Forschung -

Drahtlose Echtzeit-Videoübertragung mit Terahertz

Die Terahertz-Technologie erlaubt wesentlich höhere Datenraten als aktuelle 4G- und 5G-Mobilfunktechnik. Forschenden ist es nun erstmals gelungen, ein 4K-Video in Echtzeit über einen drahtlosen THz-Link zu übertragen und eine Übertragungskapazität von 100 Gbit/s zu demonstrieren.

Getrieben von der Industrie 4.0, dem autonomen Fahren und KI-basiertem Cloud/Edge Computing steigt der Bedarf an Übertragungskapazität in den Kommunikationsnetzen kontinuierlich. Es ist bereits absehbar, dass auch die nächste Generation der Mobilfunktechnik (5G) und das zugrundeliegende Glasfasernetz den Bedarf nicht auf Dauer decken können werden. Insbesondere im ländlichen Raum, wo die Erschließungskosten für Glasfasernetze deutlich höher sind als in Ballungszentren, sind Engpässe unausweichlich.

Das Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut HHI forscht an der Terahertz-Technologie als mögliche Lösung. Diese beruht auf der drahtlosen Übertragung von Daten bei hohen Trägerfrequenzen und erlaubt damit Übertragungskapazitäten von mehreren 100 GBit/s – also das Fünf- bis Zehnfache gegenüber bestehenden Funktechnologien. Die Übertragung nutzt Frequenzen weit oberhalb der 4G-LTE/5G-Mobilfunkfrequenzen und ist damit eine ideale Ergänzung zu bestehenden Technologien.

Forschende des Fraunhofer HHI konnten nun erstmals den Echtzeitbetrieb einer Terahertz-Datenübertragung mit hoher Datenrate demonstrieren. Sie übertrugen ein 4K-Video in Echtzeit zwischen zwei Rechnern über einen drahtlosen Terahertz-Link, wobei sie eine Datenrate von 100 Gbit/s über einen längeren Zeitraum erreichten. Dr.-Ing. Robert Elschner, Leiter der internen Terahertz-Forschungsaktivitäten in der Abteilung Photonische Netze und Systeme am Fraunhofer HHI, erläutert: „Wir erreichten einen stabilen, kontinuierlichen Betrieb des Systems über mehr als 70 Stunden. Das ist ein bedeutender Meilenstein für die drahtlose Terahertz-Technologie.“

Schlüsselkomponenten des Übertragungssystems sind schnelle, III-V-halbleiterbasierte integrierte Schaltungen des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik IAF sowie ein hochleistungsfähiges Terahertz-Modem des Fraunhofer HHI. Die Übertragung erfolgte bei einer Trägerfrequenz von 300 GHz über eine Distanz von 60 cm. Dr. Colja Schubert, Leiter der Forschungsgruppe Optische Untersee- und Kernnetze am Fraunhofer HHI, ist zuversichtlich, die Übertragungsrate und -distanz noch weiter steigern zu können: „Über kurze Distanzen sollten Datenraten von 400 Gbit/s und mehr realisierbar sein. Mit dem Einsatz von optimierten Antennen werden wir in der Lage sein, Distanzen bis 1 km zu überbrücken“.

Mögliche Anwendungsszenarien für die THz-Technologie sind unter anderem die hochbitratige Anbindung von Nutzern im ländlichen Raum, Adhoc-Netze, drahtlose Faserverlängerung, Gerät-zu-Gerät-Kommunikation oder Fixed/Mobile Wireless Access in künftigen Mobilfunknetzen.

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