TNO verzendt data over afstand van 10km met laserverbinding als satelliettest

TNO heeft succesvol data verstuurd via een stabiele optische datalink die compatibel is met bestaande radiofrequente infrastructuur. De test is onderdeel van een onderzoek waarmee TNO samen met partners lasersatellietcommunicatie mogelijk wil maken.

De verbinding vond plaats tussen een terminal in de Gerbrandytoren in IJsselstein en een KNMI-testlocatie bij Lopik. De afstand tussen deze twee punten bedraagt ruim tien kilometer. De terminal in IJsselstein moest een satellietterminal nabootsen. Met de test wilde TNO zijn adaptieve-optieksubsysteem in de praktijk gebruiken. De onderzoeksorganisatie heeft namelijk het doel om lasercommunicatieverbindingen tussen satellieten en grondstations mogelijk te maken. Deze verbindingen gaan nu nog met radiofrequente verbindingen. Tweakers schreef eerder een achtergrondartikel over dit project.

Bij die satelliet-naar-grondstations-verbindingen zorgt de atmosfeer voor verbindingsverstoringen. Het adaptieve-optieksubsysteem vervormt die verbinding, waardoor deze als het ware al is verstoord. De turbulentie binnen de atmosfeer 'herstelt' de verbinding weer. Zo kan er stabiele lasercommunicatie plaatsvinden tussen satellieten en grondstations.

Daarom vond de recente demonstratie plaats tussen de toren en de KNMI-locatie. Deze verbinding vanaf die hoge toren 'komt wat verbindingsverstoringen betreft het dichtst in de buurt van een echte verbinding tussen de grond en de ruimte', schrijft TNO. Daarbij werd er 'voor het eerst gedurende meerdere minuten een nagenoeg foutloze communicatie' bereikt. TNO zegt dat alle gebruikte apparatuur en technologie schaalbaar zijn tot een eindproduct met een snelheid van een Tbit/s.

Het gebruiken van lasercommunicatie tussen satellieten en grondstations heeft volgens TNO meerdere voordelen. Enerzijds zou er met optische technologie 'duizend keer zoveel data' kunnen worden verstuurd. Ook zou de snelheid drie keer zo hoog liggen. Bij optische verbindingen spelen bovendien niet dezelfde capaciteitsproblemen die bij het radiofrequente spectrum wel spelen. Het radiofrequente spectrum is op sommige delen zeer druk, wat bijvoorbeeld het inplannen van 3,5GHz-5G-verbindingen in Nederland lastig maakt. Tot slot zijn de laserstralen volgens TNO lastiger af te luisteren, omdat er geen 'brede radiosignalen' worden gebruikt.

Volgend jaar, of het jaar daarna, wil Airbus Defence & Space Netherlands, een van de samenwerkingspartijen, de techniek demonstreren met een satelliet in de ruimte. In de jaren daarna wil een Europees consortium onder leiding van Airbus de technologie naar de markt brengen. Het lasercommunicatieverbindingenproject heet Tomcat, kort voor Terabit Optical Communication Adaptive Terminal.

De eerste twee foto's zijn van de Gerbrandytoren, de derde foto is een demonstratiemodel van een optisch grondstation op de KNMI-testlocatie bij Lopik.

Reacties (67)

[weakbanana]

Het adaptieve-optieksubsysteem vervormt die verbinding, waardoor deze als het ware al is verstoord. De turbulentie binnen de atmosfeer 'herstelt' de verbinding weer.

Dat is een interessante. Dan is de ruis onderweg dus heel voorspelbaar. Maar ruis heeft per definitie een bepaalde willekeurigheid. Ook als je de verdeling van de ruis weet (bijv. Poisson) dan is dat vzv ik weet niet genoeg. Weet iemand hoe dit zit?

[Reactie gewijzigd door weakbanana op 22 juli 2024 21:49]

[Lethalshot]

Er is een verschil tussen ruis, wat zoals jij zegt willekeurig is en niet te voorspellen en verstoring/brom. In de elektrotechniek gebruiken we de term brom voor verstoringen waarvan de oorzaak bekend is en voorspeld kan worden. De atmosferische verstoring kan gemeten worden (wat ze ook doen bij grote optische telescopen bijvoorbeeld), vervolgens is de verstoring bekend en kan je hiervoor compenseren. Dit zal nooit 100% lukken, maar kennelijk komen ze nu al zover dat er voldoende gecompenseerd kan worden om een werkende verbinding te maken. Knap stukje techniek, waar een hoop disciplines samen gewerkt hebben om dit voor elkaar te krijgen.

[ikt]

De compensatie is zo goed dat aard-telescopen die verstoringen zodanig goed kunnen wegfilteren, dat het hebben van satellieten voor aard-zichtbare frequenties niet echt meer nodig is.

[BadRespawn]

Toch wel, adaptive optics kan niet alle turbulentie corrigeren, waardoor de effectieve resolutie van grote telescopen op Aarde flink wat lager is dan de diffractie limiet (er is nog wel het voordeel vd hoge lichtgevoeligheid van dergelijke telescopen). Observaties waarbij de nauwkeurigheid van de positie van objecten (vooral sterren) cruciaal is, zoals parallax metingen (zie de Gaia missie) worden daarom met ruimte telescopen gedaan.

[djexplo]

Het idee is dat de atmosfeer de licht bundel verstoord, door dat waterdamp, temperatuur, luchtdruk de lokale brekingsindex van lucht beïnvloed, en dus de licht bundel vervormd.
Dit is een proces wat redelijk snel kan veranderen, maar binnen een tijdbestek van een milliseconde kan je het als statisch zien.

Als je kijkt naar iets wat een puntje zou moeten zijn op een camera van een telescoop, B.v. een ster die ver weg staat of een virtuele ster gemaakt met een laser, kan je de vervorming door de atmosfeer meten aan hoe de ster er uit ziet op beeld. Dit kan je dan weer gebruiken om je eigen laser-bundel zo te vervormen als die vertrekt dat de atmosfeer "ge-canceld" word, en je een goede focus houd op de satelliet.

[dabronsg]

Maar wat gaan ze doen aan zwermen vogels?

[batjes]

Voor telescopen gebruiken ze adaptive optics om de atmosferische verstoring tegen te gaan. Daarmee meet men de verstoring door b.v. een ster te observeren waarvan men weet hoeveel licht die normaal geeft of men gebruikt een laser die men de ruimte in richt om de atmosferische verstoring te meten. Ik gok dat ze hier ook gebruik maken van een guide laser om de verstoringen te meten en te corrigeren.

[Jan Onderwater]

https://nl.m.wikipedia.org/wiki/Adaptieve_optiek

[fre0n]

waarschijnlijk gebruiken ze ook zoiets als wat in de amateur radio whisper word genoemd, WSPR protocollen maken vrijwel foutloze verbindingen over zeer grote afstanden mogelijk, waarbij een hoog ruisniveau aanwezig is. Niet voor niets is het protocol in 2008 voor het eerst getest, en ontwikkeld in de jaren naar de aanloop van het zonneminumum van 2009 waarin de radio propagatie laag is en het ruisniveau hoog. Voice en zelfs CW verbindingen zijn dan moeizaam of onmogelijk, maar WSPR protocollen zoals FT4 vieren dan hoogtij.

[hansg]

Leuk, maar dit is in 2001 al gedemonstreerd door de Artemis satelliet, die ook laserverbindingen heeft getest: met andere ruimtevaartuigen, met vliegtuigen, en met de grond.

[float4]

Pfff, 2001? De Japanse ETS-VI-satelliet had in 1995 al een laserverbinding van 1 mbit met een ground station

Verschil is dat ETS-VI en Artemis onderzoeksprojecten waren en dat TOmCAT echt een commercieel ground station moet gaan opleveren dat verkocht kan gaan worden. Vind het persoonlijk wel leuk dat Tweakers hier af en toe een stukje over schrijft.

[biteMark]

Ten eerste lijkt het me sterk dat de onderzoekers niet af zouden weten van dat onderzoek, zoiets komt in het vooronderzoek gegarandeerd naar boven. Ten tweede lijkt het me sterk dat dit onderzoek doorgang zou vinden als het geen vervolgonderzoek is of als er geen wezenlijk verschil is met al eerder aangetoonde technologiën.

Met andere woorden: ze doen dit vást niet voor niets.

[Sebbo]

Ik lees dit alles nu voor het eerst, maar ik dénk dat het verschil erin zit dat destijds met Artemis is getest met laserverbindingen en de stabiliteit is verbeterd door verschillende optische stations in te zetten bij de verbinding.

Van je laatste url
To reduce the influence of weather conditions on laser communication between satellites and ground stations, a network of optical stations situated in different atmosphere regions needs to be created.

Uit het persbericht lees ik dat het nu met één grondstation wordt gedaan met een subsysteem met de alomvattende naam 'adaptieve optiek'.

[svenvbins]

Het experiment zal met één grondstation uitgevoerd worden, maar het principe van "meerdere grondstations, zodat als het op plek A regent je kunt overstappen naar plek B" blijft zeker relevant!

[svenvbins]

Heb je linkjes snel doorgescand - zeker indrukwekkend, maar waren de datarates daar niet veel trager? Ook gebruikt men daar nog nauwelijks adaptieve optiek (enkel tip/tilt correctie, voor zover ik kon zien), waar men daar bij TOMCAT volgens mij veel verder mee gaat.

[fredst]

@svenvbins @hansg @biteMark In de verstrekte linkjes zie je dat ESA telkens betrokken is. Die financieren dit alleen als er technologische verbeteringen gerealiseerd worden. PS in een van de artikelen wordt Astrium genoemd, dati is tegenwoordig de Space-divisie van Airbus Defence and Space.

[BadRespawn]

dit is in 2001 al gedemonstreerd door de Artemis satelliet,

Ik betwijfel dat die "pre-correction" gebruikte, wat nou juist de vernieuwing is die hier wordt gedemonstreerd waardoor zeer hoge datarates mogelijk worden.

[pe0mot]

Is dit niet wat Starlink al toepast tussen de v1.5 satellieten en de grondstations?

[Skit3000]

Volgens mij is v1.5 alleen opgezet om lasercommunicatie te gebruiken tussen satellieten, zodat ze als relay kunnen dienen voor satellieten die geen verbinding hebben met een grondstation.

Laser-enabled Starlink will be able to help other satellites communicate where there are no available ground stations. Various countries and polar regions have no ground stations or sparse ground stations.

Verbindingen tussen satellieten en grondstations verloopt via de Ka-band.

[pe0mot]

Yep. Dank voor de correctie.

[fredst]

@pe0mot Als je dit artikel leest, dat zie je dat het alleen om verbindingen tussen de satellieten gaat.

[rijnsoft]

Ligt dit aan mij of is dit onlogisch?

Enerzijds zou er met optische technologie 'duizend keer zoveel data' kunnen worden verstuurd. Ook zou de snelheid drie keer zo hoog liggen.

Dus als het 3x zo snel is, dan duurt het 333x langer, dan normaal, voordat die 1000x zoveel data is verstuurd?
Volgens mij is het 1000x zo snel als je 1000x zoveel data kunt versturen. Zou het iets met de omloop van de satelliet te maken hebben?

[memphis]

Optisch is 3x sneller en kan 1000x meer data bevatten dus zoals ik het lees kan in een dezelfde tijd 3000x zoveel data verstuurd worden.

[skoozie]

Mijn beredenering bij deze zin, je latency is 3x lager en je kan 1000x zoveel versturen. Je eerste bitje komt 3x zo snel aan. dus in plaats van 300ms (fictieve waarde) heeft hij 100ms nodig om van satelliet naar grondstation te komen.

[Noxious]

Ik denk dat je hier moet denken aan het verschil tussen bandbreedte (hoeveelheid data) en latentie (vertraging).

[com2,1ghz]

Is het wel sneller dan een stationwagen vol met harde schijven?

[Anoniem: 80910]

Volgens mij zoeken jullie het woord factor, dus factor 3x sneller

[CPV]

Dat is me heel lang geleden als eens uitgelegd, toen nog met modems over een telefoonlijn:
De boot naar Texel doet er een half uur over en kan 100 auto's vervoeren, dus zijn capaciteit is 200 auto's/uur.
Wil je meer auto's per uur vervoeren, dan kun je de boot sneller laten varen, maar daar zit een limiet aan. Je kunt ook een dubbeldeks boot inzetten, dan vervoer je direct 400 auto's per uur. De snelheid blijft hetzelfde, maar de capaciteit (ofwel bandbreedte) verdubbelt.

[Xander2]

Ligt dit aan mij of is dit onlogisch?
>Enerzijds zou er met optische technologie 'duizend keer zoveel data' kunnen worden verstuurd.
>Ook zou de snelheid drie keer zo hoog liggen.

Nee, het wordt te populair gecommuniceerd

Het gaat om de bandbreedte waarvan ze zeggen dat ze deze zullen kunnen opschalen tot 1Tb/s.
Als je vergelijkt met lagere bandbreedte is het prima mogelijk dat hoeveelheid en snelheid hoger liggen, dat is immers het idee van bandbreedte.

Ben wel benieuwd of de omloop effect heeft i.c.m. met grotere lichtbundel (?), is er b.v. een kortere window waarin je kunt communiceren?

[WillySis]

De snelheid van het licht is gewoon sneller dan de snelheid van het geluid.
Omdat de golflengte veel korter is (giga ipv megahertz) kan er ook veel meer data worden verzonden.

[svenvbins]

Satellietcommunicatie doen we niet met geluid hoor

[WillySis]

Dat gaat via radiogolven, ook die zijn trager dan licht.

[svenvbins]

Mee eens dat dat voornamelijk via radiogolven gaat, maar jij begon over geluid :

De snelheid van het licht is gewoon sneller dan de snelheid van het geluid.

Overigens zijn radio- en lichtgolven beide EM-golven die even snel propageren!

[Reactie gewijzigd door svenvbins op 22 juli 2024 21:49]

[Tantrum]

Heel interessant. Goed voor streamen, veeeel streamen.
Maar hoe zit het dan met bijv. regen, sneeuw of andere weersomstandigheden, vliegtuigen en andere man-made obstructies. Voor overdracht via licht heb je toch altijd vrij zicht nodig? 🤔

[ruben]

Dit is ook niet voor telefoons, maar wellicht wel voor telefoonmasten op hoogte die op zichtafstand van elkaar staan, een netwerk daarvan door Nederland zou wel op veel plekken natuurlijk snel internet kunnen bieden die dan via andere technieken weer onderverdeeld worden.

[pe0mot]

Korte onderbrekingen worden opgevangen met Forward Error Correction.
Verder heeft alleen UDP dit probleem, TCP vangt het af met bevestigingen en retries.

[Reactie gewijzigd door pe0mot op 22 juli 2024 21:49]

[Tantrum]

Foutcorrectie kan heel veel bereiken, maar als bijvoorbeeld een zeppelin, groot en langzaam, met de boeg de laserstraal begint te onderbreken en het duurt, zeg maar, 20 seconden voordat de staart is bereikt, is dan die foutcorrectie in staat om die 20 seconden data toch te herstellen?

[fredst]

@Tantrum Het gaat niet zozeer om streamen maar meer om transfer van grote volumes aan data. Denk b.v. ook aan aardobservatie data.

[Terrestrial]

Wat veel mensen vergeten is dat licht ook gewoon een zeer hoge frequentie is, dus het blijft min of meer nog steeds RF alleen nu zeer gebundeld (laser) ook omdat de frequentie enorm hoog kun je makkelijk een breedbandig signaal gebruiken, als jij op 5 Ghz een 2 Ghz breed signaal wilt zetten heb je al enorm veel vermogen nodig en het hele spectrum van 4-6 Ghz is dan meteen bezet dus dat is niet handig.

[Pietertje]

Ik denk dat het gaat om de stratosfeer die in beweging is. Hierdoor buigt de laser af en treft hij de satteliet niet. Als je hiervoor corrigeert bereik je de satteliet weer. Ruis voorspellen gaat iinderdaad niet lukken.

[WimKP]

Dit is een mooie prestatie. Wel jammer dat in het TNO persbericht gesproken wordt van "40 Blu-ray-films per seconde" Men is vergeten bits naar bytes om te rekenen. Het zijn dus ’slechts' 5 BD-25 blu-rays per seconde.

[LongTimeAgo]

Gave prestatie. Maar wat is de latency? Of wat is de RTT?

[don_jorg]

Dat is natuurlijk puur afhankelijk van de afstand. Licht heeft een snelheid en des te verder zender en ontvanger van elkaar afstaan, des te hoger de latency. Ik kan je wel vertellen dat de RTT waarschijnlijk zo'n 2x de latency is

[LongTimeAgo]

Tenzij er foutcorrectie plaatsvind aan 1 of beide kanten waardoor t iets langer duurt voor t signaal terug is

Maar ik heb veel met VSAT en FBB gewerkt. Dus ik was stiekem wel benieuwd met wat het verschil in latency is met die 2.

[InflatableMouse]

Ik ben eigenlijk ook wel nieuwsgierig naar het stroomverbruik van deze verbinding ten opzichte van conventionele satellietverbindingen. Iemand die daar nog iets zinnigs over kan zeggen?

[svenvbins]

Een ongeïnformeerde gok: Laserstralen zijn veel 'strakker' te richten dan radiobundels. Je verspilt dus minder energie door in het loze te stralen, en een veel groter percentage van je uitgezonden vermogen komt daadwerkelijk op je detector terecht.

Los van eventuele efficienties van lasersystemen vs radiosystemen (waar ik weinig van weet) vermoed ik dat dit met lasers dus een stuk efficienter kan.

[dirk161]

Als je voor mij P en U hebt, wil ik best I even voor je uitrekenen.