Weltrekord 20.05.2016, 13:14 Uhr

Eine DVD in nur zehn Sekunden übertragen

Einen Weltrekord in der terrestrischen Funkübertragung hat ein Forscherverbund aufgestellt. Den Wissenschaftlern ist es gelungen, den Inhalt einer kompletten DVD in nur zehn Sekunden zu übertragen. Mit einer Datenrate von sechs Gigabit pro Sekunde über eine Distanz von 37 km hat das Team den Stand der Technik um den Faktor 10 übertroffen.

E-Band-Sender mit Parabolantenne: Die darin verbauten integrierten Schaltungen sind besonders leistungsfähig.

E-Band-Sender mit Parabolantenne: Die darin verbauten integrierten Schaltungen sind besonders leistungsfähig.

Foto: Jörg Eisenbeis/ KIT

Forscher der Universität Stuttgart und des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben jetzt den Stand der Technik bei der terrestrischen Funkübertragung glatt um den Faktor zehn übertroffen. Konkret haben sie den Inhalt einer handelsüblichen DVD wie das 135-minütige Weltraummärchen „Star Wars – Das Erwachen der Macht in nur zehn Sekunden über eine Entfernung von knapp 37 km übertragen. Die Daten der DVD wurden vom Dach des 45-stöckigen Uni-Centers in Köln zum Gelände des Weltraumbeobachtungsradars Tira am Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik (FHR) in Wachtberg übertragen.

Datenrate von sechs Gigabit pro Sekunde

Der Richtfunk-Weltrekord mit einer Datenrate von 6 Gbit/s gelang dem Forschungsverbundprojekt ACCESS (Advanced E-Band Satellite Link Studies) durch den Einsatz von leistungsfähigen Sendern und Empfängern bei einer Radiofrequenz von 71 bis 76 Gigahertz (Ghz) im für den terrestrischen und Satellitenfunk freigegebenen „E-Band“. In diesem Frequenzbereich sind wird mit Millimeterwellen gefunkt. Und nur in diesem Frequenzbereich stehen die erforderlichen hohen Nutzbandbreiten zur Verfügung, um solch enorme Datenraten verwirklichen zu können.

Ein Segen für den ländlichen Raum

Mit solchen Datenraten ist es zum Beispiel möglich, dem bisher mit Glasfaserkabel unterversorgten ländlichen Raum und andere entlegenen Gebieten trotzdem schnelles Internet zu bieten. Mit der beim Weltrekord eingesetzten Technologie können 250 Internetanschlüsse mit 24 Mbit/s DSL versorgt werden. Besonders gut eignet sich diese Technologie als Ad-hoc-Netz im Krisen- oder Katastrophenfall.

Problem ist die Abschwächung der gesendeten Signale

Das zentrale Problem bei der terrestrischen Funkübertragung ist die Abschwächung der gesendeten Signale über größere Entfernungen. Deshalb muss der Sender entsprechend starke Signale erzeugen, ebenso leistungsfähig muss der Verstärker auf der Empfängerseite sein.

Sichtpeilung: Gesendet wurde vom Uni-Center Köln zum Radom des Fraunhofer FHR in Wachtberg – als Kuppel am Horizont rechts unter dem Kreuz erkennbar. 

Sichtpeilung: Gesendet wurde vom Uni-Center Köln zum Radom des Fraunhofer FHR in Wachtberg – als Kuppel am Horizont rechts unter dem Kreuz erkennbar. 

Foto: Jörg Eisenbeis/KIT

Der Schlüssel zum Weltrekord in der Kombination aus Gigabit-Datenrate und Höchstdistanz bildeten die leistungsfähigen Sender und Empfänger in Form voll monolithisch integrierter Millimeter-Schaltungen. 

Halbleiterschichten mit hoher Elektronenbeweglichkeit im Empfänger verbaut

Die dafür erforderliche Transistortechnologie hat das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF entwickelt und hergestellt. Damit werden die breitbandigen Signale im Sender mit Hilfe von Leistungsverstärkern auf Basis des neuartigen Verbindungshalbleiters Galliumnitrid auf eine hohe Sendeleistung von bis zu einem Watt gebracht. Eine hoch gerichtete Parabolantenne hat die Aufgabe, die Signale abzustrahlen.

Im Empfänger sorgen rauscharme Empfangsverstärker auf Basis von Höchstgeschwindigkeitstransistoren für die sichere Detektion der über die weite Distanz äußerst stark abgeschwächten Signale. Die ACCESS-Forscher verwenden Indium-Gallium-Arsenid-Halbleiterschichten mit einer sehr hohen Elektronenbeweglichkeit, um diese sichere Signalerkennung zu gewährleisten.

Permanente Innovation bei der Netzinfrastruktur erforderlich

Das ACCESS-Projekt ist ein Verbundprojekt, welches von einer Forschungsgruppe um Prof. Ingmar Kallfass vom Institut für Robuste Halbleitersysteme (ILH), der Universität Stuttgart, dem Institut für Hochfrequenztechnik und Elektrotechnik (IHE), des KIT, der Radiometer Physics GmbH und dem IAF. ACCESS wurde Ende April beendet und wird mit dem Nachfolgeprojekt ELIPSE (E-Band Link Platform and Test for Satellite Comunications) nahtlos fortgesetzt.

Es gilt, die nächste Generation von Kommunikationssystemen für die schnelle Anbindung von Satelliten zu entwickeln. Denn der Bedarf an immer höheren Datenraten in fasergebundenen und drahtlosen Kommunikationsnetzen erfordert eine permanente Innovation bei der Netzinfrastruktur.

Google möchte hingegen mit Heißluftballons für schnelles Internet in entlegenen Gegenden sorgen. 

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