Gleichzeitige Übertragung von Funkfrequenzreferenz und Datensignal über Mehrkernfaser

Warum Ihre zukünftige Internetverbindung von besserer Taktung abhängt

Streaming, Cloud-Gaming, autonome Fahrzeuge und 6G-Funknetze setzen nicht nur auf hohe Datenraten, sondern auf perfekt synchronisierte Übertragung. In heutigen Rechenzentren geraten die digitalen „Uhren“, die Geräte synchron halten, jedoch zunehmend an ihre Grenzen. Diese Forschung zeigt einen neuen Weg, sowohl große Datenmengen als auch ein extrem stabiles Zeitsignal über denselben Strang einer fortschrittlichen Glasfaser zu übertragen und verspricht so schnellere Netze mit deutlich engerer Abstimmung zwischen den Geräten.

Daten und präzise Zeit auf derselben Spur

Moderne Kommunikationssysteme nutzen Glasfasern, um enorme Informationsmengen zu transportieren, und Funkfrequenz-(RF-)Referenzsignale, um die Hardware synchron zu halten. Standards wie das Precision Time Protocol stoßen durch 5G und die noch anspruchsvolleren zukünftigen 6G-Netze bereits an ihre Grenzen. Traditionelle Timing-Methoden verwenden oft getrennte Verbindungen oder zusätzliche Wellenlängen und lassen sich durch winzige Verzögerungen und Rauschen in der Faser stören. Die Autoren verfolgen eine effizientere Idee: Sie verwenden eine spezielle Faser mit mehreren Licht führenden Kernen und lassen einen optischen Kanal gleichzeitig einen Hochgeschwindigkeits-Datenstrom und eine niederfrequente Taktreferenz tragen.

Eine neue Art Glasfaser-Autobahn

Das Team arbeitet mit Siebenkernfaser, die sieben einzelne Lichtwege innerhalb eines einzigen Glasmantels bündelt. Dieses Design erhöht die Kapazität drastisch und macht es zudem einfacher, Signale in verschiedene Richtungen nahezu identischen Bedingungen auszusetzen. In ihrer Architektur fungieren zwei der Kerne als „Uplink“ und „Downlink“ zwischen Rechenzentrumsracks. Eine Master-Laserquelle liefert einen extrem sauberen optischen Träger, der von mehreren Einheiten geteilt wird, sodass alle Sender und Empfänger von derselben optischen Referenz ausgehen. Auf diesen Träger prägen die Forscher einen 224-Gigabit-pro-Sekunde-Datenstrom und, im selben optischen Spektrum versteckt, einen einfachen 10-Megahertz-RF-Ton als gemeinsame Uhr.

Wie ein Lichtstrahl zwei Aufgaben erfüllt

Am Sender werden die Daten auf das Licht mit einem fortschrittlichen Modulationsformat aufgebracht, das mehrere Bits effizient in jedes Symbol packt. Die 10‑MHz-RF-Referenz wird als schmaler „Pilot“-Ton an einer bestimmten Stelle im Spektrum eingefügt und nutzt nur etwa ein Prozent der Datenleistung, sodass die Kommunikationsqualität kaum gestört wird. Nach 1 oder 10 Kilometern Laufweg durch die Siebenkernfaser erreicht das kombinierte Signal ein spezialisiertes Empfangsmodul zur Trennung von RF- und Datensignal (RFDSD). Dort trennt eine kohärente optische Frontend-Lösung die Hochgeschwindigkeitsdaten und den niederfrequenten Ton, wandelt sie in elektrische Signale um und führt den RF-Ton in eine Rückkopplungsschleife, die langsame Frequenz- und Phasendrehungen misst und korrigiert.

Stabilität und Geschwindigkeit im Labor nachgewiesen

Die Forscher testeten ihr Konzept über Verbindungen von 1 und 10 Kilometern Länge, was typische Entfernungen zwischen Racks oder Gebäuden in großen Rechenzentren repräsentiert. Sie maßen, wie stabil die 10‑MHz-Uhr am entfernten Ende ankommt, indem sie winzige Frequenzschwankungen über die Zeit verfolgten. Mit aktivem Regelkreis verbesserte sich die Zeitstabilität um vier bis fünf Größenordnungen gegenüber einer unkontrollierten Verbindung und übertraf kommerzielle Rubidium-Atomuhren—Geräte, die bereits als vertrauenswürdige Zeitreferenzen eingesetzt werden. Gleichzeitig wurde der 224‑Gb/s-Datenstrom in vier separaten Teilströmen sauber wiederhergestellt, alle unterhalb der Fehlerrate, die moderne Forward-Error-Correction komfortabel korrigieren kann, selbst bei vergleichsweise geringen empfangenen optischen Leistungen.

Was das für künftige Netzwerke bedeutet

Für Nichtfachleute lautet die Schlussfolgerung: Dasselbe Glasstück kann nun doppelte Aufgaben erfüllen—große Informationsmengen transportieren und gleichzeitig eine außergewöhnlich präzise gemeinsame Uhr liefern. Durch den Einsatz von Mehrkernfaser und eines rein optischen Empfängers, der keine aufwändige digitale Signalverarbeitung benötigt, zeigen die Autoren einen praktischen Weg zu Kurzstreckenverbindungen mit Pikosekunden‑Timing—Billionsteln einer Sekunde. Solche Genauigkeit kann das Netzwerkdesign vereinfachen, die Koordination zwischen Servern verbessern und die strengen Zeitvorgaben unterstützen, die 5G+, 6G und darüber hinaus verlangen. Anders gesagt: Dieser Ansatz könnte künftigen Rechenzentren helfen, schneller, effizienter und deutlich besser synchronisiert zu arbeiten.

Zitation: Liu, L., Liu, F., Jin, Z. et al. Co-transmission of radio frequency reference and data signal over multi-core fiber. Sci Rep 16, 5286 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36283-x

Schlüsselwörter: Mehrkernfaser, optische Zeitübertragung, Rechenzentrumsnetzwerke, RF-Uhrübertragung, kohärente optische Kommunikation