imported>OS: /* Technische Eigenschaften */ Linkfix

2025-10-14T17:23:14Z

Technische Eigenschaften: Linkfix

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[[Datei:FSO-gigabit-laser-link-0a.jpg|mini|Ein 8-Strahl-FSO-Gerät, das über etwa 2 km eine Datenrate von 1 Gb/s erreicht. Die große Linse in der Mitte gehört zum Empfänger, die kleineren außen zum Sender.]]

'''Optischer Richtfunk''', auch '''Optische Freiraum(daten)übertragung''', '''Laserlink''' oder '''optische Freiraumkommunikation''' (kurz FSO, von {{enS|''free-space optical communication''}}) genannt, ist [[Datenübertragung]] mit einem ungeführten [[Licht]]- oder [[Infrarot]]-Strahl. Es werden Entfernungen von einigen 100 m bis zu wenigen Kilometern auf der Erde sowie bis zu Tausenden von Kilometern im Weltraum überbrückt. Die Daten sind zum Beispiel [[Sprache]], [[Videosignal]]e oder digitale Informationen. Der Begriff „Optischer Richtfunk“ wurde geprägt, da eine große Ähnlichkeit zum [[Richtfunk]] besteht, der auf der quasioptischen Ausbreitung von [[Funkwellen]] kurzer Wellenlänge beruht. Der englische Begriff ''Free-Space Optics'' bringt zum Ausdruck, dass es sich im Gegensatz zu [[Lichtwellenleiter]]n um frei strahlende Sender handelt. Kommerzielle FSO-Systeme erreichen Entfernungen bis zu einigen Kilometern mit [[Datenrate]]n bis zu 2,5 [[Datenrate|GBit/s]]. Optische Freiraumübertragung kann überall dort eingesetzt werden, wo hochbitratige Verbindungen benötigt werden und [[Glasfaserkabel]] nicht vorhanden beziehungsweise zu teuer sind. Ein bedeutender Bereich ist der Datenaustausch mit und zwischen Satelliten.

== Anwendungen ==
[[Datei:Optischer Richtfunk Anwendung.JPG|mini|hochkant=1.5|Anwendungsbeispiel für optischen Richtfunk]]

* [[Local Area Network|LAN]]-zu-LAN-Verbindungen auf Betriebsgeländen (Fast [[Ethernet]]; Gigabit-Ethernet)
* [[Local Area Network|LAN]]-zu-LAN-Verbindungen innerhalb einer Stadt
* Überwindung von [[Verkehrsweg]]en und Hindernissen (zum Beispiel Straßen und Flüssen)
* schnell bereitzustellender [[Breitbandkommunikation|Breitband]]-Zugang zu Metronetzen von Telecom-Anbietern (Carriern)
* temporärer Netzausbau
* kombinierte Sprach-Daten-Verbindungen
* Einsatz zur Wiederherstellung von zer- bzw. gestörten Verbindungen ([[Disaster Recovery]])
* Einsatz zur Verbindung von Netzen und [[Digipeater]] im Amateurfunk
* Einsatz in Bereichen mit existierendem Datenverkehr per [[Hochfrequenz]] zur Vermeidung von Interferenzen
* Einsatz in Bereichen mit Medien, welche undurchlässig für Wellen niedrigerer Frequenz sind
* Verzicht auf die Anmietung einer Standleitung eines Telekommunikationsanbieters (''siehe: [[Letzte Meile]]'').
* Kommunikation zwischen Objekten mit variierenden Relativgeschwindigkeiten
* Kommunikation zwischen [[Satellit (Raumfahrt)|Satelliten]], sowie Satelliten und [[Bodenstation]]en (''siehe: [[Laser Communication Terminal]]'')
* Kommunikation mit geringer [[Verzögerung (Telekommunikation)|Latenz]] (Synchronisation mehrerer [[Schrittmotor]]en)

== Geschichte ==
Bereits im Jahre 1880 hat [[Alexander Graham Bell]] das [[Photophone]] zur Übertragung von Sprache mittels Licht zum Patent angemeldet. Diese Entwicklung setzte sich jedoch wegen des Booms der elektrischen Telefonie nicht durch. Die deutsche [[Wehrmacht]] entwickelte ein sog. [[Lichttonübertragung|Lichtsprechgerät]], gebaut von [[Carl Zeiss (Unternehmen)|Carl Zeiss Jena]], und setzte ein Lichtsprechgerät 80/80 vor allem in Befestigungseinrichtungen, so zur Richtübermittlung am [[Atlantikwall]] ein.<ref>siehe Fotos auf privater Website: [http://www.noding.com/la8ak/44a.htm Lichtsprechgerät 1], {{Webarchiv|url=http://www.laud.no/ww2/lispr/lispr2.htm |wayback=20110724181528 |text=Lichtsprechgerät 2 |archiv-bot=2019-04-19 07:52:36 InternetArchiveBot }}, {{Webarchiv|url=http://www.laud.no/ww2/lispr/index.htm |wayback=20080302193111 |text=Lichtsprechgerät 2 |archiv-bot=2019-04-19 07:52:36 InternetArchiveBot }}</ref> Die Einheiten des [[Ministerium für Staatssicherheit|Ministeriums für Staatssicherheit]] der DDR setzten gleichfalls ein eigenes Lichttelefon im Grenzbereich ein.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.deutsches-spionagemuseum.de/sammlung/infrarot-lichtsprechgeraet-jo-4-03-palme |titel=Infrarot-Lichtsprechgerät JO-4.03 „Palme“ |werk=Deutsches Spionagemuseum |abruf=2020-06-02 |sprache=de-DE}}</ref> In beiden Fällen wurde die kurze Reichweite durch den Vorteil der Abhörsicherheit ausgeglichen.

Ab ca. 1960 gab es Bastelanleitungen für Lichttelefone, mit denen Sprachübertragung bis etwa 100 m möglich war. Als Sender wurden Glühlampen benutzt. Mit der Entwicklung der [[Laser]]-Technik Mitte der 1960er-Jahre wurden erste ernsthafte Versuche mit Lichttelefonen unternommen. Besonders im militärischen Bereich wurden diese Entwicklungen gefördert. Mit der Entwicklung leistungsstärkerer [[Glasfaser]]n zur optischen [[Datenübertragung]] geriet der optische Richtfunk wieder in den Hintergrund. Für das Militär und die [[Weltraum]]forschung wurde diese Entwicklungstätigkeit jedoch nie eingestellt. Dies hat seinen Grund in einer Reihe vorteilhafter [[Technik|technischer]] Eigenschaften von FSO, welche sich in den letzten Jahren auch für die zivile Nutzung als interessant herausstellten.

Auch die Entwicklung preiswerter [[Laserdiode]]n brachte die Entwicklung voran, da sie effizient und gut bündelbar hohe Strahlungsleistungen zur Verfügung stellen und sehr einfach mit sehr hohen Bandbreiten moduliert werden können. Im Jahr 2023 publizierte eine Schweizer Forschungsgruppe über getätigte Verbindungen mit einer Bandbreite von 1 Terabit pro Sekunde über eine Distanz von 53 Kilometern.<ref>Horst, Y., Bitachon, B.I., Kulmer, L. et al.: ''Tbit/s line-rate satellite feeder links enabled by coherent modulation and full-adaptive optics.'' Light Sci Appl 12, 153 (2023). https://doi.org/10.1038/s41377-023-01201-7</ref> Bei Up- und Downlinks zu/von Satelliten oder zwischen Satelliten sind höhere Leistungen möglich und wegen der fehlenden Streuung und Absorption im Weltraum sowie der guten Bündelung der Laser können sehr große Entfernungen überbrückt werden. Für Up- und Downlink müssen die verwendeten Wellenlängen in einem [[atmosphärisches Fenster|atmosphärischen Fenster]] liegen. Gegenüber Funkverbindungen sind bis 1000fach höhere Datenraten möglich, wobei die optischen Systeme kompakter sind.<ref>C. Günther, C. Fuchs, D. Giggenbach, F. Moll, R. Mata Calvo, J. Poliak, R. Barrios, C. Schmidt: [https://technologieforum.badw.de/fileadmin/user_upload/Files/Technologie/Praesentationen/2016-Guenther-Satellitenkommunikation-mit-Licht.pdf Satellitenkommunikation mit Licht - zu höchsten Datenraten und perfekter Sicherheit] Powerpoint-Präsentation, Deutsches Forschungszentrum für Luft- und Raumfahrt.</ref>[[Datei:Ronja beam Prostejov.jpg|mini|Blick in den Lichtstrahl (Amateurprojekt [[RONJA]], kollimierte rote LED)]]

== Technische Eigenschaften ==
Die Freiraum-Datenübertragung mit Licht erfordert freie Sicht zwischen Sender und Empfänger. Es handelt sich um Punkt-zu-Punkt-Verbindungen. Sowohl auf Sender- als auch auf Empfängerseite sind Bündelungselemente (Spiegel oder Linsen) vorhanden, in deren Brennpunkt der Sender oder der Empfänger sind.
Als Sender werden [[Leuchtdiode]]n, [[Laserdiode]]n, Laser oder [[Halbleiterlaser]] verwendet. Die Kollimation erfolgt mit Linsen oder Spiegeln. Als Empfänger dienen [[Fotodiode]]n. Prinzipiell können Bauteile verwendet werden, die auch für die optische Datenübertragung in Glasfasern verwendet werden, oft setzt man jedoch Sender im sichtbaren Spektralbereich ein, um die Justage zu erleichtern.

Bei der Freiraum-Datenübertragung mit Licht gibt es auf der Erde Störeinflüsse durch [[Luftflimmern]], Umgebungslicht oder Streuung und Dämpfung durch Niederschlag, Nebel, Rauch etc. Während das Umgebungslicht meistens kompensiert werden kann, ist das Flimmern, aber besonders der Streueinfluss durch Aerosole und Niederschlag reichweitenbegrenzend beziehungsweise Quelle von Unzuverlässigkeit. Je kürzer die Wellenlänge, umso störender ist Dunst und Nebel.
Diese Einflüsse wirken sich auf optische Richtfunksysteme dahingehend aus, dass das [[Signal]] gedämpft wird und/oder die [[Fehlerrate]] in der Übertragung steigt. Um diesen Einflüssen aus dem Weg zu gehen, werden durch Hersteller verschiedene technische Kniffe angewendet, wie zum Beispiel eine „[[Antenna Diversity|Diversity]]-[[Architektur]]“ (mehrere Sender und mehrere Empfänger in einem gewissen Abstand) und genügend „Fademargin“ (Leistungsreserve gegen witterungsbedingte [[Signaldämpfung]]en). Die Leistungen der Sender sind aus Sicherheitsgründen beschränkt. Die Laser sollten keine Gefahr für Mensch und Tier darstellen. Kommerzielle Systeme halten in der Regel die [[Laser#Laser-Klassen|Laserklassen]] 1 und 1M ein, die keine Sicherheitsmaßnahmen beim Betrieb solcher Anlagen erfordern.

Die wesentlichen Vorteile gegenüber Richtfunk sind:
* lizenzfreier Betrieb
* mit Richtfunk vergleichbare [[Datensicherheit]]
* hohe theoretische [[Bitrate]]n (siehe auch: [[Datendurchsatz]])
* gute [[elektromagnetische Verträglichkeit]]
* einfache Justage bei Verwenden sichtbarer Wellenlängen
* Verwendbarkeit von [[Laser]]n als Sender: sie haben eine geringe [[Divergenz (Optik)|Divergenz]], wodurch der [[Kollimation]]s-Aufwand geringer ist.

Richtfunk und optische Freiraumübertragung haben den gemeinsamen Vorteil im Vergleich zu Glasfaserkabeln, dass die [[Investition]] nicht in die Erde vergraben wird, also bei Bedarf auch anderswo genutzt werden kann.

Gegenüber dem terrestrischen Richtfunk hat die optische Übertragungsstrecke in Luft in Bodennähe stärkere Abhängigkeit von Niederschlägen, Dunst und Nebel und mögliche Blendwirkung beim Verwenden sichtbarer Wellenlängen die bedeutendsten Nachteile. Das Versagen der Verbindungen bei Nebel, Schnee und Regen ist ein wesentlicher Grund, dass sich die Methode nicht stärker durchsetzt.

== Siehe auch ==
* [[Richtfunk]]
* [[RONJA]] (Reasonable Optical Near Joint Access)
* [[Optische Kommunikation]]
* [[Li-Fi]]

== Literatur ==
* {{Literatur
|Autor=Olivier Bouchet, Herve Sizun, Christian Boisrobert
|Titel=Free-Space Optics. Propagation and Communication
|Verlag=Iste Publishing Company
|Ort=London u. a.
|Datum=2006
|ISBN=1-905209-02-9}}
* {{Literatur
|Hrsg=Hamid Hemmati
|Titel=Deep Space Optical Communications
|Verlag=John Wiley & Sons
|Ort=Hoboken NJ
|Datum=2006
|ISBN=0-470-04002-5}}
* {{Literatur
|Hrsg=Arun K. Majumdar, Jennifer C. Ricklin
|Titel=Free-Space Laser Communications. Principles and Advances
|Reihe=Optical and Fiber Communications Reports
|BandReihe=Vol. 2
|Verlag=Springer
|Ort=New York NY u. a.
|Datum=2008
|ISBN=978-0-387-28652-5}}
* Heinz Willebrand, Baksheesh S. Ghuman: ''Optischer Richtfunk. Optische Freiraumübertragung in öffentlichen und privaten Netzen.'' Hüthig, Heidelberg 2003, ISBN 3-7785-3967-1.
* {{Literatur
|Autor=S. Heißmeyer; L. Overmeyer; A. Müller
|Titel=Indoor Positioning of Vehicles using an Active Optical Infrastructure
|Sammelwerk=3rd International Conference on Indoor Positioning and Indoor Navigation (IPIN)
|Ort=Sydney
|Datum=2012
|ISBN=978-1-4673-1955-3
|Seiten=1–8
|DOI=10.1109/IPIN.2012.6418914}}
* Vorschrift D 877/5, Gebrauchsanweisung für Lichtsprechgerät 80/80 mm, 1944

== Weblinks ==
* [http://www.kn.dlr.de/freespaceoptics/ Website der DLR zum EU-HAPCOS, Datenübertragung mittels hochfliegender Plattformen]
* [http://modulatedlight.org/ Modulatedlight.org: englischsprachige Seite, die sich mit der Nachrichtenübermittlung per Licht beschäftigt]
* [http://www.lichtsprechen.de/ Lichtsprechen.de: deutschsprachige Seite, die sich mit Sprachübertragung per Licht beschäftigt]
* [https://www.deutsches-spionagemuseum.de/sammlung/infrarot-lichtsprechgeraet-jo-4-03-palme Infrarot-Lichtsprechgerät JO-4.03] im [[Deutsches Spionagemuseum|Deutschen Spionagemuseum]]

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Optische Nachrichtentechnik]]
[[Kategorie:Laseranwendung]]
[[Kategorie:Richtfunk]]

Optischer Richtfunk - Versionsgeschichte

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