22. Oktober 2024
Das vom Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut (HHI) koordinierte Projekt HYPERCORE („Energieeffiziente, sichere und leistungsfähige Kommunikationsinfrastruktur im Metro- und Kernnetz für die hypervernetzte Gesellschaft“) ist in diesem Sommer an den Start gegangen. Das Verbundprojekt widmet sich der Entwicklung einer neuen Generation von Kommunikationsnetzen, um eine erhebliche Steigerung der Netzkapazität, Flexibilität und Sicherheit zu erreichen – und das bei gleichzeitig geringem Energieverbrauch. Im Rahmen des Projekts arbeitet das Fraunhofer HHI an der Optimierung der Metro- und Kernnetze, die als Rückgrat der hypervernetzten Gesellschaft von morgen dienen. HYPERCORE wird mit mehr als sechseinhalb Millionen Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert und läuft über drei Jahre.
Die Digitalisierung hält Einzug in immer mehr Lebensbereiche. Technologien wie das Internet der Dinge (IoT), autonome Fahrzeuge oder intelligente Städte (Smart Cities) sind längst keine visionären Zukunftsfantasien mehr, sondern aktiv verfolgte Ziele unserer Gesellschaft. Diese Ziele zu erreichen, erfordert leistungsstarke Netze, die enorme Datenmengen in Echtzeit übertragen können.
Die Übertragungskapazität im Metro- und Kernnetz ist in den letzten Jahren hauptsächlich durch Erhöhung der Datenrate pro Wellenlängenkanal vorangetrieben worden. Dieser Ansatz stößt allerdings zunehmend an seine physikalischen Grenzen. HYPERCORE hingegen berücksichtigt erstmal eine Kombination aus allen drei verfügbaren physikalischen Dimensionen zur Steigerung der Übertragungskapazität, Zeit (Kanaldatenraten), Frequenz (Kanalwellenlängen) und Raum (Anzahl räumlicher Übertragungskanäle), um neue, leistungsfähigere und energieeffizientere Übertragungs- und Netzwerkkonzept zu entwickeln.
Das HYPERCORE-Konzept stützt sich auf vier Kerntechnologien. Die Forschenden werden Multiband-Übertragungssysteme mit erweitertem Wellenlängenbereich sowie energieeffiziente Multiband-Transceiver entwickeln. Außerdem designen die Projektpartner ein kohärentes OTDR-System (Optical Time-Domain Reflectometry), um mit Hilfe von maschinellem Lernen die Netzsteuerung zu automatisieren. Als letztes werden die Forschenden die Digital Twin-Technologie für den Einsatz in optische Kommunikationsnetzte ausbauen.
„Ein essentieller Teil des HYPERCORE-Projekts besteht darin, die Praxistauglichkeit der entwickelten Technologien zu evaluieren und damit die Grundlage für eine breite Anwendung in ganz Europa zu legen,“ erklärt Dr. Colja Schubert, Gruppenleiter Optische Untersee- und Kernnetze am Fraunhofer HHI. „Dafür werden ab Frühjahr 2026 Feldtests in den Regionen Kiel und Berlin unter realen Bedingungen durchgeführt.“
Die Christian-Albrechts-Universität Kiel stellt in Kollaboration mit dem Netzbetreiber „Stadtwerke Kiel“ ein designiertes Glasfasernetz zur Verfügung. Hier testen die Forschenden die neu entwickelten kohärenten OTDR-Systeme. Diese Systeme werden in der Lage sein, zusätzliche Informationen wie Bewegungen und Vibrationen in der Nähe der installierten Glasfasern abzufragen und gleichzeitig Datenkommunikation zu ermöglichen.
In einem zweiten Aufbau in Berlin evaluieren die Forschenden neuartige Transmitter und Empfänger im O-Band sowie energieeffiziente Signalverarbeitungsalgorithmen in realen Anwendungen mit hohem Datenverbrauch (bspw. 8K Video-Konferenzen).
Das HYPERCORE-Projekt setzte bei allen Entwicklungen den Fokus auf Netzsicherheit und Energieeffizienz, um zum Schutz kritischer Infrastrukturen und zur Verringerung des CO₂-Fußabdrucks digitaler Anwendungen beizutragen.
Neben dem Fraunhofer HHI sind weitere renommierte Forschungseinrichtungen und Universitäten beteiligt: die Universität der Bundeswehr München, das Karlsruher Institut für Technologie, die Christian-Albrechts-Universität und die Universität Stuttgart. Unterstützt wird das Vorhaben durch namhafte Industriepartner wie Adtran, VPIphotonics, ADDIX und CAD connect, um eine schnelle Umsetzung der entwickelten Technologien zu ermöglichen.