La spina dorsale di Internet – la cosiddetta backbone – \u00e8 formata da una fitta rete di cavi in fibra ottica, ognuno dei quali trasporta fino a pi\u00f9 di cento terabit di dati al secondo (1 terabit = 1012 segnali digitali 1\/0) tra i nodi della rete. I continenti sono collegati attraverso le profondit\u00e0 marine – e questo \u00e8 enormemente costoso: un singolo cavo attraverso l’Atlantico richiede investimenti di diverse centinaia di milioni di dollari. La societ\u00e0 di consulenza specializzata Telegeography conta attualmente 530 cavi sottomarini attivi. E la tendenza \u00e8 in aumento.<\/p>\n\n\n\n
Presto, per\u00f2, questa spesa non sar\u00e0 pi\u00f9 necessaria. Gli scienziati del Politecnico di Zurigo hanno dimostrato la trasmissione ottica di dati terabit attraverso l’aria in un progetto europeo Horizon 2020, insieme a partner dell’industria spaziale. In futuro, questo render\u00e0 possibile stabilire connessioni dorsali molto pi\u00f9 economiche e anche molto pi\u00f9 veloci attraverso costellazioni satellitari vicine alla terra.<\/p>\n\n\n\n
Condizioni difficili tra Jungfraujoch e Berna Il raggio laser ha dovuto spostarsi attraverso l’atmosfera densa e vicina alla terra. Nel processo, le molteplici turbolenze dei gas dell’aria sopra le alte montagne innevate, la superficie dell’acqua del Lago di Thun, l’agglomerato densamente costruito di Thun e la pianura dell’Aare hanno influenzato il movimento delle onde luminose e quindi anche la trasmissione delle informazioni. La misura in cui questo tremolio dell’aria, innescato da fenomeni termici, disturba il movimento uniforme della luce pu\u00f2 essere visto a occhio nudo nelle calde giornate estive.<\/p>\n\n\n\n Internet via satellite utilizza una radio a microonde lenta I sistemi laser ottici, invece, lavorano nella gamma della luce del vicino infrarosso, con lunghezze d’onda circa 10.000 volte pi\u00f9 corte e di pochi micrometri. Di conseguenza, possono anche trasportare una quantit\u00e0 di informazioni corrispondente per unit\u00e0 di tempo.<\/p>\n\n\n\n Per ottenere un segnale sufficientemente forte al ricevitore su lunghe distanze, le onde luminose parallelizzate del laser vengono inviate attraverso un telescopio che pu\u00f2 avere un diametro di diverse decine di centimetri. Questo ampio fascio di luce deve poi essere puntato con la massima precisione possibile su un telescopio del ricevitore, il cui diametro \u00e8 dell’ordine di grandezza del fascio di luce ricevuto.<\/p>\n\n\n\n Laturbolenza annulla i segnali modulati La turbolenza mutevole delle particelle d’aria fa s\u00ec che le onde luminose viaggino a velocit\u00e0 diverse all’interno e ai bordi del cono di luce. Nel rilevatore della stazione ricevente, questo fa s\u00ec che le ampiezze e gli angoli di fase si sommino o si sottraggano a vicenda per ottenere valori errati.<\/p>\n\n\n\n Glispecchi correggono la fase dell’onda 1500 volte al secondo Questo miglioramento era essenziale per raggiungere una larghezza di banda di 1 terabit al secondo su una distanza di 53 chilometri, come sottolinea Horst.<\/p>\n\n\n\n Nel progetto sono stati utilizzati per la prima volta anche nuovi e robusti formati di modulazione della luce. Questi aumentano in modo massiccio la sensibilit\u00e0 del rilevamento e consentono quindi di ottenere elevate velocit\u00e0 di trasmissione dei dati anche nelle peggiori condizioni atmosferiche o con basse potenze laser. Ci\u00f2 si ottiene codificando abilmente i bit di informazione sulle propriet\u00e0 dell’onda luminosa, come l’ampiezza, la fase e la polarizzazione. “Con il nostro nuovo formato di modulazione 4D-BPSK (Binary Phase-Shift Keying), un bit di informazione pu\u00f2 essere riconosciuto correttamente dal ricevitore anche con un numero molto ridotto di sole quattro particelle di luce circa”, spiega Horst.<\/p>\n\n\n\n Nel complesso, le competenze specifiche di tre partner sono state necessarie per il successo del progetto. L’azienda aerospaziale francese Thales Alenia Space padroneggia il puntamento di precisione centimetrica con i laser su migliaia di chilometri nello spazio. Onera, un altro istituto di ricerca aerospaziale francese, possiede l’esperienza nell’ottica adattiva basata su MEMS, che ha eliminato in gran parte gli effetti dello sfarfallio dell’aria. E la modulazione pi\u00f9 efficace dei segnali, essenziale per un’elevata velocit\u00e0 di trasmissione dei dati, \u00e8 una delle specialit\u00e0 del gruppo di ricerca di Leuthold.<\/p>\n\n\n\n Facilmente espandibile fino a 40 terabit al secondo Inoltre, le prestazioni di 1 terabit al secondo sono state raggiunte con una sola lunghezza d’onda. In una futura applicazione pratica, il sistema pu\u00f2 essere facilmente scalato fino a 40 canali e quindi a 40 terabit al secondo, utilizzando tecnologie standard.<\/p>\n\n\n\n Unulteriore potenziale per il nuovo formato di modulazione I laser ottici per la comunicazione di dati possono trasmettere diverse decine di terabit al secondo nonostante le turbolenze atmosferiche che li disturbano. Lo hanno dimostrato gli scienziati del Politecnico di Zurigo insieme a partner europei tra lo Jungfraujoch e Berna. Ci\u00f2 dovrebbe presto rendere superflua la costosa costruzione di cavi in mare aperto.<\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":59320,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"pmpro_default_level":"","_surecart_dashboard_logo_width":"180px","_surecart_dashboard_show_logo":true,"_surecart_dashboard_navigation_orders":true,"_surecart_dashboard_navigation_invoices":true,"_surecart_dashboard_navigation_subscriptions":true,"_surecart_dashboard_navigation_downloads":true,"_surecart_dashboard_navigation_billing":true,"_surecart_dashboard_navigation_account":true,"inline_featured_image":false,"_monsterinsights_skip_tracking":false,"footnotes":""},"categories":[22359],"tags":[7003,40375,40376,1321,2609,40377,40378],"class_list":["post-59367","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-costruzione","tag-daten-it","tag-datenkommunikationslaser-it","tag-datenuebertragung-it","tag-eth-zuerich-it","tag-forschung-it","tag-luftturbulenzen-it","tag-tiefseekabel-it","pmpro-has-access"],"acf":{"bild_mit_ki_erstellt_worden":[],"lead":"I laser ottici per la comunicazione di dati possono trasmettere diverse decine di terabit al secondo nonostante le turbolenze atmosferiche che li disturbano. 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<\/strong>Tuttavia, i partner del progetto non hanno testato il loro sistema laser con un satellite in orbita, ma con una trasmissione di oltre 53 chilometri da Jungfraujoch a Berna. “La nostra distanza di prova tra la Stazione di Ricerca Alpina sullo Jungfraujoch e l’Osservatorio Zimmerwald dell’Universit\u00e0 di Berna \u00e8 molto pi\u00f9 impegnativa dal punto di vista di una trasmissione ottica di dati rispetto a quella tra un satellite e una stazione a terra”, spiega Yannik Horst, autore principale dello studio e ricercatore del Politecnico di Zurigo nell’Istituto per i Campi Elettromagnetici diretto dal Professor J\u00fcrg Leuthold.<\/p>\n\n\n\n
<\/strong>Le connessioni Internet via satellite non sono una novit\u00e0. L’esempio attuale pi\u00f9 noto \u00e8 la costellazione Starlink di Elon Musk, che utilizza pi\u00f9 di 2.000 satelliti in orbita vicino alla terra per portare Internet in quasi ogni angolo del mondo. Per trasmettere i dati tra i satelliti e le stazioni a terra, tuttavia, si utilizzano tecnologie radio molto meno potenti. Come la WLAN (Wireless Local Area Network) o la radio mobile, lavorano nella gamma delle microonde dello spettro di frequenza e quindi con lunghezze d’onda di pochi centimetri.<\/p>\n\n\n\n
<\/strong>Per ottenere le pi\u00f9 alte velocit\u00e0 di trasmissione dati possibili, l’onda luminosa del laser viene modulata in modo tale che un ricevitore possa rilevare diversi stati distinguibili per oscillazione. Ci\u00f2 significa che \u00e8 possibile trasmettere pi\u00f9 di un bit di informazioni per oscillazione. In pratica, si utilizzano diverse altezze (ampiezze) e spostamenti dell’angolo di fase dell’onda luminosa. Ogni combinazione di angolo di fase e altezza di ampiezza definisce quindi un simbolo informativo diverso. Con uno schema 4×4, si possono trasmettere 4 bit per oscillazione e con uno schema 8×8 6 bit.<\/p>\n\n\n\n
<\/strong>Per evitare questi errori, il partner francese del progetto ha fornito un cosiddetto chip MEMS (sistema micro-elettro-meccanico) con una matrice di 97 specchi mobili. I movimenti degli specchi permettono di correggere lo spostamento di fase del fascio sulla sua superficie di taglio, lungo il gradiente attualmente misurato, 1500 volte al secondo.<\/p>\n\n\n\n
<\/strong>I risultati dell’esperimento, presentati per la prima volta alla Conferenza Europea sulla Comunicazione Ottica (ECOC) di Basilea, stanno facendo scalpore in tutto il mondo, dice Leuthold: “Il nostro sistema rappresenta una svolta. Finora, era possibile collegare solo grandi distanze con larghezze di banda di pochi gigabit o brevi distanze di pochi metri con grandi larghezze di banda utilizzando i laser dello spazio libero”.<\/p>\n\n\n\n
<\/strong>Tuttavia, Leuthold e il suo team non si occuperanno pi\u00f9 di questo. L’implementazione pratica in un prodotto commerciabile sar\u00e0 affidata ai partner industriali. Tuttavia, gli scienziati dell’ETH continueranno a portare avanti una parte del loro lavoro. In futuro, il nuovo formato di modulazione che hanno sviluppato dovrebbe aumentare le larghezze di banda anche in altri processi di trasmissione dati, dove l’energia della radiazione pu\u00f2 diventare un fattore limitante.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"