Übertragung großer Datenmengen per THz-Richtfunkstrecke
Im Projekt ThoR entwickeln Forscher und Industriepartner Möglichkeiten zur Datenübertragung in einem hohen Frequenzbereich. Bis zu 100 Gigabit pro Sekunde sollen erreicht werden.
Mit einer Richtfunkantenne soll es gelingen, enorme Datenmengen im hohen Frequenzbereich zu übertragen.
Foto: ILH, Universität Stuttgart
Der Datenverkehr steigt immer weiter an und der nächste Mobilfunkstandard – 5G – steht kurz vor der Vollendung. Experten sagen schon jetzt voraus, dass er Datenverkehrsdichten von mehreren Terabytes pro Sekunde und Quadratkilometer verursachen wird. Es werden daher neue Lösungen benötigt, um die Smartphones an das Datennetz ihres Mobilfunkanbieters anzuschließen. Ein Forscherteam aus Europa und Japan möchte Terahertz-, bzw. THz-Richtfunkstrecken nutzen, um entsprechend hohe Übertragungsraten zu erreichen. Koordiniert wird das Projekt ThoR von der Technischen Universität Braunschweig, gemeinsam mit der Waseda University in Japan.
Das Prinzip der Datenübertragung für ein Mobilfunknetz.
Quelle: TU Braunschweig
Datentransport zum Mobilfunkanbieter über hohen Frequenzbereich
So langsam wird es eng am Datenhimmel. Mit dem neuen Mobilfunkstandard 5G werden unzählige Funkzellen hinzukommen, damit jedem Nutzer hohe Übertragungsraten zur Verfügung stehen. Das ist praktisch jedoch nicht so einfach. Denn die einzelnen Funkzellen decken bislang nur einen gewissen Radius ab, sodass sie sich nicht gegenseitig stören. Auf diese Weise können sie teilweise im gleichen Frequenzbereich arbeiten. Gleichzeitig müssen sie jedoch alle an das Datennetz des Mobilfunkanbieters angebunden werden – dieser Datentransport nennt sich Backhaul.
Die eigentliche Herausforderung für das Gemeinschaftsprojekt wird allerdings erst bei einem Blick auf die Frequenzen klar: Der Bereich unterhalb von 275 Gigahertz (GHz) ist bereits zu eng belegt. Glücklicherweise hat die Halbleitertechnik große Fortschritte gemacht, sodass es neuerdings möglich ist, Kommunikationssysteme in höheren Frequenzen zu installieren – der Bereich zwischen 300 GHz und 3 Terahertz (THz) ermöglicht riesige Bandbreiten. Hier setzt das ThoR-Konsortium an. Über Richtfunk sollen genau diese hohen Frequenzen erreicht werden.
Test für Richtfunk und Transceiver mit realen Daten
Zunächst beschäftigen sich die Wissenschaftler damit, die Technik aufzurüsten. Industriepartner steuern moderne Chipsätze und Modems bei sowie weitere Bauteile. Gemeinsam mit elektronischen und photonischen Technologien sollen sie es ermöglichen, einen Transceiver zu bauen, der mit extrem hoher Bandbreite Daten senden und empfangen kann. Er wird kombiniert mit einer Technik zur Verarbeitung digitaler Signale. Im Rahmen des Projektes soll er mit realen Daten getestet werden.
Selbst wenn die Technik tadellos funktionieren sollte, müssten die Wissenschaftler jedoch weitere Stolpersteine überwinden. Denn Richtfunk überträgt Daten über Radiowellen. In einem Teilprojekt untersuchen die Forscher daher, ob sich ihre Richtfunkstrecke mit sogenannten passiven Diensten verträgt. Gemeint sind damit beispielsweise die Erdbeobachtung und die Radioastronomie. Interferenzen müssen unbedingt vermieden werden.
100 Gigabit pro Sekunde in Echtzeit geplant
Läuft alles nach Plan, wird im Sommer 2021 die erste THz-Richtfunkstrecke aufgebaut sein, die Übertragungsraten von bis zu 100 Gbit/s in Echtzeit ermöglicht. Gleichzeitig wäre damit der neue „Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)“-Standard für einen Backhaul implementiert. Die große Bedeutung wird jedoch erst durch einen Vergleich klar: Bislang wurden für 5G nur drahtlose Backhauls geplant, die gerade mal eine Übertragungsrate von 10 GBit/s schaffen.
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