상의 훨씬 더 높은 데이터 속도도 필요합니다.

새로운 연구에서 ETH Zurich의 정보 기술 및 전기 공학부(D-ITET) 책임자인 Juerg Leuthold가 이끄는 연구원들은 융프라우요흐의 고고도 연구소와 짐머발트 천문대 사이에 위성 광통신 링크를 구축했습니다. 베른 근처. 그렇게 함으로써 그들은 레이저 빔이 일반적으로 광파의 움직임과 그에 따른 데이터 전송에 부정적인 영향을 미치는 대기 난류를 통해 효율적으로 전파될 수 있음을 보여주었습니다.

연구원들은 수신기가 단일 "기호"에 인코딩된 다양한 상태를 감지할 수 있도록 레이저의 광파를 변조함으로써 이러한 위업을 달성했습니다. 이는 각 기호가 1비트 이상의 정보를 전송할 수 있음을 의미합니다. 예를 들어, 16개 상태로 구성된 방식은 광파가 진동할 때마다 4비트를 전송할 수 있는 반면, 64개 상태로 구성된 방식은 6비트를 전송할 수 있습니다.

연구 수석 저자인 Yannik Horst는 "몇 가지 주요 구성 요소가 이러한 성공을 가능하게 했습니다."라고 말했습니다. 송신기 측에서는 팀이 64-QAM(편파 다중화 64 직교 진폭 변조)과 같은 일관된 변조 형식을 사용하여 전력 효율적인 방식으로 정보를 인코딩한다고 설명합니다. 그런 다음 관측소의 수신기 방향으로 매우 높은 정밀도(수십 마이크로 라디안)로 전송합니다. 마지막으로 빛이 난류 대기 53km를 통과한 후 수신국의 적응광학 시스템이 전자기파의 위상 전면 오류를 수정합니다.

"적응형 광학은 광섬유에서 최대 300배 더 강한 신호를 발생시킵니다."라고 Horst는 Physics World에 말했습니다. "수신기 감도가 높은 광학 빌딩 블록 덕분에 개선이 이루어졌습니다. 오류 없는 데이터 전송을 위해서는 비트당 몇 개의 광자만 필요합니다."

땅바닥까지

Horst와 동료들은 그들의 새로운 기술이 우리가 무선 주파수 기술에서 가능한 것보다 훨씬 높은 채널당 매우 높은 데이터 속도를 달성할 수 있는 광학 기술을 기반으로 위성-지구 및 위성 간 통신 링크에 한 걸음 더 가까워질 것이라고 말합니다. 이러한 링크는 언젠가 지상 광섬유 네트워크의 백본 역할을 할 수 있으며 궁극적으로 광섬유와 같은 주류 통신 기술의 배포가 불가능한 지역에서 "연결되지 않은 것을 연결"할 수 있습니다.