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Mittwoch, 13. Dezember 2017

Porträt der Woche

Der umtriebige Vater der DSL-Technik

Von Gerhard Kafka | 7. Dezember 2017 | Ausgabe 49

Vor 25 Jahren hat John M. Cioffi seine Forschungen an der digitalen Anschlussleitung DSL erstmals praktisch umgesetzt.

Foto: Assia

John M. Cioffi hält bei DSL auch Datenraten bis zu 1 Tbit/s über die Luftspalten zwischen einzelnen Kupferadern für möglich.

Das 5G-Lab der Universität Dresden ist zum zweiten Mal Gastgeber des IEEE 5G Summit. Hier treffen sich über 600 Forscher und Entwickler, die an der fünften Mobilfunkgeneration arbeiten. Darunter auch John Cioffi, der mit der digitalen Teilnehmeranschlussleitung DSL Geschichte geschrieben hat. Was veranlasst einen „Kupferkopf“ zum Besuch eines Mobilfunkkongresses? Der leidenschaftliche Unternehmensgründer aus dem US-Bundesstaat Illinois ist überzeugt, dass hohe Datenraten zur Versorgung der neuen Antennenstandorte nicht nur mit Glasfasern, sondern mit bereits vorhandenen Kupferleitungen möglich sein werden. Dazu forscht er heute an DSL mit Terabit-Geschwindigkeit und liegt damit in Reichweite zur Glasfaser.

John M. Cioffi

Die Geschichte der DSL-Technologien beginnt Mitte der 80er-Jahre mit der Entwicklung von ISDN, bei dem erstmals digitale Übertragungstechniken auf bereits existierenden Telefonleitungen zum Einsatz kamen. Etwa zur gleichen Zeit stellte der einstige amerikanische Hersteller Telebit ein Modem vor, das auf der Telefonleitung Übertragungsraten bis zu 19,2 kbit/s erzielte. Die Ingenieure bei Telebit nutzten dafür anstelle einer Trägerfrequenz gleich mehrere. Dieses sogenannte Multicarrierverfahren wurde an der kalifornischen Stanford Universität im Team von John M. Cioffi weiterentwickelt und wurde zur Basistechnologie für DSL.

Cioffi, Professor und profilierter Erfinder, hat wesentliche Beiträge zur Systemtheorie in der Telekommunikation geleistet. Durch seine Arbeit wurde er als „Vater von DSL“ bekannt. Verbunden mit der praktischen Umsetzung seiner Forschungsergebnisse sind über 400 Veröffentlichungen erschienen. Hinzu kommen mehr als 100 Patente, die vielfach lizenziert wurden.

Sein Studium an der University of Illinois at Urbana-Champaign hat er 1978 mit dem Bachelor abgeschlossen. Noch im selben Jahr begann er als Modemingenieur an den Bell Labs in New Jersey zu arbeiten, dem damals größten Forschungszentrum rund um Telekommunikation unter der Ägide von AT&T. Sein Studium an der Stanford University setzte er fort und promovierte dort 1984. Im gleichen Jahr wechselte er zu IBM. 1986, im Alter von 30 Jahren, wurde er Assistant Professor und später Professor an der Stanford University.

Bereits während seiner Lehrtätigkeit in Stanford gründete er 1991 sein erstes Unternehmen Amati Communications Corp. Der DSL-Chip- und -modemhersteller ging Mitte der 90er-Jahre an die Börse und wurde im Februar 1998 von Texas Instruments für 395 Mio. $ übernommen. „Die Kombination der führenden Technologien beider Unternehmen erlaubte die breite Einführung digitaler Modems und sorgte dafür, dass die Erfahrungen und Leistungen unserer Mitarbeiter nun die ganze Welt erreichen“, sagt der bei der Übernahme amtierende Präsident und CEO von Amati Jim Steenbergen. 2009 emeritierte Cioffi in Stanford schließlich als Hitachi Professor of Engineering, wo er auch heute noch unterrichtet. Zur Weiterentwicklung der DSL-Technologie entwarf Cioffi das Verfahren Dynamic Spectrum Management (DSM), womit höhere und zuverlässigere Datenraten erreicht werden. DSM Level 3 ist heute allgemein als „Vectoring“ bekannt.

2003 gründete Cioffi das Unternehmen Assia (Adaptive Spectrum and Signal Alignment), um DSL-Netzbetreibern höhere Datenraten und somit höhere Erlöse zu ermöglichen. Heute versorgen Assias Kunden weltweit mehr als 100 Mio. Teilnehmer. An Assia sind Investoren wie AT&T, Swisscom, Telefonica und T-Venture beteiligt.

Cioffi hatte schon 2007 die Idee für ein Gigabit-DSL. Er nannte diese Variante CuPON – kupferbasiertes, passives, optisches Netz – in Anlehnung an die Entwicklung von passiven optischen Zugangsnetzwerken. Voraussetzung dafür wären bis zu vier Doppeladern, die von der Wohnung bis zu einem Verteilpunkt liegen. Durch eine Mehrfachnutzung dieser Leitungen von zwei bis vier Teilnehmern sind Datenraten bis 1 Gbit/s über Entfernungen zwischen 300 m und 500 m möglich, die sich die Teilnehmer allerdings teilen müssen. „Leider wurde dieses Potenzial der Bandbreitenerhöhung praktisch nie umgesetzt, weil die Kosten für die Anfahrt zu den Kunden, um dort die Kupferleitungen entsprechend zu verbinden, einfach zu hoch sind“, erklärt Cioffi. Augenblicklich forscht Cioffi an einem Terabit-DSL (TDSL). Im Prinzip ist TDSL eine Funktechnologie, weil dafür das Signal nicht allein über das Kupfer im Telefonkabel übertragen, sondern über den Luftspalt zwischen den einzelnen Kupferleitungen. Die einzelnen Adern bilden so einen Hohlleiter, in dem Signale zwischen 50 GHz und 500 GHz übertragen werden. Entsprechend der Anzahl der Luftspalte im Kabel könnten mehrere Signale gleichzeitig übertragen werden. Die Idee zu diesem Konzept kam Cioffi bei einem Besuch des Funklabors der New York Universität.

„Wir streben Datenraten von 1 Tbit/s über 100 m bis 10 Gbit/s über 500 m an – alle sind 200- bis 1000-mal schneller als traditionelles DSL“, erläutert Cioffi. Mit TDSL will er 5G-Antennen anbinden, denn Cioffi weiß: „Die größten Kosten bei 5G verursachen nicht die Funkkomponenten, sondern die Kabel dahinter. TDSL könnte in zwei bis drei Jahren marktreif sein.“rb/

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